Issuu on Google+

2/15 (June 2013)

YEAR 5

ISSN 2300-3022

The Vistula River in Poland’s nature and economy Volume 1. General characteristics of the Vistula River

1


Publisher

ENERGA SA

Politechnika Gdańska

Patronage

ENERGA SA

Academic Consultants

Janusz Białek | Mieczysław Brdyś | Mirosław Czapiewski | Antoni Dmowski Michał Dudziak | Istvan Erlich | Andrzej Graczyk | Piotr Kacejko Tadeusz Kaczorek | Marian Kazimierowski| Jan Kiciński | Kwang Y. Lee Zbigniew Lubośny | Jan Machowski | Jan Majewski | Om Malik Jovica Milanovic | Jan Popczyk | Zbigniew Szczerba | Marcin Szpak G. Kumar Venayagamoorthy | Jacek Wańkowicz | Henryk Woźniak

Reviewers

Stanisław Czapp | Andrzej Graczyk | Piotr Kacejko | Jan Kiciński Zbigniew Lubośny | Jan Machowski | Józef Paska | Jan Popczyk Desire Dauphin Rasolomampionona | Sylwester Robak | Marian Sobierajski Paweł Sowa | Zbigniew Szczerba | Artur Wilczyński | Ryszard Zajczyk

Editor-in-Chief

Zbigniew Lubośny

Vice Editor-in-Chief

Rafał Hyrzyński

Issue Editor

Wojciech Majewski

Scientific consultation

Romuald Szymkiewicz

Copy Editors

Katarzyna Żelazek | Bernard Jackson

Topic Editors

Janusz Granatowicz | Michał Karcz | Jacek Klucznik | Marcin Lemański Karol Lewandowski | Paweł Szawłowski

Statistical Editor

Sebastian Nojek

Editorial assistant

Jakub Skonieczny

Proofreading

Mirosław Wójcik

Graphic design and Typesetting Art Design Maciej Blachowski

2

Translation

Skrivanek Sp. z o.o.

Print

Grafix Centrum Poligrafii

Dispatch preparation

ENERGA Obsługa i Sprzedaż Sp. z o.o.

Editorial Staff Office

Acta Energetica al. Grunwaldzka 472, 80-309 Gdańsk, POLAND tel.: +48 58 77 88 466, fax: +48 58 77 88 399 e-mail: redakcja@actaenergetica.org www.actaenergetica.org

Electronic Media

Anna Fibak (Copy Editor) Paweł Banaszak (Technical Editor)

Information about the oryginal version

Electronic edition of Acta Energetica is the original version of the journal, which is available on the website www.actaenergetica.org The journal is also available in hard copy. The journal is indexed in Polish Technical Journal Contents BazTech http://baztech.icm.edu.pl and also in Scientific journal database – the IC Journal Master List http://jml2012.indexcopernicus.com/masterlist.php

Information for authors published on the website: www.actaenergetica.org


From the Chief Editor Poland and the Vistula (Wisła), the Vistula and Poland: these two terms have been inextricably linked both in times of war and peace. The history of the Vistula is the history of Poland, and the reverse is also largely true. The River Vistula used to play an important role in the economic development of the country, even though it was also associated with potential danger to its inhabitants. Poland’s economic development has been independent from the development of the Vistula for several decades now. Poland’s GDP in 2012 was 199.7% of its GDP in 1989, which is more than any other of the new EU member states. At the same time, GDP per capita increased from $10,000 in 1989 to $21,500 in 2012 – at the value of the dollar in 2012. Despite this spectacular economic growth, the only time the average inhabitant of Poland hears about the Vistula is in connection with a flood warning, or in the context of road investments involving the construction of bridges – greeted with public protest anyway. The above means that the River Vistula is not, in fact, an agent of the country’s economic growth. Nor does it play a part in supporting this growth, much less stimulating it. Is this situation justified, and do things have to remain this way? The short answer is: no. A justification of this answer, along with extensive information on the Vistula and plans of the ENERGA Group involving the construction of a new hydroelectric power station on the river, can be found in the current and next issue of Acta Energetica, which I recommend.

Zbigniew Lubośny Editor-in-Chief of Acta Energetica

Od redaktora naczelnego Polska i Wisła, Wisła i Polska: to pojęcia nierozerwalne z sobą związane. Związane ze sobą zarówno w czasach wojen, jak i w czasie pokoju. Historia Wisły to historia Polski i w dużej mierze odwrotnie. Rzeka Wisła w przeszłości była ważną przesłanką rozwoju gospodarczego państwa, chociaż równocześnie niosła potencjalne zagrożenie dla ludzi. Współcześnie, od kilkudziesięciu lat, rozwój gospodarczy kraju nie jest związany z szeroko pojętym rozwojem Wisły. Polska jest krajem, w którym PKB w 2012 roku wyniósł 199,7% w stosunku do roku 1989, tj. najwięcej w tzw. nowych państwach Unii Europejskiej. Równocześnie PKB na mieszkańca wzrosło z 10000 $ w 1989 roku do 21500 $ w 2012 roku – według wartości dolara z 2012 roku. Pomimo tego spektakularnego wzrostu gospodarczego, przeciętny Polak w tych latach słyszał o Wiśle tylko w okresach zagrożenia powodzią lub występowania powodzi oraz w związku z inwestycjami drogowymi związanymi z budową na niej mostów, oprotestowywanych zresztą. Oznacza to, że rzeka Wisła praktycznie nie jest uczestnikiem rozwoju gospodarczego kraju. Nie jest również elementem wspomagającym ten rozwój. A tym bardziej nie jest stymulatorem jego rozwoju. Czy jest to uzasadnione oraz czy tak już musi pozostać? Krótka odpowiedź brzmi: nie. Uzasadnienie odpowiedzi z szeroką informacją o Wiśle oraz o planach Grupy ENERGA SA, dotyczących budowy nowej elektrowni wodnej na tej rzece, znajdą Państwo w niniejszym oraz następnym numerze Acta Energetica. Zapraszam do lektury.

