Acta Sci. Pol. Formatio Circumiectus 17 (1) 2018,

Transkrypt

1 Acta Sci. Pol. Formatio Circumiectus 17 (1) 2018, ENVIRONMENTAL PROCESSES ISSN DOI: ORIGINAL PAPER Accepted: WIELOLETNIA ZMIENNOŚĆ ODPŁYWU WODY I TRANSPORTU FLUWIALNEGO GÓRNEGO WIEPRZA (ROZTOCZE ŚRODKOWE) Krzysztof Stępniewski Roztoczańska Stacja Naukowa w Guciowie, Wydział Nauk o Ziemi i Gospodarki Przestrzennej, Uniwersytet Marii Curie-Skłodowskiej, al. Kraśnicka 2 d, Lublin ABSTRAKT Zmienność odpływu wody i transportu fluwialnego w zlewni górnego Wieprza (300,3 km 2 ) na Roztoczu Środkowym (Tomaszowskim) przedstawiono w oparciu o wyniki codziennych pomiarów w Guciowie z lat Okres badań charakteryzował się dużą zmiennością rocznych sum opadów od 563,2 mm (2003) do 932,9 mm (2010), przy średniej rocznej 735 mm. Średni roczny przepływ Wieprza zmieniał się od 0,91 m 3 s 1 (1996) do 2,27 m 3 s 1 (2010), zaś skrajne wielkości przepływu zawarły się w przedziale od 0,5 m 3 s 1 (1996) do 13,1 m 3 s 1 (2005). Zmienność przepływów rocznych, miesięcznych i skrajnych nie była duża. Wskaźnik odpływu jednostkowego wyniósł 4,5 dm 3 s 1 km 2 i zmieniał się od 3,0 dm 3 s 1 km 2 do 7,6 dm 3 s 1 km 2, a całkowity średni odpływ roczny Wieprza w Guciowie wyniósł 142 mm, przy zmienności mm. Reżim odpływu miał cechy typu niwalnego, średnio wykształconego. Dynamika transportu roztworów i zawiesin nawiązywała do sezonowych i rocznych zmian odpływu Wieprza. Średni roczny transport fluwialny zmieniał się od 7, t (lata 1996 i 2004) do 18, t (2010), przy czym transport roztworów stanowił 89 97% całkowitej ilości unosin. Obliczone dla zlewni wskaźniki denudacji mechanicznej i chemicznej wyniosły odpowiednio 2,4 i 36,1 t km 2 na rok. Mimo wyraźnego trendu wzrostu rocznych sum opadów atmosferycznych, odpływ wody nie zwiększył się, wbrew prognozom, a transport fluwialny, zwłaszcza zawiesin, miał tendencję do nieznacznego spadku. Słowa kluczowe: Wieprz, przepływy charakterystyczne, odpływ całkowity, transport fluwialny WSTĘP Aktywność geoekosystemu zlewni rzecznej znajduje odzwierciedlenie m.in. w intensywności zachodzących w nim procesów hydrologicznych i geomorfologicznych. Podstawowym elementem takiego systemu są wody płynące, pełniące rolę głównej drogi transportu materii, a parametrami charakteryzującymi taki system są m. in.: wielkość odpływu wody i natężenie transportu fluwialnego [Kostrzewski i in. 1994]. Odpływ wody ze zlewni zależy głównie od warunków hydroklimatycznych, a transport rumowiska rzecznego (wleczonego, unoszonego i rozpuszczonego), jako końcowego etapu transportu materii w zlewni, zależy także od budowy geologicznej, pokrywy glebowej, ukształtowania powierzchni i pokrycia terenu [Froehlich 1982, Bajkiewicz-Grabowska i Mikulski 1999]. W obszarach zagospodarowanych przez człowieka natężenie i czasowy rozkład obu parametrów jest modyfikowany przez sposób i intensywność użytkowania oraz przestrzenne rozmieszczenie użytków w zlewni [Kostrzewski i in. 1994, Bodulski i in. 2005]. Niniejsza praca jest kontynuacją serii opracowań dotyczących odpływu i transportu fluwialnego górnego Wieprza [Michalczyk 1997, Stępniewska i Stępniewski 2004, Świeca i in. 2004, Rodzik i in. 2007, Stępniewska k.step@poczta.umcs.lublin.pl Copyright by Wydawnictwo Uniwersytetu Rolniczego w Krakowie, Kraków 2018

2 2007, Stępniewski i Rodzik 2008, Stępniewska i Stępniewski 2008;], a jej celem jest określenie zmienności tych parametrów w dłuższym czasie ( ), wobec postępujących zmian klimatu [Woś 2010]. MATERIAŁ I METODY Terenowe badania odpływu i transportu fluwialnego górnego Wieprza, będące częścią większego programu, realizowanego w Roztoczańskiej Stacji Naukowej UMCS w Guciowie, prowadzone są od 1996 roku [Rodzik i Stępniewski 2010]. Materiał wyjściowy do obliczenia i analizy odpływu stanowiła baza danych z profilu hydrometrycznego w Guciowie, oparta na codziennych odczytach stanów wody i ciągłej ich rejestracji za pomocą limnigrafu pływakowego do 2002 r. zegarowego L-841 produkcji SP WSZ Zootechnika, zaś od 2003 r. cyfrowego rejestratora Thalimedes firmy OTT oraz cyklicznie wykonywanych pomiarach przepływu za pomocą młynka hydrometrycznego Hega-1. Transport fluwialny obliczono na podstawie codziennych pomiarów ładunku zawiesin przy użyciu sączków [(Brański 1968] i codziennych pomiarach ładunku roztworów.metodą konduktometryczną [Markowicz i Pulina 1979]. W pracy pominięto transport wleczony, którego pomiarów w Guciowie nie wykonuje się, z uwagi na stwierdzony jego znikomy udział (ok. 1%) w całkowitej wielkości transportu fluwialnego [Kociuba 2002]. Charakterystykę warunków klimatycznych sporządzono w oparciu o roczne sumy opadu i przebieg średniej temperatury powietrza pozyskane ze stacji