Rola jezior w kształtowaniu zasilania i drenażu wód podziemnych na Pojezierzu Gnieźnieńskim w warunkach naturalnych i antroporesji hydrodynamicznej

Transkrypt

1 Bogumił Nowak Uniwersytet im. Adama Mickiewicza w Poznaniu / Instytut Geologii Stypendysta projektu pt. Wsparcie stypendialne dla doktorantów na kierunkach uznanych za strategiczne z punktu widzenia rozwoju Wielkopolski, Poddziałanie Programu Operacyjnego Kapitał Ludzki Rola jezior w kształtowaniu zasilania i drenażu wód podziemnych na Pojezierzu Gnieźnieńskim w warunkach naturalnych i antroporesji hydrodynamicznej Głównym celem mojej pracy doktorskiej jest zdefiniowanie roli jezior w kształtowaniu systemu krążenia oraz drenażu wód podziemnych i powierzchniowych na obszarach pojeziernych, a w szczególności w rejonie środkowej części Pojezierza Gnieźnieńskiego. Ważnym aspektem podjętych przeze mnie badań jest także określenie wpływu jezior na stosunki wodne w skali lokalnej i regionalnej oraz określenie i próba prognozowania reakcji wód podziemnych i powierzchniowych na brak zasilania w okresach niżówek hydrologicznych. Ze względu na występujący w analizowanym przeze mnie regionie problem opadania poziomów wód zostanie również podjęta próba określenia czynników, wpływających na ich stany. W ramach pracy doktorskiej planowane jest także wyznaczenie zalegania zwierciadła wód podziemnych oraz określenie zasobności w wodę głównych poziomów użytkowych w obrębie strefy badań, czyli Wielkopolskiej Doliny Kopalnej GZWP 144 i Subzbiornika Inowrocław-Gniezno GZWP 143. Istnienie różnorodnych morfologicznie jezior, urozmaicona rzeźba terenu i różnorodne zagospodarowanie terenu w obrębie obszaru badań zapewni dodatkowo możliwość prześledzenia zależności hydrodynamicznych w zlewniach jeziornych różnego typu, pozwalając na wyznaczenie klas zbiorników o podobnym reżimie zasilania i odwadniania. Analiza taka pozwoli stworzyć klasyfikację hydrodynamiczną jezior, która może zostać zastosowana dla innych zbiorników wodnych, położonych na Niżu Polskim, np. przy ich ocenie hydromorfologicznej. Uzyskane wyniki będzie można wykorzystać również przy stworzeniu nowej metodyki obliczania bilansu wodnego jezior w zależności od parametrów zbiornika oraz osadów, budujących jego zlewnię. Tak wyznaczone równania będzie można następnie przełożyć na akweny z innych części Polski.

