Raport Zadanie 8

Projekt : KLIMAT
„Wpływ zmian klimatu na środowisko,
gospodarkę i społeczeństwo”
(zmiany, skutki i sposoby ich ograniczenia, wnioski dla nauki,
praktyki inŜynierskiej i planowania gospodarczego)
Zadanie 8:
Przeciwdziałanie degradacji polskich zbiorników retencyjnych
RAPORT SYNTETYCZNY Z PRAC WYKONANYCH w 2010 r.
Koordynator Zadania:
mgr inŜ. Edmund Sieinski
Warszawa, styczeń 2011 r.
PROJEKT WSPÓŁFINANSOWANY PRZEZ UNIĘ EUROPEJSKĄ Z EUROPEJSKIEGO FUNDUSZU ROZWOJU REGIONALNEGO
SPIS TREŚCI
1. Wstęp.
2. Cel badań.
3. Zakres prac.
4. Przyjęta metodyka badań i ich opis.
5. Osiągnięte wyniki i ich wykorzystanie.
6. Publikacje.
7. Literatura.
8. Wykaz wykonawców.
2
1. WSTĘP
Zgodnie z pierwotnym harmonogramem realizacyjnym zadania 8 Projektu „Klimat”
w 2010 roku miały być wykonywane: w I i II kwartale – etap IV „Ocena moŜliwości
zmniejszania intensywności zamulania zbiorników zaporowych z uwzględnieniem warunków
panujących w zlewni” oraz w III i IV kwartale – etap V „Biologiczna i chemiczna analiza
osadów dennych skumulowanych w zbiornikach”. Z uwagi jednak na to, Ŝe prace w etapie II
„Pomiary pojemności wybranych zbiorników” zostały w roku poprzednim opóźnione
z powodu konieczności dostosowania ich do przebiegu gospodarki wodnej prowadzonej na
zbiornikach, a konkretnie do napełniania tych zbiorników, etap ten był równieŜ w znacznej
części wykonywany i zakończony w 2010 roku.
Powstały natomiast sprzyjające okoliczności oraz potrzeba przyspieszenia prac
w następnych etapach zadania. Dlatego prace w etapie V rozpoczęto juŜ w marcu a w dwóch
następnych tj. w VI „Określenie sposobów eksploatacji osadów dennych oraz ich
gospodarczego wykorzystania” we wrześniu oraz w VII etapie mającym zawierać analizę
i podsumowanie osiągniętych wyników w poprzednich etapach, w listopadzie.
2. CEL BADAŃ
Głównymi celami zadania 8 są:
-
aktualizacja moŜliwości retencyjnych polskich zbiorników zaporowych,
-
ustalenie sposobów odzyskiwania utraconej pojemności zbiorników oraz moŜliwości
technicznych i ekonomicznych zagospodarowania osadów w nich akumulowanych,
-
opracowanie zasad i programu systematycznej kontroli batymetrycznej zbiorników.
Cele poszczególnych etapów, zakończonych bądź rozpoczętych w 2010 r.,
przedstawiono poniŜej.
Etap II (kontynuacja)
• Wykonanie pomiarów testowych na wybranym zbiorniku retencyjnym.
• Wykonanie
pomiarów
batymetrycznych
na
trzech
wybranych
zbiornikach
charakterystycznych z racji swojego usytuowania (zbiornik nizinny, sudecki, karpacki).
• Opracowanie dla tych zbiorników: krzywych pojemności i powierzchni zalewu
w funkcji rzędnej piętrzenia, krzywych zmian pojemności poszczególnych warstw oraz
planów batymetrycznych i numerycznych ich czasz.
3
Etap IV (wykonany w 2010 r.)
• Dokonanie przeglądu i ocenienie skuteczności metod umoŜliwiających zmniejszenie
intensywności zamulania zbiorników retencyjnych poprzez działania podejmowane
w zlewni zamykanej przez zaporę zbiornika.
• Ocenienie moŜliwości transportu rumowiska poprzez zbiornik retencyjny lub usuwania
zakumulowanego w jego czaszy materiału.
• Sprecyzowanie
działań
kompensujących
zamulanie
zaporowych
zbiorników
retencyjnych.
Etap V (wykonany w 2010 r.)
• Wykonanie badań chemicznych i biologicznych osadów dennych zakumulowanych
w wybranych jako reprezentatywne zbiornikach retencyjnych.
• Ocena, na podstawie kryteriów geochemicznych i ekotoksykologicznych, jakości
osadów akumulowanych w wybranych zbiornikach retencyjnych.
• Analiza czynników wpływających na jakość osadów.
Etap VI (rozpoczęty)
• Określenie lokalizacji osadów, dla których istnieje moŜliwość uruchomienia ich
eksploatacji.
• Określenie sposobów eksploatacji osadów zakumulowanych w zbiornikach
retencyjnych i moŜliwości ich wykorzystania gospodarczego.
• Analiza efektów ekonomicznych eksploatacji osadów zakumulowanych w zbiornikach
retencyjnych.
Etap VII (rozpoczęty)
• Analiza i podsumowanie osiągniętych wyników w etapach I ÷ VI a w szczególności:
− ustalenie wskaźników intensywności zamulania zbiorników oraz denudacji
zlewni z podziałem na zbiorniki karpackie, sudeckie i nizinne,
− ocena zagroŜenia środowiska osadami zakumulowanymi w zbiornikach oraz
moŜliwości ich wykorzystania gospodarczego,
4
− opracowanie zaleceń i harmonogramu dotyczącego niezbędnych okresowych
pomiarów batymetrycznych polskich zbiorników retencyjnych.
3. ZAKRES PRAC
Zakres wykonanych w 2010 roku w zadaniu 8 prac z ich podziałem na etapy
przedstawiono poniŜej.
W etapie II, którego realizację rozpoczęto w 2009 r., w roku objętym raportem
wykonano terenowe pomiary batymetryczne czasz trzech zbiorników: Koronowo, Tresna
i Lubachów. Z racji swojego usytuowania obiekty te są reprezentatywne dla trzech grup
zbiorników: nizinnych, karpackich i sudeckich. Prace kameralne poprzedzające prace
terenowe objęły dla kaŜdego z tych zbiorników:
− analizę budowy i warunków panujących w zlewni usytuowanej powyŜej zbiornika
w tym m.in. sieci hydrograficznej, ukształtowania i zagospodarowania terenu,
− zgromadzenie i adoptowanie do potrzeb wykonywanych pomiarów, materiałów
geodezyjnych i topograficznych.
Dodatkowo dla zbiornika koronowskiego wykonano:
− digitalizację map topograficznych z okresu sprzed powstania zbiornika,
− konwersję danych analogowych do postaci warstw GIS w tym danych z pomiarów
batymetrycznych z 1988 roku.
Prace terenowe objęły:
− pomiary batymetryczne części podwodnych zbiorników,
− uzupełniające pomiary geodezyjne sytuacyjno-wysokościowe obejmujące strefy
zbiorników znajdujące się powyŜej zwierciadła wody lub niedostępne dla sprzętu
pływającego,
− kartowanie linii brzegowej i korektę względem ortofotomapy,
− pobór próbek osadów dennych dla ich analiz chemicznych, biologicznych
i granulometrycznych.
Dodatkowo na zbiorniku koronowskim wykonano kartowanie brzegów poddawanych
zjawiskom abrazyjnym.
Dane uzyskane podczas prac terenowych opracowano kameralnie. Działania te objęły
dla kaŜdego zbiornika:
− opracowanie analogowego planu zbiornika,
− zbudowanie numerycznego modelu czaszy zbiornika,
5
− skonstruowanie aktualnej krzywej pojemności zbiornika,
− skonstruowanie aktualnej krzywej powierzchni zalewu zbiornika,
− wyznaczenie stref o róŜnej intensywności osadzania się rumowiska,
− analizę granulometryczną próbek rumowiska dennego.
W etapie IV wykonanym w całości w 2010 roku przeanalizowano wszelkie działania
prowadzące do spowalniania procesu utraty pojemności w wyniku zamulania, zbiorników
retencyjnych. Działania takie są szczególnie istotne z uwagi na trudności w znajdowaniu
lokalizacji dla budowy nowych zbiorników wodnych oraz kosztów takich inwestycji.
