Fitoplankton w wodach podgrzewanych obiegu otwartego elektrowni cieplnej

ZESZYTY NAUKOWE POLITECHNIKI ŚLĄSKIEJ

S e r i a : INŻYNIERIA SANITARNA z . 21 Nr k o l . 575

________ 1979

B a rb a ra GRZYBOWSKA E l ż b i e t a KALISZEWSKA

FITOPLANKTON W WODACH PODGRZEWANYCH OBIEGU OTWARTEGO ELEKTROWNI CIEPLNED

S t r e s z c z e n ie . Przeprow adzono s z e ś c i o l e t n i e badania i l o ś c i f i t o - p la n k to n u w z b io r n ik u zaporowym podgrzewanym w obiegu otwartym przez e le k t ro w n ię c ie p ln ę ( p ó łt o r a roku o n a t u r a ln e j te rm ic e wody i c z t e ­ r y l a t a o p o d w yższo nej). Po p o d g rza n iu ś r e d n ia roczna temperatura wo­

dy w z ro s ła o 6 ,4 - 8 ,4 ° C . W c z a s ie badań s tw ie rd z o n o w z b io r n ik u s t a ­ ł y nadmiar azotanów i s o l i amonowych o ra z okresowe z a n ik a n ie o r t o - fosfora n ó w w p o w ierzch nio w ej w arstw ie w o dy.P o dg rzan ie wody z b i o r n i ­ ka n ie w p ły n ę ło na w zrost ś r e d n ic h roczn ych i l o ś c i komórek i bioma­

s y f it o p la n k t o n u . Wahania ilo ś c io w e zgodne b y ły ze zmianami żyzno­

ś c i i k lim a t u , ch a ra k te ry s ty c z n y m i d la nieogrzew anych z b io rn ik ó w za­

porowych. Z a t a r ł a s ię n atom ia st sezonowość typowa d la naszych wód i w z ro s ła i l o ś ć glonów w o k r e s ie zimowym.

1 . C e l i z a k re s p ra c y

Z ap otrzeb o w an ie na e n e rg ię e le k t r y c z n a i budowa e le k t r o w n i c ie p ln y c h w iężę s i ę z p o d n ie s ie n ie m te m p e rstu ry wód pow ierzchniow ych ch ło d z ę cy ch w o biegu otw artym . E le k t r o w n ie n ie sę jedynym i użytkow nikam i wód; s tę d pow­

s t a j e z a g a d n ie n ie wpływu podw yższenia te m p eratu ry wody ne ja k o ś ć użytkowę, ta zaś z a le ż y w d u że j m ierze od f it o p la n k t o n u .

W c e lu w y ja ś n ie n ia cz y i w ja k im s to p n iu p o d g rza n ie wody wpływa na zwięk­

s z e n ie i l o ś c i f it o p la n k t o n u , prowadzono w la t a c h 1972-1977 badania w z b io r ­ n ik u zaporowym na rz e c e R u d zie podgrzewanym p rze z e le k t ro w n ię R y b n ik .

C h a ra k te ry s ty k a z b i o r n i k a : poziom wody s t s ł y , p o w ie rzc h n ia zalewu 465 h a, ś r e d n ia g łęb o k o ść 4 ,6 m, g łę b o k o ść maksymalna 9 m, d łu g o ść 4 ,3 km, s z e ro k o ś ć maksymalne 1 ,5 km, o b ję t o ś ć 2 1 ,4 m il. m3 . C a łk o w ita wymiana wo­

dy z a c h o d z i w z b io r n ik u 2 ,3 ra z y w ro k u . Z b io r n ik z a c z ę to n a p e łn ia ć w I I I 1972 r . , skończono w V I I I 1973 r . Od X 1973 r . ro zp o cz ę to ,p o cz ę tk o w o n ie ­ r e g u la r n ie , odprowadzać do z b io r n ik a wody z c h ło d z e n ia kondensatorów w elek­

t r o w n i. P o ło ż e n ie d ł u g i e j o s i

z b i o r n i k a

ją c y c h w iatrów z a c h o d n ic h , czego efektem j e s t p o lim ik s j a z b io r n ik a i brak t r w a ls z y c h uwarstwień te rm ic z n y c h , ch e m iczn y ch ,tle n o w y ch .