IMGW w Tomaszowie Lubelskim, położonej w pobliżu wododziału oraz dane ze stacji w Guciowie, w sąsiedztwie kontrolowanego przekroju (ryc. 1), które posłużyły do sezonowej analizy przebiegu opadów i pokrywy śnieżnej. CHARAKTERYSTYKA OBSZARU BADAŃ Zlewnia górnego Wieprza na Roztoczu Tomaszowskim do wodowskazu w Guciowie, położonym przy granicy Roztoczańskiego Parku Narodowego, zajmuje powierzchnię 300,3 km 2 (ryc. 1). Jej budowa geologiczna, rzeźba i pokrycie terenu nawiązują do charakteru regionu. W podłożu występują skały kredowe (opoki i gezy) powszechnie odsłaniające się na wierzchowinach i zboczach. Wśród utworów pokrywowych dominują lessy i piaski różnej genezy, a dna dolin rzecznych wypełniają piaski terasy nadzalewowej, utwory piaszczysto-pylaste terasy zalewowej oraz miejscami torfy. Pokrywę glebową tworzą głównie kompleksy gleb płowo- i bielicoziemnych. Użytki rolne, przeważnie grunty orne, łąki i pastwiska stanowią 60,2% powierzchni zlewni. Lasy porastają 33% powierzchni zlewni i są to głównie grądy i buczyny na wierzchowinach oraz bory sosnowe i jodłowe w dnach dolin i na zboczach [Dębicki i in. 2004]. Zlewnia górnego Wieprza jest zróżnicowana z biegiem rzeki. Początkowo, od źródeł w Wieprzowie Tarnawackim do Krasnobrodu, Wieprz płynie uregulowanym korytem o średnim spadku 1,2 w obrębie rozległej kotliny, w której deniwelacje sięgają 90 m. Ok. 70% tej części zlewni zajęte jest przez zmeliorowane łąki w dnie doliny oraz grunty orne na zboczach i wierzchowinach. Lasy zajmują tu nieco ponad 20% powierzchni. Poniżej Krasnobrodu dolina Wieprza zwęża się do 1 km szerokości, wzrastają deniwelacje (do ponad 130 m) i średni spadek rzeki (do 1,7 ). Zbocza doliny i terasę nadzalewową w większości porastają lasy, które zajmują tu ponad 50% powierzchni. Na tym odcinku Wieprza, zasilanym przez liczne zespoły źródeł [Bartoszewski i Michalczyk 1996], ograniczone jest zarastanie roślinnością wodną, a zjawiska lodowe zdarzają się sporadycznie. Meandrujące koryto, o piaszczystym dnie i szerokości 5 7 m, wcina się na głębokość 1,2 1,5 m w zajętą przez łąki terasę zalewową o szerokości m [Michalczyk i in. 2004]. Wody podziemne w zlewni Wieprza występują w dwóch poziomach: górnokredowym, obecnym na całym obszarze i czwartorzędowym, występującym głównie w dnach dolin [Bartoszewski, Michalczyk 1996]. Przepuszczalność skał podłoża sprawia, że obfitości wód podziemnych i dużej wydajności źródeł towarzyszy uboga sieć wodna. Wieprz, na długości ok. 31 km od źródeł do Guciowa, przyjmuje tylko dwa niewielkie prawobrzeżne dopływy: Kryniczankę i Jacynkę (ryc. 1), o średnich rocznych przepływach: 196 dm 3 s 1 i 33 dm 3 s 1. Poza niewielkimi i szybko zarastającymi starorzeczami, nie ma naturalnych zbiorników wodnych. W Tarnawatce i Krasnobrodzie znajdują się natomiast duże kompleksy stawów hodowlanych. Niewielkie zbiorniki retencyjne zbudowano na dopływach Wieprza oraz powiększono 224

3 Ryc. 1. Zlewnia górnego Wieprza na tle obszarów chronionych Natura 2000 (wg Objaśnienia: 1 dział wodny, 2 rzeki i zbiorniki wodne, 3 punkt hydrometryczny, 4 stacje meteorologiczne, 5 Natura 2000/OSO Roztocze, 6 Natura 2000/SOO (A Debry, B Św. Roch, C Roztocze Środkowe ), 7 lasy Fig. 1. Location of the upper Wieprz River catchment against the background of the protected areas Natura 2000 (based on Explanations: 1 watershed, 2 rivers and water reservoirs, 3 hydrometric point, 4 meteorological stations, 5 Natura 2000/SPA Roztocze, 6 Natura 2000/SACs (A Debry, B St. Roch, C The Central Roztocze ), 7 forest w ostatnich latach zbiornik rekreacyjny w Krasnobrodzie (ryc. 1). Całość uzupełniają liczne, przydomowe sadzawki, napełniane wodami gruntowymi lub bezpośrednio z rzek. W końcu XX w. zbiorniki wodne zajmowały 1% zlewni, a pojemność ich oceniano na 2 3% rocznego odpływu Wieprza [Sadowska 2001]. Obecna powierzchnia zbiorników wodnych wynosi około 1,7% analizowanej zlewni. Zlewnia górnego Wieprza, jak całe Roztocze, charakteryzuje się stosunkowo niskim zaludnieniem i urbanizacją, zatem również niskim stopniem degradacji środowiska [Świeca i in. 2004]. Walory przyrodnicze regionu sprawiły, że funkcjonują tu różne i liczne formy ochrony przyrody. Około 2 / 3 powierzchni zlewni leży w granicach obszaru specjalnej ochrony ptaków OSO Roztocze, w ramach sieci Natura W jej obrębie znajdują się też w całości dwa obszary ochrony siedlisk (SOO) tej sieci, o łącznej powierzchni ok. 400 ha rezerwaty Debry i Św. Roch i niewielki fragment SOO Roztocze (ryc. 1). WYNIKI Warunki termiczno-opadowe w okresie badań Roztocze, ze względu na położenie geograficzne i ukształtowanie powierzchni, należy do najchłodniejszych i najzasobniejszych w opady atmosferyczne obszarów Lubelszczyzny [Kaszewski i in. 2015]. Średnia roczna temperatura powietrza w Tomaszowie Lubelskim w latach wahała się od +6,8 ºC (1996) do +9,3 ºC (2015) z wyraźnie zaznaczonym trendem wzrostowym (ryc. 2). Średnia z okresu badań wyniosła +7,7 ºC i była o 0,7 ºC wyższa od średniej z lat [Kaszewski 2004]. Przebieg średniej 225