Działania takie przeanalizowano w IV etapie dzieląc je na:
▪ prowadzone na obszarze zlewni zamkniętej przekrojem, w którym usytuowana jest
zapora tworząca zbiornik,
▪ związane bezpośrednio ze zbiornikiem i jego otoczeniem, a mające na celu zmniejszenie
ilości rumowiska osadzającego się w jego czaszy,
▪ usuwanie ze zbiornika materiału juŜ tam zakumulowanego.
Działania w zlewni zbiornika podzielono z uwagi na ich charakter na zabiegi
przyrodnicze oraz inŜynierskie. W pierwszym przypadku do działań takich zaliczono:
zalesienia, zakrzewienia, obsiew trawą, tworzenie barier roślinnych, dobieranie sposobu
upraw do warunków lokalnych (uprawy wzdłuŜ poziomic, głęboka orka itp.), a więc
zmniejszające w sposób naturalny denudację powierzchniową.
Do rozpatrzonych działań inŜynierskich zaliczono:
▪ zabiegi wzmacniające stoki – zmniejszające erozję i moŜliwość zsuwów,
▪ budowę przegród – ekranów zamykających część przekroju poprzecznego rzeki,
▪ korekcję progową potoków górskich,
▪ budowę zapór tworzących zbiorniki przeciwrumowiskowe,
▪ zabudowę kaskadową doprowadzalnika,
▪ budowę bezpośrednio powyŜej zbiornika retencyjnego, małego zbiornika spełniającego
rolę wstępnego osadnika.
Za działania związane bezpośrednio ze zbiornikiem i jego otoczeniem, których celem jest
zmniejszenie ilości rumowiska osadzającego się w czaszy uznano:
▪ przeciwdziałanie erozji i abrazji brzegów zbiornika,
▪ budowę kanałów derywacyjnych i tuneli omijających zbiornik,
▪ prowadzenie gospodarki wodnej na zbiorniku wykorzystując m.in. prądy gęstościowe,
6
▪ pozostawienie pojemności martwej w zbiorniku i prowadzenia tak jego eksploatacji aby
to w niej osadzało się rumowisko.
Rozpatrzono usuwanie ze zbiornika zakumulowanego juŜ tam materiału róŜnymi sposobami
takimi jak:
▪ wydobywanie (wypłukiwanie) osadów z czaszy zbiornika,
▪ wydobywanie hydrauliczne rumowiska,
▪ wydobywanie mechaniczne rumowiska zarówno z pod wody jak i na sucho.
Jako integralne z działaniami ograniczającymi tempo zamulania zbiorników
retencyjnych moŜna uznać działania kompensujące utraconą juŜ przez obiekt pojemność. Do
działań takich naleŜy: podwyŜszenie zapory i dalsza eksploatacja zbiornika, budowa nowej
zapory, pokrycie potrzeb wodnych w danym regionie poprzez alimentację z sąsiednich zlewni
oraz projektowanie zbiornika uwzględniające, w interesującym eksploatatorów horyzoncie
czasowym, skutki zamulania.
Etap V, tak jak i poprzedni, był w całości wykonany w 2010 roku a jego zakres
przedstawiono poniŜej.
W 2010 r. badaniom chemicznym poddano 99 próbek osadów dennych pobranych
z ośmiu następujących zbiorników: Bukówka, Lubachów, Złotniki, Klimkówka, Tresna,
Nielisz, Rybnik i Koronowo. Uzyskane informacje rozszerzono o własne wyniki pochodzące
z analogicznych badań przeprowadzonych w ramach innych prac, tworząc wspólną bazę
danych o jakości osadów dennych. Badania te wykonano w 2008 r. na 8 innych polskich
zbiornikach retencyjnych a mianowicie: Mietków, Nysa, Besko, Dobczyce, Łąka, Jeziorsko,
Poraj i Sulejów.
Badania chemiczne osadów objęły następujące wskaźniki charakteryzujące ich
właściwości
fizyczne,
właściwości
sorpcyjne
oraz
zanieczyszczenie
substancjami
niebezpiecznymi: - odczyn pH; - materia organiczna; - biogeny (P i N); - metale główne: Fe,
Mn, Ca, Mg, Na i K; - metale cięŜkie: As, Cr, Zn, Cd, Cu, Ni, Pb i Hg; - wielopierścieniowe
węglowodory aromatyczne (WWA); -polichlorowane bifenyle (PCB); - pestycydy
chloroorganiczne.
Jednocześnie z badaniami chemicznymi wykonano dla 7 zbiorników badania
biologiczne osadów dennych polegające na ocenie ich ekotoksyczności na podstawie trzech
testów na wybranych organizmach wodnych: bakterii luminescencyjnych Vibrio fischeri,
skorupiaka Heterocypris incongruens i rośliny dwuliściennej Lipidium sativum. Ich wyniki
uzupełniają procedury oceny jakości osadów i zagroŜeń wynikających z obecności w nich
7
substancji niebezpiecznych oraz określania sposobu przyrodniczego zagospodarowania
osadów.
W etapie VI, którego realizację przyspieszono rozpoczynając go we wrześniu 2010 r.,
wykorzystano zarówno zespół wykonawców z Ośrodka Technicznej Kontroli Zapór jak teŜ
„Analizę” opracowaną w wyniku zawartej umowy o dzieło z prof. dr hab. inŜ.
Włodzimierzem Parzonką. Prace te dotyczyły:
− analizy procesów akumulacji, zagęszczenia i konsolidacji oraz erozji osadów
i namułów w czaszy zbiornika,
− metod usuwania osadów zbiornikowych o cechach spoistych i częściowo spoistych,
− zalecanych technologii wydobywania, transportu i składowania namułów na
przykładzie zbiorników: Otmuchów, Nysa, Besko i Jeziorsko,
− określenia cech osadów ze zbiornika Lubachów,
− moŜliwości przyrodniczego wykorzystania osadów w nawiązaniu do ich składu
fizycznego i chemicznego, a zwłaszcza do zawartości szkodliwych substancji
toksycznych,
− opłacalności
gospodarczego
wykorzystania
osadów
z
róŜnych
zbiorników
w zaleŜności od zastosowanego sprzętu, odległości transportu, bliskości terenów
rekultywowanych i uŜyźnianych.
W listopadzie 2010 r. rozpoczęto takŜe prace w etapie VII. Ograniczyły się one do:
− uaktualnienia danymi pozyskanymi z bieŜących pomiarów batymetrycznych oraz z
nowo pozyskanych materiałów archiwalnych, kart 6 zbiorników objętych zadaniem 8,
− podjęcia próby znalezienia zaleŜności między ilością rumowiska akumulowanego
w 5 wytypowanych zbiornikach retencyjnych a wielkością rocznego do nich dopływu
w analizowanych przedziałach czasowych.
4. PRZYJĘTA METODYKA BADAŃ I ICH OPIS
Podczas wykonywania w ramach etapu II pomiarów batymetrycznych zbiorników:
Lubachów, Tresna i Koronowo stosowano niŜej opisany sprzęt i sposób postępowania.
Pomiary terenowe obejmowały: sondowanie czasz zbiorników, geodezyjne pomiary
sytuacyjno-wysokościowe części odsłoniętych (połoŜonych powyŜej zwierciadła wody)
zbiorników, kartowanie linii brzegowych. Sondowanie zbiorników Lubachów i Tresna
wykonano w sieci równoległych przekrojów. Wymagane zagęszczenie pikiet zrealizowano
8
pływając łodzią pomiarową wzdłuŜ zaplanowanych profili pomiarowych co 40 m w kierunku
prostopadłym do osi zbiornika, rejestrując głębokości w odstępach co 5 m. Taki sposób
pomiarów
zapewniał
precyzyjne
zarejestrowanie
duŜych
gradientów
głębokości
występujących w kierunku poprzecznym do osi zbiorników. Zastosowana echosonda Reson
PC 100 współpracująca, z odbiornikiem systemu GPS umoŜliwiała nawigację – na ekranie
sternik mógł obserwować bieŜącą pozycję i przesuwanie się wizerunku łodzi pomiarowej na
tle mapy z zaplanowaną trasą pływania oraz ślad przebytej drogi. System umoŜliwiał kontrolę
i realizację wcześniej załoŜonej gęstości punktów pomiaru głębokości.
Echosonda przed pomiarami była kalibrowana w programie „Echo-control” poprzez
wprowadzenie poprawki prędkości dźwięku ze względu na temperaturę wody. Wyniki
pomiarów zostały zapisane w pamięci urządzenia w postaci rekordów zawierających pozycje
i głębokości. Do realizacji pomiarów zastosowano następujący sprzęt:
1. Odbiornik GPS Trimble 5700.
2. Echosondę cyfrową RESON PC – 100.
3. Łódź pomiarową z silnikiem.
