Nature reserve impact on the Jeziorsko lowland reservoir performance

Głównym celem prezentowanych badań jest analiza wpływu rezerwatu przyrody na eksploatacje zbiornika nizinnego Jeziorsko. Jest to zbiornik wielozadaniowy usytuowany na odcinku rzeki Warty od km 484+300 do km 503+800, który pracuje w cyklu rocznym wyrównawczym. W 1998 roku, w górnej części zbiornika tj. od mostu w miejscowości Warta w km 503+560 aż do km 500, Rozporządzeniem Ministra Środowiska Zasobów Naturalnych i Leśnictwa z dnia 23 grudnia 1998 r., został utworzony rezerwat przyrody „Jeziorsko”. W tej sytuacji na zbiorniku obserwujemy naturalny, niezakłócony pracami bagrowniczymi proces akumulacji. W pracy przedstawiono analizę wpływu procesu zarastania oraz zamulania, czego wynikiem jest podpiętrzenie wody w cofkowej części zbiornika. Rezultatem tych procesów jest wzrost zagrożenia powodziowego na omawianym zbiorniku.The main goal of research presented here is an analysis of nature reserve impact on the performance of the lowland Jeziorsko Reservoir. The Jeziorsko Reservoir is located between sections at km 484+300 and km 503+800 on the Warta River reach. It is multipurpose reservoir working in annual scheme. In 1998 the Nature Reserve "Jeziorsko" was created by Ministry of Environment, Nature Resources and Forestry. The Nature Reserve is located in the upper part of the Jeziorsko Reservoir. Due to that fact one may observe intensive process of sediment accumulation in the upper part of the reservoir. This process is totally free of man's actions, what means it is not disturbed by any hydro-engineering works. In the paper the analysis of vegetation growth and sediment deposition processes is presented. As the result of these processes the water levels in the backwater part of the Jeziorsko Reservoir are significantly are raised, what causes increase of flood risk in the nearby areas

Analiza warunków przepływu w zbiorniku Stare Miasto z uwzględnieniem właściwości osadów

W przedstawionym artykule analizowane są warunki przepływu w zbiorniku wodnym Stare Miasto. Analizy uwzględniają wpływ parametrów hydraulicznych na rodzaj procesów sedymentacyjnych i erozyjnych w zbiorniku. Obiekt wybrano ze względu na jego specyficzną konstrukcję. Jest to zbiornik dwustopniowy. Górna część jest oddzielona od głównego zbiornika przegrodą z przelewem zastawkowym. Dzięki takiemu układowi, w górnej część tworzą się warunki dogodne do tworzenia odkładów rumowiska. Jednak istnienie dodatkowych konstrukcji, takich jak przegroda i most autostrady A2, mogą zaburzyć przebieg procesu transportu rumowiska tworząc lokalne efekty erozyjne. W badaniach posłużono się zgromadzonymi materiałami obejmującymi geometrię czaszy zbiornika, wymiary uwzględnionych budowli, hydrologię oraz zakres piętrzeń na zaporze. Analizy przeprowadzono na podstawie obliczeń symulacyjnych wykonanych za pomocą programu HEC-RAS. W analizach zwrócono uwagę na rozkłady prędkości oraz tzw. moc strumienia będącą podstawą metody Yanga (1973). W celu lepszego przedstawienia wyników zdefiniowano miary bezwymiarowe będące odpowiednikami analizowanych wielkości. Wyniki analiz zweryfikowano poprzez porównanie historycznego kształtu wybranych przekrojów z pomierzonymi przekrojami dna zbiornika. Zastosowane metody pozwoliły wiarygodnie zidentyfikować miejsca zwiększonego deponowania rumowiska oraz erozji. Konstrukcja dwustopniowa spełnia swoje zadanie, tzn. większość rumowiska powinna być zatrzymywana przez górną przegrodę

Functioning of small lowland reservoirs with pre-dam zone on the example of Kowalskie and Stare Miasto Lakes

