Charakterystyka obszaru

Odcinek ujściowy strumienia do zatoki zbiornika jako przykład działań mających na celu redukcję ładunku związków biogennych pochodzącego ze zlewni rolniczo-leśnej doprowadzanego strumieniem do zatoki zbiornika i prowadzącego do formowania się zakwitów toksycznych sinic w odcinku ujściowym strumienia.

Ryc. Źródło: geoportal.gov.pl

Charakterystyka stanu istniejącego

Charakterystyka ogólna

Poligon demonstracyjny Swolszewice położony jest w zlewni Dopływu z Goleszy Dużych, który bezpośrednio zasila Zbiornik Sulejowski. Powierzchnia zlewni badanego cieku wynosi 9,97km2 System rzeczny zlewni tworzą ciek główny (Dopływ z Goleszy Dużych) oraz jego prawobrzeżny dopływ uchodzący na 0,3km. Długość obu cieków wynosi odpowiednio 4,72km i 3,11km. Ważnym elementem sieci rzecznej zlewni jest dobrze zaznaczony w terenie system rowów melioracyjnych, wraz z którymi gęstość sieci rzecznej wynosi 1,99km/1km2. W krajobrazie zlewni dominują tereny rolnicze oraz rozmieszczone wzdłuż dolin rzecznych lasy.

Budowa geologiczna

W rejonie poligonu demonstracyjnego Swolszewice, Szczegółowa Mapa Geologiczna Polski, arkusz Sulejów, skala 1 : 50 000, dokumentuje dominację piasków rzecznych tarasów nadzalewowych ze zlodowacenia północnopolskiego, a także holoceńskich piasków rzecznych.
Ww. charakterystykę budowy geologicznej uzupełnia archiwalny przekrój geologiczny przebiegający z południa na północ przez poligon demonstracyjny Swolszewice, który potwierdza występowanie plejstoceńskich piasków tarasów rzecznych (zlodowacenie północnopolskie) a w nich wkładkę holoceńskich piasków rzecznych związanych z akumulacyjną działalnością Dopływu z Goleszy Dużych. Pod ww. piaskami na rzędnej ok. 157 – 163 m n.p.m. przekrój dokumentuje występowanie glin zwałowych ze zlodowacenia południowopolskiego o miąższości 10-15 m pod którymi zalegają kredowe wapienie, margle i margle piaszczyste (mezozoik).
W trakcie instalacji sieci piezometrów dokonano uszczegółowienia danych dotyczących budowy geologicznej obszaru (Zał.1 Mapa lokalizacji sieci piezometrów). Poligon demonstracyjny w Swolszewicach został zlokalizowany w obrębie form pochodzenia wodnolodowcowego - tarasów wyższych tarasów dolinowych - piezometry S6 i S7, a także form pochodzenia rzecznego – w obrębie doliny Dopływu z Goleszy Dużych – piezometry S1, S2, S5, S8, S9, S10 i o obrębie doliny Pilicy na plaży S3. W strefie kontaktu doliny Dopływu z Goleszy Dużych, strefy brzegowej zbiornika i skłonu tarasu zlokalizowano piezometr S4. W układzie przestrzennym charakterystyczna jest sekwencja występowania utworów: od skłonu wysoczyzny ku brzegowi zbiornika: piaski gliniaste i pyły, na które są nałożone najmłodsze namuły, występujące wzdłuż kierunku przebiegu doliny (prostopadle do brzegów zbiornika i skłonu wysoczyzny).

