Warunki fizyczno-chemiczne w Zbiorniku Goczałkowickim - specyfika i zróżnicowanie stanowiskowe dr inż. Maciej Kostecki Instytut Podstaw Inżynierii Środowiska Polska Akademia Nauk w Zabrzu 1 Zarządzanie zbiornikami zaporowymi w świetle Ramowej Dyrektywy Wodnej Sosnowiec, Katowice, 14 grudnia 2010
Metodologia i metodyka badań limnologicznych Lokalizacja stanowisk kontrolnych Wisła Wielka Łąka Ujęcie wody Goczałkowice Przepompownia Strumień Strumień Ujęcie wody Strumień A Wisła Mała Przepompownia Zabłocie B Przepompownia Frelichów Przepompownia Zarzecze Przepompownia Podgrobel C 1 2 3(D) Objaśnienia 4 1. Zbiornik wodny znajduje się pod presją czynników zlewniowych, 2. Procesy wewnątrz zbiornikowe wpływają na zmiany jakości wody 3. Złożoność ekosystemu limnicznego powoduje, że powstają strefy o zróżnicowanej jakości wody 1 Stanowisko 1 - transekt rzeki Bajerki 2 Stanowisko 2 transekt rz. Bajerki 3 Stanowisko 3 transekt rz. Bajerki - pelagial 4 Stanowisko 4 transekt rz. Bajerki - strefa zapory 5 Stanowisko A transekt rz. Wisły 6 Stanowisko B transekt rz. Wisły 7 Stanowisko C transekt rz. Wisły - pelagial 8 Stanowisko D transekt rz. Wisły - strefa zapory 2
Zakres i metodyka badań limnologicznych Badania hydrochemiczne wody zbiornika Badania osadów dennych zbiornika Badania wód w basenach przepompowni Badania osadów w basenach przepompowni Liczba badanych wskaźników Liczba wykonanych analiz 60 19 60 18 5400 608 4200 270 Badania prowadzono od kwietnia do grudnia 2010 r. Metody analityczne zgodne z: - Załącznikiem nr 5 Rozporządzenia Ministra Środowiska z dnia 13 maja 2009 roku w sprawie form i sposobu prowadzenia monitoringu jednolitych części wód powierzchniowych i podziemnych (Dz. U. Nr 81, poz. 685) i/lub - akredytowanymi Procedurami Badawczymi w Laboratorium Centralnym IPIŚ PAN (Certyfikat Akredytacji PCA Nr AB 950) 3
Klasy czystości wody Wg Rozp. MŚ. Z dnia 20 sierpnia 2008r, poz.1008, Zał 1. Transekt rz. Bajerki P-ogólny ChZT BZT-5 ph N-Kjeldal N-NO3 N-NH4 Chlorki Siarczany Przew. wł. C org. Stanowisko 1 pow.ii I -pow. II I -pow. II I -pow. II I - II I I - II I I I I Stanowisko 2 pow.ii I -pow. II I -pow. II I - II I - II I I I I I I Stanowisko 3 pow.ii I -pow. II I -pow. II I - II I I I I I I I Stanowisko 4 pow.ii II I - II I - II I I - II I I I I I Transekt rz. Wisły P-ogólny ChZT BZT-5 ph N-Kjeldahl N-NO3 N-NH4 Chlorki Siarczany Przew. wł. C org. Stanowisko A pow.ii I - II I -pow. II I I - II I - II I I I I I Stanowisko B pow.ii pow. II I II I - II I - II I - II I - II I I I I Stanowisko C pow.ii I - II I -pow. II I - II I - II I - II I I I I I Stanowisko D pow.ii I - II I - II I - II I - II I - II I I I I I Stanowisko E pow.ii II I - II I - II I - II I - II I I I I I 4
Ocena zawartości metali ciężkich w wodzie zbiornika Transekt Bajerki Ni, Cd, Pb, Zn Stanowisko 1 Stanowisko 2 Stanowisko 3 Stanowisko 4 zakres Poniżej wartości granicznej (Zał. 8 i 5) Poniżej wartości granicznej (Zał. 8 i 5) Poniżej wartości granicznej (Zał. 8 i 5) Poniżej wartości granicznej (Zał. 8 i 5) Transekt Wisły Ni, Cd, Pb, Zn Stanowisko A Stanowisko B Stanowisko C Stanowisko D Stanowisko E zakres Poniżej wartości granicznej (Zał. 8 i 5) Poniżej wartości granicznej (Zał. 8 i 5) Poniżej wartości granicznej (Zał. 8 i 5) Poniżej wartości granicznej (Zał. 8 i 5) Poniżej wartości granicznej (Zał. 8 i 5) Metoda oznaczenia Me w próbach wód: - sączenie przez filtr 0,25 m, - zakwaszenie ultra czystym kwasem azotowym - oznaczanie: Mn, Co, Ni, Cu, Zn, As, Cd, Pb, Cr ProceduraPB18: spektrometria mas z plazmą wzbudzoną indukcyjnie ICP-MS (PN-EN ISO 17294-1, PN-EN ISO 17294-2.) 5
