Zbiornik Wisła Czarne

Autorzy: Dr Robert Machowski, Prof. dr hab. Mariusz Rzętała

ENCYKLOPEDIA WOJEWÓDZTWA ŚLĄSKIEGO

TOM: 10 (2023)

Rys. 1. Lokalizacja zbiornika Wisła-Czarne: 1 – zbiorniki wodne, 2 – cieki powierzchniowe, 3 – zapory, 4 – drogi, 5 – granice jednostek administracyjnych, 6 – urządzenia zrzutowe, urządzenia upustowe.

Zbiornik Wisła Czarne zlokalizowany jest w południowej części województwa śląskiego, w odległości kilku kilometrów od przebiegającej na zachód od niego granicy państwa z Republiką Czeską (rys. 1). Pod względem administracyjnym zbiornik znajduje się w granicach miasta Wisła, na terenie jednostki pomocniczej (osiedla) Czarne, od której pochodzi nazwa jeziora (fot. 1). Samo miasto jest częścią powiatu cieszyńskiego. Zbiornik został zlokalizowany w dolinie rzecznej, w miejscu połączenia Białej i Czarnej Wisełki. Sama zapora jeziora została posadowiona około 300 m poniżej miejsca dawnego połączenia cieków źródłowych Wisły. Obiekt przekazano do użytkowania pod koniec 1973 roku, po trwającej kilka lat budowie.

Zarówno sam zbiornik, jak i jego zlewnia, w całości znajdują się w granicach mezoregionu Beskid Śląski, który wchodzi w skład makroregionu Beskidy Zachodnie. Według regionalizacji fizycznogeograficznej wymienione jednostki zaliczane są do podprowincji Zewnętrzne Karpaty Zachodnie. Powierzchnia zlewni zbiornika w przekroju zapory wynosi około 30 km².

Tereny w bezpośrednim otoczeniu zbiornika (poza odcinkiem zapory) wzdłuż jego brzegów porastają lasy. W bliskim sąsiedztwie czaszy jeziora znajdują się także grunty rolnicze wykorzystywane jako łąki i pastwiska oraz miejsca, gdzie znajduje się rozproszona zabudowa jednorodzinna, przy udziale nieco większych pensjonatów i domów wypoczynkowych. Kilkaset metrów na południe od zbiornika znajduje się Rezydencja Prezydenta RP Zamek w Wiśle – Narodowy Zespół Zabytkowy. Całość składa się z Zamku Górnego wraz z kaplicą pw. św. Jadwigi Śląskiej oraz ogólnodostępnego Zamku Dolnego, w którym zlokalizowany jest niewielki hotel z kilkunastoma komfortowymi pokojami. Dookoła zbiornika przebiegają wyasfaltowane drogi o lokalnym charakterze, na których zlokalizowane są liczne punkty widokowe. Również przez zaporę czołową jeziora wytyczono ciąg spacerowy, który został wyłączony dla zwykłego ruchu samochodowego.

Geneza, morfometria i zabudowa hydrotechniczna

Fot. 1. Zbiornik Wisła-Czarne – widok z zapory (fot. W. Pawełczyk).

Budowa zbiornika Wisła Czarne została poprzedzona szeregiem prac koncepcyjnych, których celem było opracowanie najbardziej optymalnego projektu. Na tym etapie przeprowadzono wstępne rozpoznanie sytuacji geologicznej, które uwzględniało lokalizację zapory zbiornika w trzech wariantach – w odległości około 370 m, 800 m i 1200 m poniżej miejsca połączenia Białej i Czarnej Wisełki. Na podstawie uzyskanych wyników do realizacji została wybrana lokalizacja przewidująca budowę zapory w km 96 + 800 biegu Wisły (około 300 m od miejsca połączenia potoków), która charakteryzowała się najbardziej korzystnymi warunkami geologiczno-inżynierskimi. Pierwsze pomiary geodezyjne, których efektem był szczegółowy plan sytuacyjno-wysokościowy miejsca przyszłej inwestycji zostały wykonane w latach 1960-1961. Przeprowadzone kolejne późniejsze dokładne badania geologiczne wykazały dosyć skomplikowaną budowę geologiczną tych terenów, co wymiernie wpłynęło na opóźnienia w trakcie samej realizacji inwestycji. Działania przygotowawcze obejmujące już pierwsze prace ziemne rozpoczęły się z dwumiesięcznym opóźnieniem – w sierpniu 1967 roku. Na tym etapie wykonano m.in. zagospodarowanie placu budowy, przełożenie dróg i sieci uzbrojenia terenu oraz część prac przy upuście dennym oraz sekcjach galerii kontrolno-zastrzykowej wraz z uszczelnieniem podłoża. Z danych zamieszczonych na tablicy informacyjnej umieszczonej przy zbiorniku wynika, że w związku z jego budową: zaszła konieczność wywłaszczenia ok 50 ha gruntów, wykarczowano lasy na powierzchni 19,7 ha, usunięto 12 gospodarstw wraz z zabudowaniami oraz budynek szkoły, dokonano zmiany układu komunikacyjnego z przełożeniem drogi Wisła – Kubalonka na odcinku ponad 1836 m oraz drogi lokalnej do doliny Białej Wisełki (fot. 2). Najbardziej czasochłonna w budowie okazała się zapora czołowa, której wznoszenie trwało nieco ponad 5 lat. W 1973 roku po przeprowadzeniu prac wykończeniowych 15 grudnia nastąpił odbiór końcowy. Napełnianie zbiornika rozpoczęto już 26 października, w czasie kiedy z formalnego punktu widzenia zbiornik nie był jeszcze ukończony.

