3. Metody badań cech fzykochemicznych wód
3.1. Terenowe metody badań sezonowej zmienności wód potoków i źródeł
3. Metody badań cech fzykochemicznych wód
Obieg geochemiczny jonów w środowisku przyrodniczym jest nierozerwalnie związany z obiegiem wody, który jest szczególnie dynamiczny w obszarach cha-rakteryzujących się rzeźbą wysokogórską.
Zasadniczy cel badań został ukierunkowany na określenie relacji czasowo-przestrzennych cech fzykochemicznych wód w odniesieniu do głównych czynni-ków je kształtujących. Badania przeprowadzono na obszarze Tatr w obrębie TPN, który charakteryzuje się silnie zróżnicowaną budową tektoniczno-geologiczną i rzeźbą wysokogórską.
Przeprowadzone badania objęły dwie podstawowe składowe obiegu wody w śro-dowisku przyrodniczym: wody powierzchniowe (potoki) i wody podziemne (źró-dła, młaki). W pracy zastosowano standardowe w naukach przyrodniczych metody badań: terenowe, laboratoryjne i kameralne.
3.1. Terenowe metody badań sezonowej zmienności wód potoków i źródeł
Potoki. W celu identyfkacji czynników kształtujących sezonową zmienność składu chemicznego wód od czerwca 2007 do grudnia 2009 roku, systematycznie co miesiąc, pobierano próbki wody z 23 potoków, w tym w roku hydrologicznym 2008/2009 próbki pobierano częściej – dwa razy w miesiącu (tab. 3.1, ryc. 3.1).
Zdecydowana większość objętych badaniami zlewni należy obecnie do tzw. zlewni
Rycina 3.1. Punkty poboru wody w badaniu sezonowej zmienności składu chemicznego wód na tle budowy geologiczno-tektonicznej
Dolina Chochołowska Ch_WCh – Wyżni Chochołowski Ch_J – Jarząbczy Ch_S – Starorobocia ski Ch_WK – Wielkie Koryciska Ch – Chochołowski Dolina Małej Łąki Mł – Małołącki Dolina Strążyska S – Strążyski Dolina iałego Bł – Biały Dolina ystrej Bs – Bystra Dolina Olczyska O – Olczyski Dolina Suchej Wody SW – Sucha Woda Dolina Filipka P – Przyporniak Ł – Łężny F – Filipcza ski Dolina iałki Bk_Ry – Rybi Bk_Ro – Roztoka Bk – Białka Bv – Biela voda (TANAP)
Lejowa L – Lejowy Dolina Kościeliska K_P – Pysznia ski K_D – Dolincza ski K_T – Tomanowy K_M – Miętusi K – Kościeliski
Tabela 3.1. Punkty poboru próbek wody z potoków w cyklu sezonowym
Lp. Dolina Potok Skrót
nazwy Uwagi (miejsca poboru wód i in.) 1.
3. Starorobocia ski Ch_S łata wodowskazowa TPN
4. Wielkie Koryciska Ch_WK założono łatę wodowskazową
5. Chochołowski Ch
na granicy z TPN, łaty wodowskazowe TPN
6. Lejowa Lejowy L
11. Kościeliski K na granicy z TPN, posterunek IMGW
12. Małej Łąki Małołącki Mł na granicy z TPN, reper
13. Strążyska Strążyski S leśniczówka TPN, posterunek IMGW
14. Białego Biały Bł na granicy z TPN, reper
15. Bystrej Bystra Bs Kuźnice, przed mostem, stacja PKL Kuźnice, reper
16. Olczyska Olczyski O
przy moście wzdłuż drogi Oswalda Balzera, założono łaty wodowskazowe i repery
17. Suchej Wody Sucha Woda SW
Rybi Bk_Ry leśniczówka „Na Wancie”, reper
22. Roztoka Bk_Ro Wodogrzmoty Mickiewicza, reper
23. Białka Bk ganica pa stwa, posterunek IMGW Łysa Polona
niekontrolowanych. Do sieci pomiarowej IMGW należą jedynie trzy potoki:
Kościeliski, Strążyski i Białka (Pociask-Karteczka i in. 2010a). W celu zmierzenia stanu wody w potokach zamontowano łaty wodowskazowe lub punkty odniesie-nia (tzw. repery). Natężenie przepływu podczas charakterystycznych stanów wód mierzono w zależności od jego wielkości różnymi metodami (młynkową, pływa-kową, przelewów cechowanych, wolumetryczną). Cenne informacje dotyczące stanów wody uzyskano z bazy monitoringu hydrologicznego realizowanego przez TPN (Pęksa 2010). Monitoring ten jest realizowany z różnym krokiem czasowym i obejmuje kilkadziesiąt potoków, stawów i wywierzysk.
