ZMIANY ZAPASÓW WODY W MADACH DOLINY ODRY W REJONIE MALCZYC W OKRESIE WEGETACYJNYM 2005 ROKU. Wojciech Łyczko, Beata Olszewska, Leszek Pływaczyk

Transkrypt

1 Acta Sci. Pol., Formatio Circumiectus 6 (4) 2007, ZMIANY ZAPASÓW WODY W MADACH DOLINY ODRY W REJONIE MALCZYC W OKRESIE WEGETACYJNYM 2005 ROKU Wojciech Łyczko, Beata Olszewska, Leszek Pływaczyk Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu Streszczenie. Na podstawie comiesięcznych pomiarów wykonywanych w okresie wegetacyjnym (IV IX) 2005 r. w warstwach 0 10, 20 30, 40 50, i cm czterech charakterystycznych profili glebowych oceniano stan uwilgotnienia gleb w lewobrzeżnej części doliny Odry powyżej nowo budowanego stopnia wodnego Malczyce. Zmiany zapasów wody gruntowej w profilach analizowano w odniesieniu do przebiegu opadów atmosferycznych, głębokości zalegania wód gruntowych oraz stanów wody w Odrze. Określono podstawowe właściwości fizyczne gleb i sporządzono krzywe retencyjności wodnej, a na ich podstawie wyznaczono przedziały wilgotności odpowiadające charakterystycznym stanom uwilgotnienia. Okres badań charakteryzował się opadami zbliżonymi do normalnych. Z powodu dość głębokiego zalegania zwierciadła wody gruntowej w sąsiedztwie profili glebowych (we wszystkich punktach pomiarowych na głębokości przekraczającej 1,5 m, a w części obszaru nawet większej od 4 m) badane wierzchnie warstwy gleby były zasilane tylko opadami atmosferycznymi i ich uwilgotnienie nie zależało od położenia wód gruntowych. Uwilgotnienie kształtowało się korzystniej w profilach nr 7 i 10: przez większą część okresu badań zapasy wody w warstwie 0 50 cm mieściły się w przedziale między polową pojemnością wodną a pojemnością okresu suszy. W profilach nr 8 i 9 sytuacja była gorsza; w pierwszym z nich sumy zapasów wilgoci glebowej zarówno w warstwie 0 50 cm, jak i cm przeważnie układały się poniżej wartości odpowiadającej punktowi trwałego więdnięcia. Słowa kluczowe: stopień wodny, mady, wilgotność gleby, zapasy wody WSTĘP Wilgotność gleby zależy m.in. od typu i gatunku gleby, sposobu jej użytkowania oraz od warunków zasilania w wodę, w tym od poziomu wody gruntowej i od przebiegu warunków meteorologicznych. Adres do korespondencji Corresponding author: dr inż. Wojciech Łyczko, Instytut Kształtowania i Ochrony Środowiska, Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu, pl. Grunwaldzki 24, Wrocław, wojciech.lyczko@up.wroc.pl indd :39:25

