|
Nr 4/2012 |
|
PRZYRODA I KRAJOBRAZ
|
|
|
Elżbieta Bajkiewicz-Grabowska
WYMIANA WODY
W JEZIORZE
WIGRY
|
W każdym zbiorniku wodnym następuje wymiana wód, lecz tempo tej wymiany uzależnione jest od wielu czynników. Wigry są jeziorem przepływowym, do którego
dopływa kilka cieków i z którego wody odprowadza do Niemna rzeka Czarna Hańcza. Jest to jezioro głębokie, które znajduje się w kontakcie z wodami
podziemnymi, mogącymi zasilać jezioro bądź do których odpływają wody Wigier. Jezioro jest zasilane opadami atmosferycznymi, ale także traci wodę w wyniku
parowania. A wypadkową tych wszystkich procesów są między innymi zmiany stanów wody w zbiorniku.
Obserwacje stanów wody jeziora Wigry są prowadzone z przerwami od 1926 roku. Początkowo były one prowadzone na posterunku wodowskazowym we wsi Płociczno, w
latach 1928-1933 i 1947-1970 na posterunku wodowskazowym w Starym Folwarku, a od 1971 roku na posterunku w Wigrach.
|
|
Ilość wody krążącą w jeziorze w ciągu roku można oszacować na podstawie równania bilansu wodnego jeziora, natomiast powszechnie za miarę tempa wymiany wody
w jeziorze przyjmuje się stosunek objętości wody wypływającej z jeziora do pojemności zbiornika – iloraz ten pozwala ocenić, w jakim czasie w rozpatrywanym
zbiorniku może nastąpić pełna wymiana wody. Tak obliczony parametr jest nazywany przez hydrologów współczynnikiem wymiany poziomej, jego odwrotność
hydrobiolodzy nazywają czasem retencji wód.
Stosuje się także inne miary tempa wymiany wody w jeziorze. Są nimi: współczynnik intensywności wymiany pionowej (stosunek rocznej sumy parowania z jeziora
do pojemności zbiornika) oraz współczynnik intensywności wymiany całkowitej (stosunek odpływu z jeziora i parowania z jego powierzchni do pojemności
zbiornika).
|
Średnie roczne stany wody jeziora Wigry w wieloleciu 1949-2010 (wodowskaz Wigry, dane IMGW)
|
W wieloleciu 1949-2010 średni poziom jeziora Wigry był wyrównany i odpowiadał rzędnej 131,92 m n.p.m. (Kronsztad), co odpowiada średniemu stanowi wody
(SSW) 107 cm. Średnia amplituda rocznych stanów wody w tym wieloleciu wyniosła 45 cm, a ekstremalna 85 cm. Średni roczny poziom wody w tym okresie
charakteryzował się trendem malejącym, ale nie był on statystycznie istotny.
W przebiegu rocznym najwyższe stany wody w jeziorze Wigry są obserwowane w kwietniu i maju, najniższe zaś w lipcu. Podczas kulminacji kwietniowej stan wody
jeziora jest na ogół o 8 cm wyższy od stanu średniego rocznego, a w czasie letniej niżówki o 4 cm niższy. W latach o ekstremalnych napełnieniach misy
jeziora Wigry zmienność średnich miesięcznych stanów wody jest większa.
Z dotychczasowych badań nad obiegiem wody w jeziorze Wigry wynika, że należy ono do tej grupy jezior, w których o stanie napełnienia misy decyduje pozioma
wymiana wody (dopływ i odpływ rzeczny). W wieloleciu 1971-2008 do jeziora dopływało średnio w roku 93,618 mln m3 wody, odpływało zaś 119,783 mln
m3. Stosunek dopływu do jeziora do odpływu wynosi w tym wieloleciu 0,78. O wielkości i dynamice dopływu do Wigier decydują głównie dwie rzeki:
Czarna Hańcza (50% całkowitego dopływu) i Piertanka (około 37%). Strumień poziomej wymiany wody (w której dominuje odpływ rzeczny) stanowi od 46,5 do 50%
całkowitej objętości wody znajdującej się rocznie w jeziorze Wigry w obiegu.
|
|
W przypadku jezior składających się z kilku akwenów szacowanie tempa wymiany wody jako jednej wartości odnoszonej do całego jeziora może prowadzić do
błędnej interpretacji procesów zachodzących w jeziorze. Należy w takiej sytuacji oceniać tempo wymiany wody w posz- czególnych częściach jeziora.
