Stan i perspektywy rozwoju małej retencji w lasach

Transkrypt

1 Stan i perspektywy rozwoju małej retencji w lasach Antoni T. Miler Katedra Inżynierii Leśnej Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu Wednesday, June 05, 2013, 11:40

2 Woda dla lasu, las dla wody Warunkiem koniecznym trwałości lasu jest stały przyrost biomasy. Ilość biomasy jest proporcjonalna do ilości wytranspirowanej wody. Stąd wniosek, iż trwałość lasu zależy od właściwych stosunków wodnych. (Na parowanie transpiracyjne roślinność lasu zużywa 99% pobranej wody, a tylko 1% na budowę tkanek.) Kluczową rolę wody w lesie dostrzegano od dawna. Przykładowo wśród uchwał I Polskiego Naukowego Zjazdu Leśniczego (1933) można znaleźć i takie przy opracowywaniu ogólnych planów z zakresu gospodarstwa wodnego kraju, oraz planów regulacji poszczególnych rzek i dzikich potoków, konieczne jest zasięganie fachowej opinji leśników polskich.

3 Lapidarnie ujmując las stanowi swoisty (niesterowalny) zbiornik retencyjny. Wynikające stąd stabilizacyjne oddziaływanie na odpływ ze zlewni jest powszechnie cytowane w literaturze. Lasy (kompleksy leśne) są podstawowym filarem tzw. małej retencji. Ten rodzaj retencji niejednokrotnie zawęża się tylko do roli małych zbiorników wodnych. Należy wskazać, iż mała retencja to wszystko to co przyczynia się do wydłużenia drogi i czasu obiegu wody w zlewni. Przykładowo intercepcja dla gatunków liściastych może dochodzić do 20%, a dla gatunków iglastych aż do 40% rocznych sum opadów atmosferycznych. Wartości bezwzględne składowych bilansu (opadu, parowania, odpływu) zależą oczywiście od regionu geograficznego. Można jednak wskazać na pewne prawidłowości, przykładowo: suma opadu w lesie jest o około 10% większa niż na polu, parowanie w lesie i na polu jest podobne, suma odpływu nie wykazuje związku z zalesieniem, las spłaszcza i wydłuża wezbrania.

4 Naturalne i antropogeniczne czynniki wpływające na klimat Podstawowe elementy klimatu - temperatura powietrza i opad atmosferyczny ulegają naturalnym zmianom w czasie wahania dobowe, sezonowe, roczne i wieloletnie, wywołane głównie ruchem obrotowym Ziemi, ruchem Ziemi wokół Słońca oraz wiekowymi zmianami aktywności Słońca. W ostatnich 200 latach temperatura i opady dodatkowo ulegają także zmianom antropogenicznym, wynikającym ze wzrostu zawartości w atmosferze pyłów (absorpcja promieniowania słonecznego), jąder kondensacji pary wodnej i gazów szklarniowych (efekt cieplarniany atmosfery), czy też innych form działalności człowieka (melioracje, silna urbanizacja itd.).

5 Ciąg chronologiczny - szereg czasowy F(t) dla danego parametru można opisać następująco: F( t) 2 A A t A sin( t ) ( t) 0 i i T i 1 i gdzie: A 0 - wartość stała, A współczynnik trendu, t - czas, A i - amplituda, T i - okres, i - przesunięcie fazowe, i - numer harmonicznej, (t) - składnik losowy. Zmiany naturalne, mające charakter cykliczny, określa się wskazując na istotne wartości amplitud A i wskazując jednocześnie na odpowiednie cykliczności. Zmiany antropogeniczne bada się oceniając istotność współczynnika trendu A.

6 Przykładowe zmiany naturalne koncentracji CO 2 i temperatury w powietrzu w ostatnich lat ok lat

7 Według Dokumentu opracowanego przez Międzyrządowy Zespół ds. Zmian Klimatu IPCC (Zatwierdzony podczas XXVII sesji plenarnej IPCC -Walencja, Hiszpania, listopada 2007 r.)

8 Efekt cieplarniany Słonce podgrzewa Ziemię do Efekt cieplarniany dodaje Średnia temperatura globalna 18 o C 33 o C 15 o C Zagrożenia: fale upałów, kosztowna klimatyzacja; opady intensywne, powodzie i osuwiska; susze w sezonie wegetacyjnym; wzrost poziomu morza; silne wiatry; brak śniegu (sporty zimowe) Szanse: wyższa temperatura wody; mniejsza zachorowalność i śmiertelność zimą; oszczędność na opale

9 Systematyczne meteorologiczne badania instrumentalne prowadzone są na świecie od około lat. Należy zatem z dużą ostrożnością podchodzić do prognoz zmian klimatycznych.

