Warunki hydrogeologiczne Parku Krajobrazowego "Puszcza Zielonka". Autor  -  Maciej Olejniczak. Praca magisterska wykonana na Wydziale Nauk Geograficznych i Geologicznych Uniwersytetu im. A. Mickiewicza. Promotor - dr inż. Andrzej Pawuła. Poznań, 2003.

(wybrane fragmenty)

Praca miała na celu określenie warunków hydrogeologicznych użytkowego poziomu wodonośnego w osadach czwartorzędowych na obszarze Parku Krajobrazowego "Puszcza Zielonka" oraz ocenę zjawiska wahań zwierciadła wody w jeziorach, przede wszystkim w Jeziorze Kamińskim. Teren badań obejmował zlewnie cząstkowe: Trojanki (Goślinki), Dzwonnówki, Strugi Owińskiej oraz rzeki Główna.

"Puszcza Zielonka" to nazwa rozległego kompleksu leśnego, położonego na północny wschód od Poznania, ograniczonego w przybliżeniu liniami kolejowymi Poznań - Skoki i Poznań - Pobiedziska. Park krajobrazowy "Puszcza Zielonka" został utworzony rozporządzeniem wojewody poznańskiego nr 5/93 z dnia 20 września 1993 roku, na obszarze około 100 km2.

W celu rozpoznania się warunków hydrogeologicznych podłoża przeanalizowano istniejące materiały archiwalne oraz wykonano 16 dodatkowych sond penetracyjnych. Wszystkie punkty pomiarowe zlokalizowano na mapie w skali 1:25000 i wykonano ciągi niwelacyjne. W 1998 r. wykonano pomiary zwierciadła wody w piezometrach oraz w 50 studniach kopanych. Na podstawie tych pomiarów wykreślono mapę hydroizohips, wyznaczono główne kierunki przepływu wód podziemnych określono strefy zasilania i drenażu istniejących jezior. W dalszym etapie prac terenowych przeprowadzono dodatkowe pomiary geodezyjne, zaniwelowano zwierciadło wody w Jeziorze Kamińskim (kwiecień 1999, czerwiec 2000) i w zbiorniku wodnym kopalni kruszywa mineralnego w Owińskach (kwiecień 1999). W ramach pomiarów niwelacyjnych wykonano także pomiar różnicy poziomów pomiędzy, widoczną w terenie, starą linią brzegową a zwierciadłem wody w Jeziorze Kamińskim.

W ramach prac kameralnych wykonano:

Problem obniżania się poziomu wody w Jeziorze Kamińskim

Zjawisko wahań zwierciadła wody w Jeziorze Kamińskim ma związek z czynnikami naturalnymi i antropogenicznymi. Do czynników naturalnych zalicza się  zmiany wielkości opadu atmosferycznego, odpływ powierzchniowy i odpływ gruntowy z jeziora a także zmiany ewapotranspiracji terenowej wywołanej zalesieniem terenów rolniczych. Wśród czynników antropogenicznych znajduje się eksploatacja wód podziemnych i obiekty hydrotechniczne wywołujące zmianę przepływu wód powierzchniowych i podziemnych.

Na podstawie wykonanych pomiarów można stwierdzić, że poziom wody w jeziorze Kamińsko obniżył się o 2,4 m. Widoczna w terenie pierwotna linia brzegowa z lat 70 - tych znajduje się na poziomie 85,236 m npm. Z danych archiwalnych IMGW wiadomo, że w 1981 roku (W. Plenzler, 1996) poziom jeziora obniżył się do rzędnej 83,6 m n.p.m., natomiast na podstawie własnych pomiarów w kwietniu 1999 roku stwierdzono obniżenie poziomu do rzędnej 82,985 m n.p.m., a w czerwcu 2000 roku  - do rzędnej 82,822 m n.p.m. Analizując powyższe dane, jak i wykresy stanu zwierciadła wody, można z całą pewnością stwierdzić, że poziom wody w Jeziorze Kamińsko wykazuje tendencję do stałego obniżania.

Zjawisko wzrostu parowania na obszarze zalesionym

Jedną z przyczyn obniżania się zwierciadła wody jest wzrost parowania wynikający ze zmiany użytkowania terenu, poprzez zamianę gruntów ornych na lasy. Na początku lat 50 - tych zalesiona była tylko północna strona jeziora, następnie zaczęto systematycznie zalesiać pozostałe grunty w okolicy jeziora. Zalesienie spowodowało wzrost ewapotranspiracji i zmniejszenie infiltracji efektywnej opadu atmosferycznego. Wartość infiltracji efektywnej wyliczonej metodą Thornhwaite'a dla roku 1970/71 wyniosła 69 mm/rok, natomiast infiltracja efektywna na terenach nie zalesionych przy tej samej wielkości opadu wyliczona na podstawie wskaźnika infiltracji, (dla piasków sandrowych wynosi 0,30) mogłaby wynieść nawet 158 mm/rok..

