ANNA CZAPLICKA-KOTAS, ZBIGNIEW ŚLUSARCZYK, MAŁGORZATA PIĘTA Politechnika Krakowska Wydział Inżynierii Środowiska Instytut Zaopatrzenia w Wodę i Ochrony Środowiska ANNA SZOSTAK Górnośląskie Przedsiębiorstwo Wodociągów Zakład Produkcji Wody, Goczałkowice Biogeny w wodach dopływających do zbiornika Goczałkowice Biogeny w wodach dopływających do zbiornika Goczałkowice są głównie pochodzenia antropogenicznego. Źródłami zanieczyszczeń są ścieki bytowe i gospodarcze z terenów nieskanalizowanych, spływy z terenów rolniczych, wody z kompleksu stawów rybnych hodowlanych oraz ścieki przemysłowe. W artykule przeanalizowano stężenia biogenów w wodach dopływających do zbiornika oraz ładunki biogenów dostarczane wraz z wodami do zbiornika w latach 1998 2009. Zauważono, że średnie stężenia czterech z pięciu analizowanych biogenów były najniższe w wodach Wisły. Jednak obserwując ładunki zanieczyszczeń dostarczane do zbiornika Goczłkowice stwierdzono, że ponad połowa ładunków zanieczyszczeń jest dostarczana do zbiornika wraz z wodami Wisły. Wykorzystując hierarchiczną analizę skupień wykazano, że dopływy zbiornika Goczłkowice można podzielić na dwie grupy: jedną stanowią rzeki Wisła i Bajerka, natomiast drugą wszystkie przepompownie, wśród których najbardziej podobne charakterystyki mają Zarzecze i Frelichów. Biogeny dostarczane wraz z wodami dopływów mają ogromny wpływ na jakość wód w zbiorniku Goczałkowice, należy zatem zadbać o jakość wód w dopływach. Rys. 1. Zarys zbiornika Goczałkowice wraz z zaznaczonymi punktami poboru wód Biogeny to pierwiastki chemiczne wchodzące w skład organizmów, niezbędne do ich budowy i prawidłowego funkcjonowania [17]. Te, które stanowią co najmniej kilka procent suchej masy organizmu, są nazywane makroelementami, np. węgiel, azot, fosfor, żelazo, mangan, sód, potas. Pierwiastki biogenne mogą być przyczyną wzrostu trofii, czyli zasobności wód w substancje odżywcze [7], a w konsekwencji powodować eutrofizację wód. Zjawisko to jest bardzo niekorzystne, gdyż jest przyczyną masowego rozwoju glonów i sinic, i w konsekwencji prowadzi do zmniejszenia stężenia tlenu w wodzie, zmian właściwości fizycznych wód takich, jak barwa i zapach, oraz wprowadzania do wód substancji toksycznych, głównie w czasie zakwitu sinic [5, 18]. Ponadto zjawisko eutrofizacji utrudnia proces uzdatniania wód [1] i może powodować dyskwalifikację tych wód do zaopatrzenia w wodę ludności. Pierwiastki biogenne dopływają do zbiornika Goczałkowice wraz z wodami: Wisły i Bajerki oraz zostają dostarczone do zbiornika poprzez przepompownie odwadniające obrzeże zbiornika [13]. W najbliższym otoczeniu zbiornika znajduje się pięć przepompowni. Przepompownia Strumień jest zlokalizowana bezpośrednio przy lewobrzeżnym wale ochronnym i wraz z usytuowaną obok śluzą odwadnia teren o powierzchni 6,25 km 2. Przepompownie Zabłocie, Frelichów, Zarzecze i Podgrobel są zlokalizowane odpowiednio w 1,1; 3,1; 5,1 i 8,6 km prawobrzeżnej zapory bocznej. Przepompownia Zabłocie odwadnia teren o powierzchni 5,6 km 2, Frelichów 3,02 km 2, Zarzecze 5,0 km 2, a Podgrobel obszar o powierzchni 7,65 km 2 [2]. Przepompownie te wprowadzają do zbiornika ścieki z okolicznych domostw oraz wody z terenów zlokalizowanych w depresji [3]. Usytuowanie wszystkich opisanych obiektów pokazano na planie poglądowym zbiornika (rys. 1). 428 Gospodarka Wodna nr 10/2012
