The impact of snow-melt-rain flood on runoff denudation from small lowland catchments (on example of left-bank tributaries of the Lower Wieprza River)

The aim of the paper is the evaluation of the surface runoff impact on chemical composition of waters, transport of suspension and dissolved substances out of the catchment in two left-bank tributaries of the lower Wieprza River – Potok Starokrakowski and Jarosławianka. During the flood discharges were several tens times higher than the average recorded in that period. In Potok Starokrakowski the discharge was 500 dm³/s (typical discharges 10-20 dm³/s) and in Jarosławianka 1500 dm³/s (typical discharges 10-40 dm³/s). The rapid increase in discharge in the streams caused activation of suspension transport in both catchments. In Potok Starokrakowski the suspension content in the flood period was 56.5 mg/dm³, while in Jarosławianka 160.3 mg/dm³. In the flood period, a considerable decrease in the concentration of some dissolved substances, including Na+, Ca2+, Mg2+ and Cl-, was observed. Simultaneously, an increase in the concentration of ammonium nitrogen (NH4-N), potassium, total organic carbon and Kjeldahl’s nitrogen (NK) was observed in both streams. Observed flood had huge meaning in suspended and soluted substances transport out of both catchments.

Począwszy od stycznia 2006 roku, w kilku małych zlewniach lewobrzeżnych dopływów Wieprzy, w okolicy Starego Krakowa, rozpoczęto badania właściwości chemicznych i fizykochemicznych wody odprowadzanej do Wieprzy przez cieki oraz przystąpiono do ilościowej i jakościowej oceny odpływu powierzchniowego, a także natężenia transportu materiału rozpuszczonego i zawiesiny. Na przełomie stycznia i lutego 2007 roku zaobserwowano na terenie zlewni gwałtowne ocieplenie, co spowodowało szybkie topnienie pokrywy śnieżnej. Równolegle wystąpienie znacznych opadów deszczu spowodowało, że został uruchomiony spływ powierzchniowy o dużej intensywności. Celem niniejszej pracy jest ocena wpływu obserwowanego spływu powierzchniowego na chemizm wód, transport zawiesiny oraz transport substancji rozpuszczonych poza zlewnię w dwóch lewobrzeżnych dopływach dolnej Wieprzy – Potoku Starokrakowskim i Jarosławiance. Cechą charakterystyczną tych cieków jest głębokie wcięcie ich dolin w dość płaskie podłoże utworzone przez osady zastoiskowe (mułki ilaste z cienkimi wkładkami bardzo drobnoziarnistych piasków) spoczywające na glinach zwałowych. Na uwagę zasługuje silnie rozwinięta sieć hydrologiczna w obrębie zlewni. Podstawą zasilania cieków są wysięki wód gruntowych ze zboczy dolinek oraz okresowo wody drenarskie. Wyniki badań z roku 2006 dotyczące wielkości przepływów w ciekach oraz ładunku zawiesiny i stężeń substancji rozpuszczonych wskazywały na małą intensywność procesów denudacji w obrębie analizowanych zlewni. W okresie wezbrania odnotowano w ciekach kilkadziesiąt razy większe przepływy wody w stosunku do przeciętnych. W Potoku Starokrakowskim przepływ wyniósł 500 l/s, a w Jarosławiance 1500 l/s. Gwałtowne zwiększenie przepływu w ciekach spowodowało uruchomienie transportu zawiesiny w obydwu zlewniach. W Potoku Starokrakowskim odnotowano jej stężenie na poziomie 56,5 mg/l, zaś w Jarosławiance 160,3 mg/l. Dobowy ładunek zawiesiny w okresie wezbrania w Potoku Starokrakowskim wzrósł 145-krotnie, a w Jarosławiance 780-krotnie w stosunku do wartości średniej dla pozostałego okresu badań. W trakcie wezbrania ze zlewni Potoku Starokrakowskiego wynoszone było 2440,8 kg/dobę zawiesiny, zaś ze zlewni drugiego cieku 20774,9 kg/dobę. Wraz ze wzrostem stężenia zawiesiny, która ma częściowo charakter organiczny, odnotowano wzrost stężenia węgla organicznego oraz azotu Kjeldahla (NK). Również stężenia jonów uznawanych za ruchliwe w środowisku, takich jak K+ i NH4 utrzymywały się na wysokim poziomie. W przypadku pozostałych substancji rozpuszczonych (Na+, Ca2+, Mg2+ i Cl-) obserwowano znaczne spadki stężeń. Przeprowadzona seria pomiarów wykazała, że zjawiska o charakterze ponadprzeciętnym, jak obserwowany gwałtowny spływ powierzchniowy, mają ogromne znaczenie w transporcie materii poza zlewnię rzek, a tym samym odgrywają podstawową rolę w kształtowaniu morfologii zlewni, szczególnie samych dolin rzecznych. Wystąpienie kilkudniowego wezbrania powoduje skutki, które przy przeciętnych przepływach zaszłyby dopiero po kilku latach. Obserwowane wezbranie odgrywało kluczową rolę w transporcie poszczególnych substancji rozpuszczonych w wodzie. Niezależnie od tego, czy w okresie wezbrania obserwowano niższe czy wyższe stężenia jonów w stosunku do sytuacji przeciętnej, biorąc pod uwagę wielkość przepływu, okres wezbrania w sposób decydujący wpłynął na roczny ładunek poszczególnych składników w obydwu zlewniach. W ciągu jednej doby wezbrania poza zlewnię są transportowane od kilku do kilkuset razy większe ładunki substancji rozpuszczonych niż poza okresem wezbrania.