2 28 W. Łyczko, B. Olszewska, L. Pływaczyk Przegrodzenie koryta rzeki stopniem wodnym zmienia jej dotychczasowy charakter i sposób oddziaływania na teren przyległy. Stopień Malczyce miał powstać już w latach 70. XX wieku na odcinku Odry poniżej Wrocławia i stanowić element jej kaskady wraz ze stopniami położonymi wyżej (w Brzegu Dolnym i Rędzinie) i z budowlami planowanymi w dolnym biegu rzeki. Budowa stopnia Malczyce opóźniła się prawie o pół wieku, co rodzi niekorzystne konsekwencje. Poniżej ostatniego stopnia (Brzeg Dolny) w wyniku erozji obniża się poziom dna w rzece, czego skutkiem jest obniżanie się zwierciadła wody gruntowej na obszarze przyległym do Odry poniżej spiętrzenia [Pływaczyk 1997]. Sytuację tę może odmienić oddanie do eksploatacji stopnia Malczyce budowanego w km 300 Odry na wysokości wsi Rzeczyca. Spiętrzenie wody zmieni drenujący charakter rzeki na odcinku Brzeg Dolny Malczyce na infiltrujący i spowoduje podniesienie się zwierciadła wody gruntowej, co będzie skutkowało zmianą uwilgotnienia wierzchnich warstw profilu glebowego. Praca miała na celu określenie zmian zapasów wody w wybranych profilach glebowych na terenie lewobrzeżnej części doliny Odry powyżej budowanego stopnia wodnego Malczyce na tle opadów atmosferycznych, położenia wód gruntowych oraz stanów wody w rzece. MATERIAŁ I METODY Badania prowadzono w województwie dolnośląskim, na terenie lewobrzeżnej doliny Odry, w sąsiedztwie budowanego stopnia wodnego Malczyce (rys. 1). Obszar ten należy do rozległej równiny wrocławskiej ograniczonej od północy i południa wysoczyzną plejstoceńską. Odra ma tu charakter rzeki typowo nizinnej spadek jej dna wynosi ok. 0,25% [Pływaczyk 1997]. Pod względem warunków agroklimatycznych obszar badań zalicza się do rejonu B-2 umiarkowanie wilgotnego, ciepłego i umiarkowanie słonecznego [Bac 1991]. Określona dla wielolecia średnia roczna suma opadów atmosferycznych (mierzonych na najbliższym posterunku opadowym w Malczycach) wynosi 593 mm. Na półrocze letnie przypada opad w wysokości 388 mm. Stosując metodę decyli według Dębskiego, na podstawie wartości z wielolecia wykreślono odpowiednie krzywe prawdopodobieństwa występowania opadów w poszczególnych półroczach i w roku hydrologicznym. Sumy opadów w poszczególnych miesiącach i okresach wielolecia oraz w roku 2005 podano w tabeli 1. Opierając się na tych danych, zarówno półrocze letnie 2005 r. z sumą opadów 413 mm, jak i półrocze zimowe z sumą 213 mm zakwalifikowano do normalnych. Warunki termiczne oceniono, biorąc pod uwagę wartości odchyleń średnich temperatur powietrza w danym okresie (tab. 2) od średnich z wielolecia (ze stacji Wrocław-Strachowice). Zastosowano następujące kryteria [Kosturkiewicz 1979]: odchylenie powyżej +2,0 C okres bardzo ciepły, odchylenie od +0,5 C do +2,0 C okres ciepły, odchylenie od +0,5 C do 0,5 C okres normalny, odchylenie od 0,5 C do 2,0 C okres chłodny, odchylenie 2,0 C i poniżej okres bardzo chłodny. Acta Sci. Pol indd :39:25

3 Zmiany zapasów wody w madach doliny odry w rejonie malczyc Rys. 1. Lokalizacja obiektu badań Fig. 1. Location of study area Na podstawie przyjętych kryteriów półrocze letnie 2005 r., o średniej temperaturze powietrza 15,4ºC, uznano za ciepłe. Przebieg stanów wody w Odrze określano według odczytów z wodowskazu Malczyce, a przebieg dobowych sum opadów atmosferycznych według danych z posterunku Malczyce (rys. 2). Uwilgotnienie gleby mierzono w czterech profilach (rys. 1). Profile glebowe nr 7 i 8 znajdują się we wsi Rzeczyca, niemal na wysokości budowanego stopnia Malczyce, a profile nr 9 i 10 we wsi Zakrzów, ok. 5 km powyżej budowli piętrzącej. Obszar w bezpośrednim sąsiedztwie profili nr 7, 8 i 9 zajmują grunty orne, natomiast profil nr 10 jest położony na terenie użytków ekologicznych. W okresie wegetacyjnym (IV IX) 2005 r. prowadzono pomiary uwilgotnienia gleb oraz obliczano sumy zapasów wody w warstwach 0 50 i cm profili. Pomiary wilgotności w profilach nr 7, 9 i 10 wykonywano metodą suszarkowo-wagową. Próbki pobierano do głębokości 100 cm w przedziałach 0 10, 20 30, 40 50, i cm. W profilu nr 8 podstawę do wyznaczenia zapasów wody stanowiły wyniki pomiarów wykonanych sondami TDR zamontowanymi na stałe w glebie. Formatio Circumiectus 6 (4) indd :39:26