W terenie z reguły mierzono stan wody oraz wybrane cechy fzykochemiczne:
temperaturę, przewodność (EC25oC) i odczyn (pH) miernikami: odpowiednio WTW Multi350i, Elmetron CPC401 oraz CX401. Przyjęta temperatura odniesie-nia dla pomiarów przewodności wynosiła 25°C. W części krystalicznej Tatr, ze względu na bardzo niską przewodność, używano czujników konduktometrycz-nych o niskiej wartości stałej k i elektrody do pomiaru pH w wodach o niskiej mineralizacji (tab. 3.2).
Tabela 3.2. Parametry stosowanych mierników
Typ czujnika/elektrody Zakres pomiarowy, stała naczy ka
[k]/zakres pH Zastosowanie Miernik
Czujniki konduktometryczne
mine-ralizacja wód WTW Multi 350i
Elektrody pH
ERH-11S, Hydromet teren, niska
mine-ralizacja wód
Sentix 62, WTW teren,
standardowe Elmetron, WTW Multi 350i Polyplast Pro,
Hamilton teren, zima, niska
mineralizacja wód WTW Multi 350i
Przy ujemnej temperaturze powietrza w terenie mierzono EC25oC i tempera-turę wody; pH mierzono tylko w czasie odwilży. Z 43 serii pomiarowych zebrano 989 próbek wody.
Źródła. Sezonową zmienność składu chemicznego wód podziemnych badano w pięciu źródłach o niewielkich wydajnościach, reprezentujących płytki, przypo-wierzchniowy poziom wód podziemnych (tab. 3.3). Trzy źródła były położone w części osadowej w Tatrach Zachodnich, dwa – w części krystalicznej w Tatrach Wysokich. W czasie badań, synchronicznie z poborem wód z potoków, zebrano 211 próbek wody.
Tabela 3.3. Punkty poboru próbek wód źródlanych w cyklu sezonowym
Lp. Skrót Położenie
1. Źr.-1. Ch_WK Dolina Chochołowska, zlewnia Wielkich Korycisk, podstokowe, Wielkie Koryci-ska kilka metrów nad ciekiem, drenuje pokrywy zwietrzelinowe, triasowe szare dolomity i wapienie bulaste (Ta)
2. Źr.-2. Ch_WK Dolina Chochołowska zlewnia Wielkich Korycisk, stokowe, Wielkie Koryciska kilkanaście metrów nad ciekiem, drenuje pokrywy zwietrzelinowe, triasowe szare dolomity i wapienie bulaste (Ta)
3. Źr.-3. K_ PK zlewnia Kościeliskiego Potoku, podstokowe, drenuje eoce sko-oligoce skie wapienie organiczne i organodetrytyczne z dużymi otwornicami (Pwo) stoku Pod Kopką, ujęcie wód do celów bytowo-gospodarczych
4. Źr.-4. Bk_Ry Dolina Białki, zlewnia Rybiego Potoku, przykorytowe, lewy brzeg Rybiego Potoku, w odległości 20 metrów od wodowskazu „Na Wancie”, drenuje grani-toidowe utwory morenowe
5. Źr.-5. Bk_Ro Dolina Białki, zlewnia Roztoki, podstokowe, kilka metrów od cieku odwadnia-jącego Siwarny Żleb położony w obrębie zlewni Roztoki, kilkanaście metrów w górę cieku od mostu, drenuje granitoidowe pokrywy zwietrzelinowe
Warunki meteorologiczne odgrywają ważną rolę w kształtowaniu cech fzyko-chemicznych wód powierzchniowych (potoków) i podziemnych (źródeł). W celu przedstawienia warunków hydrologiczno-meteorologicznych występujących w czasie badań na tle ich wieloletniej zmienności w Tatrach opracowano rycinę 3.2.