Przegrodzenie doliny rzecznej zaporą ziemną pozwoliło na spiętrzenie wód w postaci sztucznego jeziora, którego maksymalna powierzchnia wynosi około 40 ha. Pojemność całkowita zbiornika oceniana jest na nieco ponad 5 mln m³. Przytoczone wartości wskazują, że zbiornik Wisła Czarne jest jednym z mniejszych sztucznych jezior na terenie województwa śląskiego, którego geneza związana jest z wybudowaniem zapory.

Parametr	Wartość
Minimalny poziom piętrzenia	533,70 m n.p.m.
Normalny poziom piętrzenia	544,50 m n.p.m.
Maksymalny poziom piętrzenia	551,90 m n.p.m.
Normalny poziom nadpiętrzenia	553,00 m n.p.m.
Maksymalny poziom nadpiętrzenia	554,20 m n.p.m.
Powierzchnia zbiornika przy minimalnym poziomie piętrzenia	8,76 ha
Powierzchnia zbiornika przy normalnym poziomie piętrzenia	26,2 ha
Powierzchnia zbiornika przy maksymalnym poziomie piętrzenia	35,87 ha
Powierzchnia zbiornika przy maksymalnym poziomie nadpiętrzenia	40,00 ha
Pojemność przy minimalnym poziomie piętrzenia	471 tys. m3
Pojemność przy normalnym poziomie piętrzenia	2 320 tys. m3
Pojemność przy maksymalnym poziomie piętrzenia	4 511 tys. m3
Pojemność całkowita	5 060 tys. m3

Tabela 1. Podstawowe dane morfometryczne zbiornika Wisła Czarne

Podstawowy obiekt hydrotechniczny, który nierozłącznie związany jest ze zbiornikiem Wisła – Czarne to zapora czołowa (fot. 3). Jest to budowla typu ziemnego, została usypana z miejscowego materiału, który był eksploatowany ze złoża zlokalizowanego w strefie cofkowej przyszłego zbiornika. Długość zapory wynosi 280 m, a jej maksymalna wysokość osiąga 36 m. Rzędna korony zapory została ustalona na wysokości 554,5 m n.p.m. Wstępnie zakładano realizację budowli, której szerokość w koronie miała wynosić 9,55 m. Jednak z uwagi na niewystarczające zasoby rozpoznanego złoża miejscowych surowców konieczne okazało się zmniejszenie szerokości korony zapory do 6,6 m, przy zachowaniu pierwotnej wysokości. Dzięki temu wydatnie została zmniejszona także całkowita kubatura obiektu, która ostatecznie wyniosła około 470 tys. m³.

Lokalizacja zapory na zwietrzałych formacjach skalnych fliszu karpackiego oraz nieodpowiednie parametry techniczne zastosowanego materiału ziemnego, z którego usypano zaporę, wymogły na budowniczych wykonanie odpowiednich zabezpieczeń. Podłoże zasadniczo zostało uszczelnione za pomocą przesłony cementacyjnej. Jedynie na prawym stoku, w strefie zaburzeń tektonicznych, na odcinku około 33 m podłoże było na tyle zwietrzałe, że konieczne okazały się bardziej specjalistyczne działania. Zwietrzelina z tej części została usunięta, w efekcie czego powstał wykop głębszy od założeń projektowych o 1,6-5,0 m. W tym miejscu wykonano przeponę z brusów stalowych typu Larson. Po napełnieniu zbiornika okazało się, że przyjęte rozwiązanie było błędne i spowodowało pojawienie się niepożądanych zjawisk, które stanowiły istotne zagrożenie dla stanu technicznego całej konstrukcji. Natomiast uszczelnienie w skarpie odwodnej zapory wykonano w postaci ekranu z płyt betonowych zbrojonych o grubości 20-25 cm (fot. 4), które zostały ułożone na warstwie podkładowej wykonanej również z płyt betonowych o mniejszej 12 cm grubości. Poniżej ze żwirów usypano warstwę drenażową, która umożliwia odprowadzanie wody pojawiającej się z przecieków. Odpływ wód odciekowych następuje dzięki rurociągowi, który znajduje się w dolnej części warstwy drenażowej. Instalacja została wykonana z perforowanych rur kamionkowych o średnicy 200 mm. Następnie nadmiar wód odprowadzany jest krótkimi stalowymi rurociągami do wnętrza galerii kontrolno-drenażowej, skąd zbiorczym rurociągiem odpływa do dolnego stanowiska zapory. Wspomniana galeria o wymiarach 2 m wysokości i 1,3 m szerokości została podzielona na 16 sekcji, z których każda jest o długości około 15 m. Przez koronę zapory wytyczono drogę, której powierzchnia kiedyś asfaltowa obecnie jest wyłożona kostką brukową. Ze względu na wprowadzone ograniczenia współcześnie trasa wykorzystywana jest jedynie przez spacerowiczów. Wzdłuż drogi znajdują się ograniczenia w postaci betonowego murku od strony odwodnej oraz betonowej balustrady i żywopłotu od strony odpowietrznej. W tej części w specjalnie wyciętych w żywopłocie wnękach znajdują się stylizowane latarnie. Skarpa odpowietrzna zapory została obsiana roślinnością trawiastą.

Bardzo istotnym elementem konstrukcji zapory są urządzenia spustowe w postaci upustu dennego przelewu powierzchniowego oraz rurociągów tzw. wody pitnej i biologicznej. Upust denny znajduje się w prawej części zapory, w odległości około 70 m od przelewu powierzchniowego. Jego całkowita długość wynosi 160 m, którą poprzedza sekcja wlotowa o długości 4,45 m. Pierwotnie upust denny wykonany był w postaci konstrukcji żelbetowej w postaci dwóch przewodów o wymiarach 1,2 m x 1,2 m. Jednak wciąż pojawiające się spękania konstrukcji, będące konsekwencją błędów powstałych w czasie budowy, dały podstawę do przeprowadzenia kompleksowych prac remontowych. Działania naprawcze wykonane zostały w 1975 roku. Od tej pory przelew denny to dwie stalowe rury o średnicy 0,8 m każda, którymi maksymalny odpływ może wynosić 11,5 m³/s. Przewody rurowe zamykane są dwiema zasuwami klinowymi – roboczą i awaryjną. Bezpośrednio nad przewodami spustu dennego przebiega galeria komunikacyjna o długości 121 m. W jej wnętrzu znajdują się kolejne elementy wyposażenia hydrotechnicznego takie jak: rurociąg wody pitnej o średnicy 0,5 m; rurociąg wody biologicznej o identycznej średnicy; oraz dwa mniejsze rurociągi o średnicy 0,2 m, odprowadzające wody pochodzące z przecieków.

