Wojciech Łyczko, Leszek Pływaczyk, Beata Olszewska
Instytut Kształtowania i Ochrony Środowiska, Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu
Wstęp
Budowa i eksploatacja budowli piętrzących zlokalizowanych na duŜych rzekach zmienia ich charakter i powoduje powstanie dwóch stref o zróŜnicowanym oddziaływaniu rzeki na teren przyległy. PowyŜej stopnia rzeka przybiera charakter infiltrujący, zasilając tereny przyległe w wyniku przesięków. PoniŜej stopnia - z powodu niskich stanów wody - rzeka drenuje teren, wymuszając kierunek przepływu wód podziemnych z doliny w stronę koryta [PŁYWACZYK 1997]. Zmiana naturalnego charakteru doliny w wyniku działania rzeki wpływa na gospodarkę wodną gleb, połoŜonych w zasięgu oddziaływania stopnia i znajdujących się w obydwu zróŜnicowanych strefach. Sytuacja taka ma miejsce np. w rejonie działania stopnia Brzeg Dolny [PŁYWACZYK i in. 2007] i wystąpi zapewne po oddaniu do eksploatacji kolejnego, nowobudowanego, stopnia Malczyce, zlokalizowanego w km 300 rzeki Odry, w miejscowości Rzeczyca (rys. 1). Spiętrzenie wody zmieni drenujący charakter rzeki na odcinku Brzeg Dolny - Malczyce na infiltrujący i wpłynie na podniesienie się poziomu wody gruntowej, co moŜe spowodować zmianę uwilgotnienia wierzchnich warstw profilu glebowego.
Celem pracy jest ocena gospodarki wodnej gleb, na podstawie analizy kształtowania się zapasów wody, w dwóch profilach glebowych połoŜonych na terenie lewobrzeŜnej części doliny Odry, na tle parametrów meteorologicznych, w warunkach panujących przed oddaniem stopnia do eksploatacji. Badania prowadzono w okresie IV-IX w 2006 i 2007 roku.
Charakterystyka terenu badań, zakres i metodyka
Teren badawczy leŜy w województwie dolnośląskim, w lewobrzeŜnej dolinie Odry, w pobliŜu stopnia wodnego Malczyce, powyŜej projektowanego piętrzenia - pomiędzy korytem Odry, a ciekiem Jeziorka (rys. 1). Teren ten naleŜy do rozległej równiny wrocławskiej, od strony północnej i południowej ograniczonej wysoczyzną plejstoceńską. Odra ma tutaj charakter rzeki nizinnej o spadku dna około 0,25%
[PŁYWACZYK 1997].
W. Łyczko, L. Pływaczyk, B. Olszewska 164
Rys. 1. Lokalizacja obiektu badawczego Fig. 1. Location of the research area
Gleby tej części doliny charakteryzują się typową budową profilu: w wierzchnich warstwach występują mady - utwory nieprzepuszczalne o duŜych zdolnościach retencyjnych, ale małej przepuszczalności, głębiej natomiast znajdują się utwory lekkie, przepuszczalne (stanowiące warstwę wodonośną), ale o małej pojemności wodnej.
Pomiary uwilgotnienia prowadzono w dwóch wybranych charakterystycznych profilach glebowych (rys. 1). Profil nr 8 usytuowany jest we wsi Rzeczyca - nieznacznie powyŜej budowanego stopnia Malczyce, natomiast odkrywka nr 9 we wsi Zakrzów - około 5 km powyŜej budowli piętrzącej. Obszary te uŜytkowane są jako grunty orne.
W okresie IV-IX 2006 i 2007 r. prowadzono pomiary wilgotności gleb a następnie obliczano sumy zapasów wody w warstwach 0-50 i 0-100 cm analizo-wanych odkrywek. W profilu nr 8 pomiary wykonywano przy uŜyciu sond TDR, w profilu nr 9 metodą suszarkowo-wagową i sondą TDR. Pomiarów dokonywano do głębokości 100 cm (w przedziałach: 0-10, 20-30, 40-50, 65-75 i 90-100 cm).