10 Priorytety małej retencji w Polsce Zasoby wodne Polski są niewiele większe niż Egiptu, który uchodzi za kraj pustynny. W Europie jesteśmy pod względem zasobów wodnych na jednym z ostatnich miejsc.

11 Cele i zadania małej retencji wodnej Retencja wodna - zdolność do gromadzenia zasobów wodnych i przetrzymywania ich przez dłuższy czas w środowisku biotycznym i abiotycznym. W lesie mamy do czynienia m.in. z retencją szaty roślinnej, retencją glebową i gruntową, śnieżną, depresyjną, zbiorników i cieków wodnych. W pewnym uproszczeniu pod pojęciem małej retencji rozumie się zdolność do gromadzenia wody w małych zbiornikach naturalnych i sztucznych oraz wody podpiętrzane w korytach niewielkich rzek i potoków, w kanałach i rowach.

12 Koszt retencjonowania 1m 3 wody: w obiektach małej retencji 2 5 zł w wielkich zbiornikach retencyjnych zł

13 Cele małej retencji wodnej w lasach: - poprawa uwilgotnienia siedlisk leśnych poprzez podniesienie lustra wody gruntowej na terenach bezpośrednio przyległych do zbiornika lub urządzenia piętrzącego - zmiana szybkiego (wybitnie niekorzystnego) odpływu wód powierzchniowych z terenu lasu na spowolniony odpływ gruntowy - zrozmaicenie i wzbogacenie środowiska leśnego (m.in. różnorodności) - woda dostępna dla zwierzyny leśnej, ptactwa, owadów i innej fauny - woda do ochrony przeciwpożarowej lasu - woda do celów gospodarczych np. deszczownie przy szkółkach leśnych - poprawa warunków dla rekreacji i wypoczynku ludności

14 Nadleśnictwo Kaliska Przykładowe przekroje z przyrostami (fot. K. Frydel)

15 Przebieg realizacji inwestycji Etapy: I Weryfikacja uwarunkowań środowiskowych oraz projektowanie obiektów małej retencji II Uzyskiwanie pozwoleń/decyzji na realizację przedsięwzięcia III Budowa/rozbudowa IV Oddanie do użytkowania V Monitoring stanu technicznego urządzeń/obiektów

16 Rodzaje budowli dla celów małej retencji wodnej Bród - naturalne wypłycenie cieku lub sztucznie umocnione dno, pozwalające na przejazd przez koryto cieku przez odpływ piętrzenia; najczęściej stosuje się go w przypadku, gdy budowla piętrząca (wał, grobla, próg) zlokalizowana jest na drodze leśnej Bród z płyt ażurowych na geowłókninie. Od strony cieku próg drewniany. Bród w Nadleśnictwie Strzałowo (fot. A. Ryś)

17 Bystrotok - umocniony odcinek cieku charakteryzujący się dużym spadkiem podłużnym stosowany na odpływie piętrzenia cieku o stosunkowo dużych przepływach, mogących spowodować erozję wgłębną dna cieku za przeszkodą Próg z bystrotokiem (fot. A. Ryś) Bystrotok/rampa z kamienia łamanego wzmacniająca dno (Begemann, Schiechtl 1999)

18 Grobla - nasyp ziemny służący do stałego lub okresowego spiętrzenia wody ponad naturalny poziom terenu, o wysokości zazwyczaj nie przekraczającej 3,0 m (Fot. www ) Grobla na Jeziorze Topiło Korpus wału dostosowanego do wymagań ekologicznych (Żbikowski, Żelazo 1993): 1-strefa ożywiona, 2-złagodzenie nachylenia skarp, 3-droga eksploatacyjna i drenaż, 4-strefa obsadzona krzewami.

