Czy zmienia się funkcja hydrologiczna jeziora Wigry? Elżbieta Bajkiewicz-Grabowska Uniwersytet Gdański, Katedra Limnologii ul. Bażyńskiego 4, 80-952 Gdańsk e-mail: bajka37@wp.pl O unikatowej wartości przyrodniczej Wigierskiego Parku Narodowego stanowią jeziora. Jest ich w Parku 42 i one są najcenniejszym elementem jego środowiska przyrodniczego. Największymi jeziorami są: Wigry (2163,3 ha), Pierty (231,2 ha) i Białe Wigierskie (99,9 ha). I tylko jezioro Wigry, największe jezioro Suwalszczyzny, ma dane hydrometryczne 1, na podstawie których można oceniać ustrój hydrologiczny jeziora i sprawdzać, czy nie ulega on zmianie. Rys. 1. Całkowita zlewnia jeziora Wigry 1 Od 1947 roku są prowadzone przez służbę Instytutu Meteorologii i Gospodarki Wodnej obserwacje stanu wody jeziora, temperatury jego wody, stanu wody Czarnej Hańczy powyżej i poniżej jeziora, wykonywane są pomiary przepływu tej rzeki, prowadzone są pomiary opadu. 1
Jezioro Wigry leży na trasie biegu Czarnej Hańczy (dopływu Niemna), na granicy jej biegu środkowego i dolnego (ryc. 1). Wigry są odbiornikiem wód z obszaru o powierzchni 487,24 km 2, który jest całkowitą zlewnią jeziora. Obszar bezpośredniej alimentacji jeziora (bezpośrednia zlewnia) zajmuje powierzchnię 94,4 km 2 i mieści się w całości w granicach WPN. W granicach parku znajduje się też fragment zlewni Wiatrołuży od ujścia do niej rzeki Maniówki do ujścia do Wigier a także: zlewnia Kamionki od jej wypływu z jeziora Koleśno do ujścia do Piert, zlewnia ujściowego odcinka Czarnej Hańczy i fragment zlewni Czarnej Hańczy poniżej wypływu z Wigier. Od strony północnej i wschodniej bezpośrednie otoczenie Wigier stanowią wysoczyzny polodowcowe, natomiast w części południowej i zachodniej sandr suwalsko-augustowski. Fot. 1. Ujście Czarnej Hańczy do jeziora Wigry (źródło: www.wigry.win.pl/wody) Jezioro składa się z pięciu akwenów o zróżnicowanej morfologii i morfometrii (ryc. 2). Północną część Wigier stanowi Ploso Wigierskie (zwane także Plosem Północnym), które niekiedy dzielone jest na dwa odrębne akweny - Ploso Wigierskie i Zatokę Zadworze. Jest to morenowa część jeziora o dobrze rozwiniętej linii brzegowej z zatokami: Hańczańską, Zadworze i Wschodnią oraz kilkoma przybrzeżnymi wysepkami o niewielkiej powierzchni. Głębokości w tym plosie 2
przekraczają 50 m, w dnie występują liczne progi i przegłębienia. Do Plosa Wigierskiego uchodzą główne dopływy Wigier: Czarna Hańcza (do Zatoki Hańczańskiej, fot. 1) i Wiatrołuża, w dolnym biegu zwana Piertanką (do Zatoki Zadworze). Z Plosa Wigierskiego, z Zatoki Wschodniej leżącej u nasady Półwyspu Klasztornego, wypływa Czarna Hańcza, jedyny odpływ Wigier. Ploso Wigierskie przechodzi w rynnową część jeziora - Ploso Szyja. W miejscu zetknięcia się tych akwenów znajduje się maksymalna głębokość jeziora 74,2 m. W Szyi misa jeziora zwęża się, linia brzegowa jest słabo rozwinięta, a brzegi jeziora są strome. Akwen ten pozbawiony jest wysp i wypłyceń podwodnych, głębokości przekraczają 50 m i nie ma tu dopływów powierzchniowych. Rys. 2. Główne akweny Jeziora Wigry Na południe od Półwyspu Łapa Wigry znowu przybierają cechy jeziora morenowego. Jest to Ploso Zakątowskie (zwane też Plosem Środkowym) z zatokami Wasilczykowską i Krzyżańską. Ta część jeziora ma kilka wysp i mielizn, m.in. 3
