Charakterystyka obszaru

Zatoka wraz z przylegającą dolinką okresowo występującego cieku we wsi Zarzęcin jako przykład podjęcia działań zmierzających do redukcji zanieczyszczeń obszarowych dopływających wodami gruntowymi i powierzchniowymi z obszaru intensywnie zabudowanego.

Ryc. Źródło: geoportal.gov.pl

Charakterystyka ogólna

Poligon demonstracyjny Zarzęcin znajduje się w bardzo wyraźnej formie erozyjnej – suchej dolince v-kształtnej prowadzącej wodę okresowo, po większych opadach oraz w trakcie roztopów. Dodatkowo w trakcie monitoringu prowadzonego w ramach działania A.2.2 zaobserwowano stały wysięk wód.
Poligon położony jest od strony południowo-wschodniej Zbiornika Sulejowskiego, leży zatem na najstarszej rzeźbie w obrębie skłonu wysoczyzny morenowej. Obiekt zlokalizowano w obrębie erozyjnej, głęboko wciętej formy dolinnej, gdzie występują typowe elementy rzeźby, tj. koryto okresowego cieku, oraz po jego południowej stronie stożek napływowy (deluwium).
Głównym czynnikiem rzeźbotwórczym jest tu: oprócz procesów stokowych (erozyjno-akumulacyjnych) działalność człowieka (kształtowanie skarp) oraz powierzchniowy spływ wód opadowych.

Budowa geologiczna

W rejonie poligonu demonstracyjnego Zarzęcin, Szczegółowa Mapa Geologiczna Polski, arkusz Sulejów, skala 1 : 50 000, dokumentuje dominację piasków rzecznych tarasów nadzalewowych (zlodowacenie północnopolskie), a także: piasków i żwirów rzecznych (interglacjał mazowiecki). W dalszym sąsiedztwie występują gliny zwałowe dolne (zlodowacenie środkowopolskie), piaski i żwiry miejscami mułki wodnolodowcowe środkowe na glinach zwałowych dolnych ze stadiału maksymalnego zlodowacenia środkowopolskiego).
W trakcie instalacji sieci piezometrów dokonano uszczegółowienia danych dotyczących budowy geologicznej obszaru (Zał.1 Mapa lokalizacji sieci piezometrów). Najstarszymi skałami występującymi na omawianym terenie są (w zakresie wgłębnej prospekcji wykonanego rozpoznania) gliny zwałowe dolne ze zlodowacenia południowopolskiego, które stwierdzono w punkcie Z5 na głębokości ok. 2 m p.p.t. Na nich zalegają plejstoceńskie piaski rzeczne tarasów nadzalewowych (zlodowacenie północnopolskie). Ich obecność stwierdzono w pkt. Z1 i Z5. Młodszymi utworami są piaski gliniaste i pyły piaszczyste stwierdzone w pkt. Z1 i Z2. Utwory te należy wiązać z denudacyjnymi procesami stokowymi zachodzącymi od końca plejstocenu do dnia dzisiejszego. Są to tzw. deluwia naniesione poprzez funkcjonujący tu okresowo ciek. Jeszcze młodsze osady (także holoceńskie) stwierdzono w bezpośrednim sąsiedztwie okresowego cieku w pkt. Z4, Z3, Z5 – są to namuły piaszczyste i grunty organiczne, w których stwierdzono występowanie wkładek piasków rzecznych pkt. Z4. Najmłodsze osady to stwierdzone w górnej partii profilu Z5 piaski rzeczne związane z akumulacyjną działalnością Pilicy. 
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 Zarzęcin pierwsze zwierciadło wód podziemnych stwierdzono na głębokości 0,49-0,97 m p.p.t. (tj. 166,99 – 166,89 m n.p.m.). Stwierdzone zwierciadło wody jest zwierciadłem swobodnym. Warstwę wodonośną tworzą piaski gliniaste, pyły piaszczyste, namuły, a także piaski różnej granulacji (drobne, średnie, grube). Ponadto w pkt. Z5 stwierdzono zwierciadło wody pod naporem. Nawiercono je na głębokości 0,8 m p.p.t. a ustabilizowało się 0,11 m powyżej powierzchni terenu. Wznios zwierciadła wynosi 0,91 m, warstwą napinającą jest tutaj występująca na głębokości 0,4 m p.p.t. 0,4 m wkładka namułów. Ponadto w więzi hydraulicznej z wodami zbiornika występuje warstwa wodonośna na głębokości 0,64 m p.p.t. Wykonana mapa hydroizohips, a także przekroje hydrogeologiczne A-A’ i B-B’ wskazują, że kierunek przepływu wód jest z kierunku południowo-zachodniego na północny-wschód i jest zgodny z regionalnym przepływem wód podziemnych. Główną bazą drenażu jest tutaj Zbiornik Sulejowski, chociaż układ hydroizohips nie układa się współkształtnie (równolegle) do linii brzegowej zbiornika a to wskazuje raczej na to że, tzw. pierwotną bazą drenażu była rzeka Pilica. Nie udało się jednoznacznie ustalić związków wód podziemnych z korytem doliny okresowego cieku w obrębie której zlokalizowano poligon. Chociaż stwierdzony układ hydroizohips takich powiązań nie wyklucza, anizotropia ośrodka gruntowego, oraz  periodyczność występowania wód w cieku uniemożliwiają określenie rzeczywistych powiązań. Z uwagi na to, że są to wody pochodzące ze spływu powierzchniowego ciek ten ma raczej charakter infiltracyjny. Prowadzi on jednak okresowo wody pochodzące z bezpośredniego spływu powierzchniowego. W obrębie poligonu demonstracyjnego kontakt hydrauliczny wód podziemnych z wodami Zbiornika Sulejowskiego stwierdzono wyłącznie w bezpośrednim sąsiedztwie zbiornika. W dalszym sąsiedztwie (tj. ok. 12 m) takiego kontaktu nie stwierdzono. 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 nie powinny mieć „pełnego przełożenia” na poziom pierwszego zwierciadła wód podziemnych.
Na podstawie przeprowadzonych laboratoryjnych badań wielkości współczynnika filtracji wynika, że zafiltrowane poziomy wodonośne charakteryzują się słabszymi parametrami filtracyjnymi w warstwach wodonośnych wykształconych w deluwiach (Z1, Z2) i nieco lepszymi w osadach akumulacyjnych okresowego cieku (Z3).