prof. dr hab. inż. Zbigniew Lubośny redaktor naczelny Acta Energetica

3


Table of contents INTRODUCTION Wojciech Majewski. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 GENERAL CHARACTERISTICS OF THE VISTULA AND ITS BASIN Wojciech Majewski. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 EXPLOITATION OF THE VISTULA RIVER FROM EARLIEST TIMES TO THE OUTBREAK OF WORLD WAR II Tomasz Marcin Duchnowski. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 HYDROPOWER POTENTIAL OF THE VISTULA Jędrzej Kosiński, Wacław Zdulski. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 DETERMINANTS OF INLAND NAVIGATION ON THE VISTULA FROM WARSAW TO GDAŃSK Adam Bolt, Patrycja Jerzyło. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 ENVIRONMENTAL CONSIDERATIONS OF DEVELOPMENT OF THE LOWER VISTULA RIVER Jan Żelazo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 HYDROMORPHOLOGICAL CONDITIONS OF THE LOWER VISTULA (WISŁA) IN THE DEVELOPMENT OF NAVIGATION AND HYDROPOWER Zygmunt Babiński, Michał Habel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 CHANGES IN THE QUALITY OF WATER IN THE LOWER VISTULA RIVER IN 1986–2009 Andrzej Kentzer, Andrzej Giziński. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 GROUNDS AND OPPORTUNITIES FOR THE DEVELOPMENT OF PASSENGER AND CARGO SHIPPING ON THE LOWER VISTULA Krystyna Wojewódzka-Król, Ryszard Rolbiecki. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 FLOODS AND DROUGHTS ON THE LOWER VISTULA Marzenna Sztobryn, Marianna Sasim, Beata Kowalska. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 THE VISTULA RIVER AND WATER MANAGEMENT IN AGRICULTURE Janusz Szablowski. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131 THE VISTULA RIVER AS A FACTOR OF DEVELOPMENT OF THE KUJAWSKO-POMORSKIE VOIVODESHIP Zbigniew Brenda. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144 THE LOWER VISTULA IN THE ASPECT OF THE E40 AND E70 INTERNATIONAL SHIPPING ROUTES Żaneta Marciniak. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153 FLOOD CONTROL OF THE LOWER VISTULA Jędrzej Kosiński. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169 SUMMARY AND CONCLUSIONS Wojciech Majewski. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186

4


Spis treści WPROWADZENIE Wojciech Majewski........................................................................................................................................................................................................................................5 OGÓLNA CHARAKTERYSTYKA WISŁY I JEJ DORZECZA Wojciech Majewski......................................................................................................................................................................................................................................16 WYKORZYSTANIE WISŁY OD CZASÓW NAJDAWNIEJSZYCH DO WYBUCHU II WOJNY ŚWIATOWEJ Tomasz Marcin Duchnowski....................................................................................................................................................................................................................32 POTENCJAŁ HYDROENERGETYCZNY WISŁY Jędrzej Kosiński, Wacław Zdulski...........................................................................................................................................................................................................48 UWARUNKOWANIA ŻEGLUGI ŚRÓDLĄDOWEJ NA WIŚLE OD WARSZAWY DO GDAŃSKA Adam Bolt, Patrycja Jerzyło......................................................................................................................................................................................................................64 UWARUNKOWANIA PRZYRODNICZE ZAGOSPODAROWANIA DOLNEJ WISŁY Jan Żelazo........................................................................................................................................................................................................................................................77 UWARUNKOWANIA HYDROMORFOLOGICZNE DOLNEJ WISŁY W ROZWOJU ŻEGLUGI I HYDROENERGETYKI Zygmunt Babiński, Michał Habel...........................................................................................................................................................................................................91 ZMIANY JAKOŚCI WÓD DOLNEJ WISŁY W LATACH 1986–2009 Andrzej Kentzer, Andrzej Giziński.......................................................................................................................................................................................................102 PRZESŁANKI I MOŻLIWOŚCI ROZWOJU PRZEWOZÓW TOWAROWYCH I PASAŻERSKICH NA DOLNEJ WIŚLE Krystyna Wojewódzka-Król, Ryszard Rolbiecki..............................................................................................................................................................................113 POWODZIE I SUSZE NA DOLNEJ WIŚLE Marzenna Sztobryn, Marianna Sasim, Beata Kowalska.............................................................................................................................................................125 WISŁA A GOSPODARKA WODNA W ROLNICTWIE Janusz Szablowski.....................................................................................................................................................................................................................................138 WISŁA JAKO CZYNNIK ROZWOJU WOJEWÓDZTWA KUJAWSKO-POMORSKIEGO Zbigniew Brenda.......................................................................................................................................................................................................................................149 DOLNA WISŁA W ASPEKCIE MIĘDZYNARODOWYCH SZLAKÓW ŻEGLUGOWYCH E40 I E70 Żaneta Marciniak.......................................................................................................................................................................................................................................162 OCHRONA PRZECIWPOWODZIOWA NA DOLNEJ WIŚLE Jędrzej Kosiński..........................................................................................................................................................................................................................................178 PODSUMOWANIE I WNIOSKI Wojciech Majewski...................................................................................................................................................................................................................................187

5


THE VISTULA RIVER IN POLAND’S NATURE AND ECONOMY Volume 1. General characteristics of the Vistula River In the lower Vistula River (dolna Wisła) – in Siarzewo, downstream of the Włocławek barrage – ENERGA SA plans to build a barrage. To raise awareness of sustainable water management in the Vistula River, and in the stretch of the lower Vistula in particular, taking into account the new project, we decided to release two special issues of Acta Energetica, which would illustrate the state of the economic exploitation of the river, and the associated social and natural conditionalities. The project will be outlined in broad terms of economic, social and ecological issues, such as: • long-term protection of the Włocławek barrage against building disasters • increase in retention capacity in Poland, as proposed in many planning documents • navigation use of the lower Vistula in order to launch a connection between central Poland (Warsaw) with the port of Gdańsk, according to the EU postulate to transfer freight from roads and highways to inland waterways • construction of a hydroelectric power plant to generate electricity from renewable sources, in accordance with EU postulates • provision of conditions for the development of recreation and water sports • economic recovery of the region along the lower Vistula by creating numerous jobs during construction, and thereafter over the barrage’s life-cycle (many local businesses will be employed by this project, also an additional road bridge over the Vistula is worth mentioning here) • mitigation of the negative effects of flooding by partial regulation of the Vistula River, and capacity utilization of the Siarzewo and Włocławek reservoirs • provision of conditions for the development of many industries in Poland and abroad through the use of inland waterway transport capacity • provision of good conditions for water intakes for domestic, industrial and agricultural uses (this is very important for preventing the effects of drought, and necessary to increase agricultural irrigation). The planned project will be implemented in accordance with the principles of sustainable development. Two fish passes for migratory fish are provided for at the barrage, and its location was chosen after a detailed analysis of the terrain and wildlife inventory. The areas that will be flooded with water after the barrage construction are located within the existing levees. Within the series of “The Vistula River in Poland’s nature and economy” the publication schedule assumes the following topics: Volume 1. General characteristics of the Vistula River A comprehensive account of the current state of the Vistula and its economic use, taking into account natural values. Volume 2. Hydropower in Poland and in Europe A description of the current state of the use of hydropower potential in Poland, specifying long-term opportunities in the context of other EU countries. We hope that the information contained in these two volumes of Acta Energetica will introduce readers to the current state of knowledge on the Vistula and the possibilities of its sustainable economic use, with particular emphasis on the lower Vistula stretch and the planned Siarzewo barrage.