Warunki hydrogeologiczne

W obrębie poligonu demonstracyjnego Swolszewice pierwsze zwierciadło wód podziemnych stwierdzono na głębokości 0,33-2,20 m p.p.t. (tj. 166,11 – 166,24 m n.p.m.). Stwierdzone zwierciadło wody jest zwierciadłem swobodnym. Warstwę wodonośną tworzą piaski różnej granulacji (drobne, średnie, grube). Wykonana mapa hydroizohips, a także przekroje hydrogeologiczne F-F’, G-G’, H-H’, I-I’, J-J’ wskazują, że kierunek przepływu wód jest z północnego-wschodu na południowy-zachód. Główną bazą drenażu jest tutaj Zbiornik Sulejowski, chociaż układ hydroizohips wskazuje, że cechy te posiada także występujący tu Dopływ z Goleszy Dużych. W obrębie poligonu demonstracyjnego stwierdzono kontakt hydrauliczny wód podziemnych z wodami Dopływu z Goleszy Dużych i wodami Zbiornika Sulejowskiego. Warstwa wodonośna jest głównie zasilana meteorycznie, a wahania zwierciadła wody są uzależnione od wielkości opadów (zarówno deszczowych jak śnieżnych). Z zestawionych materiałów wynika, że wahania poziomu wód w zbiorniku będą wpływały na poziom pierwszego zwierciadła wód podziemnych. W piezometrze S5, położonym najbliżej Zbiornika Sulejowskiego i Dopływu z Goleszy Dużych, w obrębie gruntów mineralnych stwierdzono nieznaczny wyższy stan wód podziemnych w porównaniu z nieco dalej położonym od ww. cieku S4, co może być wiązane z piętrzeniem wód w zbiorniku (cofka).
Na podstawie przeprowadzonych laboratoryjnych badań wielkości współczynnika filtracji (w zakresie 27,61-39,36 wg metody Hazena oraz 9,73-17,05 wg metody USBSC) wynika, że zafiltrowane poziomy wodonośne charakteryzują się dobrymi parametrami filtracyjnymi.

 

Diagnoza zagrożeń

Charakterystyka chemiczna wód pierwszej warstwy wodonośnej

Analiza chemiczna wód pierwszej warstwy wodonośnej wskazuje na I klasę czystości  wód pierwszej warstwy wodonośnej dla zawartości związków biogenicznych zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Środowiska z dnia 23 lipca 2008 r. w sprawie kryteriów i sposobu oceny stanu wód podziemnych. Stężenie fosforanów wahało się w zakresie od 0,001 – 0,255 mgPO4/l, z wyjątkiem danych poboru z 30.09. kiedy to stężenie oscylowało pomiędzy 0,13-1,15 mgPO4/l. Porównując jakość wód w poszczególnych piezometrach nie odnotowano wyraźnych różnic, jedynie pkt S1 charakteryzował się nieznacznie wyższymi wartościami. Stężenie azotanów  wodach pierwszej warstwy wodonośnej oscylowało pomiędzy 0,1 – 0,3 mg NO3/l.

Charakterystyka wód powierzchniowych Dopływu z Goleszy Dużych

Przepływ strumienia mierzony metodą młynka hydrometrycznego (młynek firmy VALEPORT model 001 - seria 8011 High Impact Styrene Impeller) wahał się w zakresie 8,94 l/s – 19,5 l/s. Wody dopływu stanowią od 26,6% do 41,3% całkowitej wartości przepływu cieku głównego.
Ocena stanu wód powierzchniowych Dopływu z Goleszy Dużych w zakresie wskaźników charakteryzujących warunki biogeniczne zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Środowiska z dnia 20 sierpnia 2008 w sprawie sposobu klasyfikacji stanu jednolitych części wód powierzchniowych wskazała, że wody te należy sklasyfikować jako wody poniżej dobrego stanu ekologicznego. Wody charakteryzują się stężeniami fosforanów w zakresie 0,07 – 0,45 mg PO4/l oraz azotanów 0,6 – 12,4 mgNO3/l, azotu amonowego 0,03 – 0,23 mg NH4/l . Stężenia azotu ogólnego wahały się w zakresie 0,8 – 7,1mg N/l zaś stężenie fosforu ogólnego 0,18 – 0,78 mg P/l.
Średnia zawartość zawiesiny w wodzie wyniosła podobne wartości na objętym opracowaniem odcinku cieku i zawierała się w przedziale 11,1 mg/l – 12,1 mg/l. Najwyższa odnotowana wartość zawiesiny ogólnej to 29,4 mg/l. Analizy wskazują, że w wodzie dominuje zawiesina organiczna (średnia zawartość 77,2%).