4 30 W. Łyczko, B. Olszewska, L. Pływaczyk Tabela 1. Miesięczne i okresowe sumy opadów atmosferycznych (posterunek opadowy Malczyce) w roku hydrologicznym 2005 na tle średnich z wielolecia Table 1. Monthly and periodical precipitation totals (Malczyce station) in hydrological year 2005 as against long-term averages of Suma opadów Precipitation total, mm półrocze half-year Lata Years XI N XII D I J II F III M IV A V M VI J VII J VIII A IX S X O Rok year XI IV N A V X M O Tabela 2. Średnie miesięczne i okresowe temperatury powietrza (stacja Wrocław-Strachowice) w roku hydrologicznym 2005 na tle średnich z wielolecia Table 2. Monthly and periodical average air temperatures (Wrocław-Strachowice station) in hydrological year 2005 as against long-term averages of Lata Years Temperatura Temperature, C XI N XII D I J II F III M IV A V M VI J rok year półrocze half-year Położenie zwierciadła wody gruntowej określano na podstawie cotygodniowych pomiarów w piezometrach i studniach gospodarczych zlokalizowanych w sąsiedztwie profili glebowych. Warunki glebowe scharakteryzowano zgodnie z przyjętą metodyką [Giedrojć 1990, Drozd i in. 1997]. Oznaczono skład granulometryczny, gęstość właściwą i objętościową oraz porowatość materiału glebowego pobranego z profili. Dla poszczególnych warstw profili glebowych wykreślono krzywe retencyjności wodnej, na podstawie których wyznaczono charakterystyczne stany uwilgotnienia: polową pojemność wodną (PPW), pojemność okresu suszy (POS) oraz punkt trwałego więdnięcia (PTW). Jako granicę niedostępności wody dla roślin przyjęto wilgotność odpowiadającą pf = 4,2. Ilość wody trudno dostępnej wyznaczono z różnicy między wartościami wilgotności przy pf = 3,0 i pf = 4,2, a ilość wody łatwo dostępnej z różnicy między wartościami wilgotności przy pf = 3,0 i pf = 2,0. VII J VIII A IX S X O XI IV N A V X M O ,8 0,4 1,5 0,7 3,2 8,0 13,3 16,6 18,1 17,5 13,5 8,8 8,4 2,2 14, ,4 1,2 1,5 1,9 1,2 9,3 14,0 16,9 19,7 17,5 14,8 9,4 9,0 2,6 15,4 WYNIKI Badane gleby mają typową dla tej części doliny Odry budowę profilu. W warstwach wierzchnich występują mady utwory zwięzłe, trudno przepuszczalne, o dużej zdolności retencyjnej. Głębiej zalegają gleby lżejsze, o większej przepuszczalności (stanowiące warstwę wodonośną), charakteryzujące się stosunkowo małą pojemnością wodną. Taka budowa profilu utrudnia skuteczne zasilanie gleby przez opady atmosferyczne. W obrębie profilu nr 7 do głębokości 90 cm występują utwory zwięzłe: gliny średnie i ciężkie z płytkim przewarstwieniem gliny lekkiej. Poniżej tego poziomu występują Acta Sci. Pol indd :39:26

5 Zmiany zapasów wody w madach doliny odry w rejonie malczyc Rys. 2. Przebieg codziennych stanów wody w Odrze (H) oraz codziennych wysokości opadów atmosferycznych (P) w okresie wegetacyjnym 2005 r. Fig. 2. Daily water levels in Odra river (H) and daily precipitation (P) in vegetation period of 2005 utwory luźniejsze: piaski słabogliniaste i gliniaste lekkie. Gęstość właściwa utworów glebowych w tym profilu mieści się w granicach od 2,65 do 2,73 g cm -3, gęstość objętościowa od 1,62 do 1,91 g cm -3, a porowatość ogólna od 29,5 do 39,0% (tab. 3). W profilu nr 8, podobnie jak w profilu nr 7, utwory zwięzłe zalegają na głębokości do 90 cm. Występują tutaj gliny średnie pylaste, gliny ciężkie, a nawet iły. Na poziomie 90 cm profil ulega wyraźnemu rozluźnieniu. Poniżej znajdują się piaski słabogliniaste. Gęstość właściwa gleb w tym profilu kształtuje się w przedziale od 2,61 do 2,69 g cm -3, gęstość objętościowa od 1,48 do 1,72 g cm -3, a porowatość ogólna od 35,9 do 44,3% (tab. 3). Profil nr 9 różni się od dwóch poprzednich miąższością wierzchniego poziomu mad. Do głębokości 40 cm występują tu gliny średnie i średnie pylaste, natomiast niżej zalegają utwory przepuszczalne: gliny lekkie, piaski gliniaste mocne i piaski luźne. Gęstość właściwa wynosi od 2,65 do 2,69 g cm -3, gęstość objętościowa od 1,39 do 1,69 g cm -3, a porowatość ogólna od 36,2 do 48,4% (tab. 3). Formatio Circumiectus 6 (4) indd :39:26