Wojciech Majewski Issue Editor Institute of Meteorology and Water Management National Research Institute, Warsaw Committee on Water Resources Management of the Polish Academy of Sciences

4


WISŁA W PRZYRODZIE I GOSPODARCE POLSKI Zeszyt 1. Ogólna charakterystyka Wisły

Na dolnej Wiśle – w miejscowości Siarzewo, poniżej stopnia Włocławek – ENERGA SA planuje budowę stopnia wodnego. Chcąc przybliżyć wiedzę o szeroko pojętej zrównoważonej gospodarce wodnej na Wiśle, a w szczególności na odcinku dolnej Wisły, uwzględniając nową inwestycję, postanowiliśmy wydać dwa specjalne zeszyty czasopisma Acta Energetica, w których zobrazujemy stan gospodarczego wykorzystania rzeki oraz związane z tym uwarunkowania społeczne i przyrodnicze. Planowana inwestycja zostanie przedstawiona w szerokim aspekcie zagadnień gospodarczych, społecznych i ekologicznych, takich jak: • trwałe zabezpieczenie stopnia Włocławek przed katastrofą budowlaną • zwiększenie w Polsce pojemności retencyjnej, postulowanej w wielu dokumentach planistycznych • wykorzystanie żeglugowe dolnej Wisły w celu uruchomienia połączenia między centrum Polski (Warszawa) a portem Gdańsk, zgodnie z postulatami UE o przeniesieniu transportu ładunków z dróg i autostrad na śródlądowe drogi wodne • budowa elektrowni wodnej produkującej z odnawialnego źródła energię elektryczną, zgodnie z postulatami UE • stworzenie warunków do rozwoju rekreacji i sportów wodnych • ożywienie gospodarcze regionu położonego wzdłuż dolnej Wisły przez utworzenie wielu miejsc pracy w  czasie budowy, a następnie w okresie użytkowania stopnia (wiele lokalnych przedsiębiorstw znajdzie zatrudnienie przy tej inwestycji, warto też tu wymienić dodatkowe przejście drogowe przez Wisłę) • ograniczenie negatywnych skutków powodzi przez częściowe uregulowanie koryta Wisły oraz wykorzystanie pojemności zbiorników wodnych Włocławek i Siarzewo • stworzenie warunków do rozwoju wielu gałęzi przemysłu w Polsce i za granicą dzięki wykorzystaniu możliwości transportowych żeglugą śródlądową • stworzenie dobrych warunków do ujęć wody dla celów komunalnych, przemysłowych i rolniczych (jest to bardzo istotne w zapobieganiu skutkom suszy i konieczne w celu zwiększenia nawadniania upraw rolniczych). Planowana inwestycja będzie realizowana zgodnie z zasadami zrównoważonego rozwoju. Na stopniu przewidziane są dwie przepławki dla ryb wędrownych, a lokalizacja stopnia została wybrana po szczegółowej analizie terenu i inwentaryzacji przyrodniczej. Tereny, które zostaną zalane wodą po wybudowaniu stopnia, mieszczą się w zasięgu istniejących wałów przeciwpowodziowych. W ramach cyklu „Wisła w przyrodzie i gospodarce Polski” harmonogram publikacji zakłada następującą tematykę: Zeszyt 1. Ogólna charakterystyka Wisły Wszechstronnie zostanie przedstawiony aktualny stan Wisły i  jej wykorzystanie gospodarcze z  uwzględnieniem walorów przyrodniczych. Zeszyt 2. Energetyka wodna w Polsce i Europie Zaprezentowany zostanie aktualny stan wykorzystania hydroenergetycznego Polski, z podaniem perspektywicznych możliwości na tle innych państw UE. Mamy nadzieję, że informacje zawarte w tych dwóch zeszytach Acta Energetica przybliżą Czytelnikom obecny stan wiedzy na temat Wisły i możliwości jej zrównoważonego gospodarczego wykorzystania, ze szczególnym uwzględnieniem odcinka dolnej Wisły i planowanego stopnia Siarzewo. Wojciech Majewski redaktor wydania Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej Państwowy Instytut Badawczy Warszawa Komitet Gospodarki Wodnej Polskiej Akademii Nauk

5


W. Majewski | Acta Energetica 2/15 (2013) | 6–15

General characteristics of the Vistula and its basin Author Wojciech Majewski

Keywords Vistula River, basin of the Vistula, basin management, climatic conditions, ecology

Abstract The Vistula is the largest river in Poland, which flows from the south to the north. Its mouth is on the Baltic Sea. As for hydrography the Vistula is divided into three parts: Upper – from its sources to the mouth of the River San, Middle – up to the tributary Narew River, and the Lower – up to its mouth on the sea. This article covers the Vistula and its basin management plans starting from the interwar period up to the present day. The location of the Vistula and its basin as well as land cover are described. The division of Poland into river basin districts and water regions accompanied by a description of administrative division of the country are described. Climatic conditions of Poland including precipitation and air temperatures are presented. Basic hydrological data of the Vistula and its basin is given. Parts of the Vistula basin, which are included in the Program of Natura 2000 are mentioned. Brief information concerning existing, more important hydraulic and hydroenergy structures in the main Vistula channel as well as on its tributaries are described.

DOI: 10.12736/issn.2300-3022.2013201

Introduction The aim of this article is to provide the Vistula River problems as a  whole including plans and development projects, as well as current state of the management and economic use of the river and its basin. The article discusses the possibilities of the use of the Vistula in the future taking into account economic, ecological and social aspects. Special attention is devoted to the lower Vistula, which represents important hydropower potential, significant navigation possibilities, water supply, tourism and recreation as well as ecological aspects. The Vistula (Wisła) is the largest river in Poland with the discharge at the mouth, which positions it as the second largest river – after the Neva (Newa) of the Baltic Sea drainage area. Its length amounts to 1047 km from its source in the south on the slopes of Barania Góra in the Beskid Śląski up to the mouth on the Baltic Sea (Morze Bałtyckie) at the Gdańsk Bay (Zatoka Gdańska) in the north. The river’s entire course is in Poland as well as 87% of its basin. From the dawn of Polish history the Vistula (Wisła) constituted a very important economic axis of the country. It also played an important cultural role and vey often a defensive one. Throughout the 16th century and at the beginning of the 17th century it was the most navigable river in Europe. Despite primitive means of transport over a quarter of a million tons of raw materials and finished goods were shipped yearly between Poland and the port of Gdańsk, which was our gateway to the outer world. Due to the partitions of Poland in the 18th century, the Vistula (Wisła) lost its former importance and became more 6

and more neglected. Its catchment became peripheral to  the occupying powers. Simultaneously other European rivers such as the Rhine (Ren), Rhone (Rodan), Seine (Sekwana) and Danube (Dunaj) developed dynamicly as navigable waterways proving also indispensable for the economy, energy and constituting an important source of water supply. After Poland regained independence, during the interwar period, initial plans for the Vistula management and its use for economic, energy, and recreational purposes were developed. One of the authors of these plans was Prof. Gabriel Narutowicz, who came to  Poland from Switzerland. Unfortunately this twenty year period was too short for the implementation of these ambitious plans for a country devastated by the partitions and the World War. However, in the catchment of the Vistula the first dams and hydropower plants Żur and Gródek were developed on the Wda River and Porąbka on the Soła River. After the tragic flood in 1934 in the catchment of the Dunajec River the construction of Rożnów dam started in 1935. After World Water II, in the new geographical arrangement of the country, the central position of the Vistula created the essential possibility for the economic use of the river in the future. In the 1950s at Gdańsk University of Technology the Faculty of Hydraulic Engineering was founded. The institute of Hydroengineering of the Polish Academy of Sciences was created with an up-to- date hydraulics laboratory. While the Faculty of Hydraulic Engineering focused on the training specialists for the realization of future projects on the Vistula the Institute had the aim to  carry out studies connected with these projects.