19 Jaz - budowla służąca do okresowego lub stałego piętrzenia wody, o świetle ponad 1,5 m; w projektach małej retencji przewiduje się budowę głównie jazów bez zamknięć (tzw. stałych), jedynie w niektórych przypadkach z zamknięciami (tzw. ruchomych) (Fot. www ) Jaz w Iławie Jaz z drewnianej ścianki szczelnej dla piętrzeń powyżej 0,5 m: 1 ścianka szczelna, 2 kleszcze (wym. 0,2x0,2 m lub 0,2x0,25 m), 3 niecka z bali drewnianych (o wymiarach 0,14x0,2-0,16x0,25 m), 4 belka poprzeczna, 5 ścianka palisadowa, 6 kamienie, 7 bruk kamienny (Żbikowski 1961)

20 Mnich - budowla służąca do wprowadzania wody do stawu (zbiornika) i wyprowadzania z niego; w projektach małej retencji wodnej preferuje się budowę głównie mnichów drewnianych (Fot. www ) Mnich drewniany (Mioduszewski 2003): 1- obudowa stojaka, listwy poprzeczne 6x15 cm, 2- kładka z desek 8x16-8x20 cm, 3- zastrzał 15x18 cm, 4- listwy 4x4 cm, 5- rozpory 6x15 cm, 6- daszek na stojak z desek gr. 5-8 cm, 7- wycięcie w listwach do wyjmowania szandorów, 8- warstwa gliny grubości cm, 9- pokrywa leżaka, listwa 6x8 cm, 10- umocnienie skarpy.

21 Próg piętrzący - budowla stale piętrząca wodę w niewielkim cieku naturalnym lub sztucznym, o szerokości w dnie poniżej 1,5 m; używa się niekiedy nazwy stopień lub jaz stały dla podobnych budowli przegradzających cieki o szerokości w dnie ponad 1,5 m Próg drewniany z wypadem kamiennym: 1 - belka dębowa, 2 - kamień, 3 - ścianka szczelna, 4 - pal, 5 - włóknina (Wołoszyn 1973). Próg z elementów siatkowo kamiennych (Żelazo, Popek 2002): 1-palisada drewniana 2-narzut kamienny 3-kosz siatkowy wypełniony kamieniami (gabion)

22 Kaskada niskich progów drewnianych lub drewnianofaszynowych:1-bal drewniany (kiszka faszynowa lub walec faszynowy), 2- palisada drewniana, 3-narzut kamienny (Żelazo, Popek 2002) Stopień drewniany palisadowo-deskowy: 1 pal drewniany, 2 deska, 3 palisada, 4 obsiew trawą lub narzut kamienny przy większych prędkościach (Jędryka 2006) Stopień faszynowokamienny z pochylnią (fot. E. Jędryka)

23 Przepust krótki rurociąg służący do przeprowadzenia wody zazwyczaj pod drogą; budowla pomocnicza umożliwiająca doprowadzenie wody np. do zbiornika; Przepust piętrzący jw. umożliwia ponadto piętrzenie wody Przykłady małych piętrzeń zbudowanych z wykorzystaniem istniejących urządzeń hydrotechnicznych: A - sposób przebudowy przepustu pod drogą w celu utworzenia piętrzenia, B sposób utworzenia piętrzenia powyżej mostu drogowego. (wg. Ciepielowski, Dąbkowski, Grzyb 2000) (Fot. www ) (Fot. www ) (Fot. www )

24 Przepusty/przejścia zespolone: a) ze ścieżką dwustronną w przepuście kołowym, b) ze ścieżką jednostronną, c) ze ścieżką dwustronną w przepuście prostokątnym, d) ze ścieżką (półką) jednostronną w przepuście prostokątnym, e) ścieżki w przewodzie podwójnym (Bajkowski, Marzysz 2004)

25 Rów melioracyjny nawadniający lub odwadniający (doprowadzalnik) rów pozwalający na transport wody dla celów nawodnień lub odwodnień (Fot. www ) (Fot. www ) (Fot. www )

26 Zastawka - budowla piętrząca stosowana na rowach nawadniających i odwadniających oraz na niewielkich ciekach naturalnych, przy szerokości w świetle mniejszej od 1,5 m, pozwalająca na regulowanie poziomu wody typowe zastawki (Fot. www ) Zastawki: a) z bali drewnianych, b) z płyty metalowej, 1-bale drewniane i worki wypełnione piaskiem lub piaskiem wymieszanym z torfem, 2-płyta metalowa, 3- zamknięcie szandorowe (Mioduszewski 2003)