4 temperatury wskazywał na przejściowy typ warunków termicznych, zaś amplituda temperatury rocznej należała do najwyższych w Polsce [Kaszewski i in. 2015]. Uwarunkowany termicznie okres wegetacyjny na Roztoczu trwa średnio w Tomaszowie Lubelskim 213 dni od początku kwietnia do końca października [Kaszewski i in. 2015]. W latach zlewnię górnego Wieprza charakteryzowała duża zmienność opadów atmosferycznych oraz ich przestrzenne zróżnicowanie. Najniższa suma opadów w Tomaszowie Lubelskim (549,3 mm) wystąpiła w 2003 r., najwyższa zaś (1029,1 mm) w 2010 r. W tych samych latach zanotowano też skrajne sumy opadów w Guciowie, które wyniosły odpowiednio 563,2 i 932,9 mm (ryc. 2). Średnie roczne sumy opadów w okresie badań zwiększały się w kierunku zachodnim, przy jednoczesnej tendencji do wzrostu sum opadów na obszarze całej zlewni, szczególnie we wschodniej części (ryc. 2). W Tomaszowie Lubelskim średnia roczna suma opadu w okresie badań wyniosła 710 mm i była aż o 15% wyższa niż w latach , podczas gdy w Guciowie opady (735 mm) były wyższe tylko o 5%, w porównaniu ze średnią wieloletnią z tych samych lat dla pobliskiego Zwierzyńca [Kaszewski 2004]. Ryc. 2. Roczne sumy opadów oraz przebieg średniej rocznej temperatury powietrza w rejonie zlewni górnego Wieprza na Roztoczu Środkowym w latach Objaśnienia: 1 sumy opadów w Tomaszowie Lubelskim, 2 sumy opadów w Guciowie, 3 średnia roczna temperatura powietrza w Tomaszowie Lubelskim: linie przerywane trendy liniowe w przebiegu opadów i temperatury powietrza Fig. 2. The annual total precipitation and average air temperature in the upper Wieprz River catchment in the Central Roztocze region, in the years Explanations: 1 total precipitation in Tomaszów Lubelski, 2 total precipitation in Guciów, 3 annual average air temperature in Tomaszów Lubelski, discontinuous lines linear trends in the courses of precipitations and air temperature 226

5 W okresie badań zmienny był także roczny rozkład opadów. W Guciowie na ciepłe półrocza przypadało 62 87% rocznych sum opadu, a suma opadu w miesiącach letnich była przeciętnie ponad 2 razy wyższa od opadów zimowych, świadcząc o kontynentalnym typie przebiegu opadów [Kaszewski i in. 2015]. Najniższe opady w Guciowie notowane były zwykle w lutym (36 mm), który charakteryzował się ponadto najmniejszą zmiennością opadów. Najwyższe opady występowały w lipcu (111 mm), ale największą zmiennością opadów charakteryzował się w maj. Najniższą miesięczną sumę opadów w Guciowie zanotowano w listopadzie 2011 roku 1,2 mm, a najwyższe miesięczne opady wystąpiły w 2010 roku, kiedy w Guciowie spadło w maju 231,4 mm deszczu, a w Tomaszowie Lubelskim w lipcu 244 mm, i był to najwyższy miesięczny opad w ciągu ostatnich 66 lat pomiarów na tej stacji [Kaszewski i in. 2015]. W chłodnych porach roku część opadów występowała w stanie stałym, tworząc w sprzyjających warunkach termicznych pokrywę śnieżną. W Guciowie pojawiała się ona czasem już w październiku, a zanikała dopiero w kwietniu, osiągając maksymalne miąższości (do 60 cm) zwykle w styczniu i lutym. Czas zalegania pokrywy śnieżnej w Guciowie, w latach hydrologicznych , różnił się znacznie w poszczególnych latach od poniżej 40 dni (w 2014 i 2016) do ponad 120 dni (1996 i 2013). Przeciętnie czas ten wynosił 83 dni i uległ skróceniu z 90 dni w pierwszej połowie okresu badań do 69 dni w drugiej połowie. Sezonowość odpływu i transportu fluwialnego górnego Wieprza Średni roczny przepływ Wieprza w Guciowie, w latach hydrologicznych , wyniósł 1,35 m 3 s 1, co odpowiada odpływowi jednostkowemu 4,5 dm 3 s 1 km 2 i zmieniał się od 1,13 m 3 s 1 do 1,86 m 3 s 1, co oznacza zmiany odpływu jednostkowego 3,8 6,2 dm 3 s 1 km 2. Roczny odpływ Wieprza wyniósł średnio 42,5 m wody, co odpowiada warstwie odpływu 141,6 mm. Odpływ wody przez większość roku wahał się w zakresie 3,1 3,7 m miesięcznie, tylko w marcu i kwietniu, w wyniku roztopów, wzrastał do blisko 5 m (ryc. 3). Zauważalny wpływ na sezonowy rozkład odpływu Wieprza ma też gospodarka stawowa. Cykliczne napełnianie zbiorników lub ich uzupełnianie wiosną i latem, powoduje m. in. zmniejszanie odpływu, które w latach suchych może okresowo przybrać postać głębokiej niżówki [Sadowska 2001]. Opróżnianie zbiorników jesienią, w połączeniu z niższym parowaniem i mniejszym zapotrzebowaniem na wodę przez roślinność, widoczne jest jako drugorzędne maksimum (ryc. 3). Ryc. 3. Średni miesięczny transport fluwialny i odpływ Wieprza w Guciowie w latach hydrologicznych Objaśnienia: 1 transport zawiesin, 2 transport roztworów, 3 odpływ Fig. 3. Mean monthly fluvial transport and outflow in the Wieprz River in hydrological years Explanations: 1 suspended load, 2 dissolved load, 3 outflow 227