6 32 W. Łyczko, B. Olszewska, L. Pływaczyk Tabela 3. Gęstość właściwa i objętościowa, porowatość oraz skład granulometryczny gleb w badanych profilach Table 3. Specific and volume density, porosity and grain-size composition of soils in profiles under study Profil Profile Warstwa gleby Soil layer Gęstość właściwa Specific density Gęstość objętościowa Volume density Porowatość ogólna Total porosity cm g cm -3 g cm -3 % Grupa granulometryczna Grain-size composition ,659 1,665 37,4 gs ,662 1,623 39,0 gl ,686 1,653 38,4 gc ,706 1,696 37,3 gc ,652 1,870 29,5 pgl ,695 1,699 37,0 ps ,730 1,905 30,2 ps ,613 1,541 41,0 gsp ,651 1,476 44,3 gc ,657 1,524 42,6 i ,693 1,595 40,8 i ,694 1,636 39,3 gc ,688 1,543 42,6 ps ,677 1,716 35,9 ps ,664 1,693 36,5 gsp ,662 1,611 39,5 gs ,651 1,692 36,2 gl ,660 1,652 37,9 pgm ,694 1,391 48,4 pl ,648 1,658 37,4 pl W profilu nr 10 do głębokości 110 cm, podobnie jak w pozostałych profilach, zalegają utwory ciężkie i bardzo ciężkie: gliny ciężkie i iły. Głębiej spotyka się gliny lekkie pylaste i piaski gliniaste mocne. Gęstość właściwa utworów glebowych w profilu nr 10 kształtuje się w przedziale od 2,66 do 2,70 g cm -3, gęstość objętościowa od 1,59 do 1,72 g cm -3, a porowatość ogólna od 35,5 do 40,4% (tab. 3). Acta Sci. Pol indd :39:27

7 Zmiany zapasów wody w madach doliny odry w rejonie malczyc Rys. 3. Przebieg poziomów wód gruntowych w piezometrach i studniach położonych w pobliżu odkrywki nr 7 i 8 (h1) oraz w pobliżu odkrywki nr 9 i 10 (h2) w okresie wegetacyjnym 2005 r. Fig. 3. Groundwater levels in piezometers and wells located near soil pits No. 7 and 8 (h1) and near soil pits No. 9 and 10 (h2) in vegetation period of 2005 Tabela 4. Sumy zapasów wody w warstwach 0 50 i cm badanych profili glebowych w okresie wegetacyjnym 2005 r. Table 4. Sums of water reserves in layers 0 50 and cm of soil profiles under study in vegetation period of 2005 Profil Profile Warstwa Layer cm 1 IV 1 Apr 30 IV 30 Apr Zapasy wody Water reserves, mm 31 V 31 May 30 VI 30 Jun 31 VII 31 Jul 31 VIII 31 Aug 30 IX 30 Sep Formatio Circumiectus 6 (4) indd :39:27

8 34 W. Łyczko, B. Olszewska, L. Pływaczyk Rys. 4. Przebieg sum zapasów wody (Z) w warstwach 0 50 i cm odkrywki nr 7 i 8 w okresie wegetacyjnym 2005 r.; PPW polowa pojemność wodna, POS pojemność wodna okresu suszy, PTW punkt trwałego więdnięcia Fig. 4. Water reserves (i) in layers 0 50 and cm of soil pits No. 7 and 8 in vegetation period of 2005; PPW field water capacity, POS drought water capacity, PTW wilting-point Acta Sci. Pol indd :39:28