Biogeny w wodach dopływających do zbiornika Goczałkowice są głównie pochodzenia antropogenicznego. Źródłami zanieczyszczeń są ścieki bytowe i gospodarcze z terenów nieskanalizowanych, spływy z terenów rolniczych, wody z kompleksu stawów rybnych hodowlanych oraz ścieki przemysłowe. Do najważniejszych obiektów usytuowanych w zlewni Wisły przed zbiornikiem Goczałkowice należą zakłady: motoryzacyjne Fiata, produkcji kawy i herbaty Mokate oraz napojów chłodzących Ustronianka w Ustroniu [27], garbarnia, odlewnia żeliwa i spółdzielnia mleczarska na terenie gminy Skoczów [8], produkcji wyrobów cukierniczych oraz wyrobów metalowych w gminie Strumień [6]. Prowadzone są także intensywne hodowle trzody chlewnej, bydła rzeźnego i brojlerów [4]. Ścieki przemysłowe wprowadzane są głównie przez Wisłę. Jesienią poprzez Wisłę, Bajerkę i przepompownię Strumień do zbiornika Goczałkowice dostają się wody spuszczane z rybnych stawów hodowlanych. Łączna powierzchnia stawów usytuowanych w zlewni Wisły powyżej zapory zbiornika wynosi ok. 900 ha [15]. Wody ze stawów rybnych są obciążone zanieczyszczeniami organicznymi, a także związkami azotu i fosforu oraz zawiesiną. Przyczyną tego jest fakt, że w stawach rybnych celowo zwiększa się eutrofizację poprzez nawożenie mineralne [28]. Wody ze stawów rybnych zawierają również dziesięciokrotnie większą ilość chlorofilu niż wody w zbiorniku podczas zakwitów fitoplanktonu [29]. Wymywanie zanieczyszczeń z terenów rolniczych przez wody opadowe stanowi również ważne źródło zanieczyszczeń chemicznych, w tym związków biogennych i środków ochrony roślin [11]. Przykładowo odpływ azotu w postaci azotanów w zależności od rodzaju gleby, gatunku uprawianej rośliny i ilości opadów atmosferycznych wynosi 5 do 25 kg N/ha/rok. W tę wartość jest wliczony azot amonowy, który ulega nitryfikacji zwiększając pulę azotanów w glebie [12]. Biogeny pochodzenia rolniczego są dostarczane do zbiornika Goczałkowice głównie z wodami Wisły. Warto dodać, że pola uprawne leżą w dolnym i środkowym biegu górnej Wisły. Celem tego artykułu jest zbadanie jak duże ładunki biogenów są dostarczane do zbiornika Goczałkowice oraz który z dopływów ma największy wpływ na jakość wód w tym zbiorniku. Dodatkowo w artykule przeanalizowano stężenia biogenów w wodach dopływają- Rys. 2. Średnie wartości stężeń azotu amonowego, azotu azotynowego i azotu azotanowego w wodach dopływających do zbiornika Goczałkowice w latach 1998 2009 cych do zbiornika oraz zbadano sezonowe zmiany stężeń w poszczególnych dopływach zbiornika. Materiał i metody Materiał Opierano się na danych dotyczących wartości stężeń pierwiastków biogennych w wodach dopływających do zbiornika Goczałkowice w latach 1998 2009. Dane zostały udostępnione przez laboratorium Górnośląskiego Przedsiębiorstwa Wodociągów w Goczałkowicach. Częstotliwość poboru próbek wody przez GPW wynosi od czterech do ośmiu razy w roku. Informacje o wielkości przepływów wód we wszystkich dopływach, z wyjątkiem rzeki Bajerki, pochodziły z Górnośląskiego Przedsiębiorstwa Wodociągów [10]. Średnią z wielolecia wielkość przepływu w Bajerce obliczono, wykorzystując dane publikowane w Atlasie posterunków wodowskazowych PMŚ [25]. Przepływy w Bajerce w konkretnych dniach szacowano, uwzględniając zmienność przepływu Wisły w odniesieniu do jej średniej z wielolecia. W przepompowni Frelichów przepływy z okresu 1998 1999 zaginęły, dla- Rys. 3. Średnie stężenie ortofosforanów i fosforu ogólnego w wodach dopływających do zbiornika Goczałkowice w latach 1998 2009 Gospodarka Wodna nr 10/2012 429
tego też przepływy te zostały wyestymowane na podstawie przepływów w przepompowni Podgrobel, gdyż zachodzi korelacja pomiędzy wartościami przepływu w tych przepompowniach. Metody Oznaczenia fizykochemiczne próbek wody wykonało Górnośląskie Przedsiębiorstwo Wodociągów według polskich norm: azot amonowy PN-C-40576-4:1994 [19], azot azotynowy PN-EN 26777:1999 [20], azot azotanowy PN-82/C-04576/08 [21], ortofosforany i fosfor ogólny PN-EN ISO 6878: 2006 [22]. Tabela. I. Sezonowe zmiany stężeń biogenów w wodach dopływających do zbiornika Goczałkowice w latach 1998 2009 Pora roku Wiosna Lato Jesień Zima Dopływ Średnie stężenie mg/dm 3 amoniak azotyny azotany ortofosforany fosfor ogólny