Do scharakteryzowania warunków glebowych w analizowanych profilach przyjęto ogólnie stosowaną metodykę [GIEDROJĆ 1990; DROZD i in. 1997]. Oznaczono skład granulometryczny, gęstość właściwą i objętościową oraz porowatość (tab. 1). Na podstawie sporządzonych krzywych retencyjności wodnej wyznaczono charakterystyczne stany uwilgotnienia - polową pojemność wodną (PPW), pojemność okresu suszy (POS) oraz punkt trwałego więdnięcia (PTW) w poszczególnych warstwach profili. Granicę wody niedostępnej dla roślin przyjęto jako równą wilgotności odpowiadającej pF = 4,2. Ilość wody trudno dostępnej dla roślin wy-znaczono z róŜnicy pomiędzy wilgotnościami przy pF = 3,0 i pF = 4,2, ilość wody łatwo dostępnej określono z róŜnicy między wilgotnościami odpowiadającymi pF = 3,0 i pF = 2,0.
Tabela 1; Table 1 Gęstość właściwa i objętościowa, porowatość oraz skład granulometryczny gleb
w badanych odkrywkach glebowych
Density of solid particles, volumetric density, porosity and soil granulometric groups
gsp glina średnia pylasta; loam gc glina cięŜka; clay loam i ił; clay
ps piasek słabogliniasty; sand gs glina średnia; sandy clay loam gl glina lekka; sandy loam
pgm piasek gliniasty mocny; loamy sand pl piasek luźny; sand
W profilu nr 8, do głębokości 90 cm zalegają utwory zwięzłe (glina średnia pylasta, glina cięŜka oraz ił). Na poziomie 90 cm profil rozluźnia się. NiŜej znajdują się piaski słabogliniaste. Gęstości właściwe w odkrywce nr 8 mają wartości od 2,61 do 2,69 g⋅cm-3, gęstości objętościowe od 1,48 do 1,72 g⋅cm-3. Porowatości ogólne zawierają się w przedziale od 35,9 do 44,3%.
Odkrywka nr 9 róŜni się od poprzedniej miąŜszością wierzchniej warstwy madowej. Do głębokości 40 cm występują gliny średnie i średnie pylaste, niŜej natomiast zalegają utwory przepuszczalne zbudowane z glin lekkich, piasków gli-niastych mocnych oraz piasków luźnych. Gęstości właściwe kształtują się od 2,65 do 2,69 g⋅cm-3, gęstości objętościowe od 1,39 do 1,69 g⋅cm-3 a porowatości ogólne od 36,2 do 48,4%.
Pod względem agroklimatycznym obszar objęty badaniami znajduje się w rejonie B-2 umiarkowanie wilgotnym, ciepłym i umiarkowanie słonecznym [BAC 1991].
Analizy opadów atmosferycznych dokonano na podstawie danych z najbliŜszego posterunku opadowego w Malczycach. Średnie roczne opady dla wielolecia 1955-2000 wynoszą 593 mm a średnie wartości dla półrocza letniego osiągają wartość 388 mm (tab. 2). Na podstawie wartości z wielolecia wykreślono odpowiednie krzywe prawdopodobieństwa występowania opadów, wykorzystując znaną metodę decylów wg Dębskiego i dokonano oceny pod względem opadowym półroczy oraz lat badawczych
W. Łyczko, L. Pływaczyk, B. Olszewska analizowanych półroczach były zróŜnicowane i odbiegały od przebiegu wartości średnich z wielolecia. Szczególnie charakterystyczny był przebieg opadów dla roku 2006, gdzie kolejne średnie miesięczne sumy były na przemian wysokie i niskie. I tak w lipcu, który cechuje się najwyŜszymi średnimi opadami z wielolecia, opady w 2006 roku wyniosły zaledwie 37 mm, natomiast w kolejnym miesiącu suma miesięczna sięgnęła aŜ 209 mm - przy średniej z wielolecia równej 71 mm. W roku 2007 opady półrocza letniego nie były tak zróŜnicowane. Kwiecień był miesiącem bardzo suchym, maj miał opady bliskie średniej z wielolecia, kolejne dwa miesiące miały opady wyŜsze a dwa następne miesiące - niŜsze od średniej z wielolecia.