Dokładność pomiarów wynosiła:
− połoŜenia łodzi w czasie sondowania
± 0,5 m,
− pomiar sytuacyjno – wysokościowy brzegów
metodą GPS-RTK
- poziom
± 1,0 cm,
- wysokość
± 2,0 cm,
− pomiar głębokości
± 0,5% wskazanej głębokości ±1 cm.
Nieco inny sposób postępowania przy wykonywaniu pomiarów batymetrycznych
zastosowano na zbiorniku Koronowo, który charakteryzuje się duŜą powierzchnią, niewielką
średnią głębokością a przede wszystkim bardzo silnie rozwiniętą linią brzegową czego
efektem jest duŜa nieregularność i nienaturalna morfometria dna. Podczas pomiarów
zastosowano znaczne zagęszczenie ścieŜek pomiarowych w charakterystycznych punktach
badanego zbiornika. Za punkty charakterystyczne przyjęto m.in. takie formy jak: plosa,
mielizny, wypłycenia oraz nagłe zmiany kształtu i formy dna. Do prac uŜyto łodzi
wyposaŜonej w zintegrowany system do pomiarów głębokości i wyznaczenia pozycji
geograficznej. Podstawowymi elementami tego systemu są echosonda EA400 SMIRAD
i pozycjoner GPS Garmin 17-HVS. Oprogramowanie wykorzystane do obsługi sondy
pozwoliło na wyeliminowanie problemów takich jak: falowanie powierzchni wody,
9
niestabilność łodzi w czasie pomiarów, fałszywe echo, niekontrolowana interferencja fali
odbitej. RóŜnego rodzaju nieduŜe przedmioty leŜące na dnie nie były w tym wypadku
traktowane jako echo dna.
Dane pomiarowe gromadzone były w pamięci echosondy w postaci zbiorów dla
poszczególnych dni sondowań z zapisem pozycji i głębokości. Po sprowadzeniu sondowań do
rzędnych bezwzględnych otrzymano cyfrowy model czaszy zbiornika w formie surowej.
Dane wprowadzono do programu SURFER, gdzie opracowano je graficznie w postaci planu
batymetrycznego dna zbiornika z cięciem warstwicowym co 1 m oraz analitycznie
opracowano tabelę pojemności o skoku 1 cm i powierzchni zalewu co 10 cm. Dla zbiornika
Koronowo prace interpretacyjne prowadzono w trzech niezaleŜnych grupach obejmujących:
a) opracowanie planu batymetrycznego wg topografii terenu przed powstaniem zbiornika
– na podstawie historycznych map topograficznych,
b) digitalizację planu batymetrycznego wykonanego przez IMGW oddział w Słupsku
w 1989,
c) opracowanie aktualnego planu batymetrycznego zbiornika,
d) wykonanie mapy róŜnicowej osadów dennych dla wszystkich trzech planów
batymetrycznych, przedstawiającej przyrost lub ubytek osadów dennych.
Wyniki pomiarów prowadzonych przy zastosowaniu echosondy EA400, w pierwotnej
formie zapisane są w pliku ASCII, przy zachowaniu układu współrzędnych WGS-84. Po
wprowadzeniu do pakietu ArcGis podlegały one wstępnej obróbce mającej na celu
wyeliminowanie błędów wynikających z zakłóceń sygnału akustycznego. Następnie
dokonano transformacji tych danych do układu współrzędnych PUWG-1992.
W ramach prac prowadzonych w II etapie wykonano takŜe badania granulometryczne
pobranych próbek materiału zakumulowanego w zbiornikach oraz ustalono zawartość w nich
materii organicznej. Całość badań realizowano zgodnie z metodyką opisaną w normie PN88/B-04481: „Grunty budowlane. Badania próbek gruntu”. Na podstawie ustalonego składu
granulometrycznego wykreślono krzywe uziarnienia, z których wyznaczono średnicę
charakterystyczną d50 dla kaŜdej próbki po usunięciu z niej części organicznych. Całość
wyników tych analiz przedstawiono na wykresach oraz zestawiono w tabelach.
Prace etapu IV prowadzono wykorzystując w pierwszym rzędzie publikacje krajowe
i zagraniczne, a w szczególności materiały Międzynarodowej Komisji Wielkich Zapór.
Organizacja ta, o największym na świecie autorytecie w zakresie hydrotechniki, doceniając
wagę
problemu
zamulania
zbiorników
w
10
zaopatrzeniu
w
wodę
oraz
ochronie
przeciwpowodziowej, uwzględniała tą tematykę na sześciu międzynarodowych Kongresach
ICOLD poświęcając jej oddzielne sesje tematyczne. W ramach Międzynarodowej Komisji
Wielkich Zapór działa teŜ utworzony w 1977 r. Komitet Zamulania Zbiorników. Przedmiotem
analizy były takŜe materiały własne, w tym zgromadzone w etapie I i III zadania 8, a takŜe
dane z pomiarów wykonywanych w etapie II. Materiały te to dane pomiarowe oraz
pochodzące z wizji terenowych i podkładów mapowych.
Etap V zadania 8 bazował na badaniach próbek osadów dennych 8 wytypowanych
zbiorników retencyjnych. Próbki te pobierano jednorazowo, starając się aby miejsca ich
poboru pokrywały moŜliwie cały obszar zbiornika od zapory po rejon cofki. Punktom poboru
przypisano zmierzone ich współrzędne. Próbki pobierane były za pomocą próbnika
badawczego „Nurek” lub sondy cylindrycznej SPT w osłonie rur wiertniczych. Pobrane
próbki osadów w ilości 1 kg umieszczano w szklanych, zamykanych pojemnikach
i transportowano do laboratorium w chłodziarkach.
Metale w osadach dennych oznaczane były metodą absorpcyjnej spektometrii
atomowej (ASA) po uprzednim roztworzeniu próbki w środowisku kwasu solnego,
w obecności nadtlenku wodoru z zastosowaniem pieca mikrofalowego. Wielopierścieniowe
węglowodory aromatyczne (WA) oraz pestycydy chloroorganiczne oznaczane były metodą
chromatografii gazowej z detektorem spektometrii masowej (GC-MS) po uprzednim ich
wyekstrahowaniu z próbki osadów heksanem. Polichlorowane bifenyle (PCB) oznaczane były
metodą chromatografii gazowej z detektorem wychwytu elektronów (GC-ECD) po uprzednim
ich wyekstrahowaniu z próbki osadów heksanem. Biogeny (N i P) oznaczane były metodą
spektrometryczną po uprzednim roztworzeniu próbki w środowisku kwasu solnego (1 + 4),
w obecności nadtlenku wodoru z zastosowaniem pieca mikrofalowego. Odczyn pH osadów
dennych oznaczany był metodą potencjometryczną, bezpośrednio w osadach uwodnionych,
przed ich wysuszeniem na powietrzu. Zawartość materii organicznej oznaczono metodą
wagową jako stratę przy praŜeniu osadów.
Osady pochodzące ze zbiorników: Bukówka, Lubachów, Złotniki, Klimkówka,
Tresna, Nielisz i Rybnik zostały teŜ poddane badaniom biologicznym. Wykonano na nich
3 testy ekotoksykologiczne, które omówiono poniŜej.
− Test Microtox SPT – jest to test oceny toksyczności ostrej z wykorzystaniem bakterii
luminescencyjnych Vibrio fischeri. Bakterie te w normalnych warunkach znaczną
część metabolizmu przeznaczają na świecenie (luminescencję). W obecności
czynników zakłócających metabolizm, luminescencja ulega obniŜeniu. Test jest
wykonywany przy uŜyciu analizatora Microtox M500 będącego bardzo czułym
11
fotometrem zintegrowanym z inkubatorem zapewniającym stałe warunki testu
(temperaturę 15oC). Reakcja testowa – zmiany luminescencji, występuje bardzo
szybko, odczyt wyników wykonuje się zwykle po 5 ÷ 30 minutach inkubacji badanej
próbki z bakteriami.
