Zakład Inżynierii Leśnej Instytut Ochrony Ekosystemów Leśnych

Prezentacja na temat: "Zakład Inżynierii Leśnej Instytut Ochrony Ekosystemów Leśnych"— Zapis prezentacji:

1 Zakład Inżynierii Leśnej Instytut Ochrony Ekosystemów Leśnych
Wydział Leśny Uniwersytetu Rolniczego im. Hugona Kołłątaja w Krakowie Panel Obywatelski ( r.) Co zrobić, żeby poprawić zatrzymywanie wody deszczowej na terenie Trójmiejskiego Parku Krajobrazowego? tytuł Gospodarka leśna w poprawie retencji podtytuł Hydrologiczne funkcje lasu dr hab. inż. Jarosław Kucza (p. 312b, tel , Materiały wykorzystane w prezentacji autorstwa: dr inż. Anny Ilek, dr inż. Anny Klamerus-Iwan, dr inż. Janusza Gołąba oraz dr hab. inż. Jarosława Kuczy

2 Hydrologiczne funkcje lasu
Z szerokiej tematyki związanej z hydrologią leśną w wystąpieniu omówiono zagadnienia związane z retencyjnymi właściwościami środowisk leśnych oraz czynnikami opóźniającymi odpływ wody, które mogą przeciwdziałać zagrożeniom powodziowym występującym poza terenem leśnym.

3 Zbiorniki retencyjne środowiska leśnego
Id - intercepcji drzewostanów Ir – intercepcji runa leśnego Rg – retencji glebowej (gruntowej) Zbiornik retencji poziomów organicznych gleb leśnych Zbiornik retencyjny poziomów mineralnych gleb leśnych

4 Intercepcja drzew i drzewostanów definicja intercepcji: zdolność do zatrzymania wody na powierzchni ciała stałego Aby przewidzieć wysokość intercepcji drzewa i drzewostanów trzeba poznać zarówno jego powierzchnie jak i zdolności intercepcyjne składowych drzewa: aparatu asymilacyjnego (liście, igły) - (żywa materia organiczna) powierzchni korowej -(martwa materia organiczna) Z tych dwóch składowych jedynie aparat asymilacyjny (w naszych warunkach poza sosną) spełnia wymogi definicji intercepcji. Powierzchnia korowa drzew oprócz zatrzymywania wody na powierzchni posiada właściwości absorpcyjne których dynamika może trwać wiele dni. – właściwości te są poza zakresem definicji intercepcji.

5 INTERCEPCJA Wysokość intercepcji potencjalnej powierzchni liści i igieł wyznaczonej doświadczalnie (mm H2O/cm2) Gatunki iglaste Z badań prowadzonych w Zakładzie Inżynierii Leśnej na zlecenie Instytutu Badawczego Leśnictwa w Sękocinie Starym wynika, że wysokości intercepcji można przyjmować w przedziale : 0, 01 – 0,035 mm H2O/cm2 . Gatunki liściaste Wysokość intercepcji aparatu asymilacyjnego został oceniony w przedziale: 0,01 – 0,09 mm H2O/cm2 . Są to wartości niewielkie ale mające duże ekologiczne znaczenie dla funkcjonowania środowiska leśnego – natomiast nie stanowią istotnej pozycji w czasie trwania deszczy nawalnych.

6 Temperatura opadu i otoczenia Zanieczyszczenia powietrza
INTERCEPCJA Możliwości intercepcyjne aparatu asymilacyjnego zależą również od czynników zmieniających właściwości jego powierzchni, m.in.: Sezonowa zmienność Temperatura opadu i otoczenia Zanieczyszczenia powietrza Uszkodzenia mechaniczne Infekcje Opracowała: dr inż.. Anna Klamerus –Iwan Uniwersytet Rolniczy im. Hugona Kołłątaja w Krakowie, Wydział Leśny, Instytut Ochrony Ekosystemów Leśnych, Zakład Inżynierii Leśnej

7 INTERCEPCJA Gatunkowe zróżnicowanie morfologii kory drzew będzie wpływać na proces intercepcji wody opadowej poprzez zwiększenie powierzchni zwilżania. Pinus sylvestris Sosna Picea abies Świerk Larix decidua Modrzew Abies alba Jodła Quercus rubra Dąb szypułkowy Acer pseudoplatanus Klon jawor Betula pendula Brzoza Fagus sylvatica Buk Buk pod tym względem ma najmniejsze zróżnicowanie powierzchni kory. Dodatkowy aspekt hydrologiczny – szybki spływ wody po pniu drzewa

8 Współczynnik rozwinięcia powierzchni kory drzew
NTERCEPCJA Współczynnik rozwinięcia powierzchni kory drzew Abies alba Quercus rubra

9 NTERCEPCJA Dynamika nasiąkliwości kory sprawia, że intercepcja drzew będzie przebiegać według poniższego schematu Schemat przebiegu intercepcji drzew oraz zatrzymywania wody przez poziomy organiczne gleby Źródło: Kucza 2007 – Właściwości hydrologiczne materii organicznej gleb leśnych na przykładzie gleb pod świerczynami istebniańskimi. Zeszyty Naukowe Akademii Rolniczej w Krakowie, zeszyt 442, rozprawa habilitacyjna nr 320.

