Streamflow in the High Bieszczady Mountains (1961-2015)

W obiegu wody w górskich obszarach fliszowych podkreśla się znaczącą rolę odpływu powierzchniowego w odprowadzeniu wody ze zlewni, co jest związane z ukształtowaniem terenu i niewielką miąższością pokryw stokowych (niską retencją). Warunki klimatyczne decydują o wielkości i reżimie tego odpływu, zatem wieloletnie zmiany opadów atmosferycznych i temperatury powietrza mogą również powodować zmiany w obiegu wody. Badania odpływu w zlewni górnego Sanu powyżej zbiornika Solińskiego, interesującej ze względu na seminaturalne warunki obiegu wody i potencjalnie wpływające na nie zmiany klimatyczne, dotychczas nie były prowadzone z wykorzystaniem najdłuższych dostępnych serii pomiarowych. Celem pracy była charakterystyka odpływu rzek w Bieszczadach Wysokich oraz identyfikacja i ocena zmian odpływu rzecznego w okresie badawczym 1961-2015 na przykładzie Sanu (przekrój Dwernik) i Solinki (przekrój Terka). Zmienność odpływu została określona na podstawie miesięcznych współczynników przepływu oraz współczynnika zmienności średnich miesięcznych wartości przepływu w wieloleciu. Długość dostępnych serii pomiarowych pozwoliła również na określenie z wykorzystaniem testu Manna-Kendalla trendów zmian odpływu w skali roku, półroczy i miesięcy. Reżim odpływu rzek bieszczadzkich cechuje się występowaniem w ciągu roku jednej kulminacji roztopowej w okresie wiosennym (marzec, kwiecień) o dużej powtarzalności z roku na rok oraz minimum odpływu w sierpniu. Zmiany w średnim odpływie w latach 1961-2015 nie były statystycznie istotne i świadczyły o ich fluktuacyjnym charakterze. Ostatnie trzydziestolecie (1986-2015) cechował natomiast istotny wzrost odpływów średnich i niskich w półroczu zimowym (szczególnie styczeń-marzec) oraz słaby spadek odpływu w półroczu letnim (szczególnie we wrześniu), wykazując tym samym podobne tendencje do zmian w przepływach obserwowanych w innych obszarach górskich Europy, generowanych zmianami wielkości i struktury opadów oraz - w większym stopniu - wzrostem temperatury powietrza. Tendencje zmian odpływu i częstsze problemy z niedoborami wody wskazują na potrzebę oceny zmian odpływu również w pozostałej części polskich Karpat w kontekście zmiany zasobności systemów wodonośnych regionu.Water circulation in flysch mountains is characterized by a substantial role of runoff due to the mountain topography and thin slope covers, which result in low retention rates. Climatic conditions determine streamflow and runoff regime, thus changes in precipitation and temperature could affect water circulation patterns. Stream runoff analysis in the upper San catchment up to Solina Lake is interesting due to semi-natural features of the catchment (minimum human impact) and potential climate changes affecting streamflow. However, the investigation of stream runoff in the High Bieszczady Mountains has not yet been studied extensively with the use of the longest data series. The research objectives were to (1) characterize stream runoff in the High Bieszczady Mountains; and to (2) identify and assess changes in stream runoff for two periods: 1961-2015 and 1986-2015 on the example of the San river (Dwernik stream gauge) and the Solinka river (Terka stream gauge). Runoff variability was assessed using monthly flow coefficients and coefficients of multi-year variability of monthly flows. Minimum, mean and maximum streamflow records were analysed for trends with the nonparametric Mann-Kendall test in different time intervals: months, half-years and years. Streamflow regime of the San and Solinka rivers is characterized by the highest runoff values with low variability over a long period in spring months (March, April) due to snowmelt, whereas the lowest runoff occurres in August. Mean streamflow trends in the period 1961-2015 were not significant and indicated runoff fluctuations. However, the second period (1986-2015) revealed significant increase in mean and minimum runoff in the winter half-year (mainly January-March) and slight decrease in runoff in the summer half-year (particularly September). These changes are similar to trends observed in other mountain catchments in Europe, which have been explained by recent changes especially in temperature but also in the type and sum of precipitation. Trends identified in the selected catchments as well as more frequent water deficits indicate a high demand for streamflow trends assessment in the other parts of the Polish Carpathians in the context of potential changes in groundwater resources