Zmienność stanowiskowa wybranych wskaźników jakości wody Widoczny jest wpływ wód dopływających. W pelagicznej (środkowej) strefie zbiornika wartości wskaźników wskazują na poprawę jakości wód w wyniku samooczyszczania. 6
Zmienność stanowiskowa wybranych wskaźników jakości wody Zmiany wskaźników zawartości azotu świadczą o korzystnych warunkach tlenowych w wodzie zbiornika. Wzrost stężenia azotu amonowego w strefie ujścia rz. Wisły wskazuje na obecność źródła tej formy azotu. 7
Zmienność stanowiskowa wybranych wskaźników jakości wody stężenie niklu (Ni) w wodzie Na przykładzie stężenia jonów niklu w wodzie zbiornika wykazano wpływ antropopresji przemysłowej a także poprawę jakości wody w wyniku procesów samooczyszczania. 8
Zmienność stanowiskowa wybranych wskaźników jakości wody - zawiesina Stężenie zawiesin w wodzie rzeki Bajerki jest stabilne. Stężenie zawiesin w wodzie rzeki Wisły w strefie ujścia do zbiornika charakteryzuje się znaczną zmiennością. Zawiesina wnoszona przez rzekę Wisłę szybko opada na dno w związku z tym tworzy wypłycenia w górnej strefie zbiornika. 9
Zmienność stanowiskowa wybranych wskaźników jakości wody formy azotu i fosforu Zmienność stanowiskowa stężeń związków azotowych wskazuje na wykorzystywanie azotu azotanowego w procesie produkcji pierwotnej co znajduje odbicie we wzroście stężenia azotu organicznego. Dominującą formą fosforu w wodach zasilających zbiornik jest fosfor organiczny a następnie polifosforany, co wskazuje na antropogeniczne pochodzenie tych form fosforu. Zmniejszające się stężenie fosforu organicznego w trakcie przemieszczania się mas wodnych przez zbiornik świadczy o procesach samooczyszczania przebiegających w korzystnych, tlenowych warunkach. 10
As mg/kg s.m. md Cd/kg s.m. mg As/kg s.m. mg Cd/kg s.m. Metale ciężkie w osadach dennych zbiornika Zależność [Me] / [Materia org.] Arsen (As) - transekt rz. Bajerki Kadm (Cd) - transekt rz.bajerki 3 y = 0,2401x - 0,3817 2,5 R 2 = 0,441 2 1,5 1 0,5 0 0 5 10 15 Mat.org.(%) 80 y = 5,5197x - 9,7789 70 R 2 = 0,8103 60 50 40 30 20 10 0 0 5 10 15 Mat.org.(%) Arsen (As) - transekt rz. Wisły Kadm (Cd) - transekt rz. Wisły 2,5 2 y = 0,1475x + 0,0111 R 2 = 0,9183 80 70 60 y = 4,7734x + 1,472 R 2 = 0,9715 1,5 50 1 40 30 0,5 20 0 0 5 10 15 Mat.org.(%) 10 0 0 5 10 15 Mat.org. (%) Zależność między stężeniem metali a stężeniem materii organicznej w osadach dennych wskazuje na rolę materii organicznej w transferze jonów metali z wody do osadów dennych. 11
mg Ni/kg.s.m. mg Ni/kg s.m. Metale ciężkie w osadach dennych zbiornika Zależność [Me] / [Materia org.] mg Fe/kg s.m. mg Fe/kg s.m. Nikiel (Ni) - transekt rz. Bajerki Żelazo (Fe) - transekt rz. Bajerki 40 y = 2,3174x + 1,8091 35 R 2 = 0,5278 30 25 20 15 10 5 0 0 5 10 15 Mat.org.(%) 40000 y = 2747,8x - 773,3 35000 R 2 = 0,7888 30000 25000 20000 15000 10000 5000 0 0 5 10 15 Mat.org.(%) 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 Nikiel (Ni) - transekt rz. Wisły y = 2,5294x + 6,3133 R 2 = 0,6936 0 5 10 15 Mat.org.(%) 40000 35000 30000 25000 20000 15000 10000 5000 Żelazo (Fe) - transekt rz. Wisły y = 1723,4x + 12662 R 2 = 0,8351 0 0 5 10 15 Mat.org.(%) Wysokie koncentracje żelaza og. w osadach dennych stanowią korzystny element środowiska zbiornika z uwagi na rolę żelaza jako sorbentu m.in.. dla fosforu oraz innych metali ciężkich. 12