Przelew powierzchniowy wykonany w konstrukcji żelbetowej znajduje się na prawym stoku doliny (fot. 5). Wykorzystywany jest do regulacji odpływu ze zbiornika tylko w wyjątkowych sytuacjach – po wypełnieniu rezerwy powodziowej. Jego całkowita długość wynosi 159,1 m. Przelew składa się z kilku elementów. W części odwodnej znajduje się komora wlotowa z dwoma stałymi jazami. Jaz czołowy posiada koronę przelewu o szerokości 10 m i rzędnej na wysokości 551,9 m n.p.m. Jaz boczny jest długi na 29 m, a rzędna jego korony została ustalona na nieco większej wysokości – 553,0 m n.p.m. Początkowo szerokość przelewu powierzchniowego wynosi 10 m, a po przekroczeniu osi zapory zwęża się do 6 metrów (fot. 6). Maksymalne możliwości przepływu wody tą drogą oszacowano na 139 m³/s. Na końcu kanału przelewowego znajduje się niecka wypadowa, która ma kształt nieregularnego pięcioboku (Fot. 7). Do tej samej niecki odprowadzane są również wody pochodzące ze spustu dennego. Odpływ wody ze zbiornika do naturalnego koryta Wisły odbywa się zazwyczaj w nieszkodliwy sposób. Jedynie w czasie funkcjonowania odpływu z przelewu powierzchniowego mogą pojawiać się zagrożenia ze strony szybko płynących ogromnych mas wody. Dlatego też koryto Wisły na odcinku około 75 m od niecki wypadowej zostało zabezpieczone grubym narzutem kamiennym.

Z uwagi na niedociągnięcia, które pojawiły się na etapie budowy zapory zbiornika Wisła Czarne, był on remontowany właściwie już od samego początku swojego funkcjonowania. Podczas pierwszego napełniania jeziora pojawiły się groźne dla całej konstrukcji przecieki, które spowodowane były m.in. pęknięciami płyt, nieszczelnościami dylatacji oraz wieloma podobnymi usterkami. Z tych powodów konieczne było utrzymywanie obniżonego piętrzenia, podczas którego wykonano niezbędne prace naprawcze. Remonty poszczególnych części zapory prowadzone są właściwie nieprzerwanie do dnia dzisiejszego. Aktualnie będą podejmowane próby remontu i modernizacji systemu odwadniającego lewego przyczółka zapory w ramach dużego, wieloletniego projektu „Modernizacja obiektów zbiornika wodnego Wisła Czarne – drenaż skarpy odpowietrznej, przelew stokowy, sieć piezometrów”. Przewidziane działania stanowią końcowy etap prac remontowych, które rozpoczęły się jeszcze w latach 90. ubiegłego wieku.

Cechy wód jeziornych

Fot. 2. Historia budowy zbiornika Wisła-Czarne – tablice informacyjne (fot. M. Rzętała).

Wahania stanów wody i retencja jeziorna

Zbiornik Wisła Czarne posiada jedną z najwyższych w Polsce zapór typu ziemnego, która maksymalnie osiąga wysokość 36 m od dna doliny. Obecność w korpusie zapory urządzeń spustowych pozwala na regulowanie stanów wody w zbiorniku w zależności od aktualnie prowadzonej gospodarki wodnej. Zbiornik jest obiektem wielozadaniowym, a jego podstawową funkcją jest wyrównywanie przepływów Wisły w celu zaopatrzenia w wodę pobliskich miast. Takie ukierunkowanie zadań wymaga aby misa jeziora była napełniona w możliwie maksymalnym stopniu, co zapewni nieprzerwane funkcjonowanie ujęć znajdujących się poniżej zapory. Utrzymywanie wysokich stanów wody w zbiorniku stoi w sprzeczności z funkcją przeciwpowodziową, która również jest przypisana dla jeziora. Pogodzenie poszczególnych funkcji odbywa się zazwyczaj poprzez utrzymywanie w zbiorniku stanów wody oscylujących wokół normalnego poziomu piętrzenia (NPP), który wynosi 544,5 m n.p.m. Natomiast zakres możliwych do osiągniecia stanów wody wyznaczają wartości skrajne, tj. minimalny poziom piętrzenia – 533,7 m n.p.m, utożsamiany z tzw. pojemnością martwą, a także maksymalny (nadzwyczajny) poziom nadpiętrzenia – 554,2 m n.p.m., kiedy to retencja zbiornikowa osiąga maksymalne rozmiary rzędu nieco ponad 5 mln m³. Z przedstawionych wartości wynika, że amplituda stanów wody może osiągnąć 20,5 m. Poziom wody utrzymywany w zakresie pomiędzy minimalnym a normalnym stanem określany jest jako pojemność wyrównawcza (użytkowa). Powyżej normalnego poziomu piętrzenia utrzymywane są stany wody charakterystyczne dla okresów wezbraniowych. Pojemność powodziowa w zbiorniku wynosi 2,01 mln m³. W wyjątkowych przypadkach możliwe jest zwiększenie retencji zbiornika o kolejne 0,94 mln m³, co ma miejsce w sytuacji nadpiętrzenia do stanu 554,2 m n.p.m.