Diagnoza zagrożeń

Charakterystyka chemiczna wód pierwszej warstwy wodonośnej

Analiza chemiczna wód pierwszej warstwy wodonośnej wskazuje na silne zanieczyszczenie wód związkami azotu i fosforu. Najniższe wartości odnotowano w pkt. Z4, gdzie stężenie azotanów i fosforanów wahały się w zakresie 2,2 - 4,0 mg NO3/l i 0,96 – 4,07 mg PO4/l. Zbliżone parametry obserwowano w punktach pomiarowych Z2, Z3, Z4, gdzie odnotowano stężenie azotanów w zakresie 18-39 mg/l i fosforanów 0,75 – 3,7 mg/l. Najwyższe wartości odnotowano w pkt. Z.1, gdzie stężenie azotanów wahało się w zakresie 40-63 mg/l zaś fosforanów 0,85 – 4,9 mg/l.
Na szczególną uwagę zasługują wysokie stężenia fosforanów, których źródła można upatrywać w zanieczyszczeniach pochodzenia bytowo-gospodarczego, które ze względu na złożoną budowę  hydrogeologiczną w obrębie zatoki nie ulegają rozproszeniu i rozcieńczeniu.

Charakterystyka wód powierzchniowych w okresowo pojawiającym się cieku

Wody powierzchniowe pojawiające się okresowo w dolinie charakteryzują się wysokimi stężeniami fosforanów (0,05 – 8.3 mg PO4/l) oraz azotanów (0,7 – 18 mg NO3/l). Zbliżone wartości do stężeń odnotowywanych w piezometrach sugerują na powiązanie pomiędzy wodami występującymi okresowo w cieku a wodami podziemnymi. Najniższe wartości obserwowano w okresie intensywnych, długotrwałych opadów, kiedy obserwowano wyraźny spływ powierzchniowy z terenów usytuowanych powyżej, powodujący rozcieńczenie wód pojawiających się w dolinie. W okresach suchych obserwowano wysięk wód oraz utrzymywanie się niewielkiego przepływu wód.
Niskie zawartości stężenia tlenu rozpuszczonego (wahającego się od 0,35 – 5,55 mg/l) wskazuje zachodzące procesy dekompozycji.