przep. Strumień 3,60 0,20 5,50 0,60 0,40 przep. Zabłocie 2,72 0,17 5,42 2,09 0,36 przep. Frelichów 4,19 0,13 4,53 0,81 0,62 przep. Zarzecze 5,27 0,12 4,41 1,35 0,74 przep. Podgrobel 4,01 0,12 6,62 2,69 0,99 Bajerka 0,40 0,10 3,41 0,56 0,51 Wisła 0,41 0,11 7,05 0,30 0,21 przep. Strumień 0,91 0,19 2,77 0,57 0,40 przep. Zabłocie 2,05 0,13 1,54 2,69 0,36 przep. Frelichów 2,88 0,15 2,86 0,57 0,43 przep. Zarzecze 5,11 0,20 2,27 0,63 0,54 przep. Podgrobel 2,93 0,23 4,08 1,43 0,76 Bajerka 0,49 0,09 2,14 0,31 0,30 Wisła 0,21 0,10 4,13 0,46 0,20 przep. Strumień 1,32 0,17 6,33 0,50 0,35 przep. Zabłocie 2,72 0,14 4,75 1,20 0,40 przep. Frelichów 3,74 0,11 3,68 0,56 0,55 przep. Zarzecze 5,55 0,20 4,28 0,78 0,56 przep. Podgrobel 3,73 0,17 6,37 2,06 0,78 Bajerka 0,45 0,21 2,19 0,29 0,39 Wisła 0,36 0,09 4,79 0,30 0,19 przep. Strumień 4,43 0,25 12,6 0,32 0,30 przep. Zabłocie 4,18 0,14 10,42 1,20 0,29 przep. Frelichów 5,26 0,18 8,11 0,80 0,55 przep. Zarzecze 7,84 0,23 7,16 1,06 0,58 przep. Podgrobel 7,14 0,09 9,48 1,78 1,02 Bajerka 0,48 0,08 5,10 0,21 0,19 Wisła 0,58 0,08 7,64 0,29 0,14 Odchylenia standardowe w przeważającej liczbie przypadków są większe od wartości średnich Dla otrzymanych danych policzono wartości średnie i odchylenia standardowe, z uwzględnieniem także podzbiorów tych danych na podstawie cech grupujących takich, jak: pora roku lub konkretny dopływ. Hipotezy o równości średnich wartości związków biogennych dla tak wyodrębnionych grup sprawdzano z wykorzystaniem nieparametrycznych testów istotności, ze względu na dalekie od normalnego rozkłady badanych wielkości. W wypadku wielu średnich był to test Kruskala-Wallisa. Przy porównywaniu dwóch średnich stosowano test Manna-Whitneya [24]. Aby ustalić stopień podobieństwa pomiędzy dopływami ze względu na stężenia rozważanych związków biogennych, użyto hierarchicznej analizy skupień z kwadratem euklidesowej odległości pomiędzy centrami określonymi przez znormalizowane stężenia tych biogenów jako miarę podobieństwa [9]. Wyniki W tym artykule przeanalizowano stężenia biogenów w wodach dopływających do zbiornika oraz ładunki biogenów dostarczane wraz z wodami do zbiornika. Stężenia Przeanalizowano zmiany stężeń biogenów w wodach dopływających do zbiornika Goczałkowice w dwóch aspektach. Zbadano średnie wartości stężeń biogenów w wodach poszczególnych dopływów oraz w poszczególnych porach roku. Analizując zmiany stężeń biogenów w wodach dopływających do zbiornika zauważono, że najwyższe średnie stężenie azotu amonowego w latach 1998 2009 wystąpiło w przepompowni Zarzecze (rys. 2) i wynosiło ono 5,791 mg NH + 4 /dm3. Najniższe średnie stężenie wystąpiło w Wiśle i wynosiło ono 0,356 mg NH + 4 /dm3. Najwyższe średnie stężenia azotu amonowego we wszystkich wodach dopływających do zbiornika Goczałkowice występują zimą, natomiast najniższe w wodach wszystkich dopływów (z wyjątkiem Bajerki) latem. Bajerka charakteryzuje się najniższymi średnimi stężeniami azotu amonowego wiosną. Średnie stężenie azotu azotynowego było najwyższe w wodach przepompowni Strumień (rys. 2) i wynosiło 0,19 mg NO 2 /dm 3, najniższe zaś było w Wiśle i wynosiło 0,09 mg NO 2 /dm 3. Średnie stężenia azotu azotynowego w wodach przepompowni Strumień były wyższe niż w wodach pozostałych dopływów tylko zimą i wiosną (tab. I). Najwyższe średnie stężenia azotu azotynowego w wodach przepompowni Strumień, Frelichów i Zarzecze są zimą, natomiast w przepompowni Podgrobel latem. Najwyższe średnie stężenie azotu azotanowego występowało w wodach przepompowni Podgrobel (6,183 mg NO 3 /dm 3 ), najniższe zaś w wodach Bajerki (2,802 mg NO 3 /dm 3 ) (rys. 2). Stężenia azotanów we wszystkich wodach dopływających do zbiornika Goczałkowice były najwyższe zimą, a najniższe latem (tab. I). 430 Gospodarka Wodna nr 10/2012