Wigry składają się z kilku plos o zróżni- cowanej morfologii i morfometrii. Północną część Wigier stanowi Ploso Wigierskie (zwane także Plosem Północnym),
które niekiedy dzielone jest na dwa odrębne akweny - Ploso Wigierskie i zatokę Zadworze. Do Plosa Wigierskiego uchodzą główne dopływy Wigier: Czarna Hańcza
(do Zatoki Hańczańskiej) i Wiatrołuża, w dolnym biegu zwana Piertanką (do zatoki Zadworze). Wprowadzają one do jeziora średnio w roku (wielolecie 1971 -
1995) około 91,7 mln m3 wody, w tym Czarna Hańcza 52,5 mln m3. Do omawianego plosa uchodzi także struga odwadniająca jezioro
Leszczewek. Średni roczny odpływ tym ciekiem szacuje się na około 18 mln m3.
Z Plosa Wigierskiego, z Zatoki Wschodniej leżącej u nasady Półwyspu Klasztornego, wypływa Czarna Hańcza, jedyny odpływ Wigier. Wielkość tego odpływu
(średnia z lat 1971 - 1995) szacuje się na około 124,0 mln m3 rocznie.
Ploso Wigierskie przechodzi w rynnową część jeziora - ploso Szyja. Akwen ten pozbawiony jest wysp i wypłyceń podwodnych, głębokości przekraczają 50 m i nie
ma tu dopływów powierzchniowych.
|
Zmiany średniego rocznego przepływu Czarnej Hańczy powyżej i
poniżej jeziora Wigry w latach 1951-2010
(dane IMGW) i trendy zmian.
|
Głównym dopływem powierzchniowym do jeziora Wigry jest Czarna Hańcza – rzeka charakteryzująca się zmiennością przepływu, tak w skali sezonowej, jak i
wieloletniej. Zmienność średnich rocznych przepływów Czarnej Hańczy powyżej jej ujścia do Wigier i poniżej wypływu z jeziora w latach 1951-2010
przedstawiono na poniższym rysunku. W analizowanym okresie średni roczny przepływ Czarnej Hańczy wynosił:
● powyżej ujścia do jeziora Wigry od 0,85 m3/s (1956 r.) do 2,52 m3/s (1994 r.), przy przepływie średnim rocznym 1,52 m3
/s; w przekroju tym zaznacza się z roku na rok wyraźny wzrost średniego rocznego przepływu;
-
● poniżej wypływu z jeziora Wigry od 1,62 m3/s (1969 r.) do 6,89 m3/s (1958 r.), przy przepływie średnim rocznym 3,80 m3
/s; w przekroju tym zaznacza się wyraźne zmniejszanie się z roku na rok średniego rocznego przepływu.
-
Powyższe dane wskazują, że rzeczna wymiana wody w jeziorze Wigry, czyli różnica pomiędzy ilością wody wnoszoną do jeziora tylko Czarną Hańczą a ilością
wody, która z jeziora tą rzeką wypływa, nie jest stabilna i w ostatnich latach coraz bardziej się zmniejsza. Strumień tej wymiany (czyli różnica rocznego
odpływu Czarnej Hańczy powyżej jej ujścia do jeziora Wigry i poniżej wypływu z jeziora) w badanym wieloleciu wynosił od -5,10 m3/s ( w 1958 r.)
do -0,660 m3/s (w 1969 r.) przy średniej wartości -2,29 m3/s.
