Zmiana odpływu wezbraniowego w małej zlewni leśnej Pojezierza Krajeńskiego po zabudowie cieku

Badania terenowe prowadzono w małej zlewni leśnej znajdującej się na Pojezierzu Krajeńskim, na terenie Nadleśnictwa Lipka w leśnictwie Biskupice. Powierzchnia zlewni wynosi 182 ha, z czego 95% to tereny leśne, pozostałe 5% stanowią grunty orne i łąki. Pomiary terenowe obejmowały ciągłą rejestrację stanów wody w cieku na przelewie Thomsona i cotygodniowe pomiary stanów wody gruntowej w dziesięciu studzienkach. W trakcie badań dokonano zabudowy cieku poprzez wybudowanie na nim sześciu urządzeń piętrzących – zastawek stałych. Zestawione sumy opadów oraz wskaźniki odpływów obliczono na podstawie bezpośrednich pomiarów. Ewapotranspirację dobową obliczono według metody Konstantinowa, a następnie obliczono jej sumy miesięczne i roczne. Zmianę retencji obliczono na podstawie pomiarów stanów wód gruntowych, zakładając 34% porowatość gleby w strefie wahania sie wód gruntowych. Rok hydrologiczny 2004/2005 należy do lat przeciętnych pod względem sumy rocznej opadów atmosferycznych oraz średniej rocznej temperatury powietrza, które to wartości znajdują się w odpowiednich przedziałach 90–110% wartości średnich dla wielolecia. Współczynnik odpływu rocznego z badanej zlewni wynosi 0,330. Potwierdza to zasadność zabudowy badanego cieku w celu utworzenia tzw. małej retencji. Nie stwierdzono jednak wyraźnego wpływu zabudowy cieku na składniki bilansu wodnego zlewni. Nie stwierdzono wyraźnego wpływu zabudowy cieku na wahania się lustra wody gruntowej w najpłytszych studzienkach położonych najbliżej cieku. Wahania stanów wód gruntowych we wszystkich dziesięciu obserwowanych studzienkach przebiegają prawie synchronicznie. Najwyraźniej wpływ zabudowy cieku można wykazać analizując odpływy wezbraniowe. Poddano więc analizie 14 zaobserwowanych fal wezbraniowych, 6 „przed” i 8 „po” zabudowie cieku. Każdą falę wezbraniową opisano konceptualnym modelem Nasha. Opady efektywne dla poszczególnych wezbrań obliczono na podstawie współczynników odpływów wezbraniowych, tzn. ilorazów wskaźników odpływu wezbraniowego i sum opadów powodujących wezbrania. Przyjęto stałą liczbę zbiorników w kaskadzie równa 2. Przyjecie stałej liczby zbiorników N=2 podyktowane jest dwoma faktami: parametr ten powinien być stały dla danej zlewni, obliczenia dla N=1 i N=3 dawały mniejsza zgodność odpływów wezbraniowych pomierzonych i symulowanych. Średnie wartości stałych czasowych dla fal wezbraniowych „po” zabudowie cieku były o około 50% większe niż dla fal „przed” zabudowa cieku. W konsekwencji można postawić hipotezę, iż czas przebywania wód wezbraniowych w zlewni na skutek zabudowy cieku zastawkami został istotnie wydłużony. Wydaje się zatem zasadne zastosowanie w programach tzw. małej retencji w lasach wykonywania zabudowy cieków systemami małych, prostych zastawek.

The field investigations were carried out in a small forest catchment situated in the area of the Krajeńskie Lakeland, in the Lipka Forest District, the Biskupice Forest Range. The catchment covers the area of 182ha; 95% is covered by forests and 5% by arable land and meadows. The field measurements comprised a continuous recording of the course water levels at the Thompson’s overflow and weekly measurements of groundwater levels in ten wells. Construction development was introduced on the area of the watercourse during the conducted research: six damming devices (installations) constant weirs-were constructed there. The sums of precipitation and indices of high water stages were calculated on the basis of direct measurements. Daily evapotranspiration was calculated according to Konstantinow method, and next its monthly and annual sums were calculated. Changes in storage levels were calculated on the basis of the groundwater levels measurements. The hydrological year 2004/2005 is an average one considering the annual atmospheric precipitation sum, as well as mean annual air temperature; the values are in the adequate intervals of 90–100% of the multi-annual mean values. The annual outflow coefficient from the catchment in focus equals to 0.330. It confirms the necessity of developing the discussed watercourse in order to create the so-called small retention. However, no significant influence was found of the development on the water balance components of the catchment. No clear influence of the watercourse development was found on the fluctuations of groundwater table in the shallowest wells situated in the closest neighbourhood of the course. Groundwater level fluctuations run almost simultaneously in all the ten wells. The influence of the watercourse bank development can be clearly described conducting an analysis of direct runoffs. 14 recorded high water waves were subject to analysis; 6 prior to the development and 8 following it. Each of the waves was described applying Nash’s conceptual model. Effective rainfall for the successive high water stages were calculated on the basis of the direct runoffs coefficients i.e. quotients of indices of the direct runoff and sums of precipitation bringing about the runoffs. A constant number of 2 reservoirs in a cascade was assumed. Assuming a constant number of reservoirs N=2 is conditioned by two factors: – the parameter should be constant for a given catchment, – calculations for N=1 and N=3 presented a lower coincidence of measured and simulated direct runoffs. Means of time-constants for high water waves after the development were higher by approx. 50% than for the waves prior to the construction. Resulting from it a hypothesis can be constructed here stating that the time of runoff water deposition in the catchment as a result of the weirs development was significantly prolonged. It can be thus assumed that systems of small and basic weirs should be applied in forest small retention programmes.