W. Majewski | Acta Energetica 2/15 (2013) | 6–15

Numerous plans of the construction of hydraulic and hydroenergy facilities were developed. In the 1960s. the Committee on Water Resources Management of the Polish Academy of Sciences formulated the first water resources management plan in which the importance of the lower Vistula for navigation and hydroenergy was emphasized [5]. An important flood hazard exists along the whole course of the Vistula, which on the lower Vistula is mainly caused by ice and frazil jams. Between 1968 and 1971, Polish experts, in cooperation with the UN Development Programme, conceived the Project for the Comprehensive Development of the Water System on the Vistula River (Projekt kompleksowego rozwoju systemu wodnego rzeki Wisły). This project aimed to solve many important problems of our water resources management in the basin, including the use of the whole Vistula hydropower capacity. At the end of the 1970s, in Poland the Comprehensive Programme for Management and Use of the Vistula and Country’s Water Resources (Kompleksowy program zagospodarowania i wykorzystania Wisły oraz zasobów wodnych kraju), called in short the “Vistula Programme”, was proposed. Carrying strong propagandist accents, it referred, however to  the versatile, planned economic development of the country. Economic development of Poland needed, above all, electricity and water. It is worth mentioning that the “Vistula Programme” included a comprehensive approach to  the problems of water resources, taking into account not only technical and economical issues but also natural, cultural and recreational aspects. However, it was not implemented owing to the lack of reasonable justification for multiple investments, lack of financial cover, and lack of construction abilities of Polish companies. Another programme, entitled the Cascade of the lower Vistula River (Kaskada Dolnej Wisły) [2] was designed. It focused on the construction of eight barrages along the lower Vistula with run of river reservoirs. The Lower Vistula assambles about 50% of Poland’s hydropower potential. The cascade had a  compact character, whose main purpose was navigation and power generation. Within the framework of this project, the first barrage – Włocławek – was commissioned in 1970. The construction plans for the next barrages – Ciechocinek, downstream of Włocławek, and Wyszogród, upstream – were at an advanced stage. Preparation of the construction site of Ciechocinek barrage started.

Location of the Vistula basin The river basin of the Vistula comprises almost the whole eastern part of Poland. The whole basin has an area 194 thousand km2, of which 87% (169 thousand km2) is on the terrain of Poland. The remaining part of the basin is on the terrain of Bielarus, Ukraine and Slovakia neighbouring with Poland. The basin of the Vistula, which is in Poland covers 54% of our state area. It has important social and economic significance. Here, one can find important urban and industrial centres. The Vistula (Wisła) basin is inhabited by more than half of Poland’s population. The course of the river from its sources to the mouth is shown in Fig. 1. The basin’s division into three areas is shown in Fig. 2.

Fig. 1. The Vistula River from its sources to the Baltic Sea

Both the Vistula (Wisła) and its basin are very varied along their course. This diversity can be considered in terms of the terrain configuration, climate, water resources hydraulic infrastructure as well as economy. As for hydrography, we  distinguish three sections of the River Vistula (Wisła) and its basin: the Upper, Middle and Lower (Fig. 2). This division is determined by significant change in the Vistula River (Wisła) discharge caused by inflow from the River San, which marks the boundary of the upper Vistula River (górna Wisła), and from the River Narew, which marks the boundary of the middle Vistula River (środkowa Wisła). Another type of division is based on geographical factors. Beginning from the south, we  distinguish: the Silesian (Śląsk) section – from its sources to the mouth of the Skawa, the Lesser Poland (Małopolska) section – from the Skawa to the mouth of the San, the Lubelszczyzna section – from the San to the mouth of the Wieprz, the Mazovian (Mazowsze) section – from the Wieprz to the mouth of the Skrwa, the Kuyavian (Kujawy) section – from the Skrwa to the mouth of the Brda, and the Pomeranian (Pomorze) section – from the Brda to  Gdańsk Bay (Zatoka Gdańska). The Vistula River (Wisła) flows through six physical and geographical regions that stretch latitudinally across the territory of Poland. 7


W. Majewski | Acta Energetica 2/15 (2013) | 6–15

Czarne), Goczałkowice, Tresna, Porąbka, Czaniec, Rożnów, Czchów, Czorsztyn-Niedzica, Sromowce Wyżne, Solina and Myczkowce as well as the waterway of the upper Vistula (górna Wisła), from Oświęcim to Kraków. Here are also urban centres and thermal power plants: Oświęcim, the Silesian Conurbation (Konurbacja Śląska), Kraków, Tarnobrzeg, Sandomierz, and Połaniec thermal power plant.

Middle Vistula River

Fig. 2. Division of Vistula basin, source: the Institute of Meteorology and Water Management (Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej – IMGW)

Upper Vistula River This term applies to  the section, 399 km long, from the very sources to  the mouth of a  right-bank tributary the San. The length of this Vistula section is 399 km and its Polish catchment area covers 46 thousand km2. The river begins with two watercourses, the Wisełka Biała and the Wisełka Czarna, running off the slopes of Barania Góra (1,116 m above sea level), in the Silesian Beskid range (Beskid Śląski). In the vicinity of the town of the same name – Vistula (Wisła), both watercourses form the Vistula Czarne (Wisła Czarne) artficial reservoir, developed between 1967 and 1973. Sometimes the section, 105 km long, from the sources of the Vistula (Wisła), up to one of its left-bank tributaries, the Przemsza, is referred as the Little Vistula (Mała Wisła). The upper reach of the Vistula (Wisła) is supplied by numerous right-bank mountain tributaries, which have their sources on the slopes of the West Beskids (Beskidy Zachodnie) and the East Beskids (Beskidy Wschodnie). Further tributaries are as follows: Soła, Skawa, Raba, Dunajec, Wisłoka, and San. These mountain tributaries, with considerable fluctuations in discharge create a serious flood hazard, caused by heavy rains or the spring thaw of snow and ice. The left-bank tributaries of the upper Vistula are: Przemsza, Szreniawa, Nida and Czarna. In this basin area lies the Silesian Agglomeration (Aglomeracja Śląska), which constitutes an industrial centre of great importance, and other cities: Kraków, Rzeszów and Tarnów. The basin of the upper Vistula River (górna Wisła) holds about 30% of the water resources in Poland. Along the upper Vistula section a 92 km long navigable waterway from Oświęcim to Kraków was created characterized by nonuniform navigation parameters. Its creation has enabled barges with a  thousand-ton payload to  navigate. Part of the upper Vistula (górna Wisła) basin – the catchment area of the Poprad River, lies in Slovakia. In the upper Vistula River (górna Wisła) basin there are numerous hydropower and hydraulic structures: Vistula Czarne (Wisła 8

The middle Vistula River (środkowa Wisła) begins from the mouth of the San and ends with the mouth of the Narew. It is 256 km long. Its Polish catchment area covers 89 thousand km2. Some of the basin area lies in Belarus and Ukraine. The most important right-bank tributaries are the Wieprz as well as the Narew and the Bug. The left-bank tributaries are: Kamienna, Radomka and Pilica. Here, the most important urban centres are: Warsaw, Radom, Kielce, Lublin and Białystok. At the confluence of the Bug and the Narew rivers lies the Zegrze Reservoir (Zalew Zegrzyński). It was developed as a result of the construction of the Dębe Dam, which was put into service in 1963. Currently, the reservoir is popular as a recreational centre for the inhabitants of Warsaw (Warszawa). The Warsaw Vistula (Wisła Warszawska) is connected with the Zegrze Reservoir (Zalew Zegrzyński) through the artificial Żerań Canal. The middle Vistula River (środkowa Wisła) is not suitable for cargo shipping. Along this section, there are the Siekierki and Żerań thermal power plants as well as “Chubby Kate” (Gruba Kaśka), the water intake for Warsaw (Warszawa).