Charakterystyka warunków hydrologicznych w obrębie zatoki

Jezioro Sulejowskie ze względu na pełnioną rolę przeciwpowodziową charakteryzuje się  zmiennym poziomem piętrzenia determinowanym zdarzeniami hydrologicznymi w zlewni Pilicy, co powoduje wahania poziomu wody. Wahania wody obserwowane na zbiorniku,  powodują odsłanianie brzegów w obszarze zatoki, dodatkowo brzegi zatoki narażone są na silną erozję w wyniku falowania, co powoduje, że w tym obszarze nie wykształciła się roślinność ekotonowa. Obecnie zatoka stanowi ujście wód spływających z niewielkiej zlewni - obserwowany jest spływ w okresie roztopów wiosennych oraz po intensywnych długotrwałych opadach.

Zbiorowiska roślinne

W obrębie doliny cieku zidentyfikowano swoiste zbiorowisko ziołoroślowe, które wykształca się na brzegach mniejszych cieków i zbiorników wodnych. Zbiorowiska te zwykle występują w niewielkich, wąskich płatach o szerokości 1-2 m. Są to miejsca stale, ale tylko okresowo zalewane, mocno uwilgotnione, co także znajduje odzwierciedlenie w dolinie badanego cieku. Cechą charakterystyczną takiego zbiorowiska jest jego niestałość florystyczna, dominacja różnych gatunków w poszczególnych płatach.
Wykonane zdjęcie fitosocjologiczne wskazuje, iż w badanym zbiorowisku w obrębie doliny cieku poza kielisznikiem zaroślowym występuje m.in. wierzbownica kosmata Epilobium hirsutum. W zbiorowisku stwierdzono obecność gatunków welonowych (kielisznik zaroślowy), nitrofilnych (pokrzywa, psianka, rdest, uczep).
Obszar zatoki ze względu na silne falowanie, pozbawiony jest roślinności.
Na części brzegu zatoki zbiornika wykształcił się szuwar mozgowy. Obecność dużej ilości mozgi trzcinowatej,  gatunku odpornego na zmienne warunki hydrologiczne z uwagi na obecność mikoryz, potwierdza zmienny poziom wody gruntowej i zalewania, który obserwuje się na tym terenie. Na stanowisku tym stwierdzono także obecność gatunków nitrofilnych, np. pokrzywy i gatunków welonowych z rzędu Convovuletalia setum, np. kielisznik zaroślowy, który jest charakterystycznym gatunkiem występującym w strefach przejścia – ekotonach.
Oddalając się od zbiornika można zaobserwować wykształconą łąkę, która charakteryzuje się bujną i zwartą darnią oraz stosunkowo dużym bogactwem gatunkowym. Fitocenoza na tym terenie badań charakteryzuje się występowaniem gatunków wilgotnościolubnych: wiechlina zwyczajna (Poa trivialis), jaskier ostry (Ranunculus arcis) oraz turzycy owłosionej (Carex hirta). Gatunkami współwystępującymi są jaskier rozłogowy (Ranunculus repens) i mietlica rozłogowa (Agrostis stolonifera). Są to gatunki siedlisk bagnistych, okresowo zalewanych.
W części lądowej zatoki obserwuje się ustępowanie flory zbiorowisk podmokłych na rzecz gatunków preferujących niższe poziomy wód np.: wiechlina łąkowa (Poa pratensis), a także gatunków pastwiskowych, które znoszą wydeptywanie i zgryzanie: krwawnik pospolity, pięciornik gęsi, kończyna biała.

Charakterystyka gleby i osadów dennych

Analiza wyników odczynu gleby pozwala zaklasyfikować próbki gleby pobrane w dolinie cieku jako:

• gleby kwaśne (odczyn poniżej 6,8) na stanowiskach zlokalizowanych przy pkt. Z5 (6,46),
• gleby obojętne (odczyn 6,9 – 7,2) na wysokości pkt. Z3 (6,93),
• gleby alkaliczne (odczyn powyżej 7,2) na wysokości pkt. Z4 (7,46).