W okresie wieloletniego funkcjonowania zbiornika częściej pojawiały się niższe stany utożsamiane z tzw. pojemnością martwą. Jak już wspominano, awaryjność zapory wymuszała prowadzenie licznych prac remontowych. Aby sprawnie i bezpiecznie wykonać naprawy zapory, kilkukrotnie całkowicie opróżniano zbiornik. Już podczas pierwszego napełniania zbiornika w 1974 roku ujawniły się usterki konstrukcyjne, dlatego w tym czasie stany wody utrzymywano na obniżonym poziomie, co uniemożliwiało jego prawidłową eksploatację. Aby ustalić zakres uszkodzeń, już w maju 1974 roku podjęto decyzję o całkowitym opróżnieniu zbiornika. Prace trwały do 1976 roku, a po ich zakończeniu przystąpiono do normalnego piętrzenia wody. Już w 1985 roku pojawiła się konieczność przeprowadzenia szczegółowej inwentaryzacji stanu technicznego ekranu zapory, co było podstawą do kolejnego całkowitego opróżnienia zbiornika. W 1990 roku ponownie obniżono piętrzenie w zbiorniku w celu przeprowadzenia napraw testowych i poddanie ich kilkuletnim próbom. Ocena trwałości poczynionych napraw i kolejne prace remontowe odbyły się w latach 1996 i 1997 przy ponownie opróżnionym zbiorniku.

Wzrost stanów wody powyżej normalnego poziomu piętrzenia zazwyczaj związany jest z pojawianiem się na terenie zlewni jeziora intensywnych opadów atmosferycznych, które generują wezbrania na jego dopływach. Prawidłowo prowadzona gospodarka wodna na zbiorniku pozwala przygotować wymaganą rezerwę powodziową i odpowiednio wcześnie obniżyć poziom wody. Tak jak już wspomniano, w przypadku jeziora Wisła Czarne niskie stany wody bardzo często związane były z pracami remontowymi zapory. Tego typu sytuacja miała miejsce również w 1997 roku, w czasie lipcowej powodzi, która dotknęła znaczną część kraju. Przed wystąpieniem wezbrania na Wiśle napełnienie zbiornika wynosiło zaledwie 0,23 mln m³. Przypadkowa rezerwa, która występowała w tym czasie na zbiorniku pozwoliła na zatrzymanie fali powodziowej i wymierne obniżenie przepływów Wisły poniżej zapory. Podczas tego wezbrania stany wody na zbiorniku nie osiągnęły maksymalnego poziomu. W szczytowym momencie zbiornik osiągnął maksymalne napełnienie wynoszące 3,48 mln m³, przy 1,58 mln m³ wciąż wolnej objętości misy. Po przejściu fali powodziowej przez zbiornik stany wody ponownie zostały obniżone w celu dokończenia wymaganych remontów. W miarę zaawansowania prac i przechodzenia z nimi w wyższe partie czaszy, stopniowo podwyższano piętrzenie wody w zbiorniku, osiągając rzędną 533,3 m n.p.m., którą utrzymywano do początku marca 1999 roku. Po tym czasie nastąpiło zwiększanie piętrzenia co miesiąc o około 1 m, aż do osiągnięcia na początku lipca 1999 roku rzędnej 540,5 m n.p.m. Stan ten z niewielkimi wahaniami utrzymywany był do października 1999 roku, kiedy zwiększono napełnienie misy zbiornika do poziomu normalnego piętrzenia na rzędnej 544,50 m n.p.m. Stany wody oscylujące na takim poziomie są najczęściej utrzymywane na zbiorniku.

Wysokie stany wody na poziomie zbliżonym do rzędnej korony przelewu powierzchniowego (551,9 m n.p.m.) wystąpiły w 2010 roku, który charakteryzował się wysokimi opadami. Pierwsze tego roku wezbranie na zbiorniku zaznaczyło się już w maju z maksimum na poziomie 550,41 m n.p.m. Nieco wyższe stany wody wystąpiły we wrześniu. Na skutek intensywnych opadów deszczu dopływ wody do zbiornika wygenerował poziom piętrzenia na rzędnej 550,98 m n.p.m. W obydwu przypadkach możliwości retencyjne zbiornika nie zostały osiągnięte w 100%, pozostawiając nadal do dyspozycji część pojemności powodziowej.

Warunki termiczno-tlenowe

Pod względem wysokości bezwzględnych zbiornik Wisła Czarne jest najwyżej położonym zbiornikiem zaporowym w Polsce – powyżej 500 m n.p.m. Przy stosunkowo niewielkiej powierzchni jest dosyć głęboki. Uwarunkowania środowiskowe sprawiają, że wody zbiornika są znacznie chłodniejsze w porównaniu z podobnymi jeziorami, które zlokalizowane są na terenach nizinnych, a nawet obszarach wyżynnych pozostałej części województwa śląskiego i Polski. Z uwagi na pełnione funkcje retencja wody w misie jeziora jest krótka, a tym samym podlega ona intensywnemu mieszaniu i szybkiej wymianie. Ocenia się, że woda w zbiorniku wymienia się kilkanaście razy w roku. Czynniki te sprawiają, że tak charakterystyczna dla jezior stratyfikacja termiczna wody może pojawiać się w wyjątkowych sytuacjach. Tego typu epizod zaobserwowano m.in. w najgorętszych miesiącach 1993 roku, kiedy wytworzyła się cienka warstwa epilimnionu, pod którą temperatura obniżyła się do 14-15°C. W tym czasie warstwa powierzchniowa wody była nagrzana do nieco ponad 21°C. Najczęściej jednak obserwuje się stosunkowo wyrównaną temperaturę całej toni, np. we wrześniu 1993 roku było to około 15°C, a w październiku 1993 roku około 12,5°C. W kolejnym roku prowadzone obserwacje nad termiką wód zbiornika wykazały równomierny spadek temperatury toni od jej powierzchni do dna jeziora. Największe zróżnicowanie pomiędzy warstwą powierzchniową a strefą przydenną było charakterystyczne dla okresu letniego. W tym czasie zanotowano różnice rzędu około 7,5-12,5°C, w zależności od terminu wykonanych pomiarów. Podkreślić należy, że w tym czasie nie było zmian skokowych temperatury, które są charakterystyczne dla stratyfikacji termicznej wód jeziornych w postaci anotermii, kiedy można wyodrębnić epilimnion, metalimnion i hypolimnion.