− Test Ostracodtoxkit – jest to test oceny toksyczności podostrej z wykorzystaniem
małŜoraczków Heterocypris incongruens opracowany przez zespół prof. Guido
Persoone z University of Ghent. MałŜoraczki świeŜo wylęgłe z jaj inkubowane są
z badaną próbką (osad denny, gleba) oraz zawiesiną glonów (pokarm) przez 6 dni, po
czym oceniane są dwa efekty testów: śmierć oraz przyrost długości ciała. Wyniki
porównywane są do wyników próbek kontroli negatywnej, którą stanowi
nietoksyczna, sztuczna gleba kontrolna. Ostracodtoxkit jest testem skriningowym,
analizowane jest jedno stęŜenie badanej próbki. Test wykonuje się w polistyrenowych
6-dołkowych
mikropłytkach.
KaŜdą
próbkę
i
próbkę
kontrolną
bada
się
w 6 powtórzeniach.
− Test kiełkowania i wczesnego wzrostu roślin Phytotoxkit – jest to test
z wykorzystaniem rzeŜuchy Lepidium sativum opracowany przez zespól prof. Guido
Persoone z University of Ghent. Test wykonywany jest w specjalnie opracowanych,
płaskich, przezroczystych płytkach, składających się z dwóch części, z których dolna
zawiera próbkę testową. Nasiona roślin umieszczane są na papierowym filtrze
leŜącym na wierzchu próbki. Po zamknięciu płytki przezroczystą pokrywką, płytki są
ustawiane pionowo na stojaku i inkubowane przez 3 dni. Konstrukcja płytki
umoŜliwia swobodny wzrost korzeni (w dół) i łodyg (do góry). Na końcu testu płytka
z siewkami jest fotografowana. Korzenie są mierzone za pomocą programu analizy
obrazu Image Tool. Wyniki porównywane są do wyników próbek kontroli
negatywnej, którą stanowi nietoksyczna, sztuczna gleba kontrolna. Phytotoxkit jest
testem skriningowym, analizowane jest jedno stęŜenie badanej próbki.
Dla podejmowania decyzji o ewentualnym wykorzystaniu osadów zalegających
w zbiornikach retencyjnych bardzo istotną kwestią są metody oceny ich jakości. Metody te
opierają się na kryteriach, które umoŜliwiają rozgraniczenie osadów zanieczyszczonych od
nie zanieczyszczonych. Osady denne wydobyte z wód powierzchniowych powinny być
traktowane jako odpady, które w zaleŜności od składu chemicznego mogą być ponownie
umieszczane w środowisku przyrodniczym bez ograniczeń, wykorzystane z pewnymi
ograniczeniami lub, jeśli są nadmiernie zanieczyszczone, muszą być poddane oczyszczaniu
lub zdeponowane na składowisku odpadów.
12
Pierwszym
zanieczyszczeń
w
polskim
osadach
aktem
prawnym
dennych
jest
określającym
rozporządzenie
dopuszczalną
Ministra
zawartość
Środowiska
z dnia16.04.2002 r. w sprawie rodzajów oraz stęŜeń substancji, które powodują, Ŝe urobek
jest zanieczyszczony. Rozporządzenie określa stęŜenie substancji, które powodują, Ŝe urobek
pochodzący
m.in.
z
pogłębiania
zbiorników
wodnych
jest
zanieczyszczony.
O zanieczyszczeniu urobku decyduje ponadnormatywna zawartość choćby jednej,
z wymienionych w załączniku do rozporządzenia, substancji. Urobek zanieczyszczony jest
traktowany jako odpad niebezpieczny i podlega odpowiednim procedurom postępowania
z odpadami niebezpiecznymi. JeŜeli urobek z pogłębiania nie zawiera wymienionych
w rozporządzeniu zanieczyszczeń moŜe być składowany w środowisku np. w środowisku
wodnym w miejscach do tego wyznaczonych. Procedura ta nie w pełni zabezpiecza
środowisko wodne przed negatywnymi skutkami składowania w nim urobku. Pełniejszą
ocenę zagroŜeń wynikających z obecności substancji toksycznych w osadach, ich
biodostępności i współdziałania, dają wyniki biotestów.
W Państwowym Instytucie Geologicznym zaproponowano (2001 r.) metodę
geochemicznej klasyfikacji osadów dennych do celów monitoringowych, w której uwzględnia
się zawartość w osadach metali cięŜkich, oraz szeroką gamę związków organicznych,
a mianowicie: polichlorowanych bifenyli (PCB), wielopierścieniowych węglowodorów
aromatycznych (WWA) i chloroorganicznych pestycydów. Wartości graniczne stęŜeń
zanieczyszczeń (metale cięŜkie i toksyczne związki organiczne), w przyjętych czterech
klasach jakości osadów dennych uwzględniają ich szkodliwy wpływ na organizmy wodne. Są
to zawartości szkodliwych składników, przy których:
− nie występuje negatywne oddziaływanie na organizmy wodne < TEL
(threshold efects levels);
− często występuje szkodliwe oddziaływanie na organizmy wodne > PEL
(probable effects levels);
− sporadycznie występuje negatywne oddziaływanie na organizmy wodne
>TEL<PEL.
Zaproponowano cztery klasy jakości osadów ze względu na zawartość szkodliwych
składników: I – nie zanieczyszczone; II – słabo zanieczyszczone; III – średnio
zanieczyszczone; IV – bardzo zanieczyszczone. Za osady I klasy przyjęto osady, w których
stęŜenia metali cięŜkich i toksycznych związków organicznych nie przekraczają wartości
TEL, a więc nie obserwuje się ich szkodliwego działania na organizmy wodne. Za osady
II klasy przyjęto osady, w których zawartość choćby jednego z zanieczyszczeń była wyŜsza
13
od wartości TEL, a zawartość wszystkich składników niŜsza od wartości PEL, a więc
sporadycznie występuje szkodliwe oddziaływanie na organizmy wodne. Za osady III klasy
przyjęto osady, w których zawartość choćby jednego szkodliwego składnika przekracza
graniczną wartość dla osadów II klasy, a więc często obserwowany jest szkodliwy wpływ na
organizmy wodne. Do osadów IV klasy zaliczono osady, w których choćby dla jednego
składnika przekroczona jest dopuszczalna zawartość określona dla klasy III. Dla
poszczególnych
klas
jakości
osadów dennych
zostały określone
moŜliwości
ich
zagospodarowania. Osady zaliczone do I i II klasy – osady nie zanieczyszczone i słabo
zanieczyszczone – mogą być dowolnie zagospodarowane w środowisku wodnym i lądowym
np. deponowane w wyznaczonych akwenach, składowane na polach refulacyjnych, stosowane
do uŜyźniania gleb, wykorzystywane do budowy plaŜ, grobli czy nadbrzeŜy. Osady III klasy –
osady średnio zanieczyszczone – mogą być relokowane w wodzie w wyznaczonych miejscach
a zagospodarowane na lądzie w ograniczonym stopniu, ze względu na to, Ŝe stęŜenie
niektórych zanieczyszczeń moŜe ograniczyć ich wykorzystanie tylko pod uprawy
przemysłowe, a niekiedy w ogóle wykluczyć ich rolnicze zagospodarowanie. Osady IV klasy
– osady bardzo zanieczyszczone – przed ich umieszczeniem w środowisku powinny być
oczyszczone lub składowane na zabezpieczonych składowiskach odpadów w warunkach
kontrolowanych.
W rozpoczętych w 2010 r. etapach VI i VII korzystano dotychczas jedynie z materiałów
archiwalnych, zgromadzonych w zakończonych etapach I i III oraz z pozyskanych informacji
od eksploatatorów obiektów jak teŜ firm zajmujących się wydobywaniem kruszywa ze
zbiorników. Dane te poddano wstępnym analizom.
5. OSIĄGNIĘTE WYNIKI I ICH WYKORZYSTANIE
Bezpośrednim efektem prac wykonanych w II etapie jest sporządzenie dla trzech
zbiorników retencyjnych tj. Lubachowa, Tresnej i Koronowa nowych krzywych ich
pojemności oraz powierzchni zalewu w funkcji poziomu piętrzenia a takŜe planów
batymetrycznych
i
numerycznych
ich
czasz.