9 Zmiany zapasów wody w madach doliny odry w rejonie malczyc Rys. 5. Przebieg sum zapasów wody (Z) w warstwach 0 50 i cm odkrywki nr 9 i 10 w okresie wegetacyjnym 2005 r.; PPW polowa pojemność wodna, POS pojemność wodna okresu suszy, PTW punkt trwałego więdnięcia Fig. 5. Water reserves (Z) in layers 0 50 and cm of soil pits No. 9 and 10 in vegetation period of 2005; PPW field water capacity, POS drought water capacity, PTW wilting point Formatio Circumiectus 6 (4) indd :39:28

10 36 W. Łyczko, B. Olszewska, L. Pływaczyk Na badanym obszarze wody gruntowe zalegają głęboko i nie mają bezpośredniego wpływu na uwilgotnienie wierzchnich warstw profilu glebowego. Na terenie przyległym do profili nr 7 i 8 poziom wód gruntowych praktycznie nie ulegał większym wahaniom w okresie badań, natomiast w obrębie profili nr 9 i 10 systematycznie się obniżał (rys. 3). Punkty pomiarowe F 2a i F 2b, położone w sąsiedztwie tych dwóch ostatnich odkrywek, znajdują się blisko koryta Odry, więc na poziom wody gruntowej miały tu wpływ głównie stany wody w rzece (rys. 2). Ze względu na niejednorodność budowy profili glebowych, przebieg sum zapasów wody i jej dostępności dla roślin określono w odniesieniu do półmetrowych warstw położonych odpowiednio na głębokości 0 50 i cm. Przez większą część okresu badań wilgotność gleby w warstwie 0 50 cm (glina lekka, średnia i ciężka) profilu nr 7 zawierała się w przedziale między pojemnością okresu suszy (POS) a polową pojemnością wodną (PPW). Najwyższe sumy zapasów wody w tej warstwie przypadały na początek i koniec tego okresu, a najniższe były na przełomie lipca i sierpnia (tab. 4, rys. 4). W stosunku do PPW, POS i PTW, warstwa cm (glina ciężka i piasek gliniasty lekki) charakteryzowała się wyższymi sumami zapasów wody. Kształtowały się one w przedziale od 165 do 202 mm i mimo niskich wartości na przełomie lipca i sierpnia nie spadały poniżej wartości odpowiadającej polowej pojemności wodnej (rys. 4). W obydwu półmetrowych warstwach profilu nr 8 praktycznie przez cały okres badań obserwowano stopniowe, powolne wyczerpywanie się zapasów wody. W warstwie 0 50 cm (glina średnia pylasta, glina ciężka i ił) już pod koniec kwietnia sumy zapasów spadły poniżej wartości odpowiadającej punktowi trwałego więdnięcia, a w warstwie cm (ił, glina ciężka i piasek słabogliniasty) były od niej niższe przez cały okres IV IX (rys. 4). Bardziej zróżnicowana sytuacja wystąpiła w profilu nr 9. W obrębie wierzchniej półmetrowej warstwy gleby zarówno sumy zapasów, jak i ich amplitudy były wysokie. Największe zapasy zanotowano na początku okresu badań, jednak już na końcu kwietnia zapasy wyraźnie się zmniejszyły, niemal do punktu trwałego więdnięcia (tab. 4, rys. 5). Przez kolejny miesiąc zapasy wody zostały odbudowane, ale od początku czerwca do końca sierpnia znów systematycznie się wyczerpywały, by w połowie czerwca znaleźć się poniżej pojemności okresu suszy, a w sierpniu spaść nawet poniżej punktu trwałego więdnięcia. W warstwie cm przez całe półrocze zapasy mieściły się między pojemnością okresu suszy a punktem trwałego więdnięcia. Układały się w przedziale od 24 do 47 mm, nie ulegając większym wahaniom (rys. 5). Korzystniejsze warunki wodne wystąpiły w profilu nr 10. Ogółem przez pięć miesięcy analizowanego półrocza zapasy wody w warstwie 0 50 cm tego profilu glebowego były większe od pojemności okresu suszy, a jedynie w sierpniu spadły nieznacznie poniżej tej wartości (rys. 5). Przebieg zapasów w warstwie cm był podobny. Przez pierwsze trzy miesiące półrocza sumy zapasów niemal się nie zmieniały ( mm), w lipcu i sierpniu się obniżyły ( mm), a pod koniec września ponownie przekroczyły poziom pojemności okresu suszy (rys. 5). Acta Sci. Pol indd :39:28