2 Poruszane zagadnienia są często pomijane w literaturze ze względu na niewielką ilość danych bazowych. Zwłaszcza podziemna strefa krążenia wód w zlewniach jeziornych objęta jest tajemnicą i nawet w ogólnie przyjętych równaniach bilansowych składowa podziemna wyznaczana jest jako wypadkowa zasilania i drenażu. Daje to mylne pojęcie na temat procesów, rządzących jeziorami i nierzadko prowadzi do błędnych wniosków, co w konsekwencji może także rzutować na nieprawidłową gospodarkę wodną w danym rejonie. Badania przeprowadzane w ramach tego projektu będą zatem dotykały nierozwiązanego jak dotychczas zagadnienia naukowego. W ramach pracy doktorskiej planowane jest stworzenie numerycznego modelu krążenia wód podziemnych i powierzchniowych w obrębie czterech sąsiadujących ze sobą zlewni jeziornych, znajdujących się na Pojezierzu Gnieźnieńskim (ryc. 1). Na podstawie danych archiwalnych, dostępnych map oraz własnych pomiarów, przeprowadzonych w trakcie wizji terenowych, planuje się stworzenie przekrojów hydrogeologicznych (ryc. 2) oraz map tematycznych niezbędnych do prawidłowego modelowania. Mapy te zostaną wykonane przy użyciu oprogramowania ArcGis. Do kalibracji modelu planuje się wykorzystać dane monitoringowe z istniejących sieci obserwacyjnych, należących do Państwowej Służby Hydrologiczno-Meteorologicznej, Państwowej Służby Hydrogeologicznej, Lasów Państwowych i Kopalni Węgla Brunatnego KONIN. Aby poszerzyć zasób danych wyjściowych oraz zwiększyć dokładność obliczeń zaplanowano założenie nowych posterunków obserwacyjnych na rzekach i jeziorach (fot. 1) oraz piezometrów, pozwalających śledzić wahania wód powierzchniowych i podziemnych. Na nowych stacjach i piezometrach planuje się założyć automatyczne czujniki pomiarowe, a w uzasadnionych przypadkach zastosować tradycyjne metody, czyli obserwacje w dzienniczkach pomiarowych przez przeszkolonego wcześniej obserwatora. Poza danymi, pochodzącymi z urządzeń automatycznych i obserwacji tradycyjnych zaplanowano kontrolne pomiary stanów wód gruntowych (kartowanie hydrogeologiczne studni gospodarskich) w obrębie terenu badań, a także comiesięczne wykonywanie pomiarów natężenia przepływu na ciekach, dopływających i wypływających z jezior, objętych monitoringiem. Niezbędne do obliczeń oraz uzupełnienia modelu numerycznego wielkości parowania terenowego i z powierzchni wody zostaną natomiast obliczone z ogólnie przyjętych wzorów, a następnie skorygowane z wartościami zmierzonymi na Stacji Hydrologicznej w Radzyniu, prowadzącej badania w zakresie parowania w ramach Państwowej Służby Hydrologiczno-Meteorologicznej. Wykonane w ramach mojej pracy doktorskiej badania i obliczenia pozwolą na określenie wpływu warunków klimatycznych oraz działań antropogenicznych, w tym eksploatacji węgla brunatnego, na wody podziemne i powierzchniowe w rejonie środkowej części Pojezierza Gnieźnieńskiego, zwłaszcza na jeziora Powidzkiego Parku Krajobrazowego. Jak wiadomo zagadnienie to jest od lat tematem wielu spekulacji