Najwyższe (2,244 mg PO 4 3- /dm 3 ) średnie stężenia ortofosforanów (rys. 3) obserwowano w wodach przepompowni Podgrobel, a najniższe w Wiśle (0,35 mg PO 4 3- /dm 3 ). Najwyższe średnie stężenia ortofosforanów występują wiosną (przepompownia Strumień, Zabłocie, Zarzecze, Wisła, Bajerka) i jesienią (Frelichów), a najniższe zimą (przepompownia Strumień, Zabłocie, Wisła, Bajerka) i latem (Frelichów, Zarzecze, Podgrobel). Najwyższe średnie stężenie fosforu ogólnego zanotowano w wodach przepompowni Podgrobel (0,86 mg P/dm 3 ) i Zarzecze (0,58 mg P/dm 3 ), a najniższe w wodach Wisły (0,19 mg P/dm 3 ) (rys. 3). W przepompowni Strumień, Frelichów, Zarzecze i w rzece Bajerce najwyższe średnie stężenia fosforu ogólnego występują wiosną, natomiast w przepompowni Zabłocie jesienią. Najniższe stężenia fosforu ogólnego w wodach dopływających do zbiornika Goczałkowice występują zimą i latem. Badając sezonowość stężeń biogenów w wodach dopływających do zbiornika stwierdzono, że dla azotu amonowego i azotu azotanowego istnieją różnice między sezonami letnio-jesiennymi a zimowo-wiosennymi. Pogłębiona analiza stężeń biogenów w różnych porach roku w odniesieniu do każdego dopływu z osobna pokazuje, że jedynie dla przepompowni Frelichów i Zarzecze sezonowość dla żadnego ze związków biogennych nie występuje. Tabela. II. Średnie wartości ładunków biogenów w wodach dopływających do zbiornika Goczałkowice w poszczególnych porach roku Pora roku amoniaku azotynów Średnie ładunki azotanów ortofosforanów fosforu ogólnego Zima 46,698 4,059 333,628 13,176 5,948 Wiosna 26,206 4,574 370,614 14,465 6,858 Lato 14,559 3,916 167,630 19,919 3,567 Jesień 18,930 2,702 160,754 9,235 4,570 Odchylenia standardowe w przeważającej liczbie przypadków są większe od wartości średnich Najwyższe ładunki ortofosforanów i fosforu ogólnego również dopływają Wisłą (rys. 4) i wynoszą odpowiednio 74% (93 kg/d rys. 6) i 53% (26 kg/d rys. 6). Bajerka wnosi prawie 20% (9,5 kg/d) ładunków fosforu i 6% (7,7 kg/d) ładunku ortofosforanów. Siedem procent (9 kg/d) ładunku ortofosforanów dopływającego do zbiornika pochodzi z przepompowni Zabłocie, Ładunki Nieco ponad połowę (rys. 4) ładunku azotu amonowego dostaje się do wód zbiornika z Wisłą (ok. 104 kg/d rys. 5), ok. 13% poprzez przepompownię Frelichów (ok. 25,5 kg/d). Najmniejszy ładunek (ok. 4%) dopływa poprzez przepompownię Strumień. Najwyższy (76%) ładunek azotu azotynowego dopływa do zbiornika Wisłą (rys. 4), 9% Bajerką, a pozostałe dopływy są odpowiedzialne za 15% ładunku azotu azotynowego dostającego się do zbiornika. Wisłą wpływa ładunek rzędu 26 kg/d (rys. 5), natomiast Bajerką dopływa ładunek azotu azotynowego wynoszący 3,3 kg/d. Ładunek azotu azotanowego w 87% (rys. 4) dopływa do zbiornika poprzez Wisłę, co stanowi 2038 kg/d. Pozostałe dopływy wnoszą od ok. 1 do ok. 3% ładunku azotu azotanowego dopływającego do zbiornika, co zawiera się w zakresie około 24 do 71 kg/d (rys. 5) Rys. 4. Procentowy udział poszczególnych zlewni w średnich ładunkach biogenów w wodach dopływających do zbiornika Goczałkowice w latach 1998 2009 Gospodarka Wodna nr 10/2012 431
Rys. 5. Średnie ładunki azotu amonowego, azotu azotynowego i azotu azotanowego w wodach dopływających do zbiornika Goczałkowice w latach 1998 2009 a przez przepompownię Frelichów dopływa do zbiornika 8% (4 kg/d) ładunku fosforu. Rozrzut wartości ładunków poszczególnych parametrów w analizowanym okresie był duży, o czym świadczą wartości odchyleń standardowych kilkakrotnie przekraczające średnie wartości ładunków. Najwyższe ładunki amoniaku, azotynów, azotanów, ortofosforanów i fosforu ogólnego dopływają do zbiornika wiosną i zimą. (tab. II). Przykładowo zimą i wiosną dostaje się prawie 70% ładunku azotanów wprowadzanego do zbiornika w ciągu roku. W odróżnieniu od stężeń ładunki wszystkich biogenów wykazują