STANISŁAW WŁODEK, ANDRZEJ BISKUPSKI, JAN PABIN
WILGOTNOŚĆ GLEBY W REJONIE ODKRYWKOWEJ
KOPALNI WĘGLA BRUNATNEGO BEŁCHATÓW
SOIL MOISTURE IN THE REGION
OF BROWN COAL STRIP MINE AT BEŁCHATÓW
Instytut Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa. Państwowy Instytut Badawczy, Puławy Zakład Herbologii i Technik Uprawy Roli i Nawożenia, Wrocław.
A b s tr a c t: T he research w as carried out to determ ine the in flu en ce o f dehydration o f brow n coal
strip m ine at B e łc h a tó w on the so il m oisture in the adjacent area. In the years o f the 1 9 8 8 -2 0 0 1 there w as ob serv ed a ten d en cy to soil m oisture d ecrease at the lo ca lity S ta n isła w ó w , w h ich is w ithin the reach o f dehydration barrier o f the strip m ine. In the sam e tim e at the loca lity K o ściu szk ą, ly in g b ey o n d the dep ression sink, the soil m oisture tended to increase. S o il m oisture b e lo w the w iltin g c o e ffic ie n t w as not observed at any o f the m easurem ent term s irrespective o f p eriod ical d e ficits o f precipitation. A m ore d iscern in g penetration into the problem w o u ld re quire a long-term research.
S łow a k lu c zo w e ’, w ilg o tn o ść gleby, odw odn ienie, poziom w od y gruntow ej, kopalnia odkryw kow a. K e y w o r d s : soil m oisture, dehydration, ground w ater lev e l, strip m ine.
WSTĘP
Pozyskiwanie surowców metodą odkrywkową wiąże się z dużymi zmianami środowiska w sąsiedztwie kopalni. Dotarcie do złoża wymaga przemieszczenia nadkładu na zwałowisko. W celu zabezpieczenia odkiywki przed zalaniem wodą niezbędne jest głębokie odwadnianie. Zadanie to spełnia bariera głębinowych studni rozmieszczonych wokół złoża. Głębokie odwodnienie powoduje na terenach przyległych do odkiywki obniżanie się poziomów wodonośnych, które często jest przyczyną degradacji gleb [Rząsa i in. 1999].
C elem badań było określenie w pływ u odw odnienia odkryw ki kopalni w ęgla brunatnego Bełchatów na uwilgotnienie gleby na przyległym terenie.
MATERIAŁ I METODY
W latach 1998-2001 prowadzono pom iary uw ilgotnienia gleby oraz położenia zw ierciadła wody gruntowej na glebach kom pleksu zbożowo-pastewnego słabego, usytuowanych na piaskach słabo gliniastych w m iejscow ościach K ościuszką oraz
Wilgotność gleby w rejonie odkrywkowej kopalni węgla brunatnego Bełchatów 231
Stanisławów położonych w pobliżu kopalni węgla brunatnego Bełchatów. Zawartość wody oznaczano m etodą neutronow ą w stałych punktach pom iarow ych na głębo kościach 15, 25, 35 i 45 cm przy użyciu sondy model CPN 503 DR, obejmującej zakresem pomiarowym kulę o średnicy 30 cm. Uzyskane wyniki poddano analizie porównującej uwilgotnienie gleby w miejscowości Kościuszką położonej poza zasięgiem leja depresji z w ilgotnością gleby w miejscowości Stanisławów znajdującej się w ostatnich latach okresu badawczego w zasięgu oddziaływania bariery odwodnieniowej kopalni odkrywkowej.
WYNIKI I DYSKUSJA
O kres b ad a w cz y 1998-2001 był z ró żn ico w a n y pod w z g lę d em w arun kó w atmosferycznych [Rocznik hydrologiczny i meteorologiczny... 1998-2001]. Rok hydrolo giczny 1999 najbardziej różnił się od pozostałych przebiegiem pogody (tab. 1). W półroczu zimowym obejmującym miesiące od listopada 1998 do kwietnia 1999 roku temperatura powietrza mierzona w najbliżej położonej stacji meteorologicznej Rogowiec była niemalże o połow ę niższa niż w pozostałych latach i w ynosiła 1,5 °C. W ym ieniony rok charakteryzował się znacznie niższą sumą opadów w półroczu letnim, która w najbliżej położonym posterunku pomiarowym - Szczercowie wynosiła 277 mm. W pozostałych latach w okresie od maja do października sumy opadów wahały się od 423 do 444 mm. W roku hydrologicznym 1998 rozpoczynającym oraz w 2001 kończącym okres badawczy suma opadów była zbliżona i wynosiła odpowiednio 759 i 742 mm. Najmniejszą ilość opadów - 518 mm notowano w roku 1999, natomiast rok 2000 był pod tym względem przeciętny - suma opadów osiągnęła wartość 653 mm.