The main problem described in the paper is performance of two-stage reservoirs. It means such a reservoir which is split into preliminary sedimentation zone and main storage located below. The first zone enables separation of fine sediment particles transported as bed-load or suspended load. The main reservoir located below the sedimentation zone is supplied with partially cleaner water. The purpose of the research is analysis and assessment of efficiency for the described approach taking into account the prevention from sediment accumulation and degradation of water quality in the main reservoir. For the purpose of this research, two lowland reservoirs are under consideration, because the problems mentioned are observed mainly in such kind of reservoirs. These are the Kowlaskie Lake in the Glowna river and the new Stare Miasto reservoir in the Powa river. The structure of both reservoirs is similar but other parameters differ significantly. The Kowalskie Lake is bigger reservoir with capacity equaling to 6.58.105 m3. The Stare Miasto reservoir is "only" 2.161.105 m3 large. The reservoir differ also in the magnitude of characteristic discharges. The analysis of hydraulic conditions is done by means of computer simulation. Their basis is HEC-RAS package and specially prepared water conditions scenarios. In both cases, the simulations presented in the paper are calculated for normal water level in the dam cross-section and maximum observed discharge as inflow to the reservoir. The scenarios applied differ in size of gate opening in the barrier, which split the reservoir into two parts. In the paper two cases are presented. These are minimum opening and full opening. In the first case, the water level in sedimentation zone increased above normal water level and the conditions for sedimentation of transported particles are better. The opening of gates causes lower differences in water levels between sedimentation zone and main reservoir part. The mixing of water is intensive, what is the effect of larger capacity of spillway gates. The analysis of water quality was done on the basis of repeated measurements of selected solutes concentrations in a number of points along the profile. The results show that the concentration of dissolved oxygen is greater in the main part of the reservoir. The concentrations of biogenic substances are significantly lower. Presented remarks proves, that the impact of preliminary sedimentation zone on the water quality and limitation of sediment accumulation in the main reservoir is positive. The primary conclusion drawn from the analyses is recommendation for broader use of the two-stage reservoirs. Such approach is effective and relatively cheap

Ocena wpływu zbiornika retencyjnego na zmianę reżimu hydrologicznego rzeki nizinnej – zbiornik Stare Miasto na rzece Powie

The purpose of the presented research is analysis and assessment of the Stare Miasto reservoir impact on the hydrological regime changes of the Powa River. The reservoir was built in 2006 and is located in the central part of Poland. The total area of inundation in normal conditions is 90.68 ha and its capacity is 2.159 mln m3. Hydrological regime alteration of the Powa River is analysed on the basis of daily flows from the Posoka gauge station observed during period 1974–2014. Assessment of hydrological regime changes is carried out on the basis of Range of Variability Approach (RVA) method. All calculations are made by means of Indicators of Hydrologic Alteration (IHA) software version 7.1.0.10. The analysis shows that the Stare Miasto reservoir has a moderate impact on hydrological regime of the Powa River. Construction of the reservoir has positive effect on stability of minimal flows, which are important for protection of river ecosystems. The results obtained indicate that the Stare Miasto reservoir reduces a spring peak flow and enables to moderate control of floods.Celem pracy była analiza i ocena wpływu zbiornika Stare Miasto na zmianę reżimu hydrologicznego rzeki Powy. Zbiornik został zbudowany w 2006 r. i zlokalizowany jest w centralnej części Polski. Powierzchnia zbiornika w normalnych warunkach piętrzenia wynosi 90,68 ha, a jego pojemność 2,159 mln m3. Do analizy zmian reżimu hydrologicznego rzeki Powy wykorzystano dane codziennych przepływów z wodowskazu Posoka z lat 1974–2014. Ocenę zmian hydrologicznych przeprowadzono z wykorzystaniem metody RVA (ang. Range of Viariability Approach). Obliczenia wykonano za pomocą oprogramowania IHA 7.1.0.10. Przeprowadzona analiza wykazała, że zbiornik Stare Miasto ma umiarkowany wpływ na reżim hydrologiczny rzeki Powy. Budowa zbiornika miała pozytywny wpływ na stabilizację przepływów minimalnych, które są istotne dla ochrony ekosystemów rzecznych. Uzyskane wyniki wskazują, że zbiornik Stare Miasto wpływa na złagodzenie fali przepływów maksymalnych i umożliwia umiarkowaną kontrolę powodzi

Assessment of Biogenic Compounds Elution from the Główna River Catchment in the Years 1996-2009