W c ię g u s z e ś c iu l a t badań, w tym o k o ło p ó łto ra ro czn y m o te rm ic e natu­

r a l n e j o ra z c z t e r y la t a o te rm ic e zm ie n io n e j p rze z e le k t r o w n ię , próby po­

b ie ra n o r a z w m ie s ią c u . I lo ś ć sta n o w isk badawczych zm n iejszan o z p o czą tk o ­ wych 10 do 7 i 3 . Uw zględniano różne g łę b o k o ś c i (od 11 do 3 poziomów).Ma-

5 8 B . G rzy b ów» k a . E . K a lis z e w s k a

t e r i a ł y opracowano metodę komorowę [l] zaś biomasę w y lic z o n o wg Oueearta [2]. P rz y to c z o n a w y n ik i badań chem icznych opracowano w ’'ewargopomiarze"[3}.

I.

' e m p e r a t u r a

Woda z przyzaporow ej c z ę ś c i J e s t p o b ie ra n a p rz e z e le k tro w n ię i po przej- ic iu p rze z u k ład c h ło d n ic z y odprowadzana do g ó rn e j p a r t i i z b i o r n i k a . S t r a - : y f ik a c j a te rm ic zn a w z b io r n ik u n ie w y s tę p u je , r ó ż n ic e pomiędzy tem peratu­

rę wody pow ierzch niow ej i przyd en nej n ie p r z e k ra c z a ję 1 -2 °C . R ó ż n ice po- ilę d z y górnę i przyzaporowę c z ę ś c ię z b io r n ik a wahaję s i ę od 0 - 4 ° c .P o pod- jr z a n iu z n ik n ę ła pokrywa lodowa w z im ie , m inim alne te m p eratu ry zim y pod- l i o ą ł y s i ę o I - 5 ° C , maksymalne ( V III) b y ły p o d n ie s io n e o 2 ,8 - 7 ,2 ° C . Ś re d - il a roczna te m p eratu ra p o d n io s ła s i ę o 6 ,4 - 8 ,4 ° C ( t a b e la 1 ) .

T a b e la 1

Porów nanie te m p era tu ry wody p ow ierzch niow ej z b io r n ik a zaporowego R ybnik (w g órn e j c z ę ś c i)

i z b io r n ik a Kozłowa Góra (°C)

Temp. roczna Ś re d n ia M inim alna Maksymalna

R K.G »-K.G R K.G «-K.G R K.G R-K.G

1972 9 ,2 ló d ló d - 25 ,2 2 5 ,5 - 0 ,3

1972/73 9 ,4 - 0 , 2

1973 15,2 8 ,8 +6,4 ló d ló d - 28 ,0 2 2 ,7 +5.3

1974 16,8 9 ,1 +6,7 5 ,0 I6d +5,0 2 9 ,0 21 ,8 +7,2

1975 18,3 9 .9 +•,4 5 ,0 ló d +5,0. 31 ,0 24,1 +6,9

1976 16,9 8,7 +8,2 3 ,0 ló d +3,0 2 6 ,0 2 3 .2 +2.8

! = Z b io r n ik R ybnik

: .G . = Z b io r n ik Kozłowa Góra

Z a w a r t o ś ć m i n e r a l n y c h s o l i a z o t o w y c h L f o s f o r o w y c h

Ś re d n ia zaw arto ść azo tu amonowego i azotanowego w w odzie z b i o r n i k a , po ir z e jś c io w e j w yższe j w a r t o ś c i w o k r e s ie n a p e łn ia n ia , w z r a s t a ła stopniow o : la ta m i badań z 1 ,0 do 2 ,2 mg N / l. Podobnie w z r a s t a ł ic h dopływ do z b i o r - llk a z wodę r z e k i Rudy z 1 ,2 - 3 ,8 mg N /l ( r y s . 1 ) . Wg Winberga [

4

1

l i e r z r n ig d y n ie s tw ie rd z o n o z a w a rto ś c i n iż s z e j n iż 1 mg/l N.