Zmienność stanowiskowa stężenia materii organicznej w osadach dennych Zawartość materii organicznej w osadach dennych zbiornika jest niska. Wskazuje to na intensywne procesy przemiany materii w warunkach tlenowych. Wyraźnie wyższe ilości materii organicznej w osadach dennych, w strefie ujścia rzeki Wisły wskazują na rolę wód Wisły w zasilaniu zbiornika substancjami o charakterze organicznym a także o specyficznym charakterze przyrodniczym tej rozległej, płytkiej strefy zbiornika. 13
Podsumowanie 1. Zrealizowano wszystkie przewidziane harmonogramem cele w okresie od kwietnia do grudnia 2010, w szczególności przeprowadzono: monitoring badawczy parametrów chemicznych, opracowanie zasad monitoringu operacyjnego na dalsze etapy badań, ewaluację metod badawczych, która wykazała adekwatność przyjętej koncepcji i metodyki badań, walidację stanowisk badawczych, z której wynika, że uzasadnione jest zwiększenie ilości stanowisk badawczych osadów dennych w celu uchwycenia specyfiki strefowej dna zbiornika 2. Metodykę badań i wyniki odniesiono do: Rozporządzenia M. Ś. z dn. 13 maja 2009 r. w sprawie form i sposobu prowadzenia monitoringu jednolitych części wód powierzchniowych i podziemnych (Dz.U. 2009-81-685) Rozporządzenia M. Ś. z dn. 22 lipca 2009 r. w sprawie klasyfikacji stanu ekologicznego, potencjału ekologicznego i stanu chemicznego jednolitych części wód powierzchniowych (Dz.U. 2009-122-1018) RAMOWEJ DYREKTYWY WODNEJ 14
Podsumowanie 3. Obliczony dla Zbiornika Goczałkowickiego zgodnie z wymogami tych dokumentów Współczynnik Schindlera wynosi - przy powierzchni zlewni 524 km 2 - w zależności od stopnia piętrzenia : 3,2, 4,2, 5,5 co wskazuje na potencjalne zagrożenie eutrofizacją. 4. Uznanie zlewni rzeki Iłownicy za część zlewni zb. Goczałkowickiego jest nieuzasadnione i wprowadza błąd w określaniu współczynnika Schindlera 5. Zewnętrzne obciążenie powierzchniowe azotem i fosforem, uwzględniające wymianę wody określono wstępnie dla maksymalnego i normalnego piętrzenia na: 11 13 g N/m 2 /rok oraz 2,24 2,66 g P/m 2 /rok są to wartości charakterystyczne dla wód zagrożonych eutrofizacją. 6. Wstępne wyniki badań wskazują, że stan hydrochemiczny zbiornika jest lepszy niż sugerowany przez w/w współczynniki Niewątpliwie jest to rezultat polimiktycznego charakteru zbiornika i wynikające z tego dobre warunki tlenowe. 15
Podsumowanie 7. Odnosząc się do definicji oceny stanu ekologicznego zamieszczonego w RDW stwierdzono wstępnie, że: RDW nie uwzględnia limnicznych ekosystemów antropogenicznych jakimi są zbiorniki zaporowe (mające charakterystyczne cechy i właściwości) warto rozważyć uzupełnienie tej luki ze względu na znaczenie i liczbę zbiorników zaporowych w świetle obecnych zapisów RDW stan ekologiczny zbiornika pod względem hydrochemicznym określa się jako dobry ze wskazaniem na bardzo dobry w świetle zapisów Ustawy Prawo Wodne woda w zbiorniku Goczałkowice ma I i II klasę czystości 8. Przeprowadzone badania wykazały konflikt między gospodarką a ekologią, w tym: wpływ gospodarki wodno-ściekowej w zlewni zbiornika na jakość wody w postaci podwyższonych stężeń organicznych form azotu i fosforu w wodach zasilających, antropopresję wywieraną przez przepompownie wód depresyjnych, wynikającą z nieuporządkowanej gospodarki wodno-ściekowej w zlewniach cząstkowych. 16
Zespół realizujący dr Magdalena Jabłońska mgr inż. Krystyna Janta-Koszuta dr inż. Maciej Kostecki kierownik zadania dr inż. Eligiusz Kowalski mgr inż. Bożena Kubica techn. Magdalena Kaczorowska mgr inż. Justyna Marlewska dr hab. inż. Jerzy Mazierski inż.. Halina Mędrek mgr inż. Małgorzata Niedźwiedź mgr inż. Witold Nocoń mgr inż. Joanna Pudło prof. dr hab. inż. Jan Suschka 17
Dziękuję za uwagę 18