występuje tu Wyspa Kamień i Wyspy Brzozowe. Maksymalne głębokości schodzą poniżej 40 m (42,5 m w Zatoce Pod Rzeczką). Pomiędzy półwyspami Łukaszowy Róg i Jurkowy Róg Ploso Zakątowskie zwęża się i przechodzi w Ploso Bryzglowskie (zwane również Plosem Zachodnim), akwen o charakterze niecki depresyjnej. Jezioro jest tu płytsze, dno jest urozmaicone (wiele głęboczków i górek), maksymalna głębokość dochodzi do 44 m. W południowej części plosa jest szereg wysp (m.in. Ostrów, Ordów i Krowa). W linii brzegowej Plosa Bryzglowskiego zaznaczają się zatoki, m.in. Słupiańska, Przewłokowa. Od Półwyspu Łysocha w kierunku zachodnim zaczyna się najbardziej rynnowa część Wigier - Zatoka Wigierki. Od zachodu zamyka ją Zatoka Uklei, której odrębność podkreśla próg podwodny. Do Zatoki Uklei uchodzą dwa cieki, jeden odwadnia jezioro Staw, a drugi jezioro Czarne k/gawrych Rudy. Zatoka Wigierki ma też połączenie przesmykiem (zwanym Dłużanką lub Bystrą) z zespołem jezior: Okrągłe, Długie i Muliczne. Wahania stanów wody jeziora Wigry Obserwacje stanów wody jeziora Wigry są prowadzone z przerwami od 1926 roku. Początkowo były one prowadzone na posterunku wodowskazowym we wsi Płociczno, w latach 1928-1933 i 1947-1970 na posterunku wodowskazowym w Starym Folwarku, a od 1971 roku na posterunku w Wigrach (Ploso Wigierskie). W wieloleciu 1949-2010 średni poziom jeziora Wigry był wyrównany i odpowiadał rzędnej 131,92 m nad Kr., co odpowiada średniemu stanowi wody (SSW) 107 cm (ryc. 3). Średnia amplituda rocznych stanów wody w tym wieloleciu wyniosła 45 cm (WSW 130 cm, NSW 85 cm), a ekstremalna 85 cm (WWW 161 cm, NNW 76 cm). Średni roczny poziom wody w tym okresie charakteryzował się trendem malejącym, ale był on statystycznie nie istotny. W przebiegu rocznym najwyższe stany wody w jeziorze Wigry są obserwowane w kwietniu i maju, najniższe zaś w lipcu. Podczas kulminacji kwietniowej stan wody jeziora jest na ogół o 8 cm wyższy od stanu średniego rocznego, a w czasie letniej niżówki o 4 cm niższy. W latach o ekstremalnych napełnieniach misy jeziora Wigry zmienność średnich miesięcznych stanów wody jest większa. 4
140 130 y = -0,1007x + 110,45 R 2 = 0,0374 120 110 100 90 80 1949 1951 1953 1955 1957 1959 1961 1963 1965 1967 1969 1971 1973 1975 1977 1979 1981 1983 1985 1987 1989 1991 1993 1995 1997 1999 2001 2003 2005 2007 2009 SW (cm) Rys. 3. Średnie roczne stany wody jeziora Wigry w wieloleciu 1949-2010 (wodowskaz Wigry, dane IMGW) Przepływy Czarnej Hańczy powyżej i poniżej jeziora Wigry Powyżej Wigier Czarna Hańcza jest kontrolowana przez IMGW w przekroju wodowskazowym Stary Bród. Do 1991 r. obserwacje wodowskazowe były prowadzone w przekroju Sobolewo. Poniżej Wigier Czarna Hańcza jest kontrolowana w przekroju wodowskazowym Czerwony Folwark. Zmienność średnich rocznych przepływów Czarnej Hańczy powyżej jej ujścia do Wigier i poniżej wypływu z jeziora w latach 1951-2010 przedstawia rys. 4. W analizowanym okresie średni roczny przepływ Czarnej Hańczy wynosił: powyżej ujścia do jeziora Wigry od 0,85 m 3 /s (1956 r.) do 2,52 m 3 /s (1994 r.), przy przepływie średnim rocznym 1,52 m 3 /s; w przekroju tym zaznacza się z roku na rok wyraźny wzrost średniego rocznego przepływu (rys. 4 ); poniżej wypływu z jeziora Wigry od 1,62 m 3 /s (1969 r.) do 6,89 m 3 /s (1958 r.), przy przepływie średnim rocznym 3,80 m 3 /s; w przekroju tym zaznacza się wyraźne zmniejszanie się z roku na rok średniego rocznego przepływu (rys. 4). 5