Zmiany warunków hydrologicznych wynikające z tworzenia nasypów – przegląd przypadków

The article discusses typical examples of the impact of embankments on the surrounding water conditions. The studied cases illustrate the two most common groups of changes in hydrological conditions related to the formation of embankments. One such change is the raising of the groundwater table under the embankment, which usually leads to high level of moisture in the immediate vicinity of the embankment. Three cases were discussed in this group. One is a typical impact of a large embankment that has caused a significant increase in soil moisture nearby. The second example is a situation where the terrain lying between the embankments is strongly damp. The third example is a plot of land which, despite its particularly unfavourable location – surrounded on three sides by embankments – has not been damp due to the unusually high permeability of the ground. The second group of changes consists of various modifications of surface runoff conditions. Some embankments – made of impermeable materials – increase surface runoff by blocking the infiltration of rainwater. Other embankments redirect or block surface runoff, causing the formation of landlocked area. In addition, an analysis of one reported case has revealed the effects of backfilling a large gorge, which had significantly increased the surface catchment area, which in turn resulted in a significant increase in surface runoff. The case of building embankments on a river floodplain was also discussed. The article shows that similar nature of changes in topography may cause different hydrological effects depending on the permeability and retention capacity of the ground.W artykule omówione zostały charakterystyczne przykłady oddziaływania nasypów gruntowych i gruntowo-gruzowych na warunki wodne otoczenia. Pokazane przypadki ilustrują dwie najczęstsze grupy zmian warunków hydrologicznych związane z powstawaniem nasypów. Jedną grupę stanowią zmiany polegające na podniesieniu zwierciadła wód podziemnych pod nasypem, co zazwyczaj prowadzi do silnego zawilgocenia bezpośredniego otoczenia nasypu. W tej grupie omówiono trzy przypadki. Pierwszy to typowy wpływ dużego nasypu, który spowodował znaczące zawilgocenie gruntu w otoczeniu. Drugi przykład to sytuacja, gdy silnemu zawilgoceniu ulega działka leżąca pomiędzy nasypami. Przykład trzeci to działka, która pomimo szczególnie niekorzystnego położenia – otoczenie z trzech stron przez nasypy – nie uległa zawilgoceniu ze względu na wyjątkowo wysoką przepuszczalność podłoża gruntowo-skalnego. Na drugą grupę zmian składają się różne modyfikacje warunków spływu powierzchniowego. Niektóre nasypy – utworzone z nieprzepuszczalnych materiałów – zwiększają spływ powierzchniowy poprzez blokowanie infiltracji wód opadowych. Inne nasypy przekierowują spływ powierzchniowy lub go blokują, powodując powstawanie zagłębień bezodpływowych. Ponadto analiza jednego z przypadków pokazuje skutki zasypania dużego wąwozu, przez co znacząco zwiększyła się powierzchnia zlewni, a to z kolei spowodowało znaczący wzrost spływu powierzchniowego. Omówiono też przypadek zabudowy rzecznej terasy zalewowej nasypami. W artykule pokazano, że podobny charakter zmian w topografii może powodować odmienne skutki hydrologiczne w zależności od przepuszczalności i zdolności retencyjnych podłoża

The storage capacity of groundwater reservoirs in the High Bieszczady Mountains (SE Poland)