27 Zbiornik retencyjny - zespół różnych obiektów i urządzeń umożliwiających zmagazynowanie określonej ilości wody Zbiornik retencyjny (foto. A. Ryś) Zbiornik w dolinie zasilany wodą z rzeki: 1-rzeka, 2-zbiornik główny, 3-zbiornik wstępny, 4-stopień lub budowla piętrząca na rzece, 5-zastawka, 6-wyspa, 7-grupa drzew (Żbikowski, Żelazo 1993)

28 Małe zbiorniki wodne charakteryzują się następującymi parametrami: - wysokość piętrzenia wody do 1,5 m (1,0 m) - powierzchnia do 10 ha, - przepływ zasilający do 2,0 m 3 /s, - dla stałych zbiorników retencyjnych głębokość powinna przekraczać 1,5 m w najgłębszych miejscach (warunki umożliwiające przezimowanie ryb i płazów). Za niedopuszczalne uważa się tworzenie zbiorników na gruntach organicznych.

29 Zabiegi nietechniczne zwiększające małą retencję wodną: - fitomelioracyjne zabiegi pielęgnacyjne przywracające procesy glebowe, - zwiększanie miąższości czynnej warstwy gleb, któremu sprzyja m.in. nawożenie, - polepszenie warunków rozwoju grzybów mykoryzowych rozkładających ściółkę i wytwarzających warstwę próchniczną, - przebudowę drzewostanów, - niedopuszczenie do nadmiernego rozwoju mchów, które zakwaszają glebę i utrudniają do niej dostęp powietrza.

30 W 1997 roku na zlecenie Dyrekcji Generalnej Lasów Państwowych zostały opracowane Zasady planowania i realizacji małej retencji w Lasach Państwowych. W znowelizowanych w 2002 roku Zasadach hodowli lasu zaleca się, aby nadleśnictwa odczuwające braki wody opracowały programy rozwoju małej retencji wodnej. Aby zachować trwałość lasów, ich ciągłość i mieć możliwość korzystania ze wszystkich pełnionych przez nie funkcji, w połowie lat 90., w ramach programu małej retencji, rozpoczęto w Lasach Państwowych budowę nowych oraz odtwarzanie starych zbiorników wodnych.

31 Zbiorcze zestawienie realizacji małej retencji w Lasach Państwowych w latach Lata Zbiorniki małej retencji liczba [szt.] powierzchnia [ha] objętość [mln m 3 ] Budowle piętrzące razem [szt.] ,4 2216

32 W 2006 r. postanowiono połączyć rozproszone działania nadleśnictw i ubiegać się o dofinansowanie w ramach unijnego Programu Operacyjnego Infrastruktura i Środowisko - wniosek do Funduszu Spójności. Obecnie trwa realizacja dwóch kompleksowych projektów dotyczących małej retencji w lasach: Zwiększanie możliwości retencyjnych oraz przeciwdziałanie powodzi i suszy w ekosystemach leśnych na terenach nizinnych Przeciwdziałanie erozji wodnej na terenach górskich i utrzymanie potoków górskich w dobrym stanie Uczestniczy w tych projektach ponad połowa nadleśnictw w Polsce Do 2013 roku?

33 Przykładowe rozwiązania - Nadleśnictwo Lipka (ocena ilościowa małej retencji wodnej) - Nadleśnictwo Jarocin (ochrona lasów łęgowych)

34 Nadleśnictwo Lipka (Fot. E. Drobiewska)

35 Schemat blokowy modelu opad-odpływ dla zlewni na tle procesów hydrologicznych (Oprac. B. Okoński)

36 Model Nasha - kaskada N zbiorników liniowych o stałej czasowej T równej dla wszystkich zbiorników. (Oprac. B. Okoński)

37 Model SCS-CN (Oprac. B. Okoński)

38 Średnia wartość stałej czasowej dla fal wezbraniowych przed zabudową badanego cieku wynosiła 2,75 godz. natomiast po zabudowie 4,13 godz. Oznacza to, iż stała czasowa związana z inercją zlewni, wzrosła o około 50%. W konsekwencji można postawić hipotezę, iż czas przebywania wód wezbraniowych w zlewni na skutek zabudowy cieku 6-cioma zastawkami został istotnie wydłużony.

39 Nadleśnictwo Jarocin Ekosystemy łęgowe w Lasach Czeszewskich w Żerkowsko- Czeszewskim Parku Krajobrazowym

40 Przebiegi czasowe w okresach: and uśrednionych dla poszczególnych dni przepływów rzeki Warty w przekroju Poznań

41 (Foto. Antoni T. Miler) (Foto. Antoni T. Miler)