Prace odwodnieniowe odkrywki Szczerców, będącej przedłużeniem eksploatowanego wyrobiska Bełchatów, doprowadziły do przemieszczenia się leja depresji [Szkic zasięgu w pływ u o dw o d n ien ia KW B B ełchatów 1998-2001]. W latach 2000 i 2001 w miejscowości Stanisławów poziom wody gruntowej obniżył się o ok. 4 m, natomiast miejscowość Kościuszką pozostawała w tym okresie poza zasięgiem leja depresji.
TABELA 1. Temperatura powietrza i opady w latach hydrologicznych 1998-2001 TABLE 1. Air temperature and precipitation in the hydrological years 1998-2001
Rok M iesiąc - Month O kres - Period
Year
XI XII I II III IV V VI VII
i i VIII IX X XI-IV V -X XI-X
Temperatura powietrza - Air temperature [ ° c ]- Rogowiec
1998 1999 2000 2001 2,8 - 0 , 9 0,9 6,5 0,2 - 2 ,0 -0,1 1,7 0,5 0,1 - 1 ,7 - 0 ,5 3.0 - 1 ,6 2.0 - 0 ,5 1,8 4.4 3.4 2,1 10,0 9,2 11,7 7,4 14,3 13,0 15.2 14.2 17.9 17,1 17,7 14.9 17.9 19.9 16,4 19.9 16,8 17.1 18.2 19,0 12,9 15,2 11,8 11,7 7.5 7,8 12,0 11.5 3,1 1,5 2.7 2.8 14,6 15,0 15.2 15.2 8,8 8,3 9.0 9.0
Suma opadów - Sum o f precipitation [mm] - Szczerców
1998 1999 2000 2001 76 33 42 65 41 34 28 57 47 31 34 22 47 48 33 26 39 31 72 56 65 64 16 93 35 32 44 57 62 125 25 89 109 24 241 125 62 11 46 28 84 30 55 104 92 55 17 20 315 241 225 319 4 4 4 277 428 423 759 518 653 742
Kościuszką Stanisław ów 1
R Y S U N E K 1. Z m i a n y u w i l g o t n i e n i a g l e b y i p o z i o m u w o d y g r u n t o w e j w sta ły c h p u n k t a c h p o m i a r o w y c h w m i e j s c o w o ś c i K o ś c i u s z k ą i S t a n i s ł a w ó w
F I G U R E 1. C h a n g e s in soil m o i s t u r e a n d g r o u n d w a t e r lev el at s t a t i o n a r y m e a s u r e m e n t p o i n t s at K o ś c i u s z k ą i S t a n i s ł a w ó w
Wilgotność gleby w rejonie odkrywkowej kopalni węgla brunatnego Bełchatów 233
Stanisławów 2 Stanisławów 3
R Y SU N E K 2. Zm iany uw ilgotnienia gleby i poziomu w ody gruntowej w stałych punktach pomiarowych w m iejscow ości Stanisław ów
FIGURE 2. C hanges in soil m oisture and ground water level at stationary m easurem ent points at Stanisławów
W punkcie pomiarowym zlokalizowanym w miejscowości Kościuszką wilgotność gleby przyjęto jako poziom odniesienia do analizy zmian uwilgotnienia w miejscach pomiaru położonych na granicy przemieszczającego się leja spowodowanego odwod nieniem odkrywki. Najbardziej zbliżony pod względem zarówno warunków wilgotnoś ciowych, jak i położenia zwierciadła wody gruntowej był punkt nr 1 w Stanisławowie, w którym podobnie jak w miejscowości Kościuszką na początku okresu badawczego woda zalegała na głębokości ok. 1,20 m (rys. 1). W miejscowości Kościuszką, której teren w analizowanym okresie nie był objęty zasięgiem leja depresji, na wszystkich poziomach pomiarowych (0,15; 0,25; 0,35 i 0,45 m) trend zmian uwilgotnienia był rosnący. Poziom wody gruntowej w poszczególnych latach wahał się w granicach kilkudziesięciu cm. W ciągu 4 lat zwierciadło wody podniosło się z poziomu 120 do 80 cm. W punkcie pomiarowym nr 1 położonym w obrębie wsi Stanisławów począt kowo o podobnych jak w miejscowości Kościuszką wilgotności gleby oraz położeniu wody gruntowej trend zmian był inny. Na głębokości 15 cm uwilgotnienie utrzymywało się na stałym poziomie i wynosiło około 10% objętości. Na pozostałych głębokościach obserwowano nieznaczny spadek wilgotności gleby. Podobnie przebiegały zmiany położenia wody gruntowej. W przeciągu 4 lat nastąpiło obniżenie się zwierciadła wody o kilkanaście cm. Porów nanie wyników uzyskanych w w yznaczonych punktach pomiarowych sugeruje nieznaczny wpływ leja depresji na uwilgotnienie gleby. W pozostałych dwóch punktach pomiarowych nr 2 i 3, zlokalizowanych w miejscowości Stanisławów obserwowano niewielkie zmiany uwilgotnienia gleby (rys. 2). Dotyczyły one zarówno punktu nr 2 położonego na terenie o poziomie wody gruntowej wyno szącym 100 cm, jak i w miejscu pomiarowym nr 3 znajdującym się na terenie o zwierciadle wody gruntowej poniżej zasięgu pomiaru wynoszącego 200 cm.