zróżnicowanie w zależności od pory roku. Rozbicie wód dopływających do zbiornika Goczałkowice na wody rzeczne i wtłaczane przez przepompownie pokazuje, że sezonowość wielkości dopływających ładunków biogenów dotyczy tylko wód pochodzących z przepompowni. Dyskusja Wpływ zanieczyszczeń na jakość wód w zbiorniku i na procesy w nim zachodzące opisano w artykule Zmiany zachodzące w wodach Zbiornika Goczałkowice podczas zakwitu fitoplanktonu [5], natomiast w tym artykule źródła tych zanieczyszczeń. Analizując podobieństwa średnich unormowanych stężeń azotu amonowego, azotu azotynowego, azotu azotanowego, fosforu ogólnego, ortofosforanów w wodach dopływających do zbiornika Goczałkowice w latach 1998 2009 posłużono się hierarchiczną analizą skupień (rys. 7). Wykazano, że jedną grupę stanowią rzeki Wisła i Bajerka, drugą zaś wszystkie przepompownie, wśród których najbardziej podobne charakterystyki mają przepompownie Zarzecze i Frelichów. Odstępstwo przepompowni Zarzecze i Frelichów od wspólnej charakterystyki pozostałych wydaje się być związane z bliskością fragmentu rezerwatu torfowiskowego Rotuz i dodatkowym obciążeniem ich wód przez cały rok dopływem ścieków z ubojni. Pogłębiona analiza skupień z uwzględnieniem dopływów i pór roku wskazuje, że rzeki Wisła i Bajerka w większości pór roku są do siebie podobne. Większość przepompowni, z wyjątkiem Frelichowa, tworzy osobną grupę ze względu na stężenie biogenów w wodzie w miesiącach zimowych, w tym dominującą rolę odgrywają wysokie stężenia azotu amonowego i azotanowego. Wiadomo, że w miesiącach zimowych i wczesnowiosennych w mniejszym stopniu rośliny wodne wiążą biogeny. Wiosną dodatkowo wodę wzbogaca w związki azotu spływ z nawożonych pól. Ponadto większość przepompowni, z wyjątkiem Zarzecza, ma podobne stężenia biogenów wiosną i jesienią, co należy wiązać z podobnym charakterem źródeł zanieczyszczeń. Do przepompowni dopływają wody prowadzone rowami melioracyjnymi z pobliskich pól nawożonych wiosną i jesienią modyfikowane ściekami z okolicznych gospodarstw. Porównując średnie stężenia substancji biogennych w wodach Wisły z średnimi stężeniami tych substancji w innych wodach dostarczanych do zbiornika Goczałkowice stwierdzono, że średnie stężenia czterech z pięciu analizowanych biogenów, tj. azotu amonowego, azotu azotynowego, fostoru ogólnego i ortofosforanów były najniższe w wodach Wisły. Jednak obserwując ładunki zanieczyszczeń dostarczane do zbiornika Goczałkowice stwierdzono, że ponad połowa ładunków zanieczyszczeń dopływa do zbiornika wraz z wodami Wisły, a co za tym idzie to właśnie Wisła wpływa na jakość wód w zbiorniku. Dzieje się tak dlatego, że Wisła ma niewspółmiernie większe przepływy od pozostałych dopływów. Przepływy w Wiśle wyrażane są w setkach tysięcy m 3 /dobę, natomiast przepływy w przepompowniach w tysiącach, rzadko dziesiątkach tysięcy m 3 /dobę. Duże stężenia biogenów wprowadzane do Wisły zostają w sposób naturalny rozcieńczone przez duży przepływ wód tej rzeki. Dlatego też stężenia biogenów w wodach Wisły są niewielkie, natomiast ładunek rzeka wnosi dominujący. Jak już wspomniano ładunki biogenów pochodzące z wód przepompowni wykazują zróżnicowanie ze względu na pory roku. Wydaje się, że zróżnicowanie to jest związane z istniejącą sezonowością ilości wód pompowanych przez przepompownie do zbiornika. Autorzy artykułu zauważyli, że najmniejsze ładunki biogenów są dostarczane do zbiornika Goczałkowice latem, co jest związane z ich przyswajaniem przez fitoplankton i roślinność obecną w zlewni. Największe ładunki dostarczane są zimą i wiosną (wyjątek stanowią ortofosforany). Przykładowo ładunek azotu azotanowego dostarczony do zbiornika Goczałkowice wiosną i zimą stanowił 70% ładunku azotu azotanowego dostarczanego do zbiornika w okresie 1998 2009. Wiosną i zimą obserwowano największy dopływ ładunku azotu azotanowego również do zbiorników Siemianówka [26], Kozłowa Góra [30] oraz zbiornika czorsztyńskiego [23]. Wysoka wiosenna koncentracja azotu azotanowego w toni wodnej zbiorników została wyjaśniona już w 1974 r. przez Wróbla [28] silnymi spływami powierzchniowymi w okresie roztopów wiosennych i świadczy o intensywnym wypłukiwaniu azotanów z gleb uprawnych. Kozłowski, Kostecki, Nocoń [14], badając wpływ Potoku Toszeckiego na 432 Gospodarka Wodna nr 10/2012