F l t o p l a r . k t o n w wodach p o d g r z e w a n y c h .

Nno3+nh4

O ^{1 mg/l}

P pou

□

biomasa fitop/ankłonu

I ^\lOmg/l

Rys. 1. Ś re d n ia roczn a zaw arto ść N, P oraz f it o p la n k t o n u w z b io r n ik u i rz e ce R ud zie

ś r e d n ia roczna zaw a rto ść o rto fo s fo ra n ó w w w odzie z b io r n ik a b y ła zmien­

na, wahała s i ę od 0 ,0 5 3 -0 ,0 1 1 mg/l P. Dopływ fosforan ów z r z e k i Rudy ob­

n i ż a ł s i ę z la t a m i badań i zatrzymywany b y ł p rz e z z b io r n ik w 68-95% ( ry s . 1 ) . Okresowo w p o w ierzch niow ej w arstw ie wody zaw arto ść o rto fo s fo ra n ó w sp a ­ d a ła do a n a lit y c z n e g o z e r a . B y ły w ię c okresowo wykorzystywane c a łk o w ic ie w s t r e f i e n a s ilo n e j fo t o s y n t e z y .

•V '

3 . W y n ik i

P o d g rz a n ie wody z b io r n ik a zaporowego e le k tro w n i R ybnik n ie w p ły n ę ło na w zro st ś r e d n ic h ro czn ych i l o ś c i komórek ( ta b e la 2 i 3) o ra z biomasy f i t o - p la n k to n u ( ta b e la 4 i 5 ) . Wahania ilo ś c io w e w p o szczeg ó ln y ch la t a c h zgod­

ne b y ły ze zmianami ż y z n o ś c i ( N I P , r y s . 1 ) 1 k lim a t u . Na uwagę z a s łu g u ­ j e rok 1974 o l e c i e chmurnym i zimnym i 1975 o słonecznym i cie p ły m .

60 B. Grzybowska. E. Kaliszewska

T a b e la 2

Ś r e d n ie roczn e i l o ś c i komórek f it o p la n k t o n u w t y s . komórek w l i t r z e wody

Grupa system atyczna 1972 1973 1974 1975 1976 1977

Cyanophycea 9 1196 1053 6544 1577 3376

Elu.glenophyceae 15 25 94 72 56 52

D inophyceae 2 10 5 2 19 1

Chrysophyceae 204 347 313 15 3 5

Crypto phyceae 24 312 225 663 997 514

B a c illa r io p h y c e a e 464 5702 1469 1788 4789 3543

C h lo ro p h ycea e 784 1603 3525 4878 2097 1605

R a z e m 1504 9197 6683 13962 9539 9096

T a b e la 3

ś r e d n ie i e k stre m a ln e I l o ś c i komórek fit o p la n k t o n u (106 w l i t r z e wody)

O kres badań ś r e d n io Maksimum Minimum

1 I I I - V I I .1 9 7 2 ( n a p e łn ia n ie z b io r n ik a )

2 ,6 12,3 0 .1

2 V I I .7 2 - V I I .7 3 (przed podgrze­

waniem wody)

y

7 .1 2 3 ,5 0 ,0 3

3 1974 (woda podgrzewana) 6 .7 17,6 0 ,8

1975 - " - 13,9 109,9 0 .8

1976 - " - 9 .5 32,9

0 , 3

1977 - " - 9 ,1 55,9

0 , 6

Fltoplankton w wodach podgrzewanych... 61

T a b e la 4

Ś r e d n ia ro czn a b io a a a a f it o p la n k t o n u wg grup sy ste m a ty czn y ch w ,ug/l