W pracy dokonano oceny ładunków związków biogennych wymywanych ze zlewni rzeki Głównej w latach 1996-2009. Obliczono roczne i półroczne ładunki: azotu amonowego, azotu Kjedahla, azotu azotanowego, azotu ogólnego, fosforanów i fosforu ogólnego. Uzyskane wyniki przeanalizowano na tle warunków hydrometeorologicznych, zmian sposobu użytkowania i zagospodarowania terenu oraz stanu gospodarki wodno-ściekowej. Na podstawie obliczonych jednostkowych ładunków azotu i fosforu ogólnego wymywanych ze zlewni rzeki Głównej oszacowano zasilanie zbiornika Jezioro Kowalskie tymi związkami. Powyższa ocena jest niezbędna do opracowania koncepcji działań zmierzających do ochrony zbiornika retencyjnego Jezioro Kowalskie przed eutrofizacją. Zbiornik retencyjny Jezioro Kowalskie o powierzchni 203 ha usytuowany jest w zlewni rzeki Głównej. Całkowita długość rzeki wynosi 43 km, a zapora czołowa zlokalizowana jest w 15+423 km. Pole powierzchni zlewni wynosi 235,81 km2, w tym całkowita zlewnia zbiornika stanowi 189,35 km2. Zlewnia ma charakter nizinny, w którym przeważającą część zajmują obszary użytkowane rolniczo, grunty orne stanowią 57,5% a użytki zielone 7,5%. Do pozostałych form użytkowania zaliczyć można lasy (24,7%), tereny zurbanizowane (7,4%) oraz wody powierzchniowe (2,9%). Głównymi czynnikami wpływających na stan wód powierzchniowych w zlewni są źródła o charakterze punktowym, których występowanie wiąże się z nie do końca uporządkowaną gospodarką wodno-ściekową oraz te o charakterze obszarowym związane z działalnością rolniczą. Przeprowadzone analizy wykazały, że zbiornik retencyjny Jezioro Kowalskie w latach 1996-2009 był pod silną presją czynników antropogenicznych. Wody rzeki Głównej zasilające zbiornik retencyjny charakteryzowały się wysokimi stężeniami fosforanów i azotu Kjeldahla.The purpose of the presented study is to assesses the loads of nutrients leaching from the catchment of the river Główna in 1996-2009. The annual 1996-2006 charges of several compounds are calculated. The analysis include ammonium, Kjeldahl nitrogen, nitrate nitrogen, nitrogen general, phosphates and total phosphorus. The results are compared with hydro-meteorological conditions, changes in land usage and management as well as the state of water supply and wastewater treatment. Calculated unit loads of nitrogen and phosphorus washed outwith sink river Główna are the basis for estimation of inflow of this compounds to the Jezioro Kowalskie lake. Such assessment is essential to develop the concept of action to protect the reservoir Jezioro Kowalskieagainst eutrophication. The chosen study area, namely the Jezioro Kowalskie lake, is an reservoir of 203 hectares inundation area. It is located in the catchment of the Główna river. The total length of the river is 43 km. The main dam is located in km 15+423. The total catchment area is 235.81 km2. The catchment area of the lake is 189.35 km2. The reservoir is very unusual because it has a specific shape. It is divided into two parts in such a way that preliminary reservoir and the main reservoir parts may be specified. The flow between the upper and the lower part is constrained. Because the upper part is smaller and works as sedimentation tank. The basin is lowland, where the majority of the occupied areas is used for agriculture, arable land account for 57.5% and 7.5% grassland. The other forms of use include the forests (24.7%), urban areas (7.4%) and surface water (2.9%). The main factors, which impact on the status of surface waters in the catchment, are the point sources of pollutants. The problems of lack of order in local water supply network and wastewater treatment are the reasons that such sources occur in the catchment. There are also surface sources of pollutants associated with agricultural activities.The analyzes carried out showed that reservoir Jezioro Kowalskie in the years 1996-2009 was under strong pressure from anthropogenic factors. The Główna river supply reservoir with water characterized by the high concentrations of phosphate and nitrogen Kjeldahl

Analiza procesu wegetacji w dwustopniowym zbiorniku retencyjnym na podstawie zdjęć satelitarnych – zbiornik Radzyny na rzece Sama