W badaniach agrometeorologicznych (A. Kędziora, 1992) stwierdzono także, że w okresie wegetacyjnym (kwiecień -  wrzesień), przy sumie opadów 321 mm, parowanie w terenie zalesionym było większe o 100 mm niż na użytkach rolnych. Relacja parowanie/opad na użytkach rolnych wynosiła 0,94 natomiast w terenie zalesionym 1,26. Parowanie na obszarach zalesionych jak i nad jeziorami, moczarami, bagnami, jest więc dużo większe niż na obszarach użytkowanych rolniczo, zalesienie terenów wokół jeziora Kamińsko spowodowało więc zmniejszenie infiltracji efektywnej, zmniejszenie gradientów hydraulicznych w powierzchni piezometrycznej poziomu czwartorzędowego i w konsekwencji zmniejszenie dopływu gruntowego do cieków i jezior. W warunkach pierwotnych istniał odpływ powierzchniowy z Jeziora Kamińskiego, w terenie zachowane są jeszcze rowy odpływowe z jeziora, natomiast w trakcie przeprowadzonych badań stwierdzono brak odpływu powierzchniowego. Wyjaśnienia wymagało więc istnienie ewentualnego odpływu podziemnego.

Odpływ podziemny z jeziora Kamińskiego

W celu określenia kontaktu hydraulicznego wód podziemnych w strefie brzegowej z wodami jeziora, zostały wykonane pomiary zwierciadła wody w 15 specjalnie wykonanych piezometrach oraz w istniejącej studni. Wszystkie punkty pomiarowe oraz powierzchnia wody w jeziorze, zostały zaniwelowane. Z interpretacji powierzchni piezometrycznej wynika, że jezioro koncentrycznie zasilane jest wodami podziemnymi, z wyjątkiem kierunku zachodniego, gdzie występuje odpływ gruntowy. Szerokość strefy odpływu podziemnego wynosi około 160 m.

Do obliczenia przybliżonej wielkości odpływu gruntowego z jeziora Kamińsko, posłużono się wzorem.

Q = L * m * i * k

gdzie:

Q     wielkość odpływu gruntowego [m3/d]

L     długość frontu drenażu [m]

m     miąższość warstwy wodonośnej [m]

i     spadek hydrauliczny

k     współczynnik filtracji [m/d]

Front drenażu (L = 160 m) jak i spadek hydrauliczny (i = 0,002222) zostały wyznaczone z mapy piezometrycznej, natomiast miąższość warstwy wodonośnej (m = 25 m) określono na podstawie przekrojów hydrogeologicznych. Wartość współczynnika filtracji k = 11,19 m/d (0,0001295 m/s), przyjęto przez analogię do komunalnego ujęcia wody w Kamińsku.

Q = 160 m * 25 m * 0,002222 * 11,19 m/d = 99,45 m3/d

Według tych szacunkowych obliczeń w okresie rocznym odpływ gruntowy z jeziora Kamińsko wynosi ponad 36 tys. m3.

Rola descenzji wód z górnego do trzeciorzędowego poziomu wodonośnego

Innym zjawiskiem hydrodynamicznym w rejonie Jeziora Kamińskiego, który powoduje dodatkowy odpływ wody z przypowierzchniowego poziomu wodonośnego, jest descenzja wód do poziomu trzeciorzędowego. poprzez utwory półprzepuszczalne, wynikająca z różnicy ciśnień hydrostatycznych między tymi poziomami. Trzeciorzędowy poziom wodonośny, występujący od głębokości 80 - 100 m, jest oddzielony od czwartorzędowego poziomu wodonośnego kompleksem półprzepuszczalnych glin morenowych i iłów poznańskich. Różnica ciśnień hydrostatycznych między poziomami wywołuje pionową filtrację wody o charakterze descenzyjnym.

Podstawą do oceny lokalnej descenzji są obliczenia na modelu symulacyjnym regionalnego systemu geohydraulicznego (Z. Kaźmierczak - Wijura, A. Pawuła, 1977). Ilość wody jaka ucieka z jeziora w wyniku descenzji na obszarze 0,179 km2 (powierzchnia jeziora w 1981 r.) szacuje się na około 2,4 tys. m3/rok. Zjawisko to nie ogranicza się jednak do obszaru jeziora i dla badanej zlewni obliczono wielkość descenzji na 5,16 m3/h/km2 (dane z modelu symulacyjnego środkowej Wielkopolski - Z. Kaźmierczak-Wijura, A. Pawuła 1977). Descenzja wód z górnego poziomu wodonośnego występuje prawie na całym obszarze Puszczy Zielonka i zaznacza się głównie w górnych częściach małych zlewni. Zjawisko ascenzji występuje jedynie na obszarze ok. 10 km2 i wynosi 124 tys. m3/rok..