8,0 7,0 6,0 ujście do Wigier y = -0,0123x + 4,1787 R 2 = 0,0643 odpływ z Wigier y = 0,008x + 1,2726 R 2 = 0,154 SQ (m 3 /s) 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0 1951 1953 1955 1957 1959 1961 1963 1965 1967 1969 1971 1973 1975 1977 1979 1981 1983 1985 1987 1989 1991 1993 1995 1997 1999 2001 2003 2005 2007 2009 Rys. 4. Zmiany średniego rocznego przepływu Czarnej Hańczy powyżej (A) i poniżej (B) jeziora Wigry w latach 1951-2010 (dane IMGW) Powyższe dane wskazują, że potamiczna wymiana wody w jeziorze Wigry, czyli różnica pomiędzy ilością wody wnoszoną do jeziora tylko Czarną Hańczą a ilością wody która z jeziora tą rzeką wypływa nie jest stabilna i w ostatnich latach coraz bardziej zmniejsza się. Różnica rocznego odpływu Czarnej Hańczy powyżej jej ujścia do jeziora Wigry i poniżej wypływu z jeziora w badanym wieloleciu wynosiła od -5,10 m 3 /s ( w 1958 r.) do -0,660 m 3 /s (w 1969 r.) przy średniej wartości -2,29 m 3 /s. V (D-O) mln m 3 SW (cm) 0,0-20,0 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150-40,0-60,0 1971-2010 -80,0-100,0 y = -1,3688x + 81,067 R 2 = 0,6685-120,0-140,0 1951-1970 -160,0-180,0 y = -3,0719x + 241,87 R 2 = 0,9247-200,0 Rys. 5. Zależność pomiędzy średnim rocznym stanem wody jeziora Wigry (SW) a różnicą rocznego odpływu Czarnej Hańczy powyżej jej ujścia do jeziora Wigry i poniżej wypływu z jeziora w latach 1951-2010. 6
Porównując wielkość różnic rocznego dopływu Czarnej Hańczy do jeziora Wigry i jej odpływu z jeziora ze średnim rocznym stanem wody Wigier (rys. 5) można zauważyć, że zależność ta uległa zmianie po roku 1970. Może to wskazywać na zmiany w strukturze obiegu wody w jeziorze, które mogą skutkować zmianą dotychczasowej funkcji hydrologicznej jeziora. Funkcje hydrologiczne jeziora Wigry Hydrologiczna funkcja jeziora najczęściej jest wyrażana poprzez rolę jaką pełni ono w kształtowaniu warunków obiegu wody, w tym roli jaką odgrywa ono w kształtowaniu ustroju wodnego odwadniającej go rzeki. Z dotychczasowych badań nad obiegiem wody w jeziorze Wigry wynika, że należy ono do tej grupy jezior, w których o stanie napełnienia misy decyduje pozioma wymiana wody (dopływ i odpływ rzeczny). Średnio rocznie (wielolecie 1971-2008) do jeziora dopływa 93,618 mln m 3 wody, odpływa zaś 119,783 mln m 3. Stosunek dopływu do jeziora do odpływu wynosi w tym wieloleciu 0,78. O wielkości i dynamice dopływu do Wigier decydują głównie dwie rzeki: Czarna Hańcza (50% całkowitego dopływu) i Piertanka (około 37%). Pozioma wymiana wody stanowi od 46,5 do 50% całkowitej objętości wody znajdującej się rocznie w jeziorze Wigry w obiegu. Istotną rolę w obiegu wody w jeziorze odgrywa także podziemna faza tego obiegu. Udział dopływu i odpływu podziemnego w ilości wody krążącej rocznie w jeziorze jest porównywalny do wielkości poziomej wymiany wody, wynosi bowiem od 30 do 44%. Wigry są zbiornikiem, który w skali roku drenuje poziomy wodonośne. W podziemnej wymianie wody dominująca rolę odgrywa dopływ podziemny do jeziora. Zdarzają się jednak takie lata, że w półroczu zimowym w podziemnej fazie obiegu wody może okresowo dominować odpływ podziemny. Z przeprowadzonych obliczeń bilansowych wynika, że od 1989 roku w jeziorze Wigry zaznacza się wyraźna tendencja zmniejszania dopływu podziemnego do jeziora i coraz częściej w podziemnej fazie obiegu wody w jeziorze zaczyna dominować odpływ do poziomów wodonośnych. Z zestawień bilansu wodnego jeziora Wigry wynika, że wyraźnie zmienia się wielkość strumieni wymieniającej się w nim rocznie wody (rys. 6). O ile strumień wymiany atmosferycznej (opad-parowanie) w wieloleciu 1971-2008 nie wykazuje tendencji zmian, o tyle zaznaczają się wyraźnie zmiany w wielkości strumieni 7