Badania zawartości tlenu w wodach zbiornika, które prowadzono w latach 1976-1984, nie wykazały istotnego pionowego zróżnicowania jego stężenia. Jest to bezpośrednią konsekwencją stabilnej konfiguracji termicznej w całym profilu pionowym. Mieszanie wód w całej toni jeziora Wisła Czarne jest generowane gospodarką wodną, której jest podporządkowany zbiornik. Powoduje to intensywną cyrkulację wód w zbiorniku, co przekłada się na rozprzestrzenianie tlenu we wszystkie partie profilu pionowego. Największa różnica w zawartości tlenu we wspomnianym okresie 1976-1984 pomiędzy powierzchniową i dolną warstwą wody była niewielka, rzędu 1,7 mg O₂/dm³. Zazwyczaj ilość tlenu w wodzie była jednakowa w całym zakresie głębokości zbiornika. Sytuację taką potwierdziły także późniejsze badania nad rozkładem rozpuszczonego tlenu w profilach głębokościowych, które zlokalizowano w najgłębszej strefie jeziora nieopodal jego zapory. W czasie tych pomiarów natlenienie całej toni wodnej było zazwyczaj jednorodne. Sytuacje takie wystąpiły m.in. we wrześniu i październiku 1993 roku oraz maju i czerwcu 1994 roku. W podanych terminach poziom nasycenia wody tlenem od powierzchni do dna zbiornika oscylował w granicach 100%. Natomiast w miesiącach letnich (lipiec i sierpień) 1993-1994, obserwowano wyraźne różnice pomiędzy warstwą powierzchniową a przydenną. Dotyczy to zwłaszcza 1993 roku, kiedy w strefie przypowierzchniowej natlenienie osiągało poziom 125%, a w strefie przydennej spadało poniżej 50%. W kolejnym roku okres letni ponownie był tym czasem, kiedy zanotowano wyraźne różnice natlenienia warstwy przypowierzchniowej (100%) i strefy przydennej, gdzie pojawiały się deficyty na poziomie 50%. Wyraźne zróżnicowanie poziomu natlenienia jest konsekwencją pojawiających się w okresie letnim tzw. zakwitów glonów.

Właściwości fizyko-chemiczne wody

Fot. 3. Zapora czołowa zbiornika Wisła-Czarne (fot. M. Rzętała).

W początkowym okresie funkcjonowania zbiornika (lata 1974-1983) stwierdzono względną stałość składu chemicznego wody. Pojawiające się niewielkie różnice między średnimi rocznymi wartościami parametrów chemicznych wody były wynikiem zjawisk hydrologicznych. Szczegółowa analiza stopnia mineralizacji wód w poszczególnych latach badań wykazała, że średnia roczna wartość przewodności elektrycznej wód zbiornika zmieniała się w zakresie od 71,2 do 112,7 µS/cm ze średnią 91,6 µS/cm. Zawartość azotanów w pierwszych 5 latach istnienia zbiornika nieznacznie rosła z roku na rok. Od 1981 roku miała miejsce odwrotna sytuacja, by ostatecznie zmniejszyć się i osiągnąć taką samą wartość jak w pierwszym roku eksploatacji. Zmienność stężeń azotanów w tym czasie wynosiła 0,71-2,35 mg/dm³ ze średnią 1,37 mg/dm³. Ilość fosforu ogólnego tylko w pierwszych dwóch latach była dwukrotnie wyższa niż w pozostałym okresie. W tym czasie nie zaobserwowano wyraźnej tendencji do wzrostu ani spadku zawartości tych jonów. Zakres zmienności był dosyć rozrzucony od 5 do 71 µg/dm³, a średnia wartość dla wymienionego dziesięciolecia wynosiła 28 µg/dm³. W tym czasie poziom stężeń: chlorków zmieniał się od 2,3 do 7,0 mg/dm³ (średnia 3,8 mg Cl^-/dm³), wapnia 7,6-13,6 mg/dm³ (10,2 mg/dm³) i magnezu 2,0-8,2 mg/dm³ (3,8 mg/dm³). Przezroczystość wody mierzona krążkiem Secchiego wykazała zmienność w zakresie od 1,5 m do 6,0 m ze średnią na poziomie 3,3 m.

W późniejszym czasie zaobserwowano pogorszenie jakości wody w zbiorniku, przejawiające się przede wszystkim okresowym (podczas roztopów i po deszczach) wzrostem zakwaszenia, utlenialności i barwy wody, a latem zaczęły pojawiać się tzw. zakwity glonów. Zakwaszenie środowiska limnicznego powodowane było dopływem do jeziora zakwaszonych wód Czarnej Wisełki. W drugiej połowie 1993 roku podjęto próbę neutralizacji wody za pomocą dolomitu. W okresie od 4 września do 7 grudnia wsypywano kamienny dolomit do koryta Czarnej Wisełki. W jej środkowym biegu złożono 230 t, a przy ujściu potoku Płony – jednego z jej dopływów – kolejne 50 t. Jak się okazało, zastosowane metody neutralizacji dopływu zakwaszonych wód nie przyniosły pożądanych efektów.