W zlewni cząstkowej jezior Kamińsko  -  Pławno  - Miejskie (21,52 km2) wielkość descenzji ocenia się na ok. 420 tys. m3/rok. O roli tego czynnika w bilansie wodnym zlewni świadczy porównanie z infiltracją efektywną, która wynosi dla tej zlewni, według obliczeń modelowych 0,6 mln. m3/rok (1,5 mln. m3/rok według obliczeń bilansowych). Ilość wody zasilającej poziom wód podziemnych w latach 50-tych była dużo wyższa niż obecnie (wynik zalesiania), wystarczało to na pokrycie strat spowodowanych descenzją, a pozostała ilość wody odpływała do cieków powierzchniowych i jezior. Obecnie również odbywa się odpływ do rzeki, ale drenaż jest już bardzo słaby i istnieje możliwość, że obecne cieki ulegną wyschnięciu.

Skutki eksploatacji wód podziemnych

Kolejnym powodem spadku zwierciadła wody w jeziorze Kamińsko, być może najważniejszym, jest eksploatacja ujęć wód podziemnych. W 1977 roku wybudowano wiejskie ujęcie wody w Kamińsku, w strefie źródliskowym cieku zasilającego jezioro. Wydajność eksploatacyjną studni szacuje się na 500 tys. m3/rok, ale ze względu na to że część wody powraca do gruntu w postaci zrzutów, do dalszych analiz przyjęto średnią realną eksploatację wód podziemnych na poziomie 250 tys. m3/rok. Rozwój leja depresyjnego spowodował dalsze zmniejszenie gradientów hydraulicznych w powierzchni piezometrycznej poziomu czwartorzędowego i zmniejszenie dopływu do cieków i jezior. Oddziaływanie tego leja depresyjnego można zauważyć w odniesieniu do Jeziora Miejskiego, ale znacznie większe oddziaływanie jest na Jezioro Kamińskie.

Budowa kolejnych ujęć wody, m. in. w ośrodku hotelowym "Dwa Stawy" w Kamińsku, pogłębia negatywne skutki eksploatacji i powoduje dalsze zmniejszenie dopływu wody do jeziora Kamińsko. Studnia została wybudowana w tym ośrodku w roku 2000, w odległości ok. 500 m od jeziora. Wielkość eksploatacji szacuje się na 20 tys. m3/rok.

Wpływ obiektów hydrotechnicznych

W ostatnich latach mimo wyższych opadów rocznych w stosunku do średniej z wielolecia (527mm), nie zauważa się stałego wzniosu zwierciadła wody w jeziorze, najprawdopodobniej jest to spowodowane tym, że jeden z cieków który doprowadzał wodę do jeziora został zamknięty i wybudowano na nim sztuczne zbiorniki ("Dwa Stawy").

W celu wykluczenia bądź potwierdzenia wpływu kopalni kruszywa mineralnego w Owińskach na zachowanie się wód podziemnych w Puszczy Zielonka, w kwietniu 1999 roku wykonano pomiary geodezyjne zwierciadła wody w żwirowni (77,606 n.p.m.) oraz w piezometrach zlokalizowanych między jeziorem a kopalnią. Z pomiarów i opracowanej mapy piezometrycznej wynika, że między jeziorem Kamińsko a żwirownią "Owińska" znajduje się wododział, co oznacza że wydobycie kruszywa na terenie kopalni nie powoduje obniżania wód w Puszczy Zielonce i tym samym nie powoduje obniżania zwierciadła wody w Jeziorze Kamińskim. Potwierdzeniem takiego wniosku jest zachowanie pierwotnego poziomu wody w jeziorze koło Trzaskowa.

Sytuacja hydrologiczna poza strefą Jeziora Kamińskiego

Problem obniżania się lustra wody dotyczy także Jeziora Miejskiego, które znajduje się w podobnej sytuacji jak Jezioro Kamińskie, ale obniżanie nie jest tak gwałtownenie ponieważ nie ma bezpośredniego dopływu powierzchniowego z rejonu ujęcia wody. W mniejszym stopniu problem obniżania się zwierciadła wody dotyczy jeziora Pławno, które usytuowane jest w górnej części zlewni Trojanki (Goślinki).

Zjawisko obniżania się zwierciadła wód podziemnych, ale w dużo mniejszym stopniu, obserwuje się również w drugiej części zlewni Trojanki tj. w zlewni jezior Leśne i Worowskie. Przyczyny są podobne jak w przypadku zlewni Trojanki, czyli: wysoka descenzja 1,18 mln. m3/rok, oraz wysokie straty na ewapotranspirację.

W pozostałych zlewniach nie odnotowano, w przeciągu ostatnich kilkudziesięciu lat, większego obniżenia poziomu wód gruntowych. Przypuszczalnie dzieje się tak dlatego, że nie zalesiano tu większych obszarów (jedynie miejsca po wyrębie lasu), a co za tym idzie nie zwiększyła się ewapotranspiracja. Również powodem takiego stanu jest to, że obszar ten jest prawie nie zamieszkały a eksploatacja wód jest bardzo mała.

Streszczenie pracy przygotował: dr inż. Andrzej Pawuła

e - mail: pawula@main.amu.edu.pl

witryna: http://main.amu.edu.pl/~pawula

Poznań, 31 sierpnia 2003 r.