Tabela 2; Table 2 Miesięczne i okresowe opady atmosferyczne (mm) dla średnich z wielolecia 1955-2000
i dla roku hydrologicznego 2006 i 2007 - posterunek opadowy Malczyce Monthly and periodical precipitation sum (mm) for the average for the years 1955-2000
and for hydrological years 2006 and 2007 - Malczyce precipitation station Lata
Oceny warunków termicznych dokonano na podstawie pomiarów ze stacji Wrocław-Strachowice (tab. 3). Na podstawie wartości odchyleń średnich okresowych i rocznych temperatur powietrza od średnich z wielolecia 1955-2000 stwierdzono, Ŝe rok 2006 był rokiem zbliŜonym do normalnego a jego półrocze letnie było ciepłe. Ciepłe było równieŜ półrocze letnie w roku 2007 - cały rok natomiast oceniono jako bardzo ciepły.
Tabela 3; Table 3 Średnie miesięczne i okresowe temperatury powietrza (°C) dla wielolecia 1955-2000
i dla roku hydrologicznego 2006 i 2007 - stacja Wrocław-Strachowice Monthly and periodical average of air temperature (°C) for the years 1955-2000
and for hydrological years 2006 and 2007 - Wroclaw-Strachowice station Lata znacznej głębokości i nie wpływa bezpośrednio na uwilgotnienie wierzchnich warstw profilu. W pobliŜu odkrywki nr 8 (Rzeczyca) poziom wody zalega na głębokości około 2-3 m od poziomu terenu. W rejonie Zakrzowa woda gruntowa znajduje się obecnie na
głębokości od 3,50 do 4,50 m [PŁYWACZYK i in. 2007].
Wyniki badań
Uwilgotnienie profilu nr 8 w obydwu analizowanych warstwach kształtowało się przez większość okresu IV-IX 2006 r. wyjątkowo niekorzystnie (rys. 2). W warstwie 0-50 cm juŜ na początku okresu zapasy wody spadły poniŜej poziomu odpowiadającego punktowi trwałego więdnięcia roślin (PTW). W analizowanej warstwie ta graniczna wartość wynosi 142 mm. Niekorzystna sytuacja trwała aŜ do końca lipca - sumy zapasów wahały się od 155 do 130 mm. Lipiec tego roku był charakterystyczny - wystąpiły stosunkowo niskie opady oraz wysokie temperatury powietrza (tab. 3, rys. 2).
Rys. 2. Przebieg dobowych wartości opadów P (mm) z posterunku Malczyce oraz tem-peratury powietrza T (°C) ze stacji Wrocław-Strachowice w okresie IV-IX 2006 r.
Fig. 2. Daily precipitation sum variability P (mm) Malczyce station and average air temperature T (°C) from Wrocław-Strachowice station for the period IV-IX 2006 Półrocze letnie analizowanego roku było półroczem średnio mokrym - ale o takiej klasyfikacji zadecydowały wysokie opady przypadające na sierpień 2006 r.
Spowodowały one przyrost zasobów wilgoci glebowej, w wierzchniej półmetrowej warstwie, do wartości 208 mm, czyli poziomu pomiędzy pojemnością okresu suszy (POS - 188 mm) i polową pojemnością wodną (PPW - 213 mm). Korzystna sytuacja w tej warstwie nie trwała długo - juŜ we wrześniu zasoby wilgoci wyczerpały się osiągając na koniec tego miesiąca wartość 121 mm i znalazły się poniŜej PTW. Podobny przebieg miały sumy zapasów w warstwie 0-100 cm. Odpowiednie charakterystyczne stany uwilgotnienia (PTW, POS i PPW) wynoszą odpowiednio: 271, 357 i 401 mm. Sumy zapasów przez pierwsze miesiące okresu badawczego w 2006 r. kształtowały się poniŜej punktu trwałego więdnięcia. Na koniec sierpnia 2006 r. zapasy osiągnęły wartość odpowiadającą POS a na koniec września spadły do wartości 222 mm.