Przedstawiono na niej wybrane elementy meteorologiczne i hydrologiczne, takie jak: średnie natężenie przepływu Kościeliskiego Potoku (ryc. 3.2.A), dobowe sumy opadów na Kasprowym Wierchu (ryc. 3.2.B), roczne sumy opadów na Kasprowym Wierchu i w Zakopanem (ryc. 3.2.C), średnie miesięczne temperatury powietrza na Kasprowym Wiechu i w Zakopanem (ryc. 3.2.D), średnie miesięczne sumy opadów na Kasprowym Wierchu, Hali Gąsienicowej i w Zakopanem (ryc. 3.2.E) oraz średni miesięczny przepływ dla Kościeliskiego Potoku (ryc. 3.2.F). Na dwóch rycinach, 3.2.A i F, zamieszczono terminy poboru wód zarówno w czasie badań sezonowych, jak i w czasie kartowania źródeł. Najwyższa suma dobowa opadu na Kasprowym Wierchu wyniosła 115 mm (ryc. 3.2.B) i była o połowę niższa od wartości maksymalnej 232 mm w czerwcu 1973 roku. W latach 1966–2006 średnia roczna suma opadów w Zakopanem wynosiła 1117,6 mm, a na Kasprowym Wier-chu 1797,7 mm (Żmudzka 2010) i była zbliżona do wartości z okresu badawczego (ryc. 3.2.C). Przepływ Kościeliskiego Potoku był zgodnie z oczekiwaniem wysoki w czasie wytapiania pokrywy śnieżnej na wiosnę, ale najwyższy wystąpił w lecie i był związany z obftymi opadami (ryc. 3.2. A i B). Średnia temperatura powie-trza była o około 1oC wyższa niż w wieloleciu 1956–2000 (ryc. 3.2.D) (Bokwa i in.
[b.d.w.]). Sumy opadów rocznych w trakcie badań na tle wielolecia 1956–2000 (ryc. 3.2.D) były podobne. W wieloleciu 1961–2009 Kościeliski Potok charak-teryzował się prostym reżimem przepływów, z niskimi wartościami w okresie jesienno-zimowym i wysokimi na wiosnę i latem (ryc. 3.2.F). Kulminacja zwią-zana jest z roztopami (maj) i ulega przedłużeniu w wyniku obftych opadów let-nich (Baścik, Chełmicki 2006). J. Pociask-Karteczka i in. (2010a), na podstawie badania wartości średnich miesięcznych przepływów (1,70 m ·s-1) Kościeliskiego Potoku w latach 1971–2006 zwrócili uwagę na zaskakującą – największą – zmien-ność (Cv) Kościeliskiego Potoku w porównaniu z innymi potokami tatrzańskimi, mimo że jest to zlewnia w dużej mierze zbudowana z utworów węglanowych i powinna się cechować mniejszą zmiennością. W czasie badań najwyższy prze-pływ Kościeliski Potok miał w okresie letnim; był on związany z intensywnymi opadami występującymi późnym latem – w sierpniu (ryc. 3.2.A i B). Średni prze-pływ roczny w czasie badań był nieznacznie wyższy (1,96 m ·s-1) od średniej wie-loletniej 1971–2006 (1,70 m ·s-1), można więc uznać, że warunki hydrologiczne w okresie badawczym były zbliżone do średnich. Potwierdzają to również war-tości średniego miesięcznego przepływu Kościeliskiego Potoku w czasie badań (2007–2009) na tle wartości charakterystycznych SNQ i SSQ (ryc.3.2.F) w czter-dziestoleciu 1961–2000.
A.
B.
C. D.
E.
F.
Rycina 3.2. Charakterystyki wybranych elementów hydrologicznych i meteorologicz-nych: A. dobowy przepływ Kościeliskiego Potoku; B. dobowa suma opadów na Kaspro-wym Wierchu; C. roczna suma opadów; D. warunki termiczne Zakopanego i Kasprowego Wierchu; E. średnie miesięczne sumy opadów; F. średnie przepływy Kościeliskiego Potoku Źródło: * IMGW; ** www.ogimet.com/index.phtml.en (6.04.2011); *** Bokwa i in. (b.d.w.);
**** Baścik, Chełmicki 2006; PB MNiSW N 30508132/2824 we współpracy z TPN.
Przedstawione na rycinie 3.2.F terminy kartowania źródeł wyraźnie wskazują, że przepływ Kościeliskiego Potoku na tle czterdziestoletnich charakterystycz-nych przepływów SNQ i SSQ był niski. Do interpretacji hydrochemicznej źródeł wybrano wyniki badań z kartowań przeprowadzonych w czasie, gdy nawodnie-nie masywu Tatr było najniższe, o czym świadczy niski przepływ Kościeliskiego Potoku (~1 m ·s-1). Warto zauważyć, że niskie nawodnienie masywu górskiego, uwidaczniające się niskimi wartościami wydajności źródeł, jest odpowiednim czasem do badania wpływu uwarunkowań geologicznych na wartości cech fzyko-chemicznych wód. Generalnie można zauważyć, że im dłuższy okres bezopadowy i związana z nim niższa wydajność źródeł, tym wartości cech fzykochemicznych wód lepiej oddają obraz uwarunkowań litologiczno-geologicznych drenowanego obszaru.