Wymienione
krzywe
zostały takŜe
stabelaryzowane przy załoŜeniu zmiany rzędnej piętrzenia co 1 cm. Znajomość aktualnych
parametrów zbiornika jest podstawowym wymogiem prowadzenia racjonalnej gospodarki
wodnej przez ich uŜytkowników. Materiały te zostały lub w najbliŜszym czasie będą
udostępnione właścicielom obiektów. Poza tym uzyskane dane posłuŜyły do przeprowadzenia
szeregu obliczeń i analiz w tym m.in. zaktualizowania tempa utraty pojemności zbiorników
w efekcie ich zamulania, intensywności denudacji zlewni, zmian pojemności poszczególnych
14
warstw zbiorników a takŜe w przypadku zbiornika koronowskiego sporządzenia mapy
róŜnicowej osadów dennych oraz wyznaczenia zasięgu strefy ich akumulacji. Prawidłowo
wykonana w.w. mapa róŜnicowa, w połączeniu z badaniami granulometrycznymi była
jednym z warunków koniecznych dla wykonania prawidłowej interpretacji zjawiska
i obliczenia wskaźnika denudacji zlewni.
Przykładowo dla zbiornika Lubachów przedstawiono na rysunkach od 1 do 5: krzywe
jego pojemności, a takŜe powierzchni zalewu, strat pojemności, przebiegu procesu zamulania
w latach 1918 ÷ 2010 oraz plan batymetryczny.
Wyniki badań granulometrycznych zostały dla poszczególnych próbek przedstawione
w formie krzywych uziarnienia pozwalających na wyznaczenie charakterystycznej średnicy
d50. Podziału frakcji dokonano wg PN-86/B-02480. Tak ustalone wartości procentowe dla
poszczególnych frakcji pozwoliły na określenie grupy granulometrycznej, a następnie na
naniesienie uzyskanych wartości na trójkąt Fereta, który ilustruje graficznie przynaleŜność
granulometryczną osadu. Przykładowo dla kilku próbek osadów pobranych ze zbiornika
Bukówka pokazano na rysunkach od 6 do 9: krzywe uziarnienia osadów w stanie naturalnym
oraz po praŜeniu jak teŜ diagramy obrazujące zawartość części organicznych i ich średnice
charakterystyczne. Dane uzyskane w czasie badań granulometrycznych będą istotne przy
formułowaniu wniosków odnośnie zasadności i moŜliwości wykorzystywania materiału
osadowego w zbiornikach.
W etapie IV, bazując głównie na publikacjach zagranicznych, ale teŜ tam gdzie było to
moŜliwe na doświadczeniach polskich wykazano, Ŝe w sytuacji występowania trudności ze
znalezieniem nowych lokalizacji dla budowy nowych zbiorników, oporami miejscowych
społeczności przed ich budową oraz związanymi z takimi inwestycjami kosztami,
szczególnego znaczenia nabierają działania mające na celu zmniejszenie intensyfikacji
zamulania zbiorników lub odzyskiwania pojemności juŜ utraconej w wyniku osadzania się
w nich rumowiska. Główne kierunki takich działań to:
−
zabudowa zlewni zmniejszająca jej denudację powierzchniową, wykonywanie budowli
zatrzymujących rumowisko oraz zalesienia i zabiegi agrotechniczne m.in. takie jak
uprawy wstęgowe i tarasowe a takŜe przechwytywanie rumowiska przez roślinność
ochronną,
−
budowa kanałów derywacyjnych i sztolni umoŜliwiających przepuszczenie wód
niosących duŜo rumowiska z pominięciem zbiornika,
15
16
17
−
umoŜliwienie transportu rumowiska poprzez zbiornik m.in. z wykorzystaniem prądów
gęstościowych oraz jego płukanie,
−
budowa zbiorników w kaskadzie oraz budowa bezpośrednio powyŜej duŜych obiektów
małych zbiorników wstępnych przechwytujących rumowisko,
−
usuwanie hydrauliczne lub mechaniczne osadzanego w zbiorniku rumowiska.
Przeciwdziałanie zamulaniu zbiorników w światowej hydrotechnice jest powszechne.
Stosowane sposoby są dobierane dla kaŜdego zbiornika indywidualnie, poniewaŜ zaleŜą od
duŜej liczby parametrów. Brany jest szczególnie pod uwagę wpływ takich działań na
środowisko oraz ich strona ekonomiczna. W ocenie skuteczności róŜnych działań
zmierzających do ograniczenia zamulania szczególnie przydatne są metody analizy
wielokryterialnej. Bardzo często stosuje się kilka ww. sposobów równocześnie, a zawsze
takie przedsięwzięcia muszą być wspierane dostosowaną do nich gospodarką wodną
prowadzoną na zbiorniku.
W Polsce tylko część wymienionych metod jest stosowana i to raczej w ograniczonym
zakresie. Odnośnie zabiegów podejmowanych w zlewniach zbiorników retencyjnych naleŜy
wymienić przede wszystkim zalesianie, korekcję progową oraz budowę zbiorników
przeciwrumowiskowych. Porównanie zlewni Soły (po zbiornik w Porąbce – jeszcze przed
zbudowaniem zbiornika w Tresnej) oraz zlewni Dunajca (po zbiornik w RoŜnowie) wskazuje
na skuteczność takich działań. Zlewnia Soły, lepiej zagospodarowana, ma mniejszą denudację
powierzchniową, co przekłada się na mniejszą intensywność zamulania zlokalizowanych tam
zbiorników. Istniejące w Polsce budowle derywacyjne spełniają inne cele niŜ transport
rumowiska z pominięciem zbiorników retencyjnych. Płukanie zbiorników odbywa się
incydentalnie przy okazji ich opróŜniania z powodów technicznych. Istniejące kaskady
zbiorników
wyraźnie
zmniejszają
zamulanie
obiektów
niŜej
połoŜonych,
a pojedyncze małe zbiorniki wstępne przechwytują część transportowanego przez cieki
rumowiska. Najbardziej rozpowszechnioną w Polsce metodą odzyskiwania utraconej
w wyniku zamulania pojemności retencyjnej jest bagrowanie i mechaniczne usuwanie
rumowiska. W niektórych przypadkach jest to połączone z pozyskiwaniem dla celów
budowlanych zalegających w czaszy zbiornika piasków i Ŝwirów. W szczególnych
przypadkach, w wyniku intensywnej eksploatacji kruszywa, zbiorniki powiększyły nawet
swoją objętość początkową, czego przykładem mogą być zbiorniki Nysa i Mietków.
18
19
BUKÓWKA
Badanie osadów dennych
Zawartość części organicznych w próbkach osadów dennych
Bukówka
strata masy próbki po praŜeniu - Iś [%]
zawartość części organicznych w osadzie dennym
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
8,48
8,12
10,16
6,36
5,21
5,25
4,08
3,08
1/1
1/2
1/3
2/1
2/2
2/3
3
4
nr próbki
Rys. 8. Zawartość części organicznych w osadach dennych oznaczana jako strata
masy próbek po praŜeniu [Iś] - wg PN-88/B-04481
Średnica charakterystyczna d50N części nieorganicznych osadów dennych
Bukówka średnica d50N części
nieorganicznej osadu dennego
średnica charakterystyczna części nieorganicznej
osadu - d50N [mm]
0,35
0,302
0,30
0,265
0,25
0,20
0,165
0,15
0,135
0,10
0,05
0,0535
0,0430,048
0,024
0,00
1/1 1/2 1/3 2/1 2/2 2/3 3
nr próbki osadu dennego
4
Rys. 9. Średnica charakterystyczna d50N osadów dennych po usunięciu części
organicznych metodą praŜenia
20
Obok bezpośrednich działań zabezpieczających przed zamulaniem istotne znaczenie ma
moŜliwość wykorzystania zgromadzonych w zbiornikach osadów. Oprócz dokonanej juŜ
w duŜym stopniu oceny ich ilości, w etapie V zadania 8 wykonano badania dotyczące jakości
osadów, a w konsekwencji skutków środowiskowych ich ewentualnego zastosowania lub
utylizacji. Natomiast w rozpoczętym etapie VI określone zostaną sposoby eksploatacji
zakumulowanego w zbiornikach materiału oraz jego gospodarczego wykorzystania.
Przewidziana jest analiza moŜliwości technicznych i efektów ekonomicznych takich działań.
Z ilościowym aspektem zamulania zbiorników nierozerwalnie wiąŜe się problem
zanieczyszczenia osadów dennych i jego wpływu na jakość magazynowanej w tych
zbiornikach wody. Skład chemiczny osadów zaleŜy przede wszystkim od budowy
litologicznej zlewni, morfologii terenu oraz warunków klimatycznych, które decydują
o przebiegu procesów wietrzenia, uruchamiania pierwiastków, ich migracji i akumulacji
w środowisku. PodwyŜszona zawartość w osadach pierwiastków śladowych (metali cięŜkich)
i szkodliwych związków organicznych jest natomiast wynikiem róŜnorodnej działalności
człowieka: odprowadzania ścieków z produkcji przemysłowej, z funkcjonowania miast, ze
spływu powierzchniowego z terenów uŜytkowanych rolniczo. Ich szkodliwe oddziaływanie
na organizmy bytujące w wodach, jak równieŜ pośrednio na człowieka, stanowi waŜny
problem środowiskowy. W osadach dennych zatrzymywana jest większość potencjalnie
szkodliwych metali i związków organicznych trafiających do wód powierzchniowych.