|
|
Na południe od półwyspu Łapa Wigry znowu przybierają cechy jeziora morenowego. Linia brzegowa staje się dobrze rozwinięta (zatoki: Wasilczykowska,
Krzyżańska), brzegi są częściej niskie i podmokłe. Jest to Ploso Zakątowskie (zwane też Plosem Środkowym). Pomiędzy półwyspami Łukaszowy Róg i Jurkowy Róg
Ploso Zakątowskie zwęża się i przechodzi w Ploso Bryzglowskie (zwane również Plosem Zachodnim), akwen o charakterze niecki depresyjnej. Od półwyspu Łysocha
w kierunku zachodnim zaczyna się najbardziej rynnowa część Wigier - zatoka Wigierki. Od zachodu zamyka ją zatoka Uklei, której odrębność podkreśla próg
podwodny. Do zatoki Uklei uchodzą dwa cieki, jeden odwadnia jezioro Staw, a drugi Jezioro Czarne k/Gawrych Rudy. Szacuje się, że oba te cieki odprowadzają
do Wigier około 5,6 mln m3 wody rocznie. Zatoka Wigierki ma też połączenie przesmykiem (zwanym Dłużanką lub Bystrą) z zespołem jezior: Okrągłe,
Długie i Muliczne. Odpływ z tych jezior zależy od poziomu wody Wigier. Przy wyższych stanach wody Wigier odpływ ten maleje, a przy ekstremalnie wysokim
poziomie – woda z Wigier może zasilać te jeziora. Szacuje się, że średnio w roku odpływ z zespołu jezior: Okrągłe, Długie i Muliczne może wynosić około 5
mln m3.
|
Bilans wodny jeziora Wigry w roku średnim w latach 1971-1990
i 1991-2008
|
Istotną rolę w obiegu wody w jeziorze odgrywa także podziemna faza tego obiegu. Strumień podziemnej wymiany wody, czyli udział dopływu i odpływu
podziemnego w ilości wody krążącej rocznie w jeziorze, jest porównywalny do wielkości poziomej wymiany wody, wynosi bowiem od 30 do 44%. W podziemnej fazie
obiegu wody w jeziorze Wigry dominuje dopływ podziemny, a zatem Wigry są zbiornikiem, który w skali roku drenuje poziomy wodonośne. Zdarzają się jednak
takie lata, że w półroczu zimowym w podziemnej fazie obiegu wody może okresowo dominować odpływ podziemny. Z przeprowadzonych obliczeń bilansowych wynika,
że od 1989 roku w jeziorze Wigry zaznacza się wyraźna tendencja zmniejszania dopływu podziemnego do jeziora i coraz częściej w podziemnej fazie obiegu wody
w jeziorze zaczyna dominować odpływ do poziomów wodonośnych.
Z zestawień bilansu wodnego jeziora Wigry wynika, że wyraźnie zmienia się wielkość strumieni wymieniającej się w nim rocznie wody. O ile strumień wymiany
atmosferycznej (opad-parowanie) w wieloleciu 1971-2008 nie wykazuje tendencji zmian, o tyle wyraźnie zaznaczają się zmiany w wielkości strumieni wymiany
rzecznej (dopływ – odpływ) i wymiany podziemnej (wypadkowa zasilania podziemnego).
Wydaje się, że takim przełomowym rokiem, w którym nastąpiła zmiana w strukturze obiegu wody w jeziorze Wigry był rok 1990. Obieg wody w jeziorze do 1990
roku kształtowały dwa strumienie wymiany wody. 50% wody (średnio w roku 37,584 mln m3) uczestniczyło w wymianie rzecznej, w której dominował
odpływ Czarną Hańczą) i 44% (średnio w roku 33,224 mln m3) stanowiła podziemna wymiana wody, w której dominował dopływ podziemny do jeziora.
|
|
Podstawą do obliczenia tempa wymiany wody w jeziorze Wigry i w jego poszczególnych akwenach (plosach) jest równanie bilansu wodnego w postaci:
wymiana pionowa (atmosferyczna) + wymiana pozioma (potamiczna) + wymiana podziemna = zmiany retencji.
Wymiana pionowa obejmuje różnicę między opadami atmosferycznymi na powierzchnię jeziora a parowaniem z powierzchni jeziora. Wymiana pozioma -
różnicę sumy dopływów rzecznych i odpływu rzecznego z jeziora, wymiana podziemna - wypadkową zasilania podziemnego, a zmiany retencji - różnicę retencji
jeziora na początku i końcu okresu bilansowanego. Analizy bilansu wodnego wykonano dla poszczególnych akwenów jeziora Wigry.
Z przeprowadzonych obliczeń wynika, że w roku średnim z wielolecia 2001-2008 czas retencji wody w jeziorze Wigry wynosił przeciętnie 37 miesięcy. Tempo
wymiany wody w jeziorze było szybsze w tych latach, w których jego poziom był ekstremalnie wysoki - wówczas czas retencji wód wynosił 2 lata. Natomiast w tych latach, w których poziom jeziora był ekstremalnie niski, tempo wymiany jego wód było wolniejsze i czas retencji wody wydłużał się do 4,4 lat.