1972 1973 1974 1975 1976 1977

Cyanophyceae 0 .1 17.9 10 ,5 6 5 ,4 1 8 ,6 108,9

Euglenophyceae 5 .2 7 .5 1 7 .2 1 4 .5 1 3 ,4 1 2 .4

D inophyceae 124,2 37,5 6 3 ,4 1 6 ,9 1210,6 2 9 ,2

Chrysophyceae 4 5 ,9 603,9 7 4 ,5 7 .7 1 .7 2 7 .7

C ryp to p h y ce ae 2 9 ,8 80,1 7 8 ,3 165,7 1 .2 7 6 ,5

B a c illa r io p h y c e a e 153,8 4346,3 1051,5 1546,1 2921,7 1232,5

C h lo ro p h yce a e 7 ,5 150,6 41 2,7 3342,6 313,2 45 5,6

R a z e m 366,7 5243.8 1708,0 5158,0 4580,5 1942.9

T a b e la 5

Ś r e d n ie i e k s tre m a ln e w a r t o ś c i biomasy fit o p la n k t o n u

»g/l

O kres badart Ś r e d n io Maksimum Minimum

1 I I I - V I I .1 9 7 2 ( n a p e łn ia n ie z b io r n ik a )

0 .3 0 ,8 0 ,1

2 V I I I .7 2 - V I X .7 3 (p rzed pod g rze­

wanie»)

5 ,2 4 7 ,3 0 ,0 4

3 1974 (po podgrzew aniu) 1 .7 7 ,9 0 .3

1975 - ” - 5 .2 36 ,8 0 ,2

1976 - " - 4 .6 2 2 ,9 0 ,2

1977 - " - 1 ,9 7 ,4 0 ,2

62 B. G rz y b o w s k a . E. K a l i s z e w s k a

ś r e d n ie biomasy f it o p la n k t o n u w p o szcze g ó lnych la t a c h w y n o s iły :

1972 1973 1974 1975 1976 1977

w g/m3 0 ,3 7 5,24 1,71 5,16 4 ,5 8 1,9 4

W tonach w całym

z b io r n ik u 7 ,9 112,1 36,6 110,4 98 ,0 4 1 ,5

Z a s a d n ic z e j z m ia n ie u le g ła natom iast roczna dynamika ilo ś c io w a f i t o - pla n k ton u ( r y s . 21. Z a t a r ła s i ę typowa d la naszych wód sezonow ość, t j . dwa s z c z y t y rozwojowe f it o p la n k t o n u w c i e p ł e j p orze roku ( I I I / I V i V III/IX ) o ra z s ła b y rozwój w z im n e j. Po p od g rzan iu wody z b io r n ik a , f it o p la n k t o n roz­

w i j a ł s i ę p rz e z c a ły ro k ; s z c z y t rozwojowy w iosenny p rz e s u n ę ! s i ę na s t y ­ czeń i l u t y , n a js ła b s z y rozwój b y ł s t a l e od p a ź d z ie r n ik a do g r u d n ia , n ie z a ­ le ż n ie od te m p eratu ry ( n a s ło n e c z n ie n ie ) , ś r e d n ie i l o ś c i komórek w porze c i e p ł e j ( I V -I X , r y s . 2) w ahały s i ę zgo d n ie z klim atem la t a i ż y z n o ś c ię ; w roku o n ajw yższej te m peratu rze wody w l e c i e 1975 ś r e d n ia i l o ś ć komórek b y ła wyższa n iż przed podgrzaniem . Wtedy jednak rów nież najw yższa b y ła za­

w artość fosforanów w w odzie . Natom iast ś r e d n ia i l o ś ć komórek okresu zim ne­

go ( X - I I I ) w ykazała w zrost po p o d g rza n iu .