3 naukowych, ale jak dotychczas ze względu na brak interdyscyplinarnego podejścia badaczy oraz odpowiednich danych nie doczekało się solidnego opracowania, które wyjaśniałoby kwestię wpływu warunków naturalnych i antropogenicznych na systemy wodonośne tego obszaru. Zastosowane przez mnie metody oraz wykorzystane dane pozwolą jasno sprecyzować, jakie czynniki modyfikują stan ilościowy wód w tym rejonie. Wyniki badań mogą w dalszej perspektywie przyczynić się do wyznaczenia kierunków działań, przeciwdziałających procesowi opadania wody w tychże jeziorach w oparciu o przeanalizowane dane hydrologiczne i meteorologiczne. Rezultaty badań mogą zostać uwzględnione również przez Zespół Parków Krajobrazowych Województwa Wielkopolskiego przy tworzeniu planów ochrony na podległych mu obszarach oraz przez Regionalną Dyrekcję Lasów Państwowych dla potrzeb realizowanego w ostatnich latach Programu Małej Retencji. Stworzone na potrzeby modelu hydrodynamicznego mapy zalegania poziomów wodonośnych i przekroje hydrogeologiczne, podobnie jak uzyskana wiedza na temat zasobów statycznych i dynamicznych wód podziemnych, mogą być użyte w trakcie projektowania nowych ujęć wód podziemnych oraz do skorygowania danych o głównych zbiornikach wód podziemnych, występujących w obrębie obszaru badań. Informacjami tymi mogą być zainteresowane zarówno prywatne firmy, projektujące ujęcia wód podziemnych czy też Państwowa Służba Hydrogeologiczna, prowadzące badania nad zasobami wód podziemnych. Zaktualizowane mapy hydrograficzne oraz dokładne rozpoznanie i określenie tendencji zmian wielkości zasobów wodnych w regionie mogą być wykorzystane przez Wojewódzki Zarząd Melioracji i Urządzeń Wodnych w Poznaniu, m.in. przy projektowaniu nowych obiektów hydrotechnicznych i wyznaczaniu poziomów piętrzenia wód dla jezior lub przy wykreślaniu planów regulacji koryt rzecznych. Całościowym opracowaniem będzie na pewno zainteresowana Kopalnia Węgla Brunatnego KONIN, która będzie mogła poczynić odpowiednie kroki w celu ewentualnego przeciwdziałania lub ograniczenia skutków wpływu eksploatacji węgla brunatnego z odkrywki Jóźwin II B, jeżeli takowy zostanie wykazany. Stworzona w trakcie badań metodyka obliczania bilansu wodnego może natomiast znaleźć szersze zastosowanie, czy to w pracach naukowych czy też w Państwowej Służbie Hydrologiczno-Meteorologicznej, gdzie prowadzi się badania, obejmujące zagadnienia z zakresu hydrodynamiki jezior. Utworzone na potrzeby realizacji pracy doktorskiej posterunki, monitorujące stan rzek, jezior i wód podziemnych po zakończeniu mojego doktoratu mogą zostać tymczasem włączone do sieci pomiarowo-obserwacyjnej Państwowej Służby Hydrologiczno- Meteorologicznej, Państwowej Służby Hydrogeologicznej lub Lasów Państwowych. Część tych posterunków może również zostać zaadoptowana na potrzeby dydaktyczne, np. w celu

4 ukazania metod monitoringu ilościowego wód studentom, kształcącym się na kierunkach związanych z hydrologią, hydrogeologią i melioracją. Całościowe opracowanie, wydane w formie monografii powinno być tymczasem przydatne zarówno dla naukowców z branży hydrologicznej jak i zainteresowanych tymi zagadnieniami władz lokalnych oraz instytucji. Wykonane w trakcie projektu mapy tematyczne oraz obliczenia m.in. dotyczące parowania czy wielkości odpływu jednostkowego wzbogacą także wiedzę hydrologiczną na temat tego regionu, z której będą mogli korzystać naukowcy, prowadzący w przyszłości badania w tej okolicy. Stworzony model krążenia wód powierzchniowych i podziemnych może być zaadoptowany na inne tereny, zarówno do celów naukowych jak i komercyjnych, m.in. przy projektowaniu i określaniu oddziaływania zbiorników zaporowych na okoliczne systemy wodonośne. Podjęta przez mnie tematyka pozwoli jednak przede wszystkim zgłębić procesy, kształtujące zasoby wód podziemnych i powierzchniowych w skali regionalnej. Dla Wielkopolski jest to o tyle istotne, że to właśnie ona ze wszystkich regionów Polski odczuwa najbardziej niedobory wód. Poznanie czynników, wpływających na obniżanie się poziomów wód, w połączeniu z wiedzą praktyczną, może przyczynić się do wypracowania metod, które pozwolą przeciwdziałać temu procesowi. Ryc. 1. Rejon opracowania z wydzielonymi 4 jeziornymi zlewniami testowymi

5 Ryc. 2. Przekrój hydrogeologiczny ilustrujący warunki krążenia wód podziemnych w rejonie badań (Przybyłek, Nowak 2011) Fot. 1. Zbudowana na potrzeby realizacji projektu studzienka limnimetryczna, służąca do monitoringu stanu wód rzeki Noteci Zachodniej (fot. B. Nowak)

6 Literatura: Przybyłek J., Nowak B.; 2011; Wpływ niżówek hydrogeologicznych i odwodnień górniczych na systemy wodonośne Pojezierza Gnieźnieńskiego; Biuletyn PIG; Nr 445; seria Hydrogeologia, z. XII/2; s