jakość wody w zbiorniku Pławniowice, zauważyli, że stężenie azotu azotanowego w wodzie zależy od wysokości opadów, a Pawełek i Spytek [16] badając wpływ ładunków azotu i fosforu dostarczanych wodami Raby na jakość wód zbiornika Dobczyce obliczyli, że istnieje bardzo wysoka (od 0,67 do 0,93) korelacja między objętością przepływu w Rabie a wysokością ładunku tych biogenów. Zauważono również (autorzy tego artykułu) wysokie współczynniki korelacji między przepływem a ładunkami biogenów; wynoszą one odpowiednio: dla azotu amonowego 0,711, azotynowego 0,760, azotanowego 0,721, fosforu ogólnego 0,501 i ortofosforanów 0,526. Największe ładunki azotu azotanowego dostarczane do zbiornika Goczałkowice wraz z wodami dopływów zimą i wiosną powodują, że koncentracja tego biogenu w wodach zbiornika w tych porach roku jest największa [5]. Wysokie stężenia azotu amonowego i azotynowego wskazują na obecność zanieczyszczeń pochodzących ze ścieków bytowo-gospodarczych i spływów powierzchniowych ze zlewni rolniczej. Kozłowski, Kostecki i Nocoń [14] zauważyli, że najwyższe stężenia azotu amonowego i azotynowego występują w Potoku Toszeckim w okresie wiosenno-letnim, kiedy są prowadzone intensywne prace rolnicze. W niniejszej pracy zaobserwowano podobne zjawisko w wodach Wisły, Bajerki, przepompowni Podgrobel i Zabłocie. Wspomniani autorzy tłumaczyli wzrost stężenia ortofosforanów i fosforu ogólnego w okresie wiosenno-letnim również spływem powierzchniowym zanieczyszczeń do Potoku Toszeckiego. W niniejszej pracy także zauważono wzrost stężeń ortofosforanów i fosforu ogólnego na wiosnę w wodach dopływów zbiornika Goczałkowice, co może wskazywać na rolnicze pochodzenie tych biogenów. Dodatkowo w wodach Wisły i Bajerki wzrost stężenia ortofosforanów i fosforu ogólnego występuje również jesienią. Czaplicka i in. [5], analizując stężenia tych biogenów w wodach zbiornika Goczałkowice, obserwowali ich wzrost właśnie jesienią, tłumacząc tę prawidłowość zrzutem wód ze stawów rybnych hodowlanych. Znajduje to potwierdzenie w fakcie, że stężenia ortofosforanów w wodach Bajerki przepływającej właśnie przez kompleks stawów rybnych są wysokie jesienią, kiedy to woda z tych stawów jest spuszczana. Rys. 6. Średnie ładunki ortofosforanów i fosforu ogólnego w wodach dopływających do zbiornika Goczałkowice w latach 1998 2009 Rys. 7. Dendrogram podobieństw stężeń azotu amonowego, azotu azotanowego, azotu azotynowego, fosforu ogólnego i ortofosforanów w wodach dopływających do zbiornika Goczałkowice w latach 1998 2009 Natomiast obserwując ładunki fosforu ogólnego (tab. II) dopływające do zbiornika Goczałkowice stwierdzono, iż największe ładunki dopływają zimą i wiosną. Podobne zależności obserwowano w zbiorniku czorsztyńskim [23]. Substancje biogenne dostarczane do zbiorników poprzez dopływy powodują ich eutrofizację. Eutrofizacja jezior i zbiorników jest problemem, z którym borykają się państwa na całym świecie. Przykładem może być Jezioro Bodeńskie położone na pograniczu Niemiec, Austrii i Szwajcarii oraz jezioro Erie na granicy między Kanadą i USA; do tych jezior były dostarczane ścieki z miast i gmin położonych wokół jezior. Obecnie proces eutrofizacji został zatrzymany dzięki rozbudowanej sieci kanalizacyjnej połączonej z oczyszczalnią ścieków oraz monitorowaniu stężenia fosforu w