11 Zmiany zapasów wody w madach doliny odry w rejonie malczyc WNIOSKI Uwilgotnienie gleb w profilach położonych w dolinie Odry w sąsiedztwie nowo budowanego stopnia Malczyce kształtuje się pod wpływem warunków naturalnych. Wskutek głębokiego zalegania zwierciadła wody gruntowej wierzchnia warstwa gleby zasilana jest wyłącznie opadami atmosferycznymi. Półrocze letnie 2005 r. było półroczem normalnym pod względem opadowym i ciepłym pod względem termicznym. W okresie IV IX sumy zapasów wody w wierzchniej warstwie gleby (0 50 cm) w obiekcie badawczym mieściły się w zakresie od 89 mm (profil nr 9) do 213 mm (profil nr 10). W warstwie metrowej (0 100 cm) sumy zapasów wynosiły od 131 mm (profil nr 9) do 393 mm (profil nr 10). Najkorzystniejsze warunki wilgotnościowe wystąpiły w profilach nr 7 i 10. Przez znaczną część okresu badań sumy zapasów wody w wierzchniej metrowej warstwie gleby tych profili kształtowały się między polową pojemnością wodną a pojemnością okresu suszy. Niekorzystne warunki panowały w profilu nr 8. Sumy zapasów wody układały się tam poniżej punktu trwałego więdnięcia. PIŚMIENNICTWO Bac S., Ocena warunków klimatycznych dla celów rolnictwa. Acta Univ. Wratisl., Prace Inst. Geogr., Ser. A, t. 6, Drozd J., Licznar M., Licznar S., Weber J., Gleboznawstwo z elementami mineralogii i petrografii. Wyd. AR Wroc., Wrocław. Giedrojć B., Gleboznawstwo melioracyjne z podstawami torfoznawstwa. Skrypt AR, Wyd. AR Wroc., Wrocław. Kosturkiewicz A., Zasady optymalnego kształtowania zasobów wodnych w krajobrazie rolniczym. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol. 228, Pływaczyk L., Oddziaływanie spiętrzenia rzeki na dolinę na przykładzie Brzegu Dolnego. Zesz. Nauk. AR Wroc., Monografie 11. CHANGES IN WATER RESERVES IN ALLUVIAL SOILS OF ODRA RIVER VALLEY IN MALCZYCE AREA DURING VEGATATION PERIOD OF 2005 Abstract. Based on the monthly measurements performed from April to September 2005 in the layers 0 10, 20 30, 40 50, and cm of four characteristic soil profiles, the study assessed the soil moisture conditions in the left-bank part of the Odra river valley upstream of the Malczyce dam under construction. The changes in water reserves were analysed in relation to precipitation, depth of groundwater table, and stage of water in the Odra river. The basic physical properties of soils were determined and the water retention curves were drawn, then the moisture ranges corresponding to the characteristic moisture conditions were established. The precipitation of the study period was close to normal. Because of the quite deep groundwater table near the soil profiles (deeper than 1.5 m in all measuring points, deeper than 4 m in part of the area) the upper soil layers studied Formatio Circumiectus 6 (4) indd :39:28

12 38 W. Łyczko, B. Olszewska, L. Pływaczyk were supplied only from precipitation and their moisture did not depend on the level of ground waters. Profiles No. 7 and 10 had more favourable moisture conditions: for most of the study period, the water reserves in the layer 0 50 cm ranged between the field water capacity and the drought water capacity. The moisture conditions of profiles No. 8 and 9 were worse; in the former, the total water reserves both in 0 50 and cm layer were most often lower than the value corresponding with the wilting point. Key words: dam, alluvial soils, soil moisture, water reserves Zaakceptowano do druku Accepted for print: Acta Sci. Pol indd :39:28