Akumulowane są w nich pierwiastki, które mają szerokie zastosowanie w gospodarce takie
jak: cynk, miedź, chrom, kadm, ołów, nikiel, rtęć, jak równieŜ zanieczyszczenia organiczne
m.in. wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (WWA), polichlorowane bifenyle (PCB)
i pestycydy chloroorganiczne. Osady denne o wysokiej zawartości szkodliwych składników
mogą stać się źródłem wtórnego zanieczyszczenia wody w wyniku sprzyjających procesów
fizycznych, chemicznych i biochemicznych zachodzących w zbiorniku.
Ocena jakości chemicznej osadów dennych nie tylko odzwierciadla stan środowiska
wodnego ale jest podstawą do określenia sposobów ich zagospodarowania przyrodniczego lub
utylizacji. Zakres analizy chemicznej osadów dennych uwzględnia stosowane kryteria ich
zanieczyszczenia, pozwalające na wykonanie oceny ogólnej jakości osadów (geochemicznej)
oraz oceny moŜliwości ich przyrodniczego zagospodarowania (np. jako urobku).
Na podstawie wyników badań przeprowadzonych w etapie V wykonano ocenę
zanieczyszczenia osadów dennych zbiorników retencyjnych w Polsce w oparciu o:
21
− kryteria przyjęte w rozporządzeniu Ministra Środowiska z dnia 16.04.2002 r.
w sprawie rodzajów oraz stęŜeń substancji, które powodują, Ŝe urobek jest
zanieczyszczony;
− kryteria geochemiczne zaproponowane przez Państwowy Instytut Geologiczny
uwzględniające zawartość metali cięŜkich oraz szeregu związków organicznych:
WWA, PCB oraz pestycydy chloroorganiczne;
− kryteria jakości gleby i ziemi przyjęte w rozporządzeniu Ministra Środowiska z dnia
09.09.2002 r. w sprawie standardów jakości gleby oraz standardów jakości ziemi;
− kryteria ekotoksylogiczne.
Ocena wykonana na podstawie w.w. kryteriów pozwoliła zakwalifikować osady denne
polskich zbiorników retencyjnych do odpowiedniej klasy jakości oraz określić moŜliwości ich
zagospodarowania przyrodniczego. Analizami objęto dane zgromadzone w efekcie własnych
badań przeprowadzonych w 2010 r. ale takŜe i te, które uzyskano przy okazji innych prac
w 2008 r. Ostatecznie dysponowano danymi pochodzącymi z 15 polskich zbiorników
retencyjnych podzielonych na zbiorniki sudeckie, karpackie i nizinne.
Ocena została wykonana dla zbioru wszystkich próbek osadów pobranych z 15
zbiorników (n=123) oraz dla zbiorów próbek osadów pobranych ze zbiorników sudeckich
(n=40), karpackich (n=43) i nizinnych (n=40). Obliczone zostały parametry statystyczne
zawartości badanych substancji: wartości minimalne, maksymalne, średnia arytmetyczna
i geometryczna, mediana. Zamieszczono je w tabelach i przedstawiono graficznie na
wykresach.
Osady denne polskich zbiorników retencyjnych są bardzo zróŜnicowane pod
względem zawartości materii organicznej, biogenów oraz metali głównych, które determinują
procesy sorpcji zarówno metali cięŜkich jak i zanieczyszczeń organicznych. Na podstawie
wartości średniej geometrycznej, która najlepiej charakteryzuje przeciętny poziom stęŜenia
w określonym zbiorze próbek i na którą najmniejszy wpływ mają wartości ekstremalne
stwierdzono, Ŝe w osadach dennych zbiorników sudeckich występują najwyŜsze zawartości
materii
organicznej
oraz
biogenów
natomiast
w
zbiornikach
karpackich,
Ŝelaza
i manganu. NajniŜsze stęŜenia analizowanych wskaźników występują w osadach dennych
zbiorników nizinnych.
Odczyn pH, parametr fizykochemiczny, który decyduje o mobilności metali cięŜkich
w osadach, oznaczony był w zakresach:
− dla wszystkich zbiorników: 5,6 – 7,7;
22
− dla zbiorników sudeckich: 5,6 - 7,0;
− dla zbiorników karpackich: 5,9 – 7,7;
− dla zbiorników nizinnych: 6,8 – 7,6.
NajniŜsze wartości pH występują w osadach dennych zbiorników sudeckich (≤7). Ich kwaśny
odczyn powoduje duŜą mobilność skumulowanych w nich metali cięŜkich, które mogą być
uwalniane do wody.
Metale cięŜkie występowały w osadach dennych badanych zbiorników w stęŜeniach
bardzo zróŜnicowanych. Zakresy stęŜeń metali dla wszystkich zbiorników były bardzo
szerokie od wartości minimalnych <0,01 mg/kg s.m. do wartości maksymalnych na poziomie
kilku – kilkuset mg/kg s.m. (z wyjątkiem rtęci, dla której stęŜenie maksymalne wynosiło 0,98
mg/kg s.m.). Na podstawie wartości średnich geometrycznych stęŜeń stwierdzono, Ŝe
najbardziej zanieczyszczone metalami cięŜkimi są osady denne zbiorników sudeckich, a w tej
grupie zbiorników Lubachów i Złotniki. NajniŜsze stęŜenia metali cięŜkich oznaczano
w osadach dennych zbiorników nizinnych. Przykładowo zawartość miedzi i niklu w osadach
rozpatrywanych zbiorników pokazano na rys. 10.
Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (WWA) występowały w osadach
dennych badanych zbiorników retencyjnych w zakresie stęŜeń od <0,0001 mg/kg s.m. do paru
mg/kg s.m. Znaczące stęŜenia WWA występowały głównie w osadach zbiorników sudeckich,
a w tej grupie w zbiorniku Lubachów. Na podstawie wartości średnich geometrycznych
stęŜeń stwierdzono, Ŝe najbardziej zanieczyszczone są osady zbiorników sudeckich a najmniej
osady zbiorników nizinnych.
Związki chloroorganiczne: PCB oraz pestycydy chloroorganiczne występowały
w osadach dennych badanych zbiorników retencyjnych w stęŜeniach bardzo niskich.
Polichlorowane bifenyle (PCB) oznaczano w zakresie stęŜeń od <0,0001 mg/kg s.m. do
0,7808 mg/kg s.m. Wartości średnie geometryczne stęŜeń w poszczególnych grupach
zbiorników wynosiły: dla wszystkich zbiorników: 0,0010 mg/kg s.m.; dla zbiorników
sudeckich: 0,0015 mg/kg s.m.; dla zbiorników karpackich: 0,0009 mg/kg s.m.; dla zbiorników
nizinnych:0,0007 mg/kg s.m. NajwyŜsze wartości średnich geometrycznych stęŜeń PCB
stwierdzono w osadach dennych zbiorników: Lubachów i Złotniki (zbiorniki sudeckie) oraz
Rybnik (zbiornik nizinny). Wartości średnich geometrycznych stęŜeń pestycydów
chloroorganicznych w osadach dennych wszystkich badanych zbiorników retencyjnych
mieściły się w zakresie od 0,0002 mg/kg s.m. do 0,0060 mg/kg s.m. Spośród oznaczanych
sześciu pestycydów, w najwyŜszych stęŜeniach występowało DDD (metabolit DD) w osadach
dennych zbiorników Lubachów i Złotniki.
23
Rys. 10. Wykresy stęŜenia miedzi i niklu w osadach badanych zbiorników
24
Ocenę zanieczyszczenia osadów dennych rozpatrywanych zbiorników retencyjnych
wykonano porównując wartości średnich geometrycznych stęŜeń oznaczanych substancji
zanieczyszczających, obliczonych dla grup zbiorników zdefiniowanych ich usytuowaniem,
z wartościami granicznymi przyjętymi w klasyfikacji osadów jako urobku, wg standardów
jakości gleby i ziemi oraz w klasyfikacji geochemicznej.