W. Łyczko, L. Pływaczyk, B. Olszewska 168
Rys. 3. Sumy zapasów Z (mm) w warstwie 0-50 i 0-100 cm w odkrywce nr 8 w okresie IV-IX 2006 r.
Fig. 3. Soil water reserve sum Z (mm) for the soil layers 0-50 cm and 0-100 cm in the soil pit No. 8 during the period IV-IX 2006
Sytuacja korzystniejsza, pod względem dostępności wody, wystąpiła w obrębie profilu nr 9 (rys. 4). Początek okresu badawczego w roku 2006 w warstwie 0-50 cm charakteryzował się sumami zapasów powyŜej PPW. Charakterystyczne stany uwilgotnienia przyjmują odpowiednio wartości 94, 125 i 144 mm a suma zapasów na początku kwietnia wyniosła 186 mm. Podobnie jak w przypadku profilu nr 8, do końca lipca występowało stopniowe zmniejszanie się zapasów - aŜ do osiągnięcia minimalnej wartości równej 71 mm. Niekorzystne warunki wystąpiły jednak tylko na przełomie lipca i sierpnia. W sierpniu nastąpiła odbudowa wilgoci w glebie do poziomu 302 mm co pozwoliło do końca okresu badawczego utrzymać uwilgotnienie w strefie wody łatwo dostępnej dla roślin. W metrowej warstwie odkrywki nr 9 równieŜ niekorzystny był koniec lipca 2006 r. Początek okresu badawczego charakteryzował się sumami zapasów powyŜej stanu PPW (któremu odpowiada wartość 225 mm) - odpowiednio dla POS i PTW wartości te wynoszą 182 i 133 mm. Na koniec kwietnia, bezpośrednio po kilkudniowych opadach, zapasy zwiększyły się do wartości 265 mm. W maju uwilgotnienie szybko zaczęło się zmniejszać i przez następne dwa miesiące znalazło się na granicy wody trudnodostepnej i niedostępnej dla roślin. W sierpniu nastąpiła odbudowa zapasów wody - z wartości 102, na początku, do 302 mm - na koniec tego miesiąca. Do końca okresu badawczego 2006 r. uwilgotnienie utrzymało się na pozio-mie wody łatwo dostępnej dla roślin.
Rys. 4. Sumy zapasów Z (mm) w warstwie 0-50 i 0-100 cm w odkrywce nr 9 w okresie IV-IX 2006 r.
Fig. 4. Soil water reserve sum Z (mm) for the soil layers 0-50 cm and 0-100 cm in the soil pit No. 9 during the period IV-IX 2006
Okres badawczy IV-IX 2007 r. charakteryzował się bardziej równomiernym rozkładem opadów niŜ w roku poprzednim - wyjątek stanowił kwiecień, w którym opady praktycznie nie występowały (tab. 2, rys. 5). Miało to konsekwencje w przebiegu uwilgotnienia w obu badanych profilach glebowych.
W warstwie 0-50 cm, w profilu nr 8, w kwietniu 2007 r. sumy zapasów spadły z poziomu 163 mm na początku miesiąca do 101 mm na jego końcu (rys. 6). W analogicznym okresie roku poprzedniego spadek zapasów wyniósł tylko 20 mm. Przez resztę analizowanego okresu zapasy w tej warstwie nie uległy odbudowaniu (w czerwcu i lipcu kształtowały się na granicy wody niedostępnej a w sierpniu i wrześniu poniŜej tej granicy). Podobny przebieg miały zapasy w warstwie 0-100 cm.
Rys. 5. Przebieg dobowych wartości opadów P (mm) z posterunku Malczyce oraz tem-peratury powietrza T (°C) ze stacji Wrocław-Strachowice w okresie IV-IX 2007 r.
