Formy odpływu

Rozpoznanie wielkości i dynamiki form odpływu rzecznego odgrywa ogrom-ną rolę w identyfikacji reżimu rzecznego z uwagi na możliwość dokonywania dogłębnej oceny hydrologicznej i hydrogeologicznej struktury odpływu. Pozyski-wane w toku analiz informacje mogą być również bardzo przydatne dla gospodar-ki wodnej, zarówno w aspekcie szacowania i prognozowania wielkości zasobów wodnych, jak i eksploatacji modeli hydrologicznych.

Oceny sposobu zasilania koryta Dzierżąznej dokonano, wyodrębniając dwie podstawowe składowe odpływu: odpływ podziemny (tzw. base flow) oraz spływ powierzchniowy i podpowierzchniowy, tworzące razem tzw. odpływ bezpośredni (quick flow). Wykonano rozdział dobowego hydrogramu przepływu w przekro-ju w „Swobodzie”, wykorzystując algorytm ET zaproponowany przez E. Toma-szewskiego (2001). Zastosowana metoda separacji dwu wymienionych wyżej form odpływu bazuje na analizie kształtu hydrogramu przepływu, a w szczegól-ności na ocenie tempa recesji przepływu. Procedura obliczeniowa jest w pełni automatyczna (rys. 3.10) – por. podrozdz. 11.2.D.

Rys. 3.10. Roczny wycinek hydrogramu przepływu z separacją wykonaną algorytmem ET

(Dzierżązna – „Swoboda”)

Objaśnienia: qc – odpływ jednostkowy (całkowity), qpd – jednostkowy odpływ podziemny, WZP – współczynnik zasilania podziemnego.

W wyniku separacji hydrogramu przepływu całkowitego uzyskano dwa wektory dobowych odpływów: podziemnego i bezpośredniego (powierzch-niowego i podpowierzch(powierzch-niowego), a w dalszym etapie wektor dobowych war-tości współczynnika zasilania podziemnego WZP – por. podrozdz. 11.2.D. Po uwzględnieniu powierzchni zlewni uzyskano stosowne odpływy jednostko-we (q_c, q_pd,q_pw). Szeregi wartości dobowych przekształcono następnie w ciągi średnich miesięcznych.

Przeciętny odpływ całkowity ze zlewni w badanym okresie był nieco więk-szy od 5,0 dm3∙s–1∙km–2. Jednostkowy odpływ podziemny wynosił zaś 4,09 dm3∙s–1∙km–2. Zatem średnio w wieloleciu prawie 81% wody pojawiającej się w korytach zlewni pochodziło z drenażu zasobów różnych typów wód podziem-nych. Otrzymany współczynnik zasilania jest bardzo wysoki i w skali Polski do-równuje uzyskiwanym dla zlewni pojeziernych, krasowych i sandrowych (Jokiel 1994b). Przyczyną tego jest intensywny, trwały drenaż linijny i punktowy wód podziemnych bardzo zasobnego poziomu sandrowego (Jokiel 2002b, Moniewski 2004). Nie bez znaczenia jest też obecność kilku stawów przepływowych wy-stępujących w górnej części zlewni, których pojemność retencyjna ma wpływ na „wygładzanie” hydrogramu i pozorne zwiększenie udziału podziemnej skła-dowej odpływu.

Rys. 3.11. Składowe odpływu rzecznego i współczynnik zasilania podziemnego

Objaśnienia: qpd – jednostkowy odpływ podziemny; qpw – jednostkowy odpływ bezpośredni (powierzchniowy i podpowierzchniowy); WZP – współczynnik zasilania podziemnego.

W badanym okresie żadna z wyróżnionych form odpływu nie wykazywa-ła wyraźnej tendencji rosnącej czy malejącej (rys. 3.11). Warto jednak zwrócić uwagę na podwyższone współczynniki zasilania podziemnego, które pojawiły się w drugiej połowie wielolecia (2003–2006). Lata te charakteryzowały się także relatywnie niskimi odpływami całkowitymi i podziemnymi. Wyraźny spadek udziału zasilania podziemnego należy więc wiązać ze zmianą struktury bilansu wodnego zlewni, idącą w kierunku redukcji szybkich form odpływu, wywołaną częstymi roztopami śródzimowymi i brakiem bardzo wydajnych opadów letnich. Dodajmy jeszcze, że wzmiankowane czterolecie było okresem, w którym nadwyż-ki wezbraniowe nie równoważyły niedoborów niżówkowych (por. rys. 3.4–3.6).