W tabelach zamieszczono obok parametrów statystycznych oznaczanych stęŜeń,
wartości graniczne stęŜeń metali, WWA, PCB i pestycydów choloroorganicznych, których
obecność w osadzie klasyfikuje go jako urobek zanieczyszczony. Wartości średnich
geometrycznych stęŜeń obliczonych dla wszystkich badanych zbiorników oraz dla grup
zbiorników sudeckich, karpackich i nizinnych, Ŝadnego z analizowanych wskaźników nie
osiągnęły wartości stęŜeń granicznych podanych w rozporządzeniu M.Ś. z dnia 16.04.2002 r.
w sprawie urobku oraz w projekcie tego rozporządzenia. Na podstawie wartości średnich
geometrycznych stęŜeń zanieczyszczeń w osadach dennych zbiorników; wszystkich
badanych, sudeckich, karpackich i nizinnych, moŜna stwierdzić, Ŝe jako urobek nie są one
zanieczyszczone.
Ocenę jakości osadów dennych zbiorników retencyjnych wg kryteriów dla grup
zagospodarowania gleby i ziemi zgodnie z rozporządzeniem M.Ś. z dnia 09.09.2002 r.
wykonano pod względem zawartości metali cięŜkich, WWA i związków chloroorganicznych,
na podstawie wartości średnich geometrycznych stęŜeń obliczonych dla grup zbiorników.
Stwierdzono, Ŝe pod względem zawartości metali cięŜkich osady denne zbiorników
karpackich i nizinnych odpowiadają glebom obszarów chronionych (grupa A). Osady denne
zbiorników sudeckich, ze względu na zanieczyszczenie cynkiem i ołowiem odpowiadają
glebom grupy B, co przykładowo pokazano w tabeli 1. Pod względem zawartości WWA
osady denne zbiorników: - sudeckich, odpowiadają glebom grupy C i mogą być wykorzystane
tylko na obszarach upraw przemysłowych; - karpackich, odpowiadają glebom grupy B; nizinnych , odpowiadają glebom grupy A. Pod względem zawartości PCB, osady denne
wszystkich zbiorników retencyjnych odpowiadają glebom obszarów chronionych (grupa A).
Pod względem zawartości pestycydów chloroorganicznych osady zbiorników sudeckich
odpowiadają glebom grupy C ze względu na zanieczyszczenie lindanem. Pestycyd ten
powoduje równieŜ zakwalifikowanie osadów dennych zbiorników karpackich i nizinnych do
gleb grupy B.
Wyniki klasyfikacji geochemicznej osadów dennych zbiorników retencyjnych na
podstawie wartości średnich geometrycznych stęŜeń, pod względem zawartości metali
25
cięŜkich WWA i związków chloroorganicznych, zamieszczono w tabelach, a przykładową
jedną z nich jest tabela 2 dotycząca stęŜeń metali cięŜkich.
Stwierdzono, Ŝe osady denne zbiorników nizinnych kwalifikują się do I klasy jakości,
osady nie zanieczyszczone, ze względu na stęŜenia wszystkich oznaczanych zanieczyszczeń.
Do klasy II, osady słabo zanieczyszczone, kwalifikują się osady zbiorników karpackich ze
względu na zawartość niklu. Osady zbiorników sudeckich odpowiadają II klasie jakości
(osady słabo zanieczyszczone) ze względu na zawartość arsenu, miedzi, niklu i ołowiu oraz
WWA (z wyjątkiem benzofluorantenu) i pestycydów: DDE, DDD, DDT.
W etapie V analizowano równieŜ aktywność biologiczną osadów pochodzących z 62
próbek pobranych z dna 7 zbiorników retencyjnych. Zastosowano trzy laboratoryjne testy
oceny ekotoksyczności wykorzystujące bakterie, skorupiaki oraz rośliny wyŜsze. Dzięki temu
moŜliwa była ocena wpływu osadów na trzy podstawowe grupy organizmów; reducentów,
konsumentów i producentów. Osad denny oraz gleba są bardzo zróŜnicowanymi matrycami,
ich aktywność biologiczna zaleŜy od obecności substancji toksycznych zarówno
rozpuszczalnych jak i nierozpuszczalnych w wodzie. WaŜną rolę odgrywa takŜe nietoksyczna
materia organiczna, która moŜe zmieniać biodostępność substancji toksycznych poprzez
wiązanie, kompleksowanie, ale takŜe zwiększanie ich rozpuszczalności w wodzie. Dla roślin
istotne
są
substancje
odŜywcze
(biogenne),
których
wpływ
na
wzrost
moŜe
w pewnym stopniu kompensować działanie toksyczne.
W
analizie
zastosowano
system
kwalifikacji,
dzielący
wyniki
uzyskane
w poszczególnych testach na 4 klasy toksyczności: próbki nietoksyczne, niskotoksyczne,
toksyczne oraz bardzo toksyczne, a następnie przyporządkowujący próbki do 5 klas zagroŜeń.
Spośród badanych próbek jedynie trzy były nietoksyczne dla wszystkich
zastosowanych organizmów. Kolejne 9 zakwalifikowanych zostało do klasy II i stanowią one
niewielkie zagroŜenie dla organizmów Ŝywych. Połowa badanych osadów trafiła do III klasy
zagroŜenia, a jedenaście próbek zostało zakwalifikowanych do IV klasy (wysokie ostre
zagroŜenie). Pochodziły one przede wszystkim ze zbiorników Bukówka oraz Złotniki, ale
takŜe Rybnik i Lubachów. Osady te mogą stanowić zagroŜenie dla środowiska
przyrodniczego.
26
27
28
Spośród badanych 62 próbek osadów dennych Ŝadna nie wpływała ujemnie na siłę
kiełkowania roślin testowych. Jedna trzecia próbek stymulowała wzrost rzeŜuchy, co moŜe
świadczyć o wysokiej zawartości substancji biogennych i moŜliwości zastosowania tych
osadów w celach przyrodniczych. Jednocześnie jednak przy podejmowaniu decyzji
o przyrodniczym wykorzystaniu osadów naleŜy uwzględnić ich wpływ na inne grupy
organizmów. Zarówno mikroorganizmy, jak i bezkręgowce pełnią bardzo waŜną rolę w
ekosystemach glebowych. Stąd ujemny wpływ nawoŜenia na te grupy organizmów moŜe
doprowadzić do degradacji środowiska glebowego. Najsilniejsze działanie stymulujące miały
osady ze zbiornika Tresna. Trzy próbki spowodowały silny wzrost korzeni przy
jednoczesnym braku toksyczności dla pozostałych bioindykatorów. Natomiast dwie próbki
działały stymulująco na rośliny, a jednocześnie były toksyczne dla bakterii co ogranicza
moŜliwość ich stosowania w środowisku przyrodniczym.
NaleŜy pamiętać, iŜ testy ekotoksyczności nie są dotychczas ujęte w Ŝadnych
regulacjach prawnych dotyczących próbek środowiskowych. Stanowią cenne narzędzie oceny
biologicznej aktywności próbek. Mogą dać wskazówkę odnośnie dalszych analiz
chemicznych, a takŜe postępowania z badanym materiałem. JednakŜe pełen obraz osadów
moŜe być uzyskany dopiero po uwzględnieniu analiz fizykochemicznych.
Wyniki badań wykonanych w etapach poprzednich a szczególnie w V zostaną
wykorzystane w rozpoczętym juŜ w 2010 r. etapie VI, w którym przewiduje się m.in.
sformułowanie
propozycji
gospodarczego
wykorzystania
materiału
akumulowanego
w zbiornikach retencyjnych w trakcie procesu ich zamulania.
6. PUBLIKACJE
W trakcie prac prowadzonych w 2010 r. w zadaniu 8 opracowano mające na celu
promocję:
•
materiały do strony WWW Projektu,
•
materiały do pięciu „plakatów” przedstawiających wyniki etapów I, III, IV i V,
•
tekst referatu „Sedimentation of Polish reservoirs-characterstics and significance of
the phenomenon and procedures of its control” na Międzynarodowe Sympozjum
ICOLD organizowane przez Szwajcarski Komitet Wielkich Zapór w Lucernie. Po
wygłoszeniu tekst referatu zostanie opublikowany w materiałach Sympozjum,
•
teksty dwóch referatów na XIV Międzynarodową Konferencję Technicznej Kontroli
Zapór,
29
− Zanieczyszczenie metalami cięŜkimi osadów dennych zbiorników retencyjnych
w Polsce.