The main purpose of the study was to assess the dynamics of the vegetation process in a two-stage reservoir on the basis of satellite data. The analysis is based on Sentinel-2 satellite data from the period 2015-2017. The normalized difference vegetation index (NDVI) was selected to detect the vegetation process in the Radzyny reservoir located on the Sama river. The reservoir is split into two parts – the main and the pre-dam zone. The main role of the pre-dam reservoir is to store sediments and water pollutants. The main problem related to the management of the Radzyny reservoir is water quality. Particularly high concentrations of phosphorus compounds may lead to reservoir vegetation. The vegetation process was analyzed for the main and pre-dam reservoir. To specify areas mainly affected by vegetation, the reservoir was split into 10 parts, depending on the distance from the inflow of the Sama river (distance between profiles splitting polygons is 500 m). All calculations were performed using Quantum GIS 2.18 and ArcGIS 10.5 software, and statistical analysis was conducted with Statistica 13 software. The analysis showed that the NDVI values in the period from May to September in the pre-dam reservoir were higher than those recorded in the main reservoir. The greatest variation of the NDVI within the pre-dam reservoir was observed in August while the lowest was observed in May. In the main reservoir, NDVI values were characterized by similar variability. The analysis of the vegetation process along the reservoirs showed that in the pre-dam reservoir in zones 1-4 there was a marked decrease in the NDVI. The highest NDVI values occurred at the inlet to the pre-dam reservoir (zone 1) while the lowest values occurred near the pre-dam (zone 4). The results indicate that the functions assumed at the design stage for the preliminary reservoir have been implemented, i.e. protection of the main reservoir against sediment accumulation and water quality degradation. SENTINEL-2 satellite imagery allows analysis of the vegetation process in retention reservoirs in terms of time and space. The study suggests that open-access satellite data are a more effective source for aquatic monitoring than traditional in situ measurements, in which water bodies are represented by a single sampling point.Celem pracy była analiza procesu wegetacji w dwustopniowym zbiorniku retencyjnym na podstawie zdjęć satelitarnych. Do analizy wykorzystano zobrazowania z satelity Sentinel-2 z okresu 2015-2017. Ocenę procesu wegetacji w zbiorniku Radzyny na rzece Samie przeprowadzono na podstawie indeksu spektralnego - Normalized Vegetation Index (NDVI). Analizowany zbiornik Radzyny ma dwustopniową konstrukcję. Wydzielono w nim część główną oraz wstępną. Do podstawowych zadań części wstępnej należy ochrona zbiornika głównego przed sedymentacją oraz dopływem związków biogennych. Jednym z podstawowych problemów związanych z funkcjonowaniem zbiornika Radzyny jest dopływ związków fosforu, który prowadzi do eutrofizacji wód gromadzonych w zbiorniku. Proces wegetacji w zbiorniku Radzyny był analizowany dla części wstępnej oraz zbiornika głównego. W celu dokładnego określenia części zbiornika, które są najbardziej narażone na proces degradacji, podzielono zbiornik na 10 części, w zależności od odległości od wpływu rzeki Sama (dystans pomiędzy przekrojami ograniczającymi wydzielone strefy wynosił 500 m). Wszystkie analizy przestrzenne wykonane zostały w programie Quantum GIS 2.18 oraz ArcGIS 10.5. Analizy statystyczne zostały przeprowadzone w programie Statistica 13. Przeprowadzone analizy wykazały, że wartości wskaźnika NDVI w okresie od maja do września były wyższe w zbiorniku wstępnym. Największą zmienność wskaźnika NDVI w części wstępnej zaobserwowano w sierpniu, natomiast najmniejszą w maju. Zbiornik główny w okresie 2015-2017 charakteryzował się niższymi wartościami i większą stabilnością wskaźnika NDVI. Analiza zmienności NDVI wykazała, że w części wstępnej (strefy 1-4) następuje spadek wartości na długości zbiornika. Najwyższe wartości wskaźnika występują w pobliżu wpływu rzeki do zbiornika (strefa 1), podczas gdy najniższe przy przegrodzie (strefa 4). Na podstawie uzyskanych wyników, potwierdzono, że część wstępna pełni funkcję ochronną zbiornika głównego, m.in. ogranicza dopływ związków biogennych oraz skupia proces akumulacji osadów dennych. Uzyskane wyniki potwierdzają możliwość zastosowania danych satelitarnych Sentinel-2 do analizy procesu wegetacji w zbiornikach retencyjnych w ujęciu czasowym i przestrzennym. Stwierdzono, że analiza na podstawie zobrazowań satelitarnych charakteryzuje się większą efektywnością w monitoringu środowisk wodnych niż tradycyjne pomiary terenowe, w których wody powierzchniowe oceniane są na podstawie pojedynczych pomiarów