Fig. 5. Daily precipitation sum variability P (mm) Malczyce station and average air temperature T (°C) from Wrocław-Strachowice station for the period IV-IX 2007
W. Łyczko, L. Pływaczyk, B. Olszewska 170
Rys. 6. Sumy zapasów Z (mm) w warstwie 0-50 i 0-100 cm w odkrywce nr 8 w okresie IV-IX 2007 r.
Fig. 6. Soil water reserve sum Z (mm) for the soil layers 0-50 cm and 0-100 cm in the soil pit No. 8 during the period IV-IX 2007
W bezopadowym kwietniu sumy zmniejszyły się z 276 do 204 mm, w maju nastąpił przyrost do wartości 300 mm ale od czerwca do końca okresu badawczego uwilgotnienie kształtowało się poniŜej lub znacznie poniŜej wartości odpowiadającej punktowi trwałego więdnięcia. Na taką sytuację w obydwu warstwach miały wpływ stosunkowo niskie opady atmosferyczne, które w sierpniu stanowiły tylko około 58 a we wrześniu około 69% średniego opadu z wielolecia.
Rys. 7. Sumy zapasów Z (mm) w warstwie 0-50 i 0-100 cm w odkrywce nr 9 w okresie IV-IX 2007 r.
Fig. 7. Soil water reserves sum Z (mm) for the soil layers 0-50 cm and 0-100 cm in the soil pit No. 9 during the period IV-IX 2007
Specyficzny przebieg warunków opadowych w okresie badawczym 2007 r. - szczególnie na jego początku (kwiecień 2007 r.) wpłynął na kształtowanie się zapasów wody równieŜ w obrębie profilu nr 9. Sumy zapasów w warstwie 0-50 cm w kwietniu zmniejszyły się z wartości 123 do 66 mm - spadając poniŜej granicy wody dostępnej dla roślin. Podobna sytuacja wystąpiła w warstwie 0-100 cm. Tu sumy zapasów wyniosły odpowiednio 194 i 101 mm na początku i końcu kwietnia. ZbliŜone do średniej
z wielolecia opady majowe nie spowodowały zmian uwilgotnienia profilu glebowego.
Sytuacja uległa poprawie w czerwcu - w obu analizowanych warstwach uwilgotnienie zwiększyło się ze stanu poniŜej PTW do poziomu powyŜej PPW, osiągając wartości 161 i 314 mm odpowiednio w warstwie 0-50 i 0-100 cm. Przez resztę analizowanego okresu obserwowano - podobnie jak w profilu nr 8 - zmniejszanie się zasobów wilgoci.
W wierzchniej półmetrowej warstwie miało ono przebieg systematyczny co spowodowało wyczerpanie się zasobów wody dostępnej dla roślin w połowie sierpnia.
W warstwie 0-100 cm zaobserwowano znaczny spadek sum zapasów w lipcu (z 314 do 150 mm), ale do końca okresu badawczego sumy te kształtowały się powyŜej punktu trwałego więdnięcia.
Wnioski
1. Gospodarka wodna gleb połoŜonych w dolinie Odry, w strefie oddziaływania budowanego stopnia Malczyce, zaleŜy od warunków naturalnych. Zalegające nisko (na głębokościach od 2,0 do 4,5 m) wody gruntowe nie mają wpływu na uwilgotnienie wierzchnich warstw profilu glebowego.
2. Analiza zapasów wody w profilach glebowych wykazała, Ŝe w analizowanych okresach wegetacyjnych zakwalifikowanych jako średnio mokre i normalne uwilgotnienie przez znaczną część czasu kształtowało się poniŜej pojemności okresu suszy.
3. Uwilgotnienie gleby (w warstwach 0-50 i 0-100 cm) uzaleŜnione jest od przebiegu warunków pogodowych - w szczególności od rozkładu i wysokości opadów atmosferycznych.
Literatura
BAC S. 1991. Ocena warunków klimatycznych dla celów rolnictwa. Acta Univ. Vratisl.
Prace Inst. geogr., Ser. A, T. VI: 5-17.