6 W ujęciu rocznym, średnie miesięczne wartości zmącenia zmieniały się od ok. 13 mg dm 3 w okresie listopad luty, do 21 mg dm 3 w maju. Przy średniej intensywności unoszenia 0,032 kg s 1, średni miesięczny transport zawiesin wyniósł 55 t. Najmniej zawiesiny, przy minimalnym odpływie i zmąceniu, wynoszone jest w listopadzie i grudniu (ok. 42 t miesięcznie), najwięcej zaś w kwietniu 96 t (ryc. 3). Średnie miesięczne wielkości mineralizacji całkowitej wahały się od 237 mg dm 3 do 263 mg dm 3 i układały się odwrotnie proporcjonalnie do wielkości odpływu. Najmniej roztworów odprowadzanych jest Wieprzem w listopadzie 772 t, najwięcej w marcu i kwietniu po ponad 1100 t (ryc. 3). W ciągu roku odpływa poza zlewnię średnio 887 t substancji rozpuszczonych, przy średnim ładunku roztworów 0,34 kg s 1. Stanowi to średnio 94 % całkowitej ilości rumowiska (zawieszonego i rozpuszczonego) transportowanego przez Wieprz, w tym nawet ponad połowa materiału może być odprowadzona podczas wezbrań [Kociuba i Stępniewska 2002]. Zmienność odpływu i transportu fluwialnego górnego Wieprza w wieloleciu Średni roczny przepływ Wieprza (SQ) w Guciowie zmieniał się okresie badań od 0,91 m 3 s 1 w 1996 r., do 2,27 m 3 s 1 w 2010 r. (ryc. 4), co odpowiada 2,8 dm 3 s 1 km 2 i 7,6 dm 3 s 1 km 2. Odpływ całkowity wynosił od 28,6 m do 71,8 m wody (ryc. 5), a w przeliczeniu na warstwę odpływu było to od 95,4 mm do 239,3 mm (ryc. 4) i stanowiło 13 27% rocznej sumy opadów. Skrajne wielkości przepływu zmieniały się w okresie badań od 0,5 m 3 s 1 do 13,1 m 3 s 1, co daje wielkości odpływu jednostkowego odpowiednio 1,7 i 43,6 dm 3 s 1 km 2. Koncentracja materiału zawieszonego w rzece zmieniała się od 0,1 mg dm 3 do 561,9 mg dm 3. Średnie roczne wskaźniki zmącenia zmieniały się od 5,9 mg dm 3 w 2007 r. do 30,6 mg dm 3 w 1998 r. i zaważyły na wielkościach odpływu zawiesin, których skrajne wartości wystąpiły w tych samych latach odpowiednio 229 i 1607 t (ryc. 5). Stężenie materiału rozpuszczonego (mineralizacja całkowita) w analizowanym okresie zmieniała się od 63 mg dm 3 w 2005 r. do 372 mg dm 3 w 1998 r., przy mało zróżnicowanych, średnich wskaźnikach mineralizacji od 235 mg dm 3 w 2010 r. do 266 mg dm 3 w 2000 r. Transport roztworów zmieniał się w granicach 7,4 16,4 t 10 3 w poszczególnych latach (ryc. 5), wprost proporcjonalnie do zmian odpływu wody i stanowił od 89 do 97,5% całkowitej ilości substancji transportowanych przez Wieprz w Guciowie. W latach w zlewni górnego Wieprza wystąpiły dwa cykle o podobnym czasie trwania, przebiegu i wielkościach odpływu wody, które rozdziela rok 2006 (ryc. 5). W pierwszym cyklu ( ) średni przepływ wyniósł 1,32 m 3 s 1, co odpowiadało warstwie odpływu 138,4 mm i stanowiło 19,6% średniej sumy opadu w tym czasie. Okres ten rozpoczął się od najniższego średniego rocznego przepływu w wieloleciu , z niewielkim wezbraniem wiosennym. Po wysokich opadach z lata i jesieni 1997 nastąpił wzrost średnich przepływów (SQ), do kulminacji 1,94 m 3 s 1 w 2000 r. (ryc. 4), będącej efektem wysokich opadów w latach , w warunkach sprzyjających podziemnej retencji, jak kilkudniowe opady rozlewne, czy wiosenne i jesienne opady śniegu z tajaniem na niezamarzniętym gruncie [Stępniewska 2007]. Po tej kulminacji nastąpiło stopniowe obniżanie średniego przepływu do 0,94 m 3 s 1 w 2006 r. związane ze zmniejszaniem ilości opadów (ryc. 4). Pozostałe przepływy charakterystyczne (SWQ, SNQ i NNQ) nawiązywały przebiegiem do średnich, z wyjątkiem przepływów najwyższych (WWQ), które osiągnęły maksymalną wielkość w marcu 2005 (i całym wieloleciu), podczas intensywnych roztopów połączonych z opadami deszczu, na płytko zamarzniętym gruncie [Stępniewska 2007]. Zmienność transportu fluwialnego w latach była zbliżona do zmian odpływu w tym cyklu. Początkowo rzeka wynosiła od 380 t do 510 t materiału w postaci zawiesiny i 7,4 7,5 t 10 3 w postaci roztworów (ryc. 5). Wzrost odpływu i zmącenia oraz intensywności unoszenia z 0,01 kg s 1 do 0,09 kg s 1 spowodował ponad trzykrotne zwiększenie ilości transportowanych zawiesin i prawie dwukrotny wzrost transportu roztworów, po zwiększeniu ich ładunku z 0,22 kg s 1 do 0,42 0,50 kg s 1 [Stępniewska i Stępniewski 2008]. Największe wielkości zmącenia i odpływu zawiesin (także dla całego wielolecia ) zarejestrowano w 1998 roku, czyli na początku okresu wilgotnego. Najwięcej roztworów w cyklu odprowadzone zostało natomiast w roku 228