Oceny jakości wody zbiornika Wisła Czarne prowadzone są m.in. przez Wojewódzki Inspektorat Ochrony Środowiska w Katowicach. Obejmują one kilkadziesiąt wskaźników ujętych w kilka grup parametrów takich jak: stan fizyczny, warunki tlenowe i zanieczyszczenia organiczne, zasolenie, zakwaszenie, substancje biogenne, specyficzne zanieczyszczenia syntetyczne i niesyntetyczne, substancje priorytetowe, inne substancje zanieczyszczające, grupa wskaźników charakteryzujących występowanie innych substancji chemicznych, wskaźniki mikrobiologiczne oraz pozostałe badane wskaźniki. W 2016 roku – w ramach monitoringu jednolitych części wód powierzchniowych chronionych ze względu na zaopatrzenie ludności w wodę do spożycia – w rejonie ujęcia wody stwierdzono m.in.: temperatura wody – 3,3-15,5°C, zawiesina – <4-10 mg/l, tlen rozpuszczony – 7,1-14,5 mg O₂/l, nasycenie tlenem – 71,1-109%, BZT₅ – 0,5-2,2 mg O₂/l, ChZT-Cr – 4,2-20,0 mg O₂/l, przewodność w 20°C – 57-713 μS/cm, siarczany – 9,9-15,3 mg SO₄^3-/l, chlorki – 2,1-7,6 mg Cl^-/l, odczyn wody – 6,8-7,5 pH, azot Kjeldahla – <0,2-0,95 mg N/l, fosforany – <0,05-0,028 mg PO₄/l, arsen – <0,01 mg As/l, bar – 0,031-0,042 mg Ba/l, Bor – <0,08 mg B/l, cynk – <0,01-0,039 mg Zn/l, miedź – <0,005-0,012 mg Cu/l, węglowodory ropopochodne - indeks olejowy - <0,05-0,0,62 mg/l, fluorki – <0,1-0,24 mg F/l, kadm i jego związki – <0,02-0,06 μg/l, ołów i jego związki – <0,5-1,6 μg/l, rtęć i jej związki – <0,015-0,075 μg/l, nikiel i jego związki – <1-2 μg/l, benzo(a)piren – <0,00017-0,0014 μg/l, DDT całkowity – <0,0075 μg/l, żelazo rozpuszczone 0,042-0,401 mg Fe/l, mangan – <0,02-0,24 mg Mn/l, substancje powierzchniowo czynnie anionowe – <0,05-0,095 mg/l, bakterie grupy Coli NPL (w 100 ml wody) – 42-2098, bakterie grupy Coli typu kałowego - NPL (w 100 ml wody) – <1-121, liczba paciorkowców typu kałowego (enterokoki) – 2-26, amoniak całkowity – <0,26-0,4 mg NH₄/l.

Procesy brzegowe i osady denne

Fot. 4. Przelew powierzchniowy zbiornika Wisła-Czarne (fot. M. Rzętała).

W momencie utworzenia budowli piętrzącej w obrębie doliny rzecznej następuje szereg zmian przebiegu procesów hydrologicznych i geomorfologicznych, zarówno powyżej, jak i poniżej zapory. Utworzenie sztucznego zbiornika powoduje zmiany zasięgu oddziaływania wód powyżej zapory, które w normalnych warunkach nigdy by się nie pojawiły. Przekształcanie brzegów sztucznych jezior jest złożonym procesem, na przebieg którego wpływa szereg uwarunkowań środowiskowych, ale także konkretne działania realizowane w ramach gospodarki wodnej prowadzonej na zbiorniku. Całokształt tych czynników powoduje transformację brzegów zbiornika. W czasie utrzymywania normalnego piętrzenia wody w zbiorniku Wisła czarne intensywność zmian w zasięgu oddziaływania falowania jest mocno ograniczona poprzez porastającą roślinność krzewiastą i drzewiastą. Ich rozbudowany system korzeniowy spaja podłoże, co wydatnie ogranicza przejawy niszczącej działalności wód zbiornikowych. Podczas obniżonego poziomu piętrzenia wody w jeziorze odsłaniają się powierzchnie dna, które mogą podlegać abrazyjnej działalności wód, tworząc strefy brzegu o charakterze klifowym. Tego typu odsłonięcia pojawiają się zwłaszcza we wschodniej, środkowej części brzegu jeziora. Stosunkowo mała powierzchnia zbiornika jest czynnikiem, który również ogranicza rozwój procesów brzegowych.

Cechą charakterystyczną górskich sztucznych zbiorników wodnych jest stosunkowo duża intensywność wypełniania ich misy materiałem denudacyjnym, który niesiony jest przez dopływające do nich rzeki. Dotyczy to zwłaszcza strefy cofkowej, gdzie często powstają charakterystyczne delty. Zamulanie zbiorników wodnych najintensywniej zachodzi podczas krótkich epizodów wezbraniowych i powodziowych pojawiających się na rzekach. W tym czasie siła transportowa wody jest największa dzięki czemu przemieszczane są w dół rzeki duże ilości materiału rumowiskowego, który ostatecznie zostaje osadzony w misie sztucznego jeziora. Wśród osadów akumulowanych w zbiornikach najczęściej dominuje materiał unoszony, znacznie mniejszy udział przypada na większe okruchy, które są wleczone i toczone. Największe okruchy osadzane są najbliżej strefy ujściowej. Im dalej od miejsca kontaktu wód potamicznych z limnicznymi tym mniejszy ciężar właściwy, a tym samym rozmiary osadzanego rumoszu. Akumulacja osadów w zbiornikach powoduje ich wypłycanie skutkujące zmniejszaniem pojemności. Ograniczone możliwości retencyjne istotnie skracają czas żywotności sztucznych jezior.