W pracy podjęto próbę oceny zasobności zbiorników wód podziemnych strefy aktywnej wymiany w subzlewniach Sanu w Bieszczadach Wysokich. W tym celu dokonano analizy wyznaczonych graficznie recesyjnych odcinków hydrogramów odpływu w trzech profilach wodowskazowych w Zatwarnicy (San), Dwerniku (San) i Stuposianach (Wołosaty) w latach 2005-2015. Dla każdego odcinka obliczono współczynnik recesji (\alpha ) informujący o tempie sczerpywania zasobów oraz maksymalny potencjał zasobności zbiorników (W_{max}), a także wyznaczono wzorcowe krzywe wysychania w badanych subzlewniach. Tempo sczerpywania zbiorników wodonośnych było wyrażone wartościami \alpha rzędu 10^{-2}. We wszystkich zlewniach przeciętne wartości \alpha i W_{max} były wyższe w półroczu zimowym niż w letnim. Kształt krzywych recesji wskazywał, że drenowanie zbiorników odbywało się w dwóch fazach: pierwszej, szybszej, o prawdopodobnie znaczącym udziale odpływu śródpokrywowego, oraz drugiej, wolniejszej, obejmującej tylko zasoby wód podziemnych. Subzlewnie Sanu, których obszar zbudowany jest w przewadze z warstw krośnieńskich jednostki śląskiej (Zatwarnica i Dwernik), wykazują podobne wartości W_{max} (Me: 14-21 mm), natomiast w wyżej położonej zlewni Wołosatego (Stuposiany), na obszarze której nasunięcie jednostki dukielskiej może mieć duży wpływ na miąższość strefy przepuszczalnej, W_{max} miało wyższe wartości (Me: 20-32 mm)

Chemical composition of spring water in the Polonina Wetlinska massif

The aim of the study was to determine chemical composition of spring water in the Polonina Wetlinska massif (High Bieszczady Mountains) and to identify the natural factors controlling spatial variability of groundwater chemistry. Thirty five spring water samples were collected in September 2017. The spring water was characterized by similar, weak alkaline pH (6.8-8.1) and a relatively wide range of ions concentration (57-208 mg·dm^{-3}). Strong, positive correlation was showed between specific conductivity (SC) and main ions: {HCO_{3}}^{-}, Ca^{2+}, {SO_{4}}^{2}, Mg^{2+}, which shaped the water chemistry most likely due to dissolution of bedrock. K^{+}, Cl^{-}, {NO_{3}}^{-} showed weak or no correlation with SC. The origin of nutrients in the groundwater might have been connected with organic matter conversion into inorganic substance. Two groups of springs were distinguished: 1^{st} group with lower SC and lower concentration of main ions and 2^{nd} group with relatively higher SC. Springs with the lower SC are located on the NE slope of the Polonina Wetlinska, where flysch layers dip towards the same direction as the slope. These conditions promote relatively fast water flow and short residence time within aquifer. On the contrary, discordance of flysch layers dip and slope exposure may cause the relatively longer contact of groundwater with a bedrock and enrichment water with the geogenic ions

Groundwater runoff in elementary catchments in the Bieszczady Mountains

Groundwater recharge is crucial for river flow during dry periods. However, due to low retention capacity of rocks and quick surface flow, groundwater resources in flysch areas such as the Bieszczady Mountains are considered to be quite low. The aim of the study was (1) to identify spatial distribution of specific runoff during dry periods in small catchments in the Bieszczady Mountains and (2) to define relations between catchment characteristics and runoff. Four datasets consisting of specific runoff during low flow periods in selected catchments of the Bieszczady Mountains were used in this study. Data collected during dry periods allowed to identify total river flow with groundwater recharge. Specific runoff varied substantially in the studied catchments (from 0.9 to 7.7 dm^{3}·s^{-1}·km^{-2}). The highest specific runoff values were obtained in catchments with steep slopes, a high altitude range and prevalence of sandstone formations. However, there is no correlation between specific runoff and catchment area and mean catchment elevation

Minerals from the shear zone on Mount Szpiglasowy Wierch in the High Tatra Mountains