R y s . 2 . ś r e d n i a i l o ś ć komórek f i t o p l a n k t o n u w p o r z e z i m n e j i c i e p ł e j

F i t o p l a n k t o n w wodach p o d g r z e w a n y c h 63

Zwraca rów nież uwagę w zrost i l o ś c i s i n i c o ra z p r z e s u n ię c ie d o m in a c ji z okrzemek na z i e l e n i c e ( t a b e la 4) p rz y podwyższonych ś r e d n ic h temperaturach l a t a . Glonem dominującym w o k r e s ie zim y n ie z a le ż n ie od p o d g rza n ia b y ła sta­

l e okrzemka A s t e r i o n e l l a f o r m o s a .

W całym o k r e s ie o b s e r w a c ji, w z b io r n ik u s z e re g czynników b y ło zm ien- nych.Wahaniom u l e g a ł k lim a t ( n a s ło n e c z n ie n ie , m ie s z a n ie wód p rze z w i a t r ) , zaw artość sk ła d n ik ó w biogennych w w o d zie , s to p ie ń o g rz a n ia wód p rze z e le k ­ trow nię b y ł z a le ż n y od i l o ś c i cżynnych bloków e n e rg e ty cz n y c h , okresów r e ­ montów i in n y c h . N a le ż y te ż p a m ię ta ć , że i l o ś ć f it o p la n k t o n u w p o b ie ra n e j p r ó b ie z a le ż y rów nież od s k ła d u i r o z m ie s z c z e n ia z o o p la n k to n u . Wiadomo,że rozwój r o ś l i n i z w ie rz ę t wodnych uwarunkowany j e s t wieloma c z y n n ik a m i, c z e ­ go n ie poruszamy w t e j p r a c y . W ta k zmiennym u k ła d z ie , u s t a l e n i e , k t ó r y z czynników decydował o i l o ś c i f it o p la n k t o n u , j e s t n ie m o żliw e; każdy z n ic h b y ł w innym o k r e s ie decydującym .

P rz y s z c z e g ó ln ie korzystnym u k ła d z ie warunków ś ro d o w is k a , okresowo i - lo ś ć glonów w wodach rów nocześnie podgrzewanych i e u tro fiz o w a n y ch może być znaczna ( z a k w it a n ie ) . U żytkow nicy muszę l i c z y ć s ię z o b e c n o ś cię f i t o p l a n k ­ tonu p rze z c a ły r o k , w o k r e s ie n a jc ie p le js z y m może występować masowy j e ­ go ro zw ój, p rzy w z r o ś c ie ż y z n o ś c i może d o jś ć do u c i ę ż l iw o ś c i p rze z w ię k - szę czę ś ć ro k u . Wg Brooksa [5] p ro d u k c ja pie rw o tn a fit o p la n k t o n u po pod­

g r z a n iu w rzasta w z im ie , m aleje w c i e p ł e j p orze roku w porównaniu z woda­

mi n a t u r a ln y m i. P r z y b a daniach w i e l o le t n i c h w idać je d n a k , że i w c i e p ł e j p orze może u le g a ć p o d n ie s ie n iu .

Uzyskane w y n ik i p ozw a la ję s t w ie r d z ić , że p o d g rza n ie wody n ie wpływa na w zrost biomasy f it o p la n k t o n u , powoduje jednak w ytw orzenie nowego typu s e ­ zonow ości zw iązanego z wydłużeniem sezonu w egetacyjnego d la glonów.Wg Star­

macha [6] z badań lic z n y c h z b io rn ik ó w zaporowych wiadomo, że w p r z e c iw ie ń ­ s tw ie do j e z i o r , z la t a m i i s t n i e n i a n ie n a s tę p u je w n ic h s t a b i l i z a c j a b io ­ ce n o z, sę c i ę g l e zmienne w z a le ż n o ś c i od dopływu i k lim a tu [6 ].

LITERATURA

[1] Starmach K . : Metody badan ia p la n k to n u , PWRiL, 1955.

[2] D u ssa rt B . : L im n o lo g ie . P a r is ( G a u t h i e r - V i l l a r s ) 1965.

[3] W y n ik i badań hydrochem icznych z b io r n ik a zaporowego E le k t r o w n i R ybnik 1972-1977. E ne rg o po m iar, M a szyn o p is.