Przeprowadzone w 2010 roku pomiary batymetryczne zbiornika Wisła Czarne, wykazały pewne zmiany odnośnie możliwości retencyjnych misy jeziora. W czasie wieloletniego funkcjonowania zbiornika systematycznie postępował proces jego stopniowego zamulania (wypełniania osadami). Obliczenia i pomiary wykazały zmniejszenie pierwotnej pojemności zbiornika po 37 latach jego użytkowania o około 419 tys. m³. Średnie roczne tempo akumulacji materiału oszacowano na 11 324 m³. Przekłada się to na zmniejszenie objętości zbiornika o 9,3% dla pojemności odnoszącej się do wartości osiąganej przy maksymalnym poziomie piętrzenia. Dostawa rumoszu skalnego do zbiornika za pośrednictwem Czarnej i Białej Wisełki, nawet w okresach wezbraniowych, jest mocno ograniczana dzięki celowym zabiegom realizowanym przez człowieka. Na wspomnianych dopływach wybudowano specjalistyczne budowle hydrotechniczne, których głównym celem jest zmniejszenie siły wód w czasie wezbrań i powodzi. Największe znaczenie w tym zakresie przypisuje się zaporom przeciwrumowiskowym. Ich nadrzędnym celem jest zatrzymywanie rumowiska, głównie rumoszu o frakcji toczyn i wleczyn, a tym samym ochrona zbiornika przed nadmiernym jego zasypywaniem. Są to budowle poprzeczne przegradzające łożyska potoków, których wysokość w koronie jest zwykle wyższa od poziomu wielkich wód. Zapory przeciwrumowiskowe składają się zwykle z: muru czołowego z przelewem zwanym gardłem, niecki wypadowej ograniczonej ścianami bocznymi i progiem oraz przeciwprzegrody. Często budowane są także inne elementy w obrębie i sąsiedztwie zapór przeciwrumowiskowych takie jak: progi, stopnie, szykany i okienka osączające.

Znaczenie zbiornika

Zbiornik Wisła Czarne został wybudowany przez człowieka w dolinie rzecznej w ściśle określonych celach. Zazwyczaj tego typu zbiorniki są obiektami gospodarki wodnej spełniającymi jednocześnie kilka podstawowych funkcji, a także przypisuje się im mniej znaczące role. Przegrodzenie doliny zaporą, która wyposażona jest w specjalistyczny system urządzeń regulujących odpływ wody z misy jeziora, pozwala na sterowanie wielkością przepływów poniżej tamy. Oddziaływanie jeziora Wisła Czarne na stany rzeki uwidacznia się w dwojaki sposób. Zbiornik jest przede wszystkim obiektem, który ma spełniać funkcje przeciwpowodziowe. Jego znaczenie wzrasta w okresach, kiedy na okolicznych terenach pojawiają się bardzo intensywne lub równie niebezpieczne długotrwałe opady atmosferyczne. Warunki orograficzne sprawiają, że efekty deszczy w dosyć krótkim czasie uwidaczniają się w postaci wezbrań na potokach uchodzących do jeziora. Prawidłowo prowadzona gospodarka wodna na zbiorniku pozwala wymiernie zmniejszyć wygenerowaną falę powodziową, obniżając przepływy poniżej zapory do wartości, które nie zagrażają terenom zamieszkanym przez ludzi. W czasie blisko pięćdziesięcioletniego funkcjonowania, zbiornik wiele razy potwierdził swoje przeciwpowodziowe znaczenie m.in. w latach 1980, 1997 i 2010. Zasoby wodne zgromadzone w misie zbiornika w czasie powodzi mogą być wykorzystywane na podniesienie przepływów w okresach niedoboru wody w zlewni utożsamianych z niżówkami. Z tego typu sytuacjami od kilku- kilkunastu lat mamy do czynienia właściwie każdego roku. Niedostatek wody w rzekach szczególnie negatywnie wpływa na życie biologiczne. Dlatego, aby funkcjonowanie organizmów wodnych poniżej zapory było niezagrożone w czasie niedoborów wody, stale utrzymywany jest zrzut wody z jeziora w postaci tzw. przepływu biologicznego (przepływu nienaruszalnego). W przypadku zbiornika Wisła Czarne jest to przepływ rzędu 0,06 m³/s. Jest to taka ilość wody, która pozwoli przetrwać faunie i florze wodnej do czasu wzrostu przepływów.

Retencja zbiornika Wisła Czarne wykorzystywana jest do zaopatrywania Stacji Uzdatniania Wody (SUW) w Wiśle, gdzie odbywa się produkcja wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi, która następnie dostarczana jest odbiorcom zamieszkującym tereny Wisły, Ustronia, Skoczowa oraz przyległym do nich miejscowościom. Z funkcjonowaniem ujęcia wody na zbiorniku związane są rygorystyczne nakazy i zakazy, które określają odpowiednie zapisy znajdujące się w Ustawie z dnia 20 lipca 2017 roku Prawo wodne (Dz. U. 2017 poz. 1566 z późniejszymi zmianami) oraz wytyczne zawarte w przepisach prawa wydawanych przez odpowiednie jednostki administracji publicznej odpowiedzialne za środowisko wodne. W Dzienniku Urzędowym Województwa Śląskiego z dnia 19 października 2016 roku opublikowano Rozporządzenie nr 5/2016 Dyrektora Regionalnego Zarządu Gospodarki Wodnej w Gliwicach z dnia 18 października 2016 roku w sprawie ustanowienia strefy ochronnej ujęcia wody powierzchniowej ze zbiornika Wisła Czarne w Wiśle. Samo ujęcie wody znajduje się w strefie ochrony bezpośredniej o powierzchni 100 m², natomiast zbiornik Wisła Czarne oraz tereny przylegające znalazły się w zasięgu ochrony pośredniej ujęcia o powierzchni 158,9454 ha. Wytyczne zawarte w wymienionych przepisach ograniczają właściwie do minimum rekreacyjne wykorzystanie jeziora. Na zbiorniku i w jego otoczeniu obowiązuje całkowity zakaz biwakowania, kąpieli i połowu ryb. Do nielicznych przejawów funkcji rekreacyjno-wypoczynkowych zbiornika i jego otoczenia można zaliczyć jedynie spacery oraz jazdę na rowerze po specjalnie wytyczonych szlakach pieszo-rowerowych.

