Analiza zjawiska transportu

Temat projektu wynika ze specyfiki zjawiska jakie stanowi transport materiału organicznego podczas przepływu wody. Materiał ten określa się najczęściej mianem rumoszu roślinnego lub organicznego, a jego skład zależy od charakterystyki cieku. W warunkach rzek górskich będzie to najczęściej tzw. gruby rumosz drzewny, na który składać się będą całe drzewa, krzewy oraz ich fragmenty gałęzie, pnie. Natomiast specyfiką rzek nizinnych jest duży udział tzw. drobnej materii organicznej, na którą składać się będą zarówno fragmenty roślinności wodnej jaki i lądowej porastającej tereny zalewowe (liście, łodygi, źdźbła traw, gałęzie itp.). Gruby rumosz drzewny w trakcie przepływu wód powodziowych stanowi istotne zagrożenie dla mostów i innych budowli wodnych, może też powodować powstawanie zatorów dodatkowo spiętrzających płynącą wodę. Wpływa to pośrednio jak również bezpośrednio na wzrost zagrożenia przeciwpowodziowego w dolinach rzecznych.

W ramach planowanego projektu, autorzy pragną skupić się głównie na drobnym rumoszu roślinnym, który posiada istotne znaczenie w analizie przepływów rzek nizinnych. Znaczenie drobnego rumoszu roślinnego w ramach analizowanego zjawiska sprowadza się do kilku istotnych aspektów:

• hydrodynamicznego (przepływające z wodą elementy roślinne zatrzymują się na drzewach, krzewach zwiększając opory hydrauliczne przepływu, wpływają także na zmianę charakteru przepływu wody przez strefę roślinną – z mikrostrukturalnego na makrostrukturalny),
• ekologiczny (transportowana biomasa deponowana w innych miejscach koryta znacząco wpływa na zmianę warunków siedliskowych),
• ekonomiczny (drobna materia organiczna osadzająca się na kratach urządzeń hydrotechnicznych – np. wlot do turbin elektrowni wodnych, ujęć wody itp. – stanowi istotne utrudnienie funkcjonowania tych urządzeń, a ich czyszczenie znaczne koszt).

Celem planowanego projektu jest więc szeroka (hydrodynamiczna, ekologiczna i ekonomiczna) analiza zjawiska transportu i deponowania rumoszu roślinnego w obrębie koryta rzeki.

Realizacja niniejszego projektu pozwoli ocenić intensywność procesu transportu drobnej materii organicznej w korytach rzek nizinnych. Analizowany problem badawczy sprowadza się do określenia jakościowych i ilościowych parametrów rumoszu, a także powiązania rodzaju rumoszu z formami zagospodarowania doliny rzecznej (pola uprawne, łąki oraz odcinki leśne rzek).

Kolejny problem stanowi identyfikacja parametrów rumoszu roślinnego dla odmiennych warunków przepływu (np. dla przepływów niskich i średnich, a rumoszem dla przepływów powodziowych). Osobny problem badawczy związany jest z oceną zmiany warunków przepływu w trakcie zjawiska deponowania rumoszu w obrębie struktury krzewów i drzew. Związane jest to z gęstością zakrzewień i rozmieszczenia drzew.

Prowadzone będą również pomiary hydrometryczne w obrębie krzewów i drzew, gdzie materia taka najczęściej się osadza.

Autorzy planują wykonanie eksperymentu polegającego na zanurzaniu całych wyciętych i odpowiednio obciążonych krzewów (20 szt. o różnej wielkości i gęstości) w korycie rzeki. Badania obejmą pomiary rozkładów prędkości w obrębie zanurzonego krzewu (bez zdeponowanego rumoszu i z jego udziałem) oraz ciągły pomiar ilości i jakości dopływającej drobnej materii roślinnej. Dodatkowo w ramach projektu przewidziano ciągły monitoring przepływu materii organicznej osądzającej się na kratach elektrowni wodnych dla wybranych 20 odcinków rzek nizinnych (Prosna, Gwda, Brda, Filnta, Wełna, Piława, Moskawa).

Do badań wytypowane zostaną kilku-, kilkunastokilometrowe odcinki rzek zróżnicowane pod względem zagospodarowania terenów zalewowych i brzegów (odcinki leśne i śródpolne rzek), przy czym pozostałe czynniki ekologiczne odcinka badawczego będą niezmienione. Efektem końcowym tych badań będzie m.in. powiązanie ilości i jakości rumoszu ze stanem ekologicznym rzek.

W ramach projektu planowane są również bezpośrednie pomiary rumoszu roślinnego zdeponowanego na terenach zalewowych.

Badania będą realizowane dla 40 przekroi badawczych zlokalizowanych w obrębie wybranych rzek (Warta, Prosna, Gwda, Brda, Filnta, Wełna, Piława, Moskawa). Wybrane przekroje charakteryzują się szerokością od 5 m do 500 m oraz dużym, naturalnym zróżnicowaniem form użytkowania międzywala: pastwiska i łąki, ale także gęste zarośla i tereny zadrzewione. Pozwoli to zróżnicować spodziewane efekty badań. W trakcie badań zinwentaryzowana zostanie struktura roślinności krzewiastej na tym terenie, w tym wyznaczony zostanie parametr charakteryzujący położenie krzewów w stosunku do nurtu rzeki. Za pomocą urządzenia LAI-2000 oznaczona zostanie gęstość krzewów. W trakcie badań ocenie będzie podlegał także materiał zdeponowany na strukturze krzewów w czasie powodzi 2010. Ocena rumoszu zdeponowanego w obrębie krzewów polegać będzie na określeniu jego masy, wielkości elementów roślinnych oraz jego składu gatunkowego. Ubiegłoroczna powódź w zlewni rzeki Warty była największa od 1979 roku, a rumosz zatrzymany w gęstej strukturze krzewów na badanym odcinku utrzymuje się do dziś. Istotnym aspektem popularyzacji uzyskanych wyników, mogącym przynieść wymierne efekty gospodarcze, będzie przedstawienie ich administracji wodnej w Polsce – Regionalnych Zarządach Gospodarki Wodnej oraz Wojewódzkich Zarządach Melioracji i Urządzeń Wodnych. Autorzy projektu zamierzają także przedstawić wyniki badań w ramach seminariów branżowych adresowanych do środowiska inżynierów i projektantów z dziedziny budownictwa wodnego, organizowanych np. przez Okręgowe Izby Inżynierów Budownictwa lub Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Wodnych i Melioracyjnych.

Wyniki prac cząstkowych oraz wyniki ostateczne będą przedstawiane na konferencjach krajowych i zagranicznych (np. 13th EWRS International Symposium on Aquatic Plants, XI International Congress of Ecology (INTECOL), EUROMECH Colloquium - Ecohydraulics: linkages between hydraulics, morphodynamics and ecological processes in rivers). Ostateczną formą upowszechnienia uzyskanych wyników będzie publikacja artykułów w czasopismach indeksowanych m.in.: Hydrobiologii, Journal of Environmental Engineering and Landscape Management, Ecohydrology, Journal of Hydraulic Research). Autorzy projektu zamierzają również uruchomić stronę internetową projektu (w języku polskim i angielskim). Poprzez stronę internetową możliwy będzie dostęp do wyników projektu oraz opracowanych aplikacji.