Charakterystyka warunków hydromorfologicznych w obrębie odcinka ujściowego

Jezioro Sulejowskie ze względu na pełnioną rolę przeciwpowodziową charakteryzuje się  zmiennym poziomem piętrzenia determinowanych zdarzeniami hydrologicznymi w zlewni Pilicy, co powoduje wahania poziomu wody. Wahania wody obserwowane na zbiorniku silnie oddziaływają na odcinek ujściowy Dopływu z Goleszy Dużych szczególnie w zakresie różnicy poziomów 166,60 - 165,90 co zmienia charakter funkcjonowania tego obszaru. Przy rzędnej 166,60 i wyższej obszar ujściowy stanowi cofkę, co powoduje że intensywne procesy sedymentacji są obserwowane w początkowej strefie odcinka ujściowego natomiast poniżej rzędnej piętrzenia 166,00 strumień płynie zwartym nurtem aż do ujścia do zbiornika.  Wahania wody doprowadziły do uformowania skarp z osadów, które nie porastają roślinnością.

Zbiorowiska roślinne

W obrębie doliny cieku zidentyfikowano następujące zespoły i zbiorowiska: łęg wierzbowy, szuwar mannowy, szuwar turzycowy, zbiorowisko hydrofitów, terofity letnie. Szczegółowe rozmieszczenie zbiorowisk ilustruje zamieszczona poniżej mapa.
Łęg wierzbowy Salicetum albae to zespół leśny charakterystyczny dla  niskich teras zalewowych dolin średnich i dużych rzek zalewanych corocznie lub kilka razy w roku. Zajmuje także koryta cieków z okresowo wynurzającymi się wyspami w obrębie nurtu. Drzewostan składa się z wierzby  kruchej S. fragilis oraz ich mieszańców. Warstwa zielna w łęgach jest z reguły bujnie rozwinięta, co znajduje odzwierciedlenie na badanym terenie, i składa się z licznych gatunków nitrofilnych, takich jak: przytulia czepna Galium aparine, psianka słodkogórz  Solanum dulcamara.
W postaci zabagnionej (podzespół z trzciną pospolitą), którą reprezentuje łęg w ujściu strumienia, częste są między innymi: tojeść pospolita Lysimachia vulgaris, krwawnica pospolita Lythrum salicaria, trzcinnik lancetowaty Calamagrostis villosa i psianka słodkogórz Solanum dulcamara (Matuszkiewicz 2007). Wszystkie te gatunki zidentyfikowano na prezentowanym terenie.
Szuwar mannowy Glycerietum maximae jest zespołem trawiastym zajmującym stosunkowo płytkie (do 0,8m), okresowo wysychające wody stojące i płynące różnych typów zbiorników i cieków. Zasiedla stanowiska o podłożu gliniastym, próchnicznym, mulistym lub torfowym. Gatunkiem dominującym jest manna mielec Glyceria maxima, jednak zbiorowisko jest zwykle bogate florystycznie. Jego wysokość wynosi do 1,5–2 m (Podbielkowski i Tomaszewicz 1979).
Charakterystyczne dla szuwaru mannowego jest tworzenie wielkoobszarowych płatów sąsiadujących  ze zbiorowiskami roślin szuwarowo-wodnych, a od strony lądu z szuwarami turzycowymi, co znajduje odzwierciedlenie na terenie badań.
Zbiorowisko szuwaru wielkoturzycowego Magnocaricion rozwija się w niskich dolinach rzecznych, gdzie głębokość wody w płatach rzadko przekracza 0,5 m, a w okresie pełni wegetacji, często jest jej brak na powierzchni (Matuszkiewicz 2007), co jest odzwierciedleniem warunków panujących na badanym terenie.
Zbiorowiska hydrofitów: w obrębie doliny cieku zidentyfikowano rośliny wodne swobodnie pływające i zakorzenione w podłożu – hydrogeofity (Podbielkowski Z., Tomaszewicz H. Zarys hydrobotaniki. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, 1979). Natomiast w miejscach kumulacji materii organicznej wykształciły się terofity letnie Bidentetea, które charakteryzuje bardzo krótki okres wegetacji.