Lower Vistula River The lower Vistula River (dolna Wisła) begins from the mouth of the Narew (km 550) and ends with the Vistula’s (Wisła) mouth at the sea (km 941). It is 391 km long. This area includes the Warsaw metropolitan area (aglomeracja warszawska) with Zegrze Reservoir (Zalew Zegrzyński) and the Żerań Canal. The catchment area of the lower Vistula River (Wisła) covers 34 thousand km2. The Narew, together with the Bug and the Wkra, is the major tributary of the Vistula (Wisła), thus in a fundamental way changing the water discharge in the main channel. Just downstream of the mouth of the River Narew lies the Modlin gauging station. The Tczew gauging station, although far from the river’s mouth (almost 30 km), marks the closing cross-section of the Vistula River (Wisła) basin, because there are no further tributaries. At this station, the long-term average discharge reaches 1,055 m3/s. In the postwar era, the maximum recorded discharge reached 6,490 m3/s, the minimum recorded discharge was 264 m3/s. The discharge with 1% probability of being exceeded is 8,990 m3/s, the longest lasting discharge is 614 m3/s. The average yearly river runoff to the Baltic Sea (Morze Bałtyckie) amounts to 34 km3, the maximum is 50.8 km3 (1975, a  wet year), the minimum (1952, a  dry year) was 20.5 km3. The Vistula (Wisła) supplies approximately 7% of all fresh water into the Baltic Sea (Morze Bałtyckie). Fluctuations in water levels at the Tczew gauging station (min./max.) amount to approximately 5 m. The Baltic (Morze Bałtyckie) is a  non-tidal sea; however, at its shores one can observe considerable water level fluctuations, caused by wind-driven upwelling, approximately 1.50 m above


W. Majewski | Acta Energetica 2/15 (2013) | 6–15

the average level, which causes a rise in the water level in the Vistula (Wisła) up to the Tczew gauging station. Along this section, the majority of floods occurred due to ice and frazil jams. The flood at the upper part of Włocławek Reservoir (zbiornik włocławski) in 1982 [3] was a  spectacular example of this phenomenon. Along the lower reach of the Vistula River many important industrial and urban centres are located: Płock, Włocławek, Toruń, Bydgoszcz, Grudziądz, Tczew, Elbląg and Gdańsk. The lower Vistula River (dolna Wisła) holds great potential for inland navigation. Here two international waterways are situated: E40 and E70. This river section holds almost half of the economic hydropower potential in Poland. Hence the concept of the Lower Vistula Cascade (Kaskada Dolnej Wisły, LVC) for power generation and navigation. The outcome of this programme is the Włocławek barrage, in operation since 1970, but to  date, it operates as a  single barrage without the support of the tailwater, which is a source of many problems.

(Wisła) basin, within the framework of the water resource plans and management, is referred to as the Vistula River Basin district (obszar dorzecza Wisły), which comprises an area slightly larger than the hydrographic Vistula (Wisła) basin (Fig. 4). This area has been widened in the north by the catchment area of the river delta as well as some catchments of the Pomeranian Rivers (rzeki Przymorza).

Land cover The land cover in the Vistula (Wisła) basin has a  considerable impact on the water resources and their management. We distinguish six types of land cover: forests, arable land, meadows, barren land, urban areas and surface water. The land cover of the entire Vistula (Wisła) basin and its particular parts is shown in Fig. 3. Fig. 4. The division of Poland by river basin districts

Fig. 3. The land cover of the entire Vistula (Wisła) basin and its particular parts

Arable land is the most common, then forests. In all three basin areas of the river, the land cover is similar. The forestation rate is highest in the catchment area of the upper Vistula River (górna Wisła). Here, arable land is the least common, whereas urban areas are the most common. The majority of arable land is to  be found in the catchment area of the lower Vistula River (dolna Wisła) (Fig. 3).

River basin districts Under the provisions of the Water Framework Directive, according to  the Regulation of the Council of Ministers, ten river basin districts were created in 2006 in Poland. The entire Vistula

Fig. 5. The division of Poland by water regions

Poland is divided into 21 water regions (Fig. 5). Their boundaries were established according to the Regulation of the Council of Ministers of 2006. Some water regions correspond with Regional Water Management Boards (Regionalne Zarządy Gospodarki Wodnej – RZGW). As far as the Vistula (Wisła) is concerned, its basin comprises the region of the Little Vistula River (Mała Wisła), the upper Vistula River (górna Wisła), the middle Vistula River 9


W. Majewski | Acta Energetica 2/15 (2013) | 6–15

(środkowa Wisła) and the lower Vistula River (dolna Wisła). The Vistula (Wisła) basin is managed by the RZGW Gliwice (the Little Vistula – Mała Wisła), the RZGW Kraków (the upper Vistula River – górna Wisła), the RZGW Warszawa (the middle Vistula River – środkowa Wisła) and the RZGW Gdańsk (the lower Vistula River – dolna Wisła).

Precipitation. The highest precipitation, exceeding 1100 mm (mean muliannual precipitation) occurs in the Beskid mountains (Beskidy). The lowest precipitation, approximately 550 mm, has been recorded in central Poland, along the section of the Vistula (Wisła) that begins from the mouth of the San to  the delta branche Nogat. Slightly higher precipitation, approximately 600 mm, occurs at the mouth of the Vistula River (Wisła). The mean annual long-term precipitation in the Vistula basin is estimated at 610 mm (Fig. 7).

Fig. 7. Mean annual long-term precipitation in Poland [1]

Fig. 6. The River Vistula and its basin in the context of Polish administrative division

Vistula basin location in the context of Polish administrative division The River Vistula (Wisła) flows through eight voivodeships. Its basin is located on the territory of 11 voivodeships (Fig. 6). On the area of each voivodeship there is a Provincial Management of Drainage, Irrigation and Water Infrastructure Board (Wojewódzki Zarząd Melioracji i Urządzeń Wodnych), accountable to the marshal of the voivodeship, overseeing the network of smaller rivers and canals.