10 Intercepcja potencjalna drzewostanów i runa leśnego
W oparciu o badania prowadzone w Zakładzie Inżynierii Leśnej na zlecenie Instytutu Badawczego Leśnictwa w Sękocinie Starym można przypuszczać, że : 100 letnie drzewostany bukowe będą mogły zatrzymać przy długotrwałym opadzie deszczu około 8 mm warstwę wody Intercepcja runa leśnego występującego w postaci koloni ( jeżyna, borówka) może osiągnąć wartości nie przekraczające 0,8 mm Wartości przeliczone na powierzchnię gleby a więc porównywalne z wysokością opadu. Przedstawione wartości mają znaczenie dla bilansu wodnego drzewostanów – przy opadach nawalnych są praktycznie bez znaczenia dla sytuacji powodziowej Przekorne pytanie – czy wypełnienie przestrzeni nad glebą dużą ilością biomasy na pewno jest okolicznością sprzyjającą dla bilansu wodnego drzewostanów ? Odpowiedź : NIE !!! – ponieważ przy małych opadach stworzymy warunki do wysuszenia gleby które zacznie osłabi środowisko leśne.

11 Retencyjne właściwości gleby leśnej
Retencyjne właściwości poziomów organicznych Infiltracyjne właściwości gleb leśnych

12 Retencja poziomów organicznych gleby leśnej

13 Retencyjne właściwości poziomów organicznych gleb leśnych
Związek między wysokością trwałego przyrostu zapasu wody w monolitach Z2 a wysokością zapasu początkowego Z0, po symulowanych opadach deszczu i odsączaniu grawitacyjnym, z zaznaczeniem granicznych zapasów początkowych (Z0g1 i Z0g2) przy których następuje zmiana wpływu natężenia opadu na przyrost zapasu Z2. Zapasy wyrażone w mm H2O w warstwie ośrodka gruntowego o miąższości 1 cm, opad o natężeniu I: a – 2, b – 4, c – 8, d – 16, e – 24 mm/godz. i stałej wysokości P = 24 mm Źródło: Kucza 2007 – Właściwości hydrologiczne materii organicznej gleb leśnych na przykładzie gleb pod świerczynami istebniańskimi. Zeszyty Naukowe Akademii Rolniczej w Krakowie, zeszyt 442, rozprawa habilitacyjna nr 320.

14 Retencyjne właściwości poziomów organicznych gleb leśnych
Należy zwrócić uwagę , ze poziomy organiczne po opadach ulegają odsączaniu grawitacyjnemu które trwa na ogół dość długo – opóźniają tym samym odpływ wody ze zlewni. W oparciu o badania prowadzone w Zakładzie Inżynierii Leśnej można stwierdzić , że ściółka leśna wytworzona pod buczynami ma najmniejsze właściwości retencyjne w porównaniu z innymi drzewostanami .

15 Największy zbiornikiem retencyjnym środowiska leśnego jest gleba.
Retencyjne właściwości poziomów mineralnych gleb leśnych - Infiltracyjne właściwości gleb leśnych Największy zbiornikiem retencyjnym środowiska leśnego jest gleba. W wyniku ciągłości użytkowania lasu na danym terenie pokrywa glebowa uległa przekształceniom związanym z rozkładaniem się martwych systemów korzeniowych drzewostanów z poprzednich pokoleń. Tworzy to warunki do powstawania nieciągłości czyli kanałów infiltracyjnych. Pozwalają one na przewodzenie wody opadowej w głąb gleby oraz zapobiegają tworzeniu się poduszki powietrznej w glebie utrudniającej, w czasie intensywnych opadów, procesy infiltracyjne. Ta właściwość minimalizuje powstawanie spływów powierzchniowych nawet na gliniastym podłożu. Środowisko leśne, jako duży konsument wody, musi przede wszystkim zabezpieczyć jej odpowiednie ilości dla własnych potrzeb – mimo to dzieli się nią na bieżąco z innymi odbiorcami. (bardzo często wbrew własnej woli). Tak więc inni odbiorcy zaciągają w lesie dług którego nigdy nie będą w stanie spłacić.

16 Zagrożenia dla hydrologicznego funkcjonowania środowiska leśnego

17 Powierzchniowy spływ wody na górskich drogach leśnych
Zakład Inżynierii Leśnej Instytut Ochrony Ekosystemów Leśnych Powierzchniowy spływ wody na górskich drogach leśnych szybki odpływ wody ze zlewni – problem hydrologiczny określenie ilościowe spływu powierzchniowego i jego dynamiki w powiązaniu z charakterystyką opadu i odpływu ze zlewni odwodnienie i erozja nawierzchni – problem techniczny poszukiwanie skutecznych sposobów powierzchniowego odwodnienia korpusu drogowego, gwarantujących odpowiednią nośność konstrukcji dróg i trwałą przejezdność erozja stoku w miejscu za wylotem urządzeń odwadniających drogi – problem przyrodniczy i techniczny poszukiwanie skutecznych sposobów rozpraszania energii wody odprowadzanej na stok z urządzeń odwadniających koronę drogi w celu zmniejszenia erozji gleby autor prac tematycznych i fotografii: dr inż. Janusz Gołąb