Charakterystyka gleby

Analiza wyników odczynu gleby pozwala zaklasyfikować próbki gleby pobrane w dolinie cieku jako gleby kwaśne na wszystkich stanowiskach (zakres: 4,52 pkt. S6 – 6,17 pkt. S10).
Oceniając zasobność gleb w fosfor przyswajalny (0,005 – 2,948 mg/kg s.m.) i potas (9,52 – 166,3 mg/kg s.m.) glebę charakteryzuje niska zasobność. Podobnie jest w przypadku azotu (N-NO3: 2,1 – 294,14 mg/kg s.m.; N-NH4: 5,7 – 180,2 mg/kg s.m.), którego ilość wskazuje na gleby ubogie.
Rozpatrując wyniki widać wyraźny rozkład przestrzenny zasobności gleby w pierwiastki biogeniczne. Najmniejszą ilość nutrietów stwierdzono w próbkach gleby pobranych na wysokości piezometru S8 oraz przy ujściu pkt. S5, natomiast zdecydowanie większą ilość (nawet 64 razy w przypadku N-NO3) w części środkowej pkt. S6.

Charakterystyka  osadów dennych

Na podstawie wstępnego mapowanie osadów w odcinku ujściowym (7 transektów) Dopływu z Goleszy Dużych stwierdzono miąższość osadów wahającą się w zakresie od 25 do 100 cm. Najniższą miąższość odnotowano w transekcie bezpośredniego ujścia cieku do zbiornika.
Rozpatrując zawartość materii organicznej w osadzie dennym doliny, obserwuje się najwyższą akumulację materii organicznej w części środkowej objętego opracowaniem odcinka cieku.  Zawartość materii organicznej w próbkach osadu w odcinku ujścia strumienia wahała się od 2,32 do 14,56%, w odcinku środkowym oscylowała pomiędzy 5,97% - 62,09%, natomiast w odcinku górnym 1,41 – 6,89%.
Rozpatrując zmienność sezonową zawartości materii organicznej w osadzie dennym można stwierdzić jej największą wartość w okresie jesiennym (27,76% – 33,76%), natomiast najmniejszą w okresie wiosennym (2,32% – 6,89%).
W trakcie analiz stwierdzono zmienność czasową odczynu osadów dennych: w listopadzie i w kwietniu obojętny i lekko zasadowy (6,89  – 7,31), natomiast w lipcu odczyn kwaśny (5,84 – 6,8).
Stężenie fosforu ogólnego w osadach dennych było niskie. Najniższe wartości odnotowano w próbkach osadów pobranych okresie zimy (7,4 µg P/ g s.m, luty 2010), następnie obserwowano stopniowy wzrost zawartości w trakcie sezonu wegetacyjnego. Najwyższe wartości stwierdzono w próbach późnojesiennych(50,4 µg P/g s.m, listopad 2010).
W badanych osadach najwyższe stężenia fosforu odnotowano we frakcjach NaOH-SRP (fosfor wymienny z jonami OH-, związany z tlenkami metali, głównie Al i Fe; nieorganiczne formy fosforu, rozpuszczalne w środowisku zasadowym) i NaOH-NRP (fosfor zawarty w mikroorganizmach, poly-P, formy organiczne fosforu zawarte w detrytusie, fosfor związany ze związkami humusowymi).  Średnie stężenie P w tych frakcjach wynosiło odpowiednio: 6,3 i 5,7 mg P/g, czyli średnio około 30% udziału w TP.
Udział frakcji BD-SRP (fosfor wrażliwy na zmiany potencjału redoks, związany głównie z FeOOH, związkami Mn0), BD-NRP (fosfor organiczny) i HCl-SRP (fosfor związany z węglanami i apatytami, śladowe ilości zhydrolizowanego fosforu organicznego) wynosił około 10%, zaś frakcji NH4Cl-P (fosfor bezpośrednio dostępny, zawarty w wodzie międzyosadowej, luźno zaadsorbowany na powierzchni cząstek osadu oraz innych pierwiastków lub związków np. Fe i CaCO3 )oraz HCl-NRP (organiczne formy fosforu) zaledwie 1%.
Wyniki analiz prób osadu pobranych na stanowiskach charakteryzujących się największą kumulacją materii organicznej wskazują na zawartość niektórych metali poniżej granicy oznaczoności (ołowiu, kadmu miedzi, chromu oraz niklu), zawartość cynku (średnia wartość to 87,7 mg/kg) niewiele przekraczała wartość środowiskową podawaną przez Bojakowską i Gliwicza (2003), która wynosi 73,00 mg/kg s.m. Jedynie w przypadku rtęci otrzymany wynik (średnia wartość 0,1163 m/kg s.m.) przekracza wartość środowiskową (0,05 m/kg s.m.) podawaną przez Państwowy Instytut Geologiczny, nadal jednak są to osady klasyfikowane jako niezanieczyszczone.
Analiza mikroskopowa próbek nagromadzonego osadu dennego wykazała obecność licznych komórek sinic, które w sprzyjających warunkach fizyko-chemicznych przedostają się z osadu do toni wodnej generując zakwit sinic, który następnie przedostaje się wraz z ruchami mas wody do zatoki zbiornika.