W strukturze formowania odpływu podziemnego najważniejszą rolę odgry-wało półrocze chłodne (rys. 3.12). Choć najwyższe odpływy podziemne zanoto-wano w lutym (maksymalny 6,7 dm3∙s–1∙km–2), to przeciętnie największe odpływy podziemne przypadały dopiero w marcu. Stosunkowo wyrównane zasilanie pod-ziemne w poszczególnych miesiącach świadczy o występowaniu w zlewni domi-nującego „źródła” wód podziemnych. Jest nim niewątpliwie poziom wodonośny sandru grotnicko-lućmierskiego. Wody innych poziomów mają mniejsze znacze-nie, a zmiany ich wydatku są widoczne głównie w miesiącach półrocza chłodne-go, które charakteryzują się dużą zmiennością odpływu podziemnego i szerokim przedziałem jego zmienności (rys. 3.12 A).

Zasilanie wodami spływu powierzchniowego i podpowierzchniowego jest znacznie mniejsze – średnio ok. 1 dm3∙s–1∙km–2 – oraz nie ma już tak regular-nego rytmu sezonowego, jak zasilanie podziemne (rys. 3.12 B). Choć w półro-czu chłodnym szybkie formy odpływu mają nieco większe znaczenie, to

rów-nież w półroczu ciepłym pojawiają się wartości bardzo wysokie (przewyższające kilkakrotnie średnią). Zdarzają się więc lata, w których spływ powierzchniowy występuje niemal wyłącznie w trakcie wezbrań deszczowych.

Rys. 3.12. Wieloletnia zmienność średnich miesięcznych, jednostkowych odpływów

podziemnych (A), sumy odpływów powierzchniowych i podpowierzchniowych (B) i współczynnika zasilania podziemnego (C)

Objaśnienia: 1 – średnia; 2 – zakres 50% liczebności; 3 – zakres trzech odchyleń standardo-wych, 4 – elementy odstające.

W przeciwieństwie do średniego przebiegu wieloletniego, sezonowy roz-kład współczynnika zasilania podziemnego miał charakter bardzo nieregularny (rys. 3.12 C). Większość miesięcy charakteryzowała się dużym zróżnicowa-niem i silną asymetrią rozkładu współczynnika WZP w skali wielolecia. Spośród wszystkich miesięcy najwyższym przeciętnym współczynnikiem zasilania pod-ziemnego i jednocześnie najmniejszą jego zmiennością wieloletnią odznaczał się maj. Co ciekawe, w miesiącach, które go poprzedzają i które po nim następowa-ły, współczynniki były wyraźnie niższe. Świadczy to o szczególnie stabilnych warunkach zasilania podziemnego w tym miesiącu. Nie sposób nie powiązać tego z faktem, iż właśnie w maju przeciętne stany wód podziemnych w sandrze

grotnicko-lućmierskim są najwyższe (piezometr Ciosny – por. rys. 2.1), a wydat-ki największych źródeł bijących na tym terenie (Rosanów i Ciosny) są wówczas relatywnie wysokie (Jokiel 2002b, Moniewski 2004).

Najwyższe współczynniki zasilania zanotowano w okresie od września do listopada, zaś najniższe (prawie trzykrotnie mniejsze od przeciętnych) wy-stąpiły w czerwcu. Można zatem stwierdzić, iż na rozkład sezonowy współczyn-nika zasilania wpływa nie tylko dyspersja odpływu podziemnego, lecz równie mocno oddziałuje zmienność sezonowa i wieloletnia czynników generujących zasilanie powierzchniowe oraz podpowierzchniowe. Warto przy tym podkreślić, iż w badanym wieloleciu miesięczne współczynniki zasilania podziemnego były zawsze większe od 80%, co ponownie wskazuje na ogromną retencyjność bada-nej zlewni.