7 Ryc. 4. Przepływy charakterystyczne i odpływ całkowity górnego Wieprza na tle rocznych sum opadów atmosferycznych w Guciowie w latach hydrologicznych Objaśnienia: 1 suma opadu, 2 warstwa odpływu, 3 SWQ, 4 SQ, 5 SNQ Fig. 4. Characteristic discharges and outflow in the Wieprz River against the background of precipitation totals in Guciow, in the hydrological years Explanations: 1 total precipitation, 2 outflow rate, 3 mean maximum discharge (SWQ), 4 mean discharge (SQ), 5 mean minimum discharge (SNQ) Ryc. 5. Transport fluwialny i odpływ całkowity Wieprza w Guciowie w latach hydrologicznych Objaśnienia: 1 transport zawiesin, 2 transport roztworów, 3 odpływ Fig. 5. The fluvial transport and outflow of the Wieprz River in Guciow in the hydrological years Explanations: 1 suspended load, 2 dissolved load, 3 outflow 229

8 2000, który charakteryzował się najwyższą sumą opadów i najwyższym odpływem całkowitym w cyklu, przy niewielkich zmianach mineralizacji ogólnej [Stępniewska i Stępniewski 2008]. W następnych latach, o raczej przeciętnych opadach i warunkach odpływu (Michalczyk i in. 2004), wskaźniki transportu uległy znacznemu obniżeniu. Dotyczyło to głównie zawiesin, których transport wykazywał równomierną tendencję malejącą do 240 t w roku 2004 przy szybko zmniejszającym się zmąceniu i ładunku zawiesiny [Stępniewska i Stępniewski 2008]. Mniejszy spadek zanotowano w ilości transportowanych roztworów, która zmalała do 7, t w 2006 roku (ryc. 5). Średni roczny przepływ w drugim cyklu ( ) wzrósł do 1,34 m 3 s 1, ale warstwa odpływu (140,9 mm) zmniejszyła się do 18,4% średniej sumy opadu za ten okres. Pierwsza część tego cyklu to ciągły przyrost wielkości średniego przepływu, aż do 2010 roku, kiedy osiągnął on poziom najwyższy w wieloleciu (ryc. 4). Był on wynikiem stopniowego wzrostu rocznych sum opadów, aż do kulminacji w 2010 roku, charakteryzującym się dodatkowo śnieżną i długą zimą, która zakończyła się roztopami na niezamarzniętym gruncie. Od 2011 roku, pomimo początkowego utrzymywania się rocznych opadów na poziomie średnim lub wyższym, następowało stopniowe obniżanie średnich przepływów do poziomu 0,96 m 3 s 1 w suchym roku Pozostałe przepływy charakterystyczne nawiązywały przebiegiem do średniego (ryc. 4), przy czym przepływy najwyższe (WWQ), obniżyły się do najniższego w wieloleciu poziomu 1,95 m 3 s 1 w 2016 r. Zmienność transportu fluwialnego w latach była podobna jak w poprzednim cyklu. W początku nowego cyklu transport rumowiska zawieszonego wynosił, przy minimalnym zmąceniu, t rocznie, a transport roztworów był na poziomie 7,5 8,8 t 10 3 (ryc. 5). W kolejnych, coraz wilgotniejszych latach, wraz ze zwiększającym się odpływem wody i zmąceniem, przy średniej intensywności unoszenia dochodzącej do 0,05 kg s 1, wzrastała ilość transportowanych zawiesin, aż do kulminacji (1589 t) w 2010 roku, wielkością zbliżonej do maksimum sprzed 10 lat. W tym samym roku, ilość transportowanych roztworów osiągnęła najwyższą średnią w całym wieloleciu , przy jednocześnie najwyższej koncentracji roztworów (0,52 kg s 1 ), której towarzyszył (inaczej niż 10 lat wcześniej) najniższy wskaźnik mineralizacji. Kolejne lata (z krótką przerwą w 2013 roku) przyniosły znaczne obniżenie wielkości transportowanego przez rzekę materiału do ok. 400 t rocznie (ryc. 5), przy zmąceniu ustabilizowanym na poziomie ok. 14 mg dm 3. Transport roztworów zmniejszył się w tym czasie do 8 10 t 10 3 rocznie, przy nieznacznie wahającej się średniej mineralizacji. DYSKUSJA Obliczone dla wielolecia współczynniki nieregularności średniego przepływu miesięcznego i rocznego, wynoszące odpowiednio 1,64 i 2,51, potwierdzają oparte na krótszym o połowę cyklu pomiarowym wnioski [Stępniewska 2007], że roztoczański odcinek Wieprza charakteryzuje ogólnie mała zmienność przepływów. Małą zmiennością cechują się także przepływy skrajne roczne i wieloletnie, dla których współczynniki zmienności Q max/q min przyjmują wartości poniżej 50. Na średnią zmienność przepływów w wieloleciu wskazuje natomiast współczynnik zmienności c v (o wartości 0,268), wyrażony jako iloraz odchylenia standardowego w stosunku do wartości przeciętnej [Choiński 1988]. W ciągu roku nieznacznie przeważa odpływ w półroczu chłodnym, stanowiący ok. 53% rocznego odpływu wody, a reżim odpływu Wieprza ma cechy typu niwalnego, średnio wykształconego [Dynowska 1994]. Niewielka zmienność przepływów, a w konsekwencji także odpływu całkowitego górnego Wieprza, wynikają z dominacji zasilania podziemnego oraz długookresowych zmian retencji, którym sprzyja przepuszczalne podłoże oraz rozległe łąki w górnej i lasy w dolnej części zlewni [Bartoszewski i Michalczyk 1996]. Niewielkiej zmienności przepływów towarzyszy równie mała zmienność transportu fluwialnego, bowiem obliczone współczynniki korelacji r-pearsona między średnim przepływem rocznym a wielkością transportu zawiesin (0,90; p < 0,001) i roztworów (0,99; p < 0,001) wskazują na bardzo silną współzależność. Tylko w roku z większą ilością wezbrań pełnokorytowych, występującym po kilku spokojniejszych latach obserwowano, szybszy niż wzrost przepływu, wzrost wielkości transportu zawiesin spowodowany dużym zmąceniem, które jednak szybko obniżało się w kolejnych latach. Ogółem w ciągu roku Wieprz przez profil w Guciowie transportuje 230