Zaproponowane rozwiązania

Proponowane rozwiązania projektowe

W przypadku zbiornika Sulejowskiego istotnym czynnikiem decydującym o jego złym potencjale ekologicznym jest występowanie toksycznych zakwitów sinic. Wieloletnie badania prowadzone przez zespół pod kierunkiem prof. Macieja Zalewskiego nad czynnikami  wpływającymi na powstawanie zakwitu sinic w Zbiorniku Sulejowskim wykazały, że zakwit sinicowy jest generowany w zatokach,  a następnie jest rozprzestrzeniany przez wiatr do pelagialu zbiorniku. Płytkie zatoki zasilane dodatkowo wodami rzecznymi stwarzają optymalne warunki do rozwoju sinic, istotna jest zatem rekultywacja tych miejsc. Do miejsc szczególnie istotnych dla generacji zakwitu zalicza się między innymi  odcinek ujściowy Dopływu z Goleszy Dużych.
Osłonięty od wiatru odcinek ujściowy cieku, sprzyja szybkiemu nagrzewaniu się wody oraz osadów dennych, przyczyniając się do rozwoju zdeponowanych w osadach komórek przetrwalnikowych sinic, stymulując je do przejścia z osadu do toni wodnej. Wysoka zawartość związków pokarmowych dopływających wodami cieku wraz z uwalnianymi z osadów dennych (zasilanie wewnętrzne)sprzyja szybkiemu namnażaniu się sinic i produkcji przez nie toksyn. W celu ograniczenia zakwitu sinic proponuje się odmulenie odcinka ujściowego strumienia (w obszarze powstawania cofki przy rzędnej 166,60), co pozwoli na usunięcie komórek sinic.
W chwili obecnej aktualny kształt skarp ogranicza rozwój makrofitów, które poprzez wykorzystywanie substancji pokarmowych są organizmami konkurencyjnymi dla sinic, a tym samym mogą ograniczać ich rozwój. Ponadto zasadzenie roślinności na odcinku ujściowym strumienia w strefie cofkowej korzystnie wpłynie na zwiększenie sedymentacji oraz redukcję stężenia substancji pokarmowych w wodzie wypływającej, ustabilizuje osad i ograniczy uwalnianie ładunku wewnętrznego z odcinka ujściowego do zbiornika. W celu zwiększenie powierzchni przeznaczonych pod nasadzenia makrofitów konieczne jest zatem uformowanie kształtu skarp. 
W celu zapewnienia długoterminowych efektów poprawy jakości wody i mając na uwadze, że zjawiskiem naturalnym jest gromadzenie się osadów dennych w odcinku ujściowym proponuje się rozważenie możliwości działań mających na celu ograniczenie ilości deponowanych osadów poprzez ograniczenie ilości zawiesiny dochodzącej do odcinka ujściowego poprzez jej sedymentacje w części strumienia powyżej odcinka ujściowego, co ułatwi odmulanie strumienia. Odmulanie powinno być wykonywane systematycznie raz na dwa lata.