− Zanieczyszczenie niebezpiecznymi substancjami organicznymi osadów dennych
zbiorników retencyjnych w Polsce.
7. LITERATURA
1. Bojakowska I., Sokołowska G., „Geochemiczne klasy osadów wodnych”. Przegląd
Geologiczny, t. 46, nr 1, 1998.
2. Bojakowska I. „Kryteria oceny zanieczyszczenia osadów wodnych”, Przegląd
Geologiczny, t. 49, nr 3, 2001.
3. Forex s.c. Kraków „Aktualizacja Instrukcji Gospodarowania Wodą w warunkach
powodziowych dla zbiorników Kaskady Soły”.
4. Instytut Gospodarki Wodnej „Ustalenie pojemności zbiornika wodnego w Lubachowie”.
Wrocław, czerwiec 1971.
5. Instytut Gospodarki Wodnej „Stopień zamulenia zbiornika wodnego Lubachów w 1968 r”,
Wrocław, czerwiec 1971.
6. Instytut Morski, Zakład Oceanografii Operacyjnej „Pomiar zamulenia i ocena procesów
abrazyjnych zbiorników Kaskady Soły wraz z prognozą dalszego rozwoju tych zjawisk”.
7. IMGW Warszawa, RZGW Kraków „Monografia - Kaskada Rzeki Soły. Zbiorniki Tresna,
Porąbka, Czaniec”.
8. ICOLD – “Dealing with reservoir sedimentation” Bulletin 115, 1999.
9. ICOLD XXIII Kongres. Referaty dot. Q-89 “Management of siltation in existing and new
reservoirs” Brazylia, maj 2009.
10. ISO 15009:2002 – Soil quality – Gas chromatographic determination of the content of
volatile aromatic hydrocarbons, naphthalene and volatile halogenated hydrocarbons –
Purge-and trap method with thermal desorption.
11. ISO 10382:2002 – Soil quality – Determination of organochlorine pesticides and
polychlorinated biphenyles – Gas-chromatographic method with electron capture
detection.
12. Kalinowski R., Załęska-Radziwiłł M. 2009. „Wyznaczanie standardów jakości osadów
dennych na podstawie badań ekotoksylogicznych”. Ochrona Środowiska i Zasobów
Naturalnych, nr 40, s. 549-560.
13. Kamiński M., Romanik G. 2007 „Techniki i metody przygotowania próbki –
mineralizacja, techniki konwencjonalne i mikrofalowe oraz ekstrakcja do fazy stałej
(SPE)”. Instrukcje ćwiczeń laboratoryjnych.
14. Kloze J. – Przebieg i wyniki badań zamulania zbiornika wodnego w Turawie.
Gospodarka Wodna nr 9-10, 1981.
15. Loska K., Wiechuła D., Cebula J., Kwapuliński J. 2001 „Zawartość sodu, potasu i wapnia
w Zbiorniku Rybnickim”. Ochrona Powietrza i Problemy Odpadów, vol. 35, nr 6, s. 229234.
16. Loska K., Wiechuła D., Korus I. 2004 “Okresowe I przestrzenne rozmieszczenie Ŝelaza
w osadzie dennym Zbiornika Rybnickiego”. Rocznik PZH, nr 55, Suplement 215-220.
30
17. Loska K. 2005 “Zastosowanie róŜnych metod szacowania wartości tła pierwiastków
w osadach dennych na przykładzie arsenu”. Gaz, Woda i Technika Sanitarna, nr 6.
18. MacDonald D.D. 1994 – Approach to the Assessment of sediment quality in Florida
Coastal Waters. Vol 1 – Development and evaluation of sediment quality assessment
quidelines. Florida Depart.
19. MacDonald D.D., Ingersoll C.G., Berger T.A. 2000, Development and Evaluation of
Consensus-Based Sediment Quality Guidelines for Freshwater Ecosystem, Arch.
Environ. Contam. Toxicol. 39, 20-31.
20. Qian Ning – „Reservoir Sedimentation”, Institute on Fluvial Process, Fort Collins,
Colorado, 1982.
21. Partl R. – „Quantitative Analyses of Reservoir Sedimentation” Q 47-R 17, 12th ICOLD
Congress, Mexico, 1976.
22. Parzonka W. – “Hydrauliczna i reologiczna charakterystyka transportu zawiesiny
rzecznej o wysokiej koncentracji w obrębie kaskady zbiornikowej”. Archiwum
Hydrotechniki. Tom XXXIII, zeszyt 4, 1986.
23. Prochal P. – „Analiza zabudowy potoków karpackich na tle warunków fizjograficznych
w województwie krakowskim”, Kraków 1961.
24. Ratomski J. – „Sedymentacja rumowiska w zbiornikach przeciwrumowiskowych na
obszarze Karpat fliszowych”. Politechnika Krakowska im. Tadeusza Kościuszki.
Monografia 123. Kraków 1991.
25. Ratomski J.: Intensywność zalądowania zapór przeciwrumowiskowych. Gospodarka
Wodna nr 12/2002.
26. Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 16 kwietnia 2002 r. w sprawie rodzajów oraz
stęŜeń substancji, które powodują, Ŝe urobek jest zanieczyszczony. (Dz. U. Nr 55, poz.
498 z 2002 r.).
27. Rozporządzenie Ministra Środowiska w sprawie rodzajów oraz stęŜeń substancji, które
powodują, Ŝe urobek jest zanieczyszczony – projekt, 2001 r.
28. Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 9 września 2002 r. w sprawie standardów
jakości gleby oraz standardów jakości ziemi. (Dz.U. Nr 165, poz. 1359 z 2002 r.).
29. Semcha A. i in. – “Consequences du dragague du barrage de Fergoug (Algerie)” –
International Conference ENSET Oran 2009.
30. Sobczyński T., Elbanowska H., Zerbe J., Siepak J. 1996, „Mineralizacja próbek osadów
dennych jako etap poprzedzający oznaczenie ogólnej zawartości metali cięŜkich”.
Gospodarka Wodna, nr 6s.173-176.
31. Stefański W., Kloze J. – Pomiar zamulania zbiornika wodnego w Turawie. Maszynopis
IGW, 1961.
32. Winter G., Winter J.: Sediment in mountains streams – a case study of Wilczka Stream
and Międzygórze Reservoir. 10th International Conference on Transport & Sedimentation
of Solid Particles. Zeszyty Naukowe Akademii Rolniczej we Wrocławiu. Nr 382.
Konferencje XXVI. Rok 2000, Wrocław, Poland.
31
8. WYKAZ WYKONAWCÓW
1. mgr inŜ.
Edmund Sieinski
- koordynator zadania
2. mgr inŜ.
Wojciech Leszczyński
- kierownik etapu II
3. mgr
Anna Kosik
- kierownik etapu IV
4. mgr inŜ.
Barbara Taboryska
- kierownik etapu V
5. mgr inŜ.
Władysław Jankowski
- kierownik etapu VI
6. doc. dr inŜ. Jerzy Kloze
- kierownik etapu VII
Wykonawcy badań:
7. mgr inŜ.
Andrzej Balcerzak
17. mgr
Bogumił Nowak
8. mgr
Barbara Brodzińska
17. mgr inŜ.
Krzysztof Roguski
9. mgr
Iwona Chmielewska
18. mgr inŜ.
Sławomir Selerski
10. dr inŜ.
Urszula Dimitruk
19. mgr inŜ.
Maciej Sieinski
11. mgr inŜ.
Witold GiŜyński
20. mgr inŜ.
Krzysztof Szymański
12. mgr
Artur Grześkowiak
21. mgr
Urszula Tomczuk
13. mgr inŜ.
Agnieszka Jancewicz
22. dr inŜ.
Andrzej Wita
14. mgr inŜ.
Anna Kwiatkowska
23. mgr inŜ.
Małgorzata Zielińska
15. mgr inŜ.
Kamil Mańk
24. mgr inŜ.
Witold Ziółkowski
16. mgr inŜ.
Jerzy Mroziński
25. mgr
Joanna śak
Wykonawcy prac pomocniczych:
26. tech.
Danuta Dudek
31. tech. Krzysztof Stachurski
27. tech.
Tomasz Kowalski
32. tech. Kinga Wiewiórka
28. tech.
Andrzej Krochmal
33. tech. Tamara Wilk
29.
Marzena Murawska
34. tech. Małgorzata Zarychta
30. tech.
Marianna Narkiewicz
32