Climatic conditions In the Vistula (Wisła) basin, the climatic conditions can be characterized according to the following meteorological factors: precipitation, air temperature and humidity. This data is cited on the basis of “The Atlas of the Climate of Poland” (“Atlas Klimatu Polski” 2005), compiled from 60 weather stations. 10

Air temperature. The air temperature is one of the important meteorological parameters. Fig. 8 shows the mean annual air temperature in the 30-year period 1971–2000. Variations in air temperature in Poland are small, between 6 and 8oC. In the Tatra Mountains, it drops below 5oC, on the highest peaks even below zero (–0.7oC). Likewise in the Karkonosze Mountains, where in the region of Mount Śnieżka it can drop to  0.6oC. In general it may be assumed that the mountainous area of southern Poland is characterized by a much lower mean annual air temperature than the remainder of our country. Lower temperatures can also be observed in north-east part of Poland. “The Atlas of the Climate of Poland” presents a  wide range of air temperatures, depending on the season and month.

Hydrological conditions in the Vistula River basin In the Vistula River Basin (dorzecze Wisły), hydrological conditions can be presented in the form of unit runoff from particular basin areas. The average unit runoff from the entire river basin amounts to 5.34 l/(s km2). Particular areas show unit runoff as follows:


W. Majewski | Acta Energetica 2/15 (2013) | 6–15

Gauging station Nowy Bieruń

Kilometre

Catchment area km2

Years of observation

SSQ m3/s

WWQ m3/s

NNQ m3/s

3.6

1,780

1951–2011

21.2

846

1.5

Zawichost

287.6

50,665

1951–2011

432

6,160

110

Modlin

551.5

159,724

1969–2011

880

6,860

232

Kępa Polska

606.5

168,358

1969–2011

940

6,980

280

Toruń

734.7

180,391

1951–2011

971

6,890

266

Tczew

908.6

193,807

1951–2011

1055

6,490

264

Tab. 1. Characteristic discharge at the gauging stations along the Vistula course, source: IMGW where: SSQ – mean multiannual discharge, WWQ – maximum discharge in the course of observation, NNQ – minimum discharge in the course of observation.

Fig. 8. Mean annual temperature in the long-term 1971–2000 [1]

• The upper Vistula River (górna Wisła) basin until the mouth of the San: 9.16 l/(s km2) • The San basin: 7.71 l/(s km2) • The middle Vistula River (środkowa Wisła) basin: 4.00 l/(s km2) • The Narew basin: 4.33 l/(s km2) • The lower Vistula (dolna Wisła) basin: 5.18 l/(s km2). The unit runoffs of the Vistula River Basin and in its particular parts are among the lowest in Europe. It is also important to present the characteristic discharges at the gauging stations closing partcular areas of Vistula basin. The gauging stations are, as follows: • Nowy Bieruń, upstream of the mouth of the Przemsza. This gauging station closes the Little Vistula (Mała Wisła) catchment • Zawichost, downstream of the mouth of the San. This gauging station closes the upper Vistula River (górna Wisła) catchment • Modlin, downstream of the mouth of the Narew. This gauging station closes the middle Vistula River (środkowa Wisła) catchment • Kępa Polska, upstream of the Włocławek Reservoir (zbiornik włocławski) • Toruń, downstream of the Włocławek Reservoir (zbiornik włocławski) • Tczew, the gauging station which closes the entire Vistula (Wisła) basin.

Water quality in the Vistula It is estimated that 93% of the river is polluted to  a  greater or lesser extent. 56% of the Vistula (Wisła) course does not meet any standards of the applicable classes. Although in the past years we have observed considerable progress in terms of the water quality, it is still far from the required state according to the EU standards.

The Natura 2000 Programme includes two types of regions established independently from each other: • Special Areas of Habitat Conservation (SAHC), under the Directive on the Conservation of Natural Habitats and of Wild Fauna and Flora; their aim is to protect rare and endangered habitats and animals, with the exception of birds. • Special Protection Areas (SPA) for birds, under the Birds Directive, i.e. the Directive on the Conservation of Wild Birds; their aim is to protect rare and endangered bird species.

Fig. 9. Special Protection Areas for birds along the course of the Vistula (Wisła)

The SPA and SAHC sites are independent from each other. In some cases, their boundaries may overlap or even may be identical. The entire valley of the lower Vistula River (dolna Wisła), excluding the Włocławek Reservoir (zbiornik włocławski), has been arbitrarily included in the Natura 2000 Programme, which essentialy limits the possibilities of their use for economic purposes.

11


W. Majewski | Acta Energetica 2/15 (2013) | 6–15

Facilities along the Vistula river The use of the river for the needs of waterways, water intakes, cooling systems of thermal power plants, or hydraulic power plants is closely connected with various hydraulic structures. It can be considered with respect to  the main river channel of the Vistula (Wisła) as well as with respect to its tributaries. Many hydraulic structures are situated on the Vistula tributaries. Vistula Czarne Reservoir Beginning from the river’s sources, the first hydraulic structure is the Vistula Czarne Reservoir (zbiornik Wisła Czarne), at the confluence of the White Little Vistula (Wisełka Biała) and the Black Little Vistula (Wisełka Czarna). The reservoir was commissioned in 1973. Its basic aim is to supply water to a number of settlements located nearby. The total volume of this reservoir amounts to  4.9  hm3, whereas the flood storage capacity is 2.6 hm3. Its surface when full is 41.2 ha. The damming facility is an earthfill dam. Goczałkowice Reservoir The second facility further down the River is the Goczałkowice Reservoir (zbiornik Goczałkowice), in operation since 1955. The damming structure is an earthfill dam with an impermeable core. The total volume of this reservoir amounts to 161 hm3, whereas the flood storage capacity is 43 hm3. Its surface at maximum water level is 32 km2. Its basic aim is to  supply municipal and industrial water as well as flood protection. At present, the reservoir plays an important ecological role. Cascade of the upper Vistula River The construction of this waterway lasted from 1949 to 2002. It was to serve four coal-fired power stations (Skawina, Łęg, Nowa Huta and Połaniec). The waterway includes six barrages: Dwory, Smolice, Łączany, Kościuszko, Dąbie and Przewóz. Together, they form the Cascade of the upper Vistula River (Kaskada Górnej Wisły) 72 km long, along the river reach from Przemsza tributary to the Przewóz barrage (in the eastern part of Kraków). The waterway is navigable for vessels with a thousand-ton payload. Its potential is not being fully utilized, as it is mainly used for the local transportation of gravel and sand from point bars as well as for the transportation of stone used in the building industry. Currently, the waterway plays a  role in the economy, ecology and tourism. Połaniec thermal power plant This power plant became operational in 1979. It is located in Świętokrzyskie Voivodeship, on the left bank of the Vistula River (Wisła), in the vicinity of the town Połaniec. The installed power in Połaniec reaches 1800 MW, while the power generation is approx. 9.4 TWh/year. Here, electricity is produced from hard coal; recently, a biomass power unit has been opened. To cool the condensers of its turbines, the plant uses water from the Vistula (Wisła).