jeziorach. Bardzo ciekawym rozwiązaniem problemu dostarczania ścieków komunalnych z terenów położonych bezpośrednio przy jeziorze jest budowa kanalizacji okrężnej takiej, jak np. przy jeziorze Tergen w Górnej Bawarii. Wokół jeziora zbudowano sieć kanalizacyjną, do której podłączono ścieki z przylegających do brzegów jeziora gmin, a następnie ścieki te przez przepompownie doprowadzano do oczyszczalni położonej poniżej jeziora. Oczyszczane ścieki spływają do rzeki poniżej jeziora [12]. Takie rozwiązanie wydaje się być dobre również w wypadku zbiornika Goczałkowice, aby ograniczyć spływ zanieczyszczeń bezpośred- Gospodarka Wodna nr 10/2012 433
nio do zbiornika, jak również dostarczanie zanieczyszczeń biogennych poprzez przepompownie. Podsumowując, biogeny dostarczane wraz z wodami dopływów mają ogromny wpływ na jakość wód w zbiorniku Goczałkowice, w tym na wzrost trofii prowadzący okresowo do zakwitów fitoplanktonu w całej toni wodnej [18]. Należy zatem zadbać o jakość wód w dopływach, poprzez m.in. budowę nowych oczyszczalni ścieków zarówno bytowych, jak i przemysłowych, modernizację już istniejących oczyszczalni ścieków. Warto również pomyśleć o utworzeniu sieci kanalizacyjnej wokół zbiornika dla przepompowni zlokalizowanych po południowo-zachodniej stronie zbiornika, które do tej pory pompują wodę wraz ze ściekami bezpośrednio do zbiornika, i odprowadzaniu tych ścieków po ich oczyszczeniu do Wisły poniżej zbiornika. Należałoby oczyszczać wody spuszczane ze stawów rybnych hodowlanych. Ponadto w miejscach gdzie bezpośrednio nad Wisłą i zbiornikiem znajdują się pola uprawne celowe wydaje się zasadzenie zwartego pasa zieleni złożonej przede wszystkim z roślinności leśnej liściastej, aby zminimalizować przedostawanie się nawozów i środków ochrony roślin z pól uprawnych do wód. Wnioski Wody Wisły i Bajerki odbiegają charakterystyką stężeń biogenów od tych z przepompowni. Podwyższone stężenia związków fosforu jesienią mogą być częściowo tłumaczone spuszczaniem wody z hodowlanych stawów rybnych. Najwyższy ładunek biogenów wprowadza do zbiornika Goczałkowice Wisła (azotynów 76%, azotanów 87%, amoniaku 53%, ortofosforanów 74% i fosforu ogólnego 53%). Pozostałe dopływy również wprowadzają znaczne ładunki biogenów, np. Bajerka doprowadza do zbiornika stosunkowo duży ładunek fosforu wynoszący 9,5 kg/d (20% ładunku fosforu dopływającego do zbiornika Goczałkowice) i azotu azotynowego wynoszący 3,3 kg/d (10%), a z przepompowni Frelichów dostaje się stosunkowo duży ładunek amoniaku (25,5 kg/d, 13%) i fosforu (4 kg/d, 8%). Stężenia azotu amonowego i azotu azotanowego w wodach dopływających do zbiornika Goczałkowice są zależne od pór roku. Ładunki dostarczanych biogenów, wraz z wodami przepompowni, mają charakter sezonowy. Największe ładunki biogenów dostarczane są zimą i wiosną. Eutroficzny stan wód w zbiorniku Goczałkowice świadczy o niedostatecznej ochronie wód przed dopływem biogenów ze zlewni. LITERATURA 1. W. BALCERZAK, 2005, Wpływ procesu eutrofizacji na technologię uzdatniania wody, Materiały II Kongresu Inżynierii Środowiska, Monografie Komitetu Inżynierii Środowiska PAN, vol. 32, Lublin, s. 113 121. 2. Cermet-Bud, 2006, Operat wodno-prawny na piętrzenie i pobór wody ze zbiornika Goczałkowice, Kraków. 3. A. CZAPLICKA-KOTAS, 2004, Zastosowanie hodowli synchronicznej Chlorella vulgaris w kontroli jakości wód, Monografie Komitetu Inżynierii Środowiska PAN, vol. 23, Kraków. 4. A. CZAPLICKA-KOTAS, A. SZOSTAK, R. KOCWA-HALUCH, 2005, Eutrofizacja wód goczałkowickiego zbiornika wodnego, Gospodarka Wodna 12/2005, s. 490 495. 5. A. CZAPLICKA-KOTAS, Z. ŚLUSARCZYK, M. PIĘTA, A. SZOSTAK, 2012, Analiza zależności między wskaźnikami jakości wody w Jeziorze Goczałkowickim w aspekcie zakwitów fitoplanktonu, Ochrona Środowiska 1/2012, Vol. 34, s. 21 27, ISSN 1230-6169. 