Uzyskane wyniki świadczą o pewnym zróżnicowaniu przestrzennym warunków wodnych. Pomimo obniżenia się poziomu wody gruntowej w ostatnich latach okresu pom iarow ego, sygnalizow anego na szkicach zasięgu w pływ u odw odnienia, nie obserwowano radykalnego obniżenia zw ierciadła wody w m iejscach prow adzenia pomiarów. Świadczyć to może o występowaniu nieprzepuszczalnych utworów w głębszych warstwach profilu. Wilgotność gleby zależała w pierwszej kolejności od przebiegu pogody, podobnie jak stwierdzili to Stachowski [2004], Kozaczyk i Przybyła [2004] oraz Włodek i in. [2004]. Najniższy poziom uwilgotnienia sięgający granicy wartości krytycznej dla roślin [Dzieżyc 1974] wystąpił w roku 1999, gdy zasięg leja depresji nie obejmował punktów pomiarowych. Niskie wilgotności gleby wystąpiły w okresie charaktery żującym się niewielką ilością opadów. Zaznaczającą się tendencję obniżania się uwilgotnienia gleby w zasięgu przemieszczającego się leja depresji potwierdzają uzyskane wcześniej wyniki badań [Włodek i in. 2000].
P O D SU M O W A N IE
Na podstawie przeprowadzonych w latach 1998-2001 badań można przypuszczać, że postępujące wraz z odwodnieniem odkrywki kopalnianej obniżenie poziomu wody gruntowej ma pewien wpływ na obniżenie wilgotności gleby w rejonie objętym lejem depresji. Trend zmian uwilgotnienia gleby oraz poziomu wody gruntowej był wyraźnie rosnący w punkcie pomiarowym położonym poza zasięgiem odwodnienia odkiywki, natomiast miał tendencję malejącą w miejscu objętym lejem depresji w ostatnich latach okresu badawczego. U w ilgotnienie w ierzchnich warstw gleby w głównej mierze uzależnione było od w arunków atm osferycznych. N ajniższe uw ilgotnienie gleby
Wilgotność gleby w rejonie odkrywkowej kopalni węgla brunatnego Bełchatów 235
graniczące z wartością krytyczną dla roślin wystąpiło w okresie od lipca do września 1999 roku, charakteryzującym się niskimi opadami oraz wysoką temperaturą powietrza. Dokładniejsze poznanie rozpatrywanego problemu wymaga dłuższego okresu badań.
LITERATURA
DZIEŻYC J. 1974: Naw adnianie roślin. PW RiL, Warszawa: 1-580.
KOZA CZYK P., PR Z Y B Y Ł A C. 2004: Zróżnicowanie gospodarki wodnej gleb Pojezierza Poznańskie go w zm iennych warunkach pogodow ych. Rocz. Glebozn. 55,2: 2 5 1 -2 5 8 .
RO CZNIK H Y D R O L O G IC Z N Y I M ETEOR OLO G ICZNY O B SZ A R U O D D Z IA Ł Y W A N IA O D W O D N IEN IA KW B BEŁCHATÓW. D orzecze Widawki i zlew nia Warty. IMGW O/Poznań. 1998,
1999, 2000, 2001.
R ZĄ SA S., O W C ZA R ZA K W., M OCEK A. 1999: Problemy odw odnieniow ej degradacji gleb upraw nych w rejonie kopalnictwa odkryw kow ego na N iżu Środkowopolskim . Wyd. A R Poznań: 394 ss. STACHOW SKI P. 2004: K ształtow anie się zwierciadła w ody gruntowej na zw ałow isku wewnętrznym
odkrywki „Pątnów” . Rocz. Glebozn. 55,2: 3 8 5 -3 9 5 .
SZKIC ZA SIĘG U W PŁY W U O D W O D N IEN IA KWB BEŁCHATÓW. Skala 1:100 000. Stan na koniec roku 1998, 1999, 2 000 i 2001. Materiały KWB Bełchatów.
WŁODEK S., BISKUPSKI A., HRYŃCZUK B., PABIN J. 2000: Zmiany uwilgotnienia gleb użytków zielo nych w rejonie Kopalni Odkrywkowej Węgla Brunatnego „Bełchatów”. Rocz. AR Poznań: 295-303. W ŁODEK S., BISK U PSK I A ., PABIN J. 2004: Dynamika uw ilgotnienia gruntu rekultyw ow anego zw a
łow iska zew nętrznego KW B Bełchatów. Rocz. G lebozn. 55,2: 5 0 9 -5 1 6 .
Dr inż. Stanislaw Włodek
Instytut Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa Państwowy Instytut Badawczy Puławy, Zakład Herbologii i Technik Uprawy Roli
Wrocław ul. Orzechowa 62 e-mail: s.wlodek@iung.wroclaw.pl