12

Water intake and thermal power plants in Warsaw Warsaw (Warszawa) is supplied with water from the intake station under the bed of the River Vistula (Wisła), called “Chubby Kate”, at km 509 of the main river channel. This water intake was put into service in 1964. Electricity and heat are supplied to Warsaw (Warszawa) from the combined heat and power plants Siekierki and Żerań. The former, Siekierki, is the largest station of this type in Poland, and the second largest in Europe. Its heat capacity reaches 2080 MW, while its power generation capacity is 662 MW. The latter, Żerań, has a heat capacity of 1560 MW and electric power generation capacity of 364 MW. Warsaw Water Node The Warsaw (Warszawa) Water Node comprises the Narew, one of the Vistula (Wisła) tributaries, the Dębe dam, the Zegrze Reservoir (Zalew Zegrzyński), as well as the Żerań Canal (Kanał Żerański). This system is very important in terms of recreation, water supply and navigation. Włocławek Barrage This is the largest hydraulic structure along the main river channel of the Vistula (Wisła). In 1970, the barrage became operational as one of the eight barrages planned within the framework of the Lower Vistula Cascade (Kaskada Dolnej Wisły). This barrage includes: navigation lock, hydroelectric plant with installed power of 160 MW, ten-span weir, head dam, and fish pass. As a result of the damming, a run-of-river reservoir is formed approximately 55  km long, and with an initial capacity of 400 hm3. At the moment, the total volume of this reservoir is estimated at 370  hm3. The average annual generation of electric power reaches 739 GWh [4]. Bydgoszcz Water Node The Bydgoszcz Water Node (Bydgoski Węzeł Wodny) comprises the mouth of the Brda to  the Vistula as well as the Bydgoszcz Canal (Kanał Bydgoski), connecting the Noteć with the Brda, which enables the passage of the E70 international waterway from the Noteć to the Vistula (Wisła). This system is very important in terms of inland navigation. The mouth of the Vistula At the end of 19th century because of the  very complicated layout of Vistula mouth to the sea, which resulted in the formation of ice jams and floods causing important economic and social losses, a new artificial direct channel to  the sea, called Przekop was completed. Its formation necessitated the separation of the Gdańsk Vistula (Wisła Gdańska) from the main river channel by a navigation lock in Przegalina, the separation of the Szkaprawa from the main river channel at the Gdańsk Head (Gdańska Głowa), and the separation of the Nogat from the Vistula (Wisła) in Biała Góra. Simultaneously, the training of the Vistula from Silno (718 km), which marked the boundary of Prussian and Russian partition, to the sea was completed for navigation purposes.


W. Majewski | Acta Energetica 2/15 (2013) | 6–15

Most important structures of the Vistula tributaries Upper Vistula River In this basin area, there is the majority of the hydraulic structures on the Vistula (Wisła) tributaries. These are: Świnna Poręba on the Skawa, Czaniec, Porąbka and Tresna on the Sola, Dobczyce on the Raba, Czorsztyn-Niedzica and Sromowce Wyżne on the Dunajec, Rożnów and Czchów on the Dunajec and Solina, and Myczkowce on the San. Świnna Poręba (under construction) This dam has been under construction since 1986. Its opening for use is scheduled for 2015. The dam closes the catchment area of the Skawa (802 km2). Here, the mean annual discharge reaches 11.5 m3/s. The earthfill dam, 50 m in height, will create a reservoir of the volume of 161 hm3. Its basic aim is to manage the flood protection, supply of municipal and industrial water as well as to support tourism and recreation. There are plans to construct a hydroelectric plant with a head of 37.6 m, installed power of 3.8 MW, and annual power generation of 37.6 GWh. Soła Cascade This cascade includes: the Tresna earthfill dam (at km 40), the Porąbka concrete dam (at km 32) and the Czaniec earthfill dam (at km 28). The Tresna Dam (25 m in height), in operation since 1967 creates a reservoir with the volume of 96 hm3, which has the main function – flood protection, water supply, equalization of discharges downstream, and production of electricity. Installed capacity of the power plant is 21 MW. The Porąbka Dam, 21 m in height, became operational in 1936, and creates a reservoir 27 hm3 in volume, whose main function is flood protection, water supply, and production of electricity. Installed power of the hydroelectric plant is 12.8 MW. At the moment, the Porąbka Reservoir is used as a the lower reservoir for the pumped storage power plant Porąbka-Żar, with installed power 500 MW. The Czaniec Dam, 9 m in height, creates an equilibrium reservoir with the volume of 1.3 hm3 for two other reservoirs located upstream. This reservoir is also used for water supply and recreation.

plant has a capacity of 92 MW and is equipped with reversible turbines. The Sromowce Wyżne Reservoir (Zbiornik Sromowce Wyżne) is an equiliribrium reservoir with a volume of 6.4 hm3 for the Czorsztyn-Niedzica Dam. This reservoir was created by an earthfill dam of 8.5 m. At the dam there is a small flow-through power plant that has installed power of 2.1 MW. Rożnów and Czchów Dams The Rożnów concrete gravity dam, located at km 80 of the Dunajec River, was put into operation in 1942. Dam of the hight 31.5 m creates a reservoir of the present volume 159 hm3. At the dam there is hydroelectric plant with installed capacity of 50 MW. Its basic aim is flood protection and production of electricity. Lately, it has also served a recreational function. The earthfill dam in Czchów, 9.5 m in height, located downstream of the Rożnów Dam, creates an equilibrium reservoir 12 hm3 in volume. At the dam there is a hydro power plant with installed power of 8 MW. Solina and Myczkowce Dams The concrete gravity dam in Solina, on the River San, at km 325, was commissioned in 1968, creating a reservoir with the volume of 472 hm3. This structure is 60 m in height. At the dam there is a hydroelectric plant with installed power of 200 MW. The basic aim of the reservoir is the flood protection, production of electricity, and It also serves a recreational function. The earthfill dam in Myczkowce, 15.5 m in height, located at km 319 of the River San, creates an equilibrium reservoir 9 hm3 in volume for the Solina Dam. At the dam there is a hydroelectric plant with installed capacity of 8.3 MW. Middle Vistula River This reservoir developed as a  result of the construction of an earthfill dam (height: 11 m) at km 173 on the Pilica River. The volume of the Sulejów Reservoir (Zbiornik Sulejów) amounts to 84 hm3. Its basic aim is flood protection, supply of water to the Łódź agglomeration, and recreational function.

Dobczyce Reservoir This reservoir, with a volume of 142 hm3, was created by an earthfill dam 31 m in height located at km 60 of the Raba. Its basic aim is to supply Kraków with municipal water and flood protection. At the dam, there is an hydroelectric plant with installed power of 2.5 MW.

Dębe Reservoir In operation since 1963, the Dębe Reservoir is located at km 22 of the Narew River. It was developed as a result of the construction of an earthfill dam 7 m in height. This is a run-of-river reservoir. Its basic aim is to produce electricity. The installed power capacity 20 MW (4 Kaplan turbines), with the average annual power generation of 91 GWh. The Dębe Reservoir (Zbiornik Dębe) is connected with the Vistula (Wisła) through the Żerań Canal (Kanał Żerański). It is not used as a flood prevention structure, however, in large part this reservoir serves a recreational function.