18 Materiały Nadleśnictwa Limanowa – RDLP w Krakowie
Obiekty opóźniające odpływ wody z terenów leśnych oraz powstrzymujące procesy erozyjne stosowane w lasach górskich Materiały Nadleśnictwa Limanowa – RDLP w Krakowie

19 Materiały Nadleśnictwa Limanowa – RDLP w Krakowie
Obiekty opóźniające odpływ wody z terenów leśnych oraz powstrzymujące procesy erozyjne stosowane w lasach górskich Materiały Nadleśnictwa Limanowa – RDLP w Krakowie

20 Obiekty opóźniające odpływ wody z terenów leśnych oraz powstrzymujące procesy erozyjne stosowane w lasach górskich Materiały Nadleśnictwa Limanowa – RDLP w Krakowie

21 Obiekty opóźniające odpływ wody z terenów leśnych oraz powstrzymujące procesy erozyjne stosowane w lasach górskich Fot. Inż.. Dominik Sztorc z terenu Nadleśnictwa Limanowa – RDLP w Krakowie

22 Podsumowanie Przedstawione poniżej podsumowanie nie można bezpośrednio odnieś do funkcjonującej na terenie TPK gospodarki leśnej. Jest próbą przedstawienia tych elementów związanych z hydrologią lasu, które powinny być brane pod uwagę przy podejmowaniu decyzji ograniczających skutki nawalnych opadów. Przedstawione dane liczbowe również posiadają charakter orientacyjny. Ze znajomości hydrologicznych funkcji lasu należy wyciągnąć następujące wnioski: W obiegu wody w środowisku leśnym uczestniczą dwa zbiorniki retencyjne: zbiornik intercepcji szaty roślinnej i zbiornik retencyjny gleby. Intercepcję drzewostanu można szacować (w jednostkach bilansowych) na wielkość nie przekraczającą 8 mm wysokości opadu, a intercepcję runa - 0,8 mm. Powiększenie tego zbiornika przez „zagęszczenie lasu” w sposób bezpieczny dla środowiska leśnego jest możliwe tylko w nieznacznym stopniu. Tego typu zabiegi mogą dać efekt w postaci zwiększenia jego pojemności o ,5 mm wysokości opadu, ale dopiero po okresie 15 lat. W sytuacjach ekstremalnych (deszcze nawalne) jest to wartość, która nie może w istotny sposób wpływać na obniżenie stanu zagrożenia powodziowego. Gleba leśna jest największym zbiornikiem retencyjnym wody opadowej, na który składa się zbiornik retencyjny poziomów organicznych gleby oraz zalegający pod nim zbiornik mineralnej części gleby. Zbiornik retencyjny poziomów organicznych gleby, o stosunkowo niewielkiej miąższości, posiada dużą pojemność wodną. Niestety posiada on również własną dynamikę napełniania, która pozwala na to, aby pojedynczy opad mógł go wypełnić tylko w stopniu nie przekraczającym 20% jego pojemności maksymalnej Poziomy organiczne o miąższości 10 cm mogą zatrzymać trwale około 50 mm opadu, jednak jednorazowo zbiornik ten może przechwycić część opadu o maksymalnej wysokości równej około 10 mm. Ulegające rozkładowi martwe systemy korzeniowe drzew w warstwie mineralnej gleby, poprzez tworzenie kanałów infiltracyjnych sprawiają, że nawet nieprzepuszczalna dla wody warstwa gleby staje się przepuszczalna. To przekształcenie pokrywy glebowej powoduje minimalizację spływów powierzchniowych. Poprawa zdolności infiltracyjnych gleb leśnych metodami gospodarczymi w krótkim okresie czasu nie jest możliwa. Z badań własnych prowadzonych przez Zakład Inżynierii Leśnej wynika, że na stokach o pokrywie gliniastej spływy powierzchniowe i śródpokrywowe stanowią jedynie 3-7 % wysokości opadów powodziowych. Problematyka poza treściami wystąpienia: W stosunku do prowadzonych czynności gospodarczych na terenach leśnych należy zwracać uwagę na ewentualne poważniejsze uszkodzenia pokrywy organicznej gleb leśnych, zwłaszcza na stokach o dużym nachyleniu i w miarę możliwości na bieżąco powierzchnie te rekultywować. W terenie górskim jednym z największych zagrożeń hydrologicznych są szlaki komunikacyjne zarówno państwowe, jak i zakładowe. Przecinają one naturalne układy hydrologiczne gleb. Drogi te często stają się, w ekstremalnych warunkach, potokami szybko odprowadzającymi wody opadowe. Problem do rozwiązania metodami technicznymi i eksperymentalnymi. Na górskich terenach leśnych, na powierzchniach szczególnie narażonych na działalność erozyjną wody (suche doliny, bardzo małe potoki) można brać pod uwagę możliwość rozmieszczenie niskich ażurowych obiektów poprzecznych i traktować je jako dodatkowe zabezpieczenie powodziowe.