DROZD J., LICZNAR M., LICZNAR S., WEBER J. 1997. Gleboznawstwo z elementami mi-neralogii i petrografii. Wyd. AR Wrocław: 212 ss
GIEDROJĆ B. 1990. Gleboznawstwo melioracyjne z podstawami torfoznawstwa. Skrypt AR Wrocław: 180 ss.
PŁYWACZYK L. 1997. Oddziaływanie spiętrzenia rzeki na dolinę na przykładzie Brzegu Dolnego. Wyd. AR Wrocław: 47 ss.
PŁYWACZYK L., OLSZEWSKA B., ŁYCZKO W., KLAUS R. 2007. Oddziaływanie stopnia wodnego na Odrze w Brzegu Dolnym na koryto rzeki i warunki wodne w dolinie. Wiad.
Melior. i Łąkar. 3(414): 106-114.
Słowa kluczowe: dolina Odry, mady, zapasy wody, uwilgotnienie profilu glebowego Strzeszczenie
W celu oceny gospodarki wodnej gleb dokonano pomiarów uwilgotnienia w dwóch charakterystycznych profilach glebowych połoŜonych w dolinie Odry,
W. Łyczko, L. Pływaczyk, B. Olszewska 172
w zasięgu oddziaływania nowobudowanego stopnia Malczyce, w warunkach przed jego oddaniem do eksploatacji. Pomiary prowadzono w okresie od kwietnia do września w 2006 i 2007 roku. Na tej podstawie obliczono i przeprowadzono analizę przebiegu sum zapasów w warstwie 0-50 i 0-100 cm na tle warunków meteorologicznych - przy głęboko obecnie zalegającym zwierciadle wody gruntowej. W profilu nr 8 w obu latach badawczych przez większą część okresu zapasy kształtowały się na granicy, lub poniŜej, uwilgotnienia odpowiadającego punktowi trwałego więdnięcia roślin (poniŜej 142 mm w warstwie 0-50 cm i poniŜej 271 mm w warstwie 0-100 cm). Korzystniejsza sytuacja miała miejsce w profilu nr 9, gdzie przez znaczną część okresu zasoby wody kształtowały się w pomiędzy polową pojemnością wodną i pojemnością okresu suszy.
Jedynie w pod koniec lipca 2006 oraz w maju i wrześniu 2007 roku wartości te spadły poniŜej punktu trwałego więdnięcia (poniŜej 94 mm w warstwie 0-50 cm i poniŜej 113 mm w warstwie 0-100 cm).
AN ATTEMPT AT WATER MANAGEMENT ESTIMATION OF THE ALLUVIAL SOILS IN THE ODRA RIVER VALLEY (2006-2007)
Wojciech Łyczko, Leszek Pływaczyk, Beata Olszewska Institute of Environmental Development and Protection, University of Environmental and Life Sciences, Wrocław Key words: Odra valley, alluvial soils, water reserves, soil moisture
Summary
In order to assess soil water management, the measurements of soil moisture were taken in two characteristic soil profiles located in the Odra valley within the impact region of the Malczyce dam under construction. The measurements were taken from April to September in 2006 and 2007. On those basis the course of the reserve amounts were calculated and analyzed in the layers 0-50 and 0-100 cm against the meteorological conditions - with a deep groundwater table. In both years of investigation, in the profile No. 8 water reserve stayed at the limit or below the limit of the moisture corresponding to the permanent plant wilting point (less than 142 mm in the layer 0-50 cm and less than 271 mm in the layer 0-100 cm). A more favorable situation was noted in the profile No. 9, where, for most of the time, water reserve ranged between the field water capacity and the drought water capacity. Only at the end of July 2006 as well as in May and September 2007 those values fell below the permanent wilting point (less then 94 mm in the layer 0-50 cm and less than 113 mm in the layer 0-100 cm).
Dr inŜ. Wojciech Łyczko
Instytut Kształtowania i Ochrony Środowiska Uniwersytet Przyrodniczy
pl. Grunwaldzki 24 50-363 WROCŁAW
e-mail: wojciech.lyczko@up.wroc.pl