Proponuje się rozważenie zainstalowania biosieci z dodatkiem związków wiążących fosfor jak np.: wapień, związki żelaza, bentonit, których zadaniem jest redukcja stężenia zawiesiny i fosforanów. Są to konstrukcje zawieszone w wodzie lub unoszące się w niej na pływakach  wykonane z włóknistego materiału biodegradowalnego takiego jak kokos, bawełna czy juta, w razie konieczności wzmacniane fotodegradowalnym włóknem polietylenowym lub innym materiałem wielokrotnego użytku, odpornym na degradację i pozwalającym na zwiększenie ich wytrzymałości. Wydajność usuwania zawiesiny ogólnej, azotu i fosforu całkowitego biosie ci waha się w zakresie od 30-40%, natomiast BZT5 20-30 % (Łągiewka 1994). Zastosowanie biodegradowalnych włókien, umożliwia rozwój na nich biofilmu, który dodatkowo zwiększa efektywność biosieci.  Zastosowanie materiałów naturalnych pozwala rozwiązać problem utylizacji odpadu jaki powstaje po zastosowaniu materiałów filtracyjnych na bazie włókien syntetycznych. istnieje możliwość jego biodegradacji i wykorzystania jako wysokowartościowego nawozu organicznego. Jednakże działania te wychodzą poza obręb działki 453/14, będącej obiektem niniejszego opracowania.

Planowane urządzenia wodne

W obrębie poligonu demonstracyjnego Swolszewice Duże proponowana jest budowa kładki nad odcinkiem ujściowym cieku spod Goleszy  Dużych do zbiornika Sulejów
Projektowana kładka ma za zadanie umożliwienie komunikacji przez przepływający ciek w jego ujściowej części. Pokład kładki znajdować się będzie na rzędnej max poziomu piętrzenia w zbiorniku czyli 167,00 m npm . Kładka składać się będzie z konstrukcji nośnej w postaci słupów drewnianych o zakotwionych w dnie i skarpach strumienia, belki nośnej oraz z pokładu wykonanego z desek z drewna twardego ( 15,0m x 2,0 m) oraz obarierowania.

Wdrożenia

Wdrożenie zaproponowanych rozwiązań

W okresie od września do listopad 2012 trwały prace ziemne w odcinku ujściowym Dopływu z Goleszy Dużych na poligonie demonstracyjnym Swolszewice Duże, podczas których:

1. wykoszono roślinność nadbrzeżną,
2. usunięto namuły z dna cieku,
3. ukształtowano skarpy cieku, które umocniono matami kokosowymi oraz faszyną
4. wykonano nasadzenia makrofitów oraz wierzby
5. w miejscach sedymentacji materii ukształtowano obszary zintensyfikowanej mineralizacji w postaci tzw. naprzemiennych soczewek żwirowo-piaskowych.