9 10, t substancji rozpuszczonych i ponad 660 t zawiesin. Obliczone na podstawie ilości odprowadzonych substancji, roczne wskaźniki denudacji chemicznej i mechanicznej w zlewni górnego Wieprza wyniosły odpowiednio: 36,1 t km 2 i 2,4 t km 2. Podobne wielkości tych wskaźników występują w obszarach nizinnych środkowej Polski [Ciupa i in. 2017], natomiast w porównaniu ze zbliżonymi pod względem wielkości i użytkowania zlewniami rzek sąsiedniej Wyżyny Lubelskiej, np. Bystrzycy i Uherki są to wartości niskie, gdyż wskaźnik denudacji chemicznej może być tam 2 razy wyższy, a mechanicznej nawet 3 6 razy wyższy niż w roztoczańskiej zlewni Wieprza [Maruszczak i in. 1992]. Lata na Roztoczu Środkowym charakteryzowały się zróżnicowanymi i zmiennymi warunkami klimatycznymi, z przewidywaną tendencją do wzrostu temperatury powietrza i sum opadów. Oparte na tych prognozach modele obiegu energii i materii sugerowały stopniowy wzrost odpływu i przyspieszenie procesów denudacji w obszarze Roztocza [Michalczyk i Paszczyk 2004]. Prowadzone badania monitoringowe odpływu i transportu fluwialnego w zlewni górnego Wieprza nie potwierdzają na razie tego scenariusza. Przepływy średnie (SQ) i niskie (SNQ i NNQ) oraz wielkość odpływu w zlewni górnego Wieprza w analizowanym wieloleciu pozostały praktycznie niezmienne, a transport fluwialny, szczególnie zawiesin, ma nawet tendencję do niewielkiego zmniejszania. Dodatkowo, powstrzymany został rosnący trend przepływów wysokich (WWQ i SWQ), obserwowany w roztoczańskim odcinku Wieprza od połowy XX wieku [Michalczyk i in. 2004]. Nie jest to związane ze zwiększeniem powierzchni małej retencji, głównie poprzez budowę zbiornika na Jacynce i rozbudowę zbiornika w Krasnobrodzie, ponieważ udział Jacynki w zasilaniu Wieprza jest znikomy, a zalew w Krasnobrodzie nie jest zbiornikiem przepływowym i mimo rozbudowy, nie powiększył znacząco swojej objętości, gdyż częściowo włączono do niego istniejące już stawy hodowlane. Rozbieżność uzyskanych wyników z wcześniejszymi prognozami można zatem tłumaczyć większą od zakładanej stabilnością tego geoekosystemu lub zbyt krótkim czasem do analizy, który niedostatecznie odzwierciedla kierunek zmian. Gdyby jednak przyjąć, że wzrost wielkości transportu fluwialnego, zarówno w postaci roztworów jak i zawiesin, często bywa wynikiem skażenia środowiska [Moniewski 2015, Mosiej i in. 2007] i nasilenia antropopresji [Kostrzewski 1994, Świeca 1998, Natkaniec i Możdżeń 2013], to obecny trend przeciwny może świadczyć o zmniejszaniu się presji gospodarczej i osadniczej na ten obszar. Po udokumentowanym, znacznym ograniczeniu natężenia transportu eolicznego i zmianach w strukturze opadu eolicznego w okolicach Guciowa [Demczuk i in. 2015], byłby to kolejny dowód na postępującą renaturyzację przynajmniej części zlewni górnego Wieprza [Furtak i in. 2000]. Proces ten, przejawiający się w praktyce wzrostem udziału odłogowanych pól i lasów [Grądziel i in. 2006], zwłaszcza w obrębie stromych stoków [Someya i Furtak 1996], zmniejsza spływ powierzchniowy, ograniczając erozję gleb [Stępniewski 2008, Stępniewski i in. 2010]. Sprzyja to z kolei wyrównywaniu odpływu i zmniejszaniu transportu fluwialnego, głównie zawiesin, mimo znacznego urzeźbienia terenu. W połączeniu ze wzrostem temperatury powietrza, postępująca renaturyzacja może przyczynić się do zwiększenia transpiracji i wzrostu udziału parowania w bilansie wodnym zlewni. WNIOSKI Wyżynną pod względem parametrów morfometrycznych zlewnię górnego Wieprza charakteryzuje na ogół mała, sezonowa i wieloletnia zmienność odpływu oraz transportu fluwialnego, którego wielkość, przede wszystkim zawiesin, jest niższa w porównaniu z podobnymi rzekami Wyżyny Lubelskiej. Znaczny udział obszarów chronionych i związana z tym lesistość zlewni oraz duży udział łąk w użytkach rolnych sprawiają, że wskaźniki denudacji, obliczone dla zlewni górnego Wieprza, są niskie i upodabniają ją pod tym względem do zlewni rzek nizinnych środkowej Polski. Rosnący trend rocznych sum opadów atmosferycznych w wieloleciu nie przełożył się na prognozowany wzrost odpływu ze zlewni przeciwnie, nastąpiło wyrównywanie i tak mało zmiennego odpływu, połączone z jego niewielkim spadkiem, którym towarzyszyło zmniejszanie ilości transportowanego przez Wieprz materiału, zwłaszcza zawieszonego, związane z postępującą renaturyzacją zlewni. Prowadzenie wieloletnich badań monitoringowych umożliwia weryfikację prognoz dotyczących funkcjo