Oceniając zasobność gleb w fosfor przyswajalny (0,008 – 0,014 mg/kg s.m.) i potas (19,26 – 19,72 mg/kg s.m.) glebę charakteryzuje bardzo niska zasobność  (V klasa zasobności). Podobnie jest w przypadku azotu (N-NO3: 14,34 – 15,49 mg/kg s.m.; N-NH4: 8,67 – 14,11 mg/kg s.m.), którego ilość wskazuje na gleby ubogie.
Rozpatrując zawartość materii organicznej w osadzie dennym doliny, obserwuje się akumulację materii organicznej w ujściu strumienia Zawartość materii organicznej w próbkach pobieranych w odcinku środkowym strumienia w trakcie sezonu oscylowała pomiędzy 0,61% - 3,61%, natomiast  zawartość materii organicznej w próbkach pobieranych w ujściu wahała się od 5,86% - 9,04%,.
W przypadku osadów dennych zbiornika Sulejowskiego próbki wykazują charakter mineralny. Zawartość materii organicznej zawierała się w przedziale 1,42%, - 1,64%.
Odczyn osadów denny pobranych w części zalewowej zatoki zbiornika (na wysokości Baru Fregata)  wskazuje na ich kwasowość (6,43). Natomiast z części zlokalizowanej bliżej ujścia strumienia wskazują odczyn zasadowy (7,37 – 7,85).

Zaproponowane rozwiązania

Proponowane rozwiązania projektowe

W ramach projektu proponuje się wykorzystanie roślinnych stref ekotonowych do poprawy jakości wód zatoki w Zbiorniku Sulejowskim. Ekoton, strefa buforowa występująca pomiędzy lądem a wodą, jest jednym z podstawowych narzędzi skutecznie redukujących zanieczyszczenia obszarowe poprzez zachodzące w nich procesy, między innymi transformację biogenów w biomasę roślin i ograniczenie recyrkulacji biogenów w ekosystemie. Rośliny zatrzymują od 10 do 50% pierwiastków biogennych, przy czym większość pochłaniana jest w okresie intensywnego wzrostu. Reszta wiązana jest chemicznie i fizycznie przez inne komponenty ekosystemu, m.in. w powierzchniowej warstwie gleby. Dlatego też nawet po zakończeniu sezonu wegetacyjnego dzięki sieci powiązań pomiędzy procesami biogeochemicznymi w strefach ekotonowych zachodzą procesy poprawiające jakość wody.
Proponuje się, aby strefa ekotonowa na poligonie demonstracyjnym Zarzęcin składała się z 2 elementów:

• nasadzeń w obrębie doliny okresowego cieku mających na celu redukcję zanieczyszczeń dochodzących do zbiornika wraz ze spływem powierzchniowym a także poprzez ograniczenie stężenia związków biogennych w wodach wysiękowych;
• nasadzeń w obrębie zatoki mających na celu redukcję zanieczyszczeń dopływających do zatoki z wodami cieku oraz spływu powierzchniowego z terenów przyległych do zatoki; nasadzenia te będą również przyczyniały się do ograniczenia zanieczyszczeń przedostających się do zatoki poprzez wysięk wód podziemnych poniżej linii brzegowej zbiornika (zaobserwowane przy niskiej rzędnej piętrzenia zbiornika)

Ze względu na wysokie stężenia fosforanów odnotowane w wodach gruntowych i ich wysięku dodatkowo proponuje się wprowadzenie bariery biogeochemicznej, która będzie redukowała dostępność fosforu poprzez jego absorpcje.
W celu redukcji związków azotu proponuje się dodatkowo instalacje ściany denitryfikacyjnej, mającej na celu zintensyfikowanie procesu denitryfikacji, który jest istotnym procesem usuwania azotu z ekosystemu.

Planowane urządzenia wodne

W obrębie poligonu demonstracyjnego Zarzęcin planowana jest lokalizacja pomostu pływającego o długości ok. 100m. Pomost cumowniczy służyć będzie zabezpieczeniu wykonanej strefy  ekotonowej z nasadzeniami specjalnie wyselekcjonowanej roślinności.  Budowla pomostowa połączona z brzegiem,  będzie pełnić funkcję falochronu chroniąc ekoton przed zjawiskiem abrazji i niszczeniem roślinności. Natomiast skrajne pomosty oparte będą o stromą skarpę brzegową, na której przebiegał będzie ciąg pieszy.