6. EKO TEAM Konsulting, 2009, Program Ochrony Środowiska dla Gminy Strumień. 7. Encyklopedia szkolna. Biologia, 1999, praca zbiorowa pod redakcją Urbanek A., Wydawnictwa Szkolne i Pedagogiczne, Warszawa, s. 66. 8. Galeja Technika i Technologia, 2007, Program Ochrony Środowiska dla Gminy Skoczów na lata 2007 2010 z perspektywą do roku 2014. 9. E. GATNAR, Klasyfikacja danych za pomocą pakietu statystycznego SPSS for Windows, Wyd. PLJ, Warszawa. 10. Górnośląskie Przedsiębiorstwo Wodociągów Zakład Uzdatniania Wody Goczałkowice, 1998 2009, dane archiwalne. 11. M. GROMIEC, 2006, Problemy związane ze zbiornikami wodnymi, [w:] praca naukowa pod redakcją: M. Gromiec, J. Dojlido, Zmiany jakości wody wybranych zbiorników wodnych, Monografie Instytutu Meteorologii i Gospodarki Wodnej, Warszawa. 12. M. HAFNER, 1993, Ochrona środowiska, Polski Klub Ekologiczny, Kraków, s. 238 247. 13. O. KOSAREWICZ, E. WYSOKLIŃSKA, I. FIRLUS, G. UNIEJEWSKA, 1993, Źródła zanieczyszczenia wód Zbiornika Goczałkowice, Mat. Symp. Projekt Mała Wisła, Bielsko Biała, s. 8 13. 14. J. KOZŁOWSKI, M. KOSTECKI, W. NOCOŃ, 2006, Wpływ zmian jakości wody w Potoku Toszeckim w latach 1976 2004 na stopień zanieczyszczenia wody w zbiorniku zaporowym Pławniowice, Ochrona Środowiska, 2006, nr 4, s. 35 40. 15. S. LEWKOWICZ, M. KUCZYŃSKI, M. PI- LARCZYK, 2008, The importance of fish ponds in the Mała Wisła River catchment (southern Poland). Ocean. Hydrob. Studies XXXVII, Suppl. 1, 41, 2008. 16. J. PAWEŁEK, M. SPYTEK, 2006, Dynamika ładunków związków azotu i fosforu wnoszonych przez Rabę do Zbiornika Dobczyckiego w latach hydrologicznych 2003 2005, Gaz, Woda i Technika Sanitarna, listopad 2006, s. 32 38. 17. Popularna encyklopedia,1997, pod redakcją Marcinek J. Wydawnictwo Ryszard Kluszczyński, Kraków, s. 111. 18. M. PIĘTA, A. CZAPLICKA-KOTAS, A. SZO- STAK, Z. ŚLUSARCZYK, 2011 Zmiany trofii wód Zbiornika Goczałkowice w latach 1956 2009, Gosp. Wodn. 7/2011, s. 278 284. 19. PN-C-04576/4: 1994. Woda i ścieki. Badanie zawartości związków azotu. Oznaczanie azotu amonowego w wodzie metodą bezpośredniej nessleryzacji. 20. PN-EN 26777: 1999. Jakość wody. Oznaczanie azotynów. Metoda absorpcyjnej spektroskopii cząsteczkowej. 21. PN-C-04576/08: 1982 Woda i ścieki. Badania zawartości związków azotu. Oznaczanie azotu azotanowego metodą kolorymetryczną z salicylanem sodowym. 22. PN-EN ISO 6878: 2006 Jakość wody. Oznaczanie fosforu ogólnego. Metoda spektrofotometryczna z molibdenianem amonu. 23. J. RACZAK, 2002, Obciążenie zbiornika czorsztyńskiego substancjami biogennymi, Gosp. Wodn., 10/2002, s. 428 431. 24. A. STANISZ, 1998, Przystępny kurs statystyki w oparciu o program STATISTICA PL na przykładach z medycyny, StatSoft Polska Sp. z o.o., Kraków. 25. W. SZCZEPAŃSKI,1996, Atlas posterunków wodowskazowych dla potrzeb Państwowego Monitoringu Środowiska, Posterunki wodowskazowe IMGW wg stanu na 1 styczeń 1996, Wyd. Państwowa Inspekcja Ochrony Środowiska, Warszawa-Katowice 1995 1996. 26. J. SZCZYKOWSKA, A. SIEMIENIUK, 2005, Symptomy eutrofizacji w zbiorniku zaporowym Siemianówka, [w:] Problemy gospodarki wodno-ściekowej w regionach rolniczo-przemysłowych, Monografie komitetu Inżynierii Środowiska PAN, vol. 30, str. 919 928. 27. Urząd Miasta Ustroń, 2009, Lokalny Program Rewitalizacji dla Miasta Ustroń 2009 2015, 2009, Ustroń, s. 25. 28. S. WRÓBEL, 1976, Eutrofizacja Wód, [w:] Starmach K., Wróbel S., Pasternak K., Hydrologia, PWN, Warszawa, s. 176 199. 29. S. WRÓBEL, J. M. WŁODEK, 1991, Gospodarka stawowa w dorzeczu górnej Wisły [w] Dynowska I, Maciejewski M., Dorzecze górnej Wisły, cześć II, PWN, Warszawa-Kraków, s. 97 i 103. 30. I. ZIMOCH, B. FALKUS, 2003, Ocena stanu eutrofizacji zbiornika Kozłowa Góra, Gaz Woda i Technika Sanitarna, 10/2003, s. 373 376. 434 Gospodarka Wodna nr 10/2012