Jedną z licznych stref mylonityzacji rozwiniętych w trzonie krystalicznym Tatr jest strefa dyslokacyjna Szpiglasowego Wierchu. Dotychczasowe badania prowadzone w tatrzańskich strefach mylonityzacji skupiały się przede wszystkim na cechach strukturalnych skał, w tej pracy natomiast celem jest charakterystyka składu mineralnego skał. W badaniach wykorzystano mikroskopię optyczną w świetle przechodzącym, XRD, oraz system SEM-EDS. W strefie dyslokacyjnej Szpiglasowego Wierchu wyróżniono silnie zmienione granodioryty, kataklazyty i mylonity. Wśród minerałów pierwotnych w granodiorytach zidentyfikowano kwarc, plagioklazy, skalenie potasowe, biotyt, miki dioktaedryczne (minerały główne), apatyt, cyrkon, monacyt, tlenki Fe (minerały akcesoryczne). Wzrost deformacji tektonicznych i przeobrażeń hydrotermalnych spowodował zmianę proporcji składników głównych – wzrost udziału kwarcu i mik dioktaedrycznych (serycytu), a spadek udziału skaleni i biotytu. Z działalnością roztworów hydrotermalnych związana jest krystalizacja minerałów wtórnych: dioktaedrycznej miki fengitowej (serycyt i duże blaszki), albitu, chlorytu, węglanów, apatytu, epidotu, REE-epidotu, prehnitu, granatów, monacytu, rutylu, ilmenitu, tytanitu, thorytu, barytu, chalkopirytu, pirytu i tlenków Fe. Minerały pierwotne i wtórne podlegały odkształceniom kruchym i plastycznym. Temperatura chlorytyzacji (220-310°C) wskazuje na warunki niskiego stopnia metamorfizmu. Współdziałanie metamorfizmu dyslokacyjnego oraz zintensyfikowanych dzięki aktywności tektonicznej procesów hydrotermalnych skutkuje silnym przeobrażeniem skał pierwotnych. Zaobserwowane przemiany wskazują na wieloetapową aktywność tektoniczną strefy dyslokacyjnej Szpiglasowego Wierchu, która mogła się rozpocząć już w końcowej fazie waryscyjskiego cyklu orogenicznego.The tectonic evolution of the Tatra Mountains crystalline core resulted in numerous shear zones including the Szpiglasowy Wierch dislocation zone. Structural features of shear zones have been clearly identified and described in previous studies, in contrast to a mineral composition's analysis, which is the purpose of this research. Samples were investigated using transmitted light optical microscopy, electron microscopy with X-ray energy dispersive analyses and X-ray diffraction. The shear zone on Szpiglasowy Wierch composes of strongly altered rocks – granodiorite, cataclasite and mylonite. Primary minerals have been identified: quartz, plagioclase, potassium feldspar, biotite, dioctahedral mica (major minerals), apatite, zircone, monazite and Fe oxides (accessory minerals). Tectonic and hydrothermal overprint caused changes in the major minerals' composition manifested in increasing quartz and dioctahedral mica contents as well as in declining feldspars and biotite. The research reveals a variety of secondary minerals: dioctahedral phengitic mica (sericite and larger mica flakes), albite, chlorite, carbonates, apatite, epidote, REE-epidote, prehnite, garnets, monazite, rutile, titanite, ilmenite, thorite, barite, chalcopyrite, pyrite and Fe oxides. The primary and secondary minerals underwent brittle and ductile deformations. The temperature of chloritization (220-310°C) indicates low-grade metamorphic conditions. Dislocation metamorphism and hydrothermal activity interact using a positive feedback mechanism, which yields strongly altered fault rocks. Complex systems of observed alterations suggest a multistage evolution of the shear zone with the beginning even in the late Variscan tectonic phase

Atmospheric precipitation in 2012 in the upper Vistula basin in relation to atmospheric circulation