10 nowania środowiska przyrodniczego, zwłaszcza przy małej przewidywalności kierunku i wielkości zachodzących w nim zmian. PIŚMIENNICTWO Bajkiewicz-Grabowska, E., Mikulski, Z. (1999). Hydrologia ogólna. PWN, Warszawa, Bartoszewski, S., Michalczyk, Z. (1996). Dorzecze górnego Wieprza. [w:] Z. Michalczyk (red.) Źródła Roztocza. Wyd. UMCS. Lublin, Bodulski, J., Ciepielowski, A., Dąbrowski, Sz. L., Głogowska E. (2005). Dynamika zmian natężenia przepływu wód powierzchniowych w zlewniach użytkowanych rolniczo i leśnie. Acta Sci. Pol., Form. Cir. 4 (1), Brański, J. (1968). Oznaczanie ilości unosin metodą wagową bezpośrednią przy użyciu sączków. Prace PIHM, Ciupa, T., Suligowski, R., Łajczak, A. (2017). Odpływ materiału rozpuszczonego z obszaru Polski. [w:] XI Zjazd Geomorfologów Polskich, Warszawa września Naturalne i antropogeniczne uwarunkowania rozwoju rzeźby streszczenia referatów i posterów. Wyd. WGiSR, UW, Warszawa, Choiński, A. (1988). Zróżnicowanie i uwarunkowania zmienności przepływów rzek polskich. Wydawnictwo Naukowe UAM. Poznań, Demczuk, P., Stępniewski, K., Rodzik, J. (2016). Zmienność i zróżnicowanie opadu i transportu eolicznego w Guciowie (Roztocze Środkowe) w latach [w:] J. Święchowicz, A. Michno (red.) Wybrane zagadnienia geomorfologii eolicznej. Wyd. IGiGP UJ, Kraków, Dębicki, R. (2004). Charakterystyka środowiska przyrodniczego w zlewni górnego Wieprza. [w:] A. Świeca (red) Przyrodnicze uwarunkowania dynamiki obiegu wody i natężenia transportu fluwialnego w zlewni górnego Wieprza, Wyd. UMCS, Lublin, Dynowska, I. (1994). Reżim odpływu rzecznego, plansza 32.3 Odpływ rzeczny [w:] Atlas Rzeczpospolitej Polskiej, IGiPZ PAN, Główny Geodeta Kraju, PPWK im. E. Romera S.A., Warszawa. Froehlich, W., 1982: Mechanizm transportu fluwialnego i dostawy zwietrzelin do koryta w górskiej zlewni fliszowej. Pr. Geogr. IGiPZ PAN 143, Furtak, T., Janicki, G., Rodzik, J., Skowronek, E. (2000). Przemiany wsi Guciów w otulinie Roztoczańskiego Parku Narodowego [w:] Radwan S., Lorkiewicz Z. (red.) Problemy ochrony i użytkowania obszarów wiejskich o dużych walorach przyrodniczych. Wydawnictwo UMCS, Lublin, Grądziel, T., Janicki, G., Furtak, T., Pidek, I., Rodzik, J. (2006), Ocena stopnia naturalności i kierunków przekształceń roślinności w oparciu o metody: fitosocjologiczną i krajobrazową (na przykładzie wsi Guciów na Roztoczu Środkowym). Problemy Ekologii Krajobrazu, 16, Kaszewski, B. M. (2004). Warunki klimatyczne. [w:] A. Świeca (red.) Przyrodnicze uwarunkowania dynamiki obiegu wody i natężenia transportu fluwialnego w zlewni górnego Wieprza. Wyd. UMCS, Lublin, Kaszewski, B. M., Siwek, K., Gluza, A., Shuber, P. (2015). Klimat. [w:] T. Grabowski, M. Harasimiuk, B. M. Kaszewski, Y. Krawchuk, B. Lorens, Z. Michalczyk, O. Shabliy (red.) Roztocze przyroda i człowiek. Wyd. RPN, Zwierzyniec, Kociuba, W. (2002). Współczesny rozwój dna doliny Wieprza. Rozprawa doktorska, INoZ UMCS, Lublin; Kociuba, W., Stępniewska, S. (2002). Rola wezbrań w transporcie rumowiska rzecznego górnego Wieprza. Przegląd Nauk., Inżynieria i Kształtowanie Środowiska (25), Kostrzewski, A., Mazurek, M., Zwoliński, Z. (1994). Dynamika transportu fluwialnego górnej Parsęty jako odbicie funkcjonowania systemu zlewni. Wyd. Stow. Geomorfologów Polskich, Poznań, Markowicz, M., Pulina, M. (1979). Ilościowa półmikroanaliza chemiczna wód w obszarach krasu węglanowego. Uniwersytet Śląski. Katowice, Maruszczak, H., Rodzik, J., Świeca A. (1992). Denudacja mechaniczna i chemiczna we wschodniej części pasa wyżyn południowopolskich. [w:] A. Kotarba (red.) System denudacyjny Polski. Pr. Geogr. Nr 155, Wyd. PAN. Wrocław, Michalczyk, Z. (1997). Przepływy Wieprza w profilu wodowskazowym Guciów w latach [w:] Kompleksowe badania środowiska przyrodniczego Roztocza. Wyd. UMCS. Lublin, Michalczyk, Z., Paszczyk, J. (2004). Model obiegu wody w zlewni wyżynnej. [w:] A. Świeca (red) Przyrodnicze uwarunkowania dynamiki obiegu wody i natężenia transportu fluwialnego w zlewni górnego Wieprza, Wyd. UMCS, Lublin, Michalczyk, Z., Paszczyk, J., Stępniewska, S., Stępniewski, K. (2004). Zróżnicowanie odpływu. [w:] A. Świeca (red) Przyrodnicze uwarunkowania dynamiki obiegu wody i natężenia transportu fluwialnego w zlewni górnego Wieprza, Wyd. UMCS, Lublin, Moniewski, P. (2015). Cechy fizykochemiczne wód powierzchniowych i ich sezonowa zmienność na przykładzie Dzierżąznej. Acta Sci. Pol. Form. Cir. 14 (3),