Poza ściśle określonym znaczeniem społeczno-gospodarczym zbiornik spełnia również ważne funkcje przyrodnicze. Na terenach tych ustanowiono rezerwat przyrody Wisła. Został on utworzony Zarządzeniem Ministra Leśnictwa i Przemysłu Drzewnego z dnia 25 czerwca 1959 roku w sprawie uznania za rezerwat przyrody. Rezerwat został utworzony w celu ochrony pstrąga potokowego w najbardziej naturalnych warunkach jego bytowania. Współcześnie ochrona spełnia swoje zadania w ograniczonym zakresie. W latach 90. XX wieku w ramach badań dokonano odłowu ryb w Białej i Czarnej Wisełce. W Czarnej Wisełce nie złowiono żadnej ryby. W Białej Wisełce złowiono 56 ryb należących do dwóch gatunków: pstrąg potokowy i głowacz pręgopłetwy. Brak ryb w potoku Czarna Wisełka może być konsekwencją toksyczności środowiska wodnego, spowodowanej niskim odczynem wody i dużą zawartością zjonizowanego glinu.

Bibliografia

1. Choiński A.: Zarys limnologii fizycznej Polski, Poznań 1995.
2. Grela J., Słota H., Zieliński J., (red.): Dorzecze Wisły: monografia powodzi, lipiec 1997, Warszawa 1999.
3. Jaguś A., Rzętała M.: Szczawnica i okolice – niektóre możliwości kształcenia w zakresie geografii, Sosnowiec 2001.
4. Kasza H.: Hydrochemical characteristics of the Wisła-Czarne reservoir (Southern Poland) in the period 1975-1984, [w:] “Acta Hydrobiologica” 1986, nr 28 (3/4), s. 293-306.
5. Kondracki J.: Geografia regionalna Polski, Warszawa 1998.
6. Kubok M.: Charakterystyka hydrograficzna zbiornika Wisła Czarne, Sosnowiec 2013.
7. Kukuła K. Szczęsny B.: Fish fauna in the Czarna Wisełka and the Biała Wisełka, the headstreams of the Vistula River, under acid stress, [w:] Wróbel S., (red.): Environmental degradation of the Czarna Wisełka and Biała Wisełka catchments, Western Carpathians. “Studia Naturae” 1998, nr 44, s. 171-181.
8. Leszczyński W., Mroziński J., Słota A., Wilk T.: Zbiornik Wisła Czarne. Pomiary batymetryczne pojemności zbiornika, Warszawa 2010.
9. Łajczak A.: Studium nad zamulaniem wybranych zbiorników zaporowych w dorzeczu Wisły. Monografie Komitetu Gospodarki Wodnej Polskiej Akademii Nauk. Zeszyt 8, Warszawa 1995.
10. Madzia M.: Funkcje zbiornika retencyjnego Wisła-Czarne w redukcji fali powodziowej, [w:] „Inżynieria Ekologiczna” 2015, vol. 41, s. 173-180.
11. Olszamowski Z., Rożnowska L.: Monografia zbiornika wodnego Wisła-Czarne, Warszawa 1988.
12. Olszamowski Z., Tężycki W.: Naprawa budowli betonowych i żelbetowych zapory Wisła-Czarne, [w:] „Inżynieria i Budownictwo” 2004, nr 3, s. 130-134.
13. Rzętała M.A.: Wybrane przemiany geomorfologiczne mis zbiorników wodnych i ocena zanieczyszczeń osadów zbiornikowych w warunkach zróżnicowanej antropopresji (na przykładzie regionu górnośląsko-zagłębiowskiego), Katowice 2014.
14. Skowron R.: Zróżnicowanie i zmienność wybranych elementów reżimu termicznego wody w jeziorach na Niżu Polskim, Toruń 2011.
15. Wróbel S.,: Chemical composition of water in the Czarna Wisełka and Biała Wisełka streams and the Wisła-Czarne dam reservoir, [w:] Wróbel S., (red.): Environmental degradation of the Czarna Wisełka and Biała Wisełka catchments, Western Carpathians. “Studia Naturae” 1998, nr 44, s. 81-99.

Źródła on-line

Dz. U. 2017 poz. 1566, Ustawa z dnia 20 lipca 2017 r. Prawo wodne

Dziennik Urzędowy Województwa Śląskiego, Rozporządzenie nr 5/2016 Dyrektora Regionalnego Zarządu Gospodarki Wodnej w Gliwicach z dnia 18 października 2016 r. w sprawie ustanowienia strefy ochronnej ujęcia wody powierzchniowej ze zbiornika Wisła Czarne w Wiśle

Machowski R, Rzętała M.: Wody powierzchniowe, w: „Encyklopedia Województwa Śląskiego” 2014, t. 1.

Pistelok P.: Zbiornik Wisła Czarne w: Państwowe Gospodarstwo Wodne Wody Polskie

Platforma zakupowa, Państwowe Gospodarstwo Wodne Wody Polskie

Ujęcia wody, w: Wodociągi Ziemi Cieszyńskiej

[http://www.katowice.wios.gov.pl/monitoring/informacje/stan2016/wody_pow/zbiorniki.pdf Wojewódzki Inspektorat Ochrony Środowiska w Katowicach]

zamekwisla.pl http://zamekwisla.pl/ zamekwisla.pl

Zarządzenie Ministra Leśnictwa i Przemysłu Drzewnego z dnia 25 czerwca 1959 r. w sprawie uznania za rezerwat przyrody

Zobacz też

Dorzecze Wisły

Wody podziemne

Wody powierzchniowe