Pomost zbudowany będzie z segmentów, skonstruowanych na bazie stalowej ramy wypełnionej elementami wypornościowymi ze spienionego polistyrenu. Pokład modułu stanowią listwy z drewna sosnowego impregnowanego ciśnieniowo o gr. 32 mm przykręcane do drewnianych dźwigarów, które opierają się na stalowych belkach poprzecznych. Dla bezpieczeństwa użytkowników pomostu zamocowano 4 drabinki umożliwiające wydostanie się z wody.

Wdrożenia

Wdrożenie zaproponowanych rozwiązań

Głównym zadaniem strefy ekotonowej poligonu demonstracyjnego w miejscowości Zarzęcin jest redukcja zanieczyszczeń dopływających do zatoki z wodami okresowo występującego cieku: wodami burzowymi z terenów przyległych do zatoki, a także z wodami wysiękowymi pojawiających się w dolince cieku oraz wzdłuż linii brzegowej.

Główne prace ziemne trwały w okresie od kwietnia do maja 2012r.

W obrębie doliny okresowego cieku wykonano:

1. ukształtowano dolinę cieku poprzez jej odmulenie i usunięcie roślinności ruderalnej, a następnie umocnienie przez założenie faszyny;
2. skonstruowano ścianę denitryfikacyjną, Ściana została skonstruowana poprzez przekopanie rowu w dnie doliny o szerokości ok. 1 m do głębokości ok.1 m. Rów wypełniono mieszanina piasku i trocin sosnowych, które ulegając stopniowemu rozkładowi dostarczają bakteriom denitryfikującym organicznego źródła węgla. Azotany rozpuszczone w wodzie przepływającej przez ścianę będą ulegały denitryfikacji do form gazowych. Po zakończeniu prac konstrukcja została zabezpieczona przed rozmyciem przez wody burzowe za pomocą nasypu wapiennego na geowłókninie.
3. skonstruowano barierę biogeochemiczną, Barierę zlokalizowano w odcinku ujściowym, na wysokości „dzikiej ścieżki”. Barierę skonstruowano poprzez wykonaniu rowu w dnie doliny o szerokości 1,5m oraz wypełnieniu go kamieniem wapiennym zabezpieczonym geowłókniny. Nad barierą, na powierzchni terenu, umieszczono gabiony wypełnione mieszaniną wapienia i dolomitu, na których uformowano przejście dla pieszych. Skonstruowana bariera będzie redukowała stężenie związków fosforu w wodzie przepływającej przez barierę w wyniku ich adsorpcji na powierzchni wapieni.
4. Wykonano nasadzenia zarówno na skarpach doliny jak i w jej korycie. W trakcie prac kształtowania doliny w wyniku jej pogłębienia odnotowano utrzymywanie się stałego wysięku, co będzie sprzyjało utrzymywaniu się w korycie cieku roślinności bagiennej. Zadaniem roślinności w cieku jest doczyszczanie zanieczyszczonych wód wysiękowych a także okresowych wód burzowych tak, aby wody te nie trafiały bezpośrednio do zbiornika. Wzdłuż cieku wykonano nasadzenia wierzby oraz gatunków charakterystycznych dla szuwarów mozgowego i mannowego (Fot. 2).

W obrębie zatoki wykonano:

1. odtworzenie linii brzegowej przez uformowanie skarpy zabezpieczonej płotkami faszynowymi,
2. dla zwiększenia oczyszczania wód wysiękowych zastosowano wypełnienie płotków faszynowych kamieniem wapienno-dolomitowym na geowłókninie, który będzie z jednej strony adsorbował związki fosforu, a z drugiej strony chronił przed rozmyciem skarpy,
3. na odtworzonej skarpie do płotków faszynowych wykonano nasadzenia pasów szuwarów mozgi trzcinowatej i trzciny pospolitej.

Z początkiem czerwca 2012 wybudowano pomost pływający, który składa się z modułów pływających o wymiarach 12m x 2,4m, 3 trapów umożliwiających komunikację z brzegiem oraz 6 kotwic. Pomost, poza funkcją rekreacyjną, pełni również role falochronu dla roślinności nadbrzeżnej.