[

4

[

5

a

[6] Starmach K .: H y d r o b io lo g ic z n e podstawy użytkow ania p rze z w o d o cią g i wód p ł y t k ic h z b io rn ik ó w r z e c z n y c h . P o l. A r c h . H y d r o b io l. IV . 1958, s .9 - 6 6 .

6 4

«HTOIUUHKTOH B HOJlOrPEBAEM Oil BOflE

O TK PU TO 0 UHPKyjWUHOHHOa CHCTEMH TEIUIOBOM 3JIEKTPOCTAHURH

P « 3 n m e

Euxx npoBSfleHH a eciB xeiH ae H c c x e x o s a H a a x o x a x e c i B a $ H T O i u a B K T o a a b n x o - Z H 8 R O M s o x o c S o p B H K e n o x o r p e B a e u o M b oiKpuiofi U H p K y x x m i O H H o B C H c i e u e t e n x o - b o 8 3xeKTpooiaHiyiatt | n o x t o p a r o x a b y c x o B H X x e c i e c T B e H H o B T e p u H x a b o x « b

Baxiipe roxa npa noBUBemot).

nocxe noxorpeBa opexHeroxoBaa Temiepatypa S

Boapacxa Ha 6,4-8,4°C. Bo speua HecxexoBaHxfi 0uxo ycxaaoBxeHO, n o

oOopHHKe cyaeotByex

B

*oa

noaepxHOCtHOM oxoe

.

IIoxorpeB o O o p H H K a b o o x a s a x b x h b b b x a a p o o r c p e x H e r o x o B o r o K O x a a e o T B a k x b- x o k b O a o u a o c H $ E S O n x a B K i O H a . K o x H q e o T B e H B u e K O x e O a B B B o T B e a a x B H s u e H e H a x x n x o x o p o x H O O T H b x x H M a T a , x a p a j c T e p B O T B H e o K B M x x x H e o f i o r p e B a e u u x i i x o t h h h h x

COOpBHKOB.

O x H a x o y u e H B E H x a o f c c o s o b h o c i b tH B H H H a a x x x B a n x x b o x a B p a p a c x o k o x b- a e c i B O B O x o p o c x e S b 3 Hm b k8 n e p x o x .

PHYTOPLANKTON IN HEATED WATERS OF THE OPEN CYCLE IN THE THERMAL-ELECTRIC POWER STATION

S u ■ ■ • r y

The s i x y e a r te a t o hava bean c a r r ie d out on th e aaount o f p h y to p la n k ­ ton In th e daa r e s e r v o ir heated In th e open c y c le by th e t h e r a e l - e l e c t r l c power s t a t i o n (one y e a r and a h a l f w ith n a t u r a l t h e r a a l c o n d it io n s o f wa­

t e r and fo u r y e a rs w ith in c r e a s e d ) .

A f t e r the h e a t in g , the ave rag e y e a r - t e a p e r a t u r e o f w ater in c re a s e d by 6 , 4 - 8 , 4 ° c . D u rin g th e t e a t s , in the r e s e r v o ir th e co n s ta n t excess o f l n - t r a t e and awaoniua s a l t s and th e p e r io d i c decay o f orth op ho sp ha te in the s u r f a c e la y e r o f w ate r waa n o te d .

The h e a tin g o f th e r e s e r v o ir d id not in f lu e n c e th e I n cre a s e o f the y e a r ly average q u a n t i t ie s o f c e l l s and o f e ta n d in g p o p u la tio n o f phyto­

p la n k to n . The q u a n t i t a t iv e f lu c t u a t i o n s were in a ccord an ce w ith the chan­

ges o f f e r t i l i t y and c l i n e t e , c h a r a c t e r i s t i c f o r th e unheated dan r e a o r - v o i r s .

H o w e v e r , t h e t y p i c a l s e a s o n e s s f o r o u r w a t e r s w a a o b l i t e r a t e d a n d t h e a a o u n t o f a l g a o i n c r e a s e d i n w i n t e r s e a s o n .