W pracy scharakteryzowano sumy opadów w dorzeczu górnej Wisły w 2012 r. w miesiącach, porach roku i roku na 11 stacjach meteorologicznych – w Bielsku-Białej, Katowicach, Krakowie, na Kasprowym Wierchu, w Kielcach, Nowym Sączu, Tarnowie, Sandomierzu, Rzeszowie i Lesku. Opady w 2012 r. zbadano w odniesieniu do miesięcznych sum opadów z okresu 1961-2012 oraz sum dobowych z lat 2000-2012. Wykazano, że rok 2012 był rokiem suchym na 7 stacjach, bardzo suchym na 1, a roczna suma opadów mieściła się w zakresie normy na 3 stacjach. Za ujemną anomalię opadową odpowiadały niedobory opadów lata oraz wiosny, a w pozostałych porach roku dominowały opady w granicach normy. W przebiegu rocznym wyraźne ujemne anomalie cechowały maj, lipiec, sierpień i listopad, a dodatnie anomalie wystąpiły głównie w styczniu i październiku. Rozpatrzenie dobowych sum opadów w okresie 2000-2012 pozwoliło stwierdzić, że liczba dni z opadem (≥0,1 mm) w 2012 r. na analizowanych stacjach nie różniła się znacząco od średniej z wielolecia. Kluczowe znaczenie dla stwierdzonych niedoborów opadów miała wielkość opadów; dni z opadem ≥10 mm i ≥30 mm w 2012 r. było zdecydowanie mniej niż średnio w wieloleciu 2000-2012. Najdłuższe ciągi bezopadowe w 2012 r. trwały 19 dni w Sandomierzu i 18 w Kielcach i występowały na przełomie stycznia i lutego. Posuchy atmosferyczne zdarzyły się od dwóch (Kasprowy Wierch) do dziewięciu razy (Sandomierz) w 2012 r., przede wszystkim w pierwszym półroczu, a w marcu wystąpiły jednocześnie na wszystkich analizowanych stacjach. W pracy rozpatrzono również uwarunkowania cyrkulacyjne opadów w 2012 r. na przykładzie Krakowa. W 2012 r., podobnie jak w wieloleciu 2000-2012, przeważały typy antycyklonalne (53,3%) nad cyklonalnymi (45,6%), co wskazuje, że nie każdy suchy rok jest skutkiem wzmożonej częstości ośrodków antycyklonalnych. Dni bez opadów w 75% przypadków w roku występowały z typem antycyklonalnym, najczęściej w styczniu i marcu. Najwyższe prawdopodobieństwo warunkowe (>80%) dni bezopadowych było w sytuacjach Ca, SWa, Ka i Na. Dni z opadem występowały w 2012 r. głównie podczas typów cyklonalnych (69%), najczęściej przy typach Bc, Wc, NWc i dały 87% sumy rocznej opadu. W 2012 r. nie wystąpiło zagrożenie suszą rolniczą, a hydrologicznymi konsekwencjami suszy atmosferycznej były obniżenie stanów wód powierzchniowych oraz ograniczenie zasobów wód podziemnych. Wykazano, że niedobory opadów zaznaczyły się wyraźniej w zachodniej części dorzecza z dużym nasileniem w obszarze górskim.The paper characterizes precipitation in 2012 in the upper Vistula basin based on data collected from eleven stations, including: Bielsko-Biała, Katowice, Kraków, Kasprowy Wierch, Kielce, Nowy Sącz, Tarnów, Sandomierz, Rzeszów and Lesko. Precipitation in 2012 is presented in the wider background of the period 1961-2012 (monthly data) and 2000-2012 (daily data). According to applied criterion the 2012 was dry at 7 stations, very dry at 1 station and normal at 3 stations. During spring and summer negative anomalies of precipitation were recorded. The highest values of negative anomalies were in May, July, August and November while positive anomalies were mainly in January and October. Key role for negative anomaly in total precipitation had amount of precipitation. The study demonstrates that the number of days with precipitation ≥10 mm and ≥30 mm was much lower than average of the period 2000-2012. The longest dry sequences in 2012 lasted 19 days in Sandomierz and 18 days in Kielce in January and February. Atmospheric dry spells occurred from two times in Kasprowy Wierch to nine times in Sandomierz, especially in first half of 2012, mostly in March. According to the calendar of T. Niedźwiedź in the upper Vistula basin 53,5% days in 2012 were connected with anticyclonic situations and 45,6% with cyclonic situations, almost the same as in the period 2000-2012. Similar frequency of synoptic situations points out that dry year does not have to be connected with increase in occurrence of anticyclonic types. About 75% days without precipitation in Kraków in 2012 was connected with anticyclonic situations, mostly in January and March. The highest conditional probability of days without precipitation was linked with situations: Ca (central anticyclonic), SWa (anticyclonic from SW), Ka (anticyclonic wedge) and Na (anticyclonic from N). Days with precipitation in Kraków in 2012 occurred mostly during cyclonic types (69%) and gave 87% of annual precipitation.In the upper Vistula basin in 2012 atmospheric drought occurred but there was not agricultural drought. Consequences of dry year were decline of surface water level and reduction of groundwater resources. The study also shows greater intensity of dry period in 2012 in the western part of the upper Vistula basin, especially in the mountain area