wymiany rzecznej (dopływ odpływ) i wymiany podziemnej (wypadkowa zasilania podziemnego) (rys. 7 i 8). R Zpdz D-O (P-E) 2006-2008 2001-2005 1996-2000 1991-1995 1986-1990 1981-1985 1976-1980 1971-1975 -60,0-50,0-40,0-30,0-20,0-10,0 0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 mln m 3 Rys. 6. Składowe obiegu wody w jeziorze Wigry (objaśnienia: P-E wymiana atmosferyczna, D-O wymiana rzeczna, Zpodz wymiana podziemna, R zmiany retencji jeziora) (D-O) mln m 3 20,0 10,0 0,0-10,0-20,0-30,0 1971 1972 1973 1974 1975 1976 1977 1978 1979 1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1967 1968 1969 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008-40,0-50,0-60,0 y = 1,3208x - 50,52 R 2 = 0,6419-70,0 Rys. 7. Roczne objętości wody uczestniczące w wymianie rzecznej w jeziorze Wigry wraz z tendencją zmian. 8
Zpdz. mln m 3 70,0 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0-10,0-20,0-30,0 y = -1,2818x + 46,034 R 2 = 0,6425 1971 1972 1973 1974 1975 1976 1977 1978 1979 1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1967 1968 1969 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 Rys. 8. Roczne objętości wody uczestniczące w wymianie podziemnej w jeziorze Wigry wraz z tendencją zmian. Wydaje się, że takim przełomowym rokiem, w którym nastąpiła zmiana w strukturze obiegu wody w jeziorze Wigry był rok 1990. Obieg wody w jeziorze do 1990 roku kształtowały dwa strumienie wymiany wody. 50% wody (średnio w roku 37,584 mln m 3 ) uczestniczyło w wymianie rzecznej, w której dominował odpływ Czarną Hańczą) i 44% (średnio w roku 33,224 mln m 3 ) stanowiła podziemna wymiana wody, w której dominował dopływ podziemny do jeziora (rys. 9). 1971-1990 Zmiany retencji jeziora 0% Wymiana atmosferyczna 6% Wymiana podziemna 44% Wymiana rzeczna 50% Rys. 9. Bilans wodny jeziora Wigry w roku średnim z lat 1971-1990 Po 1990 roku w obiegu wody w jeziorze Wigry nastąpiła zauważalna zmiana w objętości wody strumieni wymiany rzecznej i podziemnej. Oba te strumienie nadal 9
kształtują obieg wody w jeziorze (rys. 10). I tak w roku średnim wielolecia 1991-2008 w wymianie rzecznej uczestniczyło 47% wody znajdującej się w obiegu, ale było to już tylko 10,980 mln m 3. W wymianie tej dominował odpływ rzeczny z jeziora. Natomiast strumień wymiany podziemnej, w którym przeważał dopływ podziemny do jeziora stanowił 36% objętości wód znajdujących się w jeziorze w obiegu i obejmował tylko 8,393 mln m 3 wody. 1991-2008 Zmiany retencji jeziora 3% Wymiana atmosferyczna 14% Wymiana podziemna 36% Wymiana rzeczna 47% Rys. 10. Bilans wodny jeziora Wigry w roku średnim z lat 1991-2008 Z zaprezentowanych danych wynika, że od wielkości podziemnej wymiany wody w jeziorze Wigry zależy wielkość strumienia wymiany rzecznej (rys. 11). Można zatem przypuszczać, że obserwowane w jeziorze Wigry zmiany wielkości strumienia wymiany potamicznej, a zwłaszcza odpływu rzecznego z jeziora mogą być spowodowane zmianą w podziemnej fazie obiegu wody. Jezioro Wigry z drenującego być może staje się zbiornikiem alimentującym wody podziemne. 10
90,0 70,0 wymiana podziemna (mln m 3 ) 50,0 y = -0,9555x - 2,6031 R 2 = 0,9703 30,0 10,0-90,0-70,0-50,0-30,0-10,0-10,0 10,0 30,0 50,0-30,0-50,0 wymiana potamiczna (mln m 3 ) Rys. 11.Związek pomiędzy strumieniem wymiany potamicznej (dopływ rzeczny-odpływ rzeczny) i strumieniem wymiany podziemnej (wypadkowa zasilania podziemnego) w jeziorze Wigry. 11