11 Mosiej, J., Komorowski, H., Karczmarczyk, A., Suska, A. (2007). Wpływ zanieczyszczeń odprowadzanych z aglomeracji łódzkiej na jakość wody w rzekach Ner i Warta. Acta Sci. Pol. Form. Cir. 6 (2), Natkaniec, J., Możdżeń, M., 2013: Zmiany stężeń wskaźników jakości wód rzeki Drwinki. Acta Sci. Pol. Form. Cir. 12 (2), Rodzik, J., Furtak, T., Maciejewska, E., Stępniewska, S., Stępniewski, K. (2007). Zróżnicowanie transportu fluwialnego na obszarze Roztoczańskiego Parku Narodowego w latach [w:] Z. Michalczyk (red.) Obieg wody w środowisku naturalnym i przekształconym. Wyd. UMCS. Lublin, Rodzik, J., Stępniewski, K. (2010). Obsiag i metodyka monitoringowykh doslidzhen w Roztočanskij Naukovij Stancji UMKS v Guciowi. Stacionarni geografični doslidzhenija: dosvid, problemy, perspektyvy, Materialy Mizhnarodnogo naukovogo seminaru travnia 2010 roku, Lviv-Briukhovyči, Lviv, Sadowska, S. (2001). Wpływ gospodarki stawowej na kształtowanie odpływu rzecznego górnego Wieprza w mokrych latach [w:] Materiały Ogólnopolskiej Konferencji Hydrologicznej, Kielce Wólka Milanowska, IX 2001r. Wyd. IG AŚ. Kielce, Someya, T., Furtak, T.(1996). Zastosowanie programów GIS do analizy i prezentacji przekształceń środowiska (na przykładzie wsi Guciów w otulinie Roztoczańskiego Parku Narodowego) [w:] Badania ekologiczno-krajobrazowe na obszarach chronionych. Problemy Ekologii Krajobrazu, 2, Stępniewska, S. (2007). Zmienność odpływu górnego Wieprza. [w:] Z. Michalczyk (red.), Obieg wody w środowisku naturalnym i przekształconym. Wyd. UMCS. Lublin, Stępniewska, S., Stępniewski, K. (2004). Zmienność przepływów w rzekach Roztoczańskiego Parku Narodowego w latach [w:] Z. Michalczyk (red.) Badania geograficzne w poznawaniu środowiska. Wyd. UMCS. Lublin, Stępniewska, S., Stępniewski, K. (2008). Variability of fluvial transport of the upper Wieprz river. Annals of Warsaw University of Life Sciences SGGW, Land Reclamation, No 39, Stępniewski, K., 2008; Wpływ spływu roztopowego i deszczowego na wielkość spłukiwania z poletek o różnym użytkowaniu. Landform Analysis, 9, Stępniewski, K., Demczuk P., Rodzik, J., Siwek, K. (2010). Związki między opadem deszczu a spływem powierzchniowym i spłukiwaniem gleby na poletkach doświadczalnych o różnym użytkowaniu (Guciów Roztocze Środkowe). Prace i Studia Geogr. WGiSR UW, 45, WUW, Stępniewski, K., Rodzik, J. (2008). Discharge and fluvial transport in two catchments of the Roztocze Region (SE Poland). Quaestiones Geographicae, ser. A Physical Geography, 27A, 2, AMU Press, Poznań, Świeca, A. (1998). Wpływ czynników antropogenicznych na rzeczny odpływ roztworów i zawiesin na międzyrzeczu Wisły i Bugu. Wyd. UMCS. Lublin, Świeca, A. (red.) (2004). Przyrodnicze uwarunkowania dynamiki obiegu wody i natężenia transportu fluwialnego w zlewni górnego Wieprza, Wyd. UMCS, Lublin, Woś, A. (2010). Klimat Polski w drugiej połowie XX wieku. Wyd. Nauk. UAM, LONG-TERM VARIABILITY OF OUTFLOW AND FLUVIAL TRANSPORT OF THE UPPER WIEPRZ RIVER (THE CENTRAL ROZTOCZE) ABSTRACT The variability of water outflow and fluvial transport in the Upper Wieprz River catchment (300.3 km 2 ) in Central Roztocze is presented based on results of daily measurements in Guciów from the period The study period was characterised by high variability of annual precipitation totals from mm (2003) to mm (2010), with the mean annual value of 735 mm. Mean annual discharge in the Wieprz River ranged from 0.91 m 3 s 1 (1996) to 2.27 m 3 s 1 (2010), and extreme discharge values varied from 0.5 m 3 s 1 (1996) to 13.1 m 3 s 1 (2005). The variability of annual, monthly, and extreme discharges was moderate. The specific runoff index amounted to 4.5 dm 3 s 1 km 2, and varied from 3.0 dm 3 s 1 km 2 to 7.6 dm 3 s 1 km 2. The mean annual outflow of the Wieprz River in Guciów amounted to 142 mm, and varied from 95 to 239 mm in particular years. The outflow regime showed features of nival type, moderately developed. The dynamics of transport of solutions and suspensions corresponded with seasonal and annual 233

12 changes in outflow from the Wieprz River. Mean annual fluvial transport varied from t (1996 and 2004) to 18, t (2010), whereas transport of solutions constituted 89 97% of the total flux. The mechanical and chemical denudation indices calculated for the catchment amounted to 2.4 and 36.1 t km 2 per year, respectively. In spite of the evident increasing trend in annual atmospheric precipitation totals, water outflow did not increase, contrary to forecasts, and fluvial transport, particularly that of suspensions, showed a tendency of a slight decrease. Key words: Wieprz River, characteristic discharges, total outflow, suspended load, dissolved load 234