Każde z plos wigierskich ma inny czas retencji wód. Najszybszą wymianę wody (I = 0,85) ma Ploso Wigierskie, a więc ten akwen Wigier przez który
przepływa Czarna Hańcza i do którego uchodzi Piertanka, drugi co do wielkości dopływ jeziora. Teoretycznie cała masa wody tego akwenu może wymieniać się co
1,2 roku, czyli co 14 miesięcy. W roku o ekstremalnie niskim poziomie wody w jeziorze tempo wymiany wody w Plosie Wigierskim było wolniejsze (I =
0,59) i czas retencji wody wydłużał się do 1,7 roku, czyli do 20 miesięcy. Natomiast w roku, w którym poziom wody jeziora był ekstremalnie wysoki wymiana
wody w Plosie Wigierskim była szybsza (I = 1,31) a czas retencji wody krótszy - 0,8 roku, co oznacza, że woda w tym akwenie wymieniała się co około
10 miesięcy.
|
Główne akweny (plosa) jeziora Wigry
|
Po 1990 roku w obiegu wody w jeziorze Wigry nastąpiła zauważalna zmiana w objętości wody strumieni wymiany rzecznej i podziemnej. Oba te strumienie nadal
kształtują obieg wody w jeziorze. I tak w roku średnim wielolecia 1991-2008 w wymianie rzecznej uczestniczyło 47% wody znajdującej się w obiegu, ale było
to już tylko 10,980 mln m3. W wymianie tej dominował odpływ rzeczny z jeziora. Natomiast strumień wymiany podziemnej, w którym przeważał dopływ
podziemny do jeziora, stanowił 36% objętości wód znajdujących się w jeziorze w obiegu i obejmował tylko 8,393 mln m3 wody.
Z zaprezentowanych danych wynika, że od wielkości podziemnej wymiany wody w jeziorze Wigry zależy wielkość strumienia wymiany rzecznej. Można zatem
przypuszczać, że obserwowane w jeziorze Wigry zmiany wielkości strumienia wymiany rzecznej, a zwłaszcza odpływu z jeziora, mogą być spowodowane zmianą w
podziemnej fazie obiegu wody. Jezioro Wigry z drenującego być może staje się zbiornikiem zasilającym wody podziemne.
Wśród wielu czynników kształtujących środowisko jeziorne istotną rolę odgrywają zarówno ilość wody krążąca w jeziorze w ciągu roku, jak i czas potrzebny do
całkowitej wymiany wody znajdującej się w jego misie. Obie te charakterystyki określają ustrój hydrologiczny jeziora i decydują o obiegu materii w
jeziorze, przez co wpływają na stan trofii i jakość jego wód.
|
|
Tempo wymiany wody w rynnowych akwenach Wigier jest podobne i wynosi w plosie Szyja I = 0,39, a w zatoce Wigierki I = 0,34. A zatem w plosie Szyja woda
wymienia się co 2,5 roku, a w zatoce Wigierki co 2,9 roku. W roku o ekstremalnie niskim poziomie wody w Wigrach czas retencji wody wydłużał się w obu
akwenach do 3 lat. W roku o wysokim poziomie wody w plosie Szyja czas retencji wody wynosił 1,2 roku, a w zatoce Wigierki - 2,2 roku.
Najwolniejsze tempo wymiany wody mają Plosa: Zakątowskie i Bryzglowskie. Tempo wymiany wody w Plosie Zakątowskim wynosi 0,28, a w Plosie Bryzglowskim 0,17.
A zatem w Plosie Zakątowskim woda teoretycznie wymienia się co 3,6 lat, a w Plosie Bryzglowskim co 5,9 lat. W roku o ekstremalnie niskim poziomie wody w
Wigrach czas retencji wody w obu plosach wydłużał się i wynosił w Plosie Zakątowskim 4,4 lat, a w Plosie Bryzglowskim 6,3 lat. W roku o wysokim poziomie
wody w Wigrach czas retencji wody w obu plosach skracał się wyraźnie i wynosił w Plosie Zakątowskim 1,8 lat, a w Plosie Bryzglowskim 3 lata.
Tak wyraźne zróżnicowanie tempa wymiany wody w poszczególnych plosach jeziora Wigry może mieć istotny wpływ na stan trofii i jakość ich wód.
|
|