Czorsztyn-Niedzica and Sromowce Wyżne Dams The Czorsztyn-Niedzica Dam, located in km 173 of the Dunajec, was put into service in 1997. This earthfill dam, 54 m high, creates a  reservoir 232 hm3 in volume. Its basic aim is flood protection, recreation and production of electricity. The hydroelectric

Lower Vistula River Koronowo Reservoir Located at km 49 of the Brda, this reservoir became operational in 1961. Thanks to a hydroelectric plant with installed power of 26  MW, its main aim is the production of electricity. The total 13


W. Majewski | Acta Energetica 2/15 (2013) | 6–15

volume of this reservoir amounts to  81 hm3. At present, the Koronowo Reservoir (Zbiornik Koronowo) is increasingly popular as a recreational centre. Wda Cascade This cascade is formed by two pioneer dams, reservoirs, and hydroelectric plants constructed and commissioned during the Second Polish Republic. These are Żur and Gródek Żur Reservoir Developed as a result of the construction of a dam 14 m in height at km 34 of the Wda River, it was put into service in 1929. Its basic aim was to produce electricity by means of a hydroelectric plant with installed power of 7.5 MW. It also serves a recreational function. Gródek Reservoir Developed as a result of the construction of a dam with a height of 12 m across the Wda River, it covers 100 ha. By use of the derivation system, a hydroelectric plant was built with installed capacity of 3.5 MW and power generation of 13 GWh/year. This hydroelectric plant is in operation to this day. The reservoir is popular as a recreational centre.

Small hydroelectric plants (SHP) A discussion of the basin management plans would not be complete without mentioning the SHPs built along small watercourses. In 1981, the Council of Ministers adopted a resolution on the development of small hydroelectric plants to exploit the potential of facilities and equipment left over from the World War II. During the first decades after the war, there was no special interest in the SHPs, as they were not competitive against power stations using cheap fossil fuels. Only after the 1973 energy crisis did the SHPs gain more attention. Currently, the construction of SHPs encounters many obstacles, caused mainly by ecological aspects.

Summary and conclusions The Vistula (Wisła) is the largest river in Poland, playing always an important role in the economy of our state. Throughout successive decades, it has undergone numerous transformations and changes. Both the Vistula (Wisła) and its basin present a diverse character, which justifies their division into three parts. We distinguish three sections: the Upper, Middle and Lower. These parts differ from each other by the configuration of the terrain, land cover, hydrography, climatic conditions as well as level of management. The water resources in the area of river basin are limited and in some regions, from the point of view of water management, they reach the critical value. Especially low are the volumes of the retention reservoirs, which is an obstacle to  rational management of the existing water resources and to cover the water needs. The Vistula (Wismar) and its basin are threatened, to  a  great extent, with floods and droughts. The origins and nature of 14

flooding are different at particular reaches of the river. Successive floods cause huge social and economic losses, but unfortunately there is no uniform concept on how to counteract these threatening phenomena. Although the Vistula (Wisła) holds great social and economic potential, it is used only to a small degree as the source of water supply and in a minimum degree for the purpose of navigation or power generation. In the past numerous plans and strategies for river managemnent were developed. Unfortunately almost none of them was implemented. At present there is no strategic plan for management and use of the river and its basin. Existing fragmentary plans which include certain parts of this basin are frequently inconsistent, which additionally causes severe problems. The Vistula (Wisła) is an important ecological corridor and almost its entire course has been included in the Natura 2000 Programme, which creates numerous problems in its management and exploitation. The Lower Vistula section has special significance from the economic and social point of view, where there is nearly half of the hydroenergy potential of Poland. This river section also plays a  substantial role for inland navigation, as it connects central Poland with the port of Gdańsk as well as with many other industrial and urban centres located along its course. Two international waterways, E40 and E70, run along the lower Vistula River (dolna Wisła), which creates a great opportunity for the development of this region. The Włocławek Barrage, on the lower Vistula River (dolna Wisła), put into service in 1970, is one of eight barrages planned within the framework of the Lower Vistula Cascade (Kaskada Dolnej Wisły). It produces important social and economic benefits, but it also causes a lot of operational problems, mainly arising from the lack of another barrage downstream that would secure the appropriate tail water level. REFERENCES

1. Atlas klimatu Polski [The Atlas of the Climate of Poland], H. Lorenc ed., IMGW, Warsaw 2005. 2. Kaskada Dolnej Wisły [Cascade of the Lower Vistula River], PROEKO, Warsaw 1993. 3. Majewski W., Przepływ w kanałach otwartych z uwzględnieniem zjawisk lodowych [Flow in Open Channels under the influence of ice phenomena], IMGW, Warsaw 2009. 4. Majewski W., Następny stopień na dolnej Wiśle: Szansa, zagrożenie czy konieczność [Another barrage on the lower Vistula, a threat or a necessity], Gospodarka Wodna (Water Resources Management) 2012, issue: 10. 5. Wisła. Monografia rzeki [The Vistula. The River Monograph], A. Piskozub ed., Wydawnictwa Komunikacji i Łączności (Transport and Communications Publishing House), Warsaw1982.


W. Majewski | Acta Energetica 2/15 (2013) | 6–15

Wojciech Majewski The Institute of Meteorology and Water Management, National Research Institute, Warsaw e-mail: wmaj@ibwpan.gda.pl Graduated from the Faculty of Hydraulic Engineering at the Gdańsk University of Technology, and completed postgraduate studies at the University of Glasgow. Since 1990 he has been a titular professor in hydraulic engineering and water management. He works at the Institute of Meteorology and Water Management in Warsaw. Vice-chairman of the Committee for Water Management of the Polish Academy of Sciences. He has directed the implementation of many important domestic and international projects in hydraulics, hydrology, and water engineering. Prof. Majewski has participated in numerous national and international conferences, presenting papers and general lectures. He has supervised many doctoral dissertations and reviewed doctoral and habilitation dissertations, and scientific works as grounds for professorship applications. He is the author of more than 300 publications in Polish and English in the field of hydraulic engineering and water management. Prof. Majewski is an outstanding engineering and scientific authority at home and abroad.

15


W. Majewski | Acta Energetica 2/15 (2013) | translation 6–15

This is a supporting translation of the original text published in this issue of “Acta Energetica” on pages 6–15. When referring to the article please refer to the original text. PL

Ogólna charakterystyka Wisły i jej dorzecza Autor

Wojciech Majewski

Słowa kluczowe

Wisła, dorzecze Wisły, zagospodarowanie dorzecza, warunki klimatyczne, ekologia

Streszczenie

Wisła jest największą polską rzeką, która płynie z południa na północ, a jej ujście znajduje się w Morzu Bałtyckim. Pod względem hydrograficznym Wisła dzieli się na trzy części: górną – od źródeł do ujścia Sanu, środkową – do dopływu Narwi i dolną – do ujścia do morza. W artykule przedstawiono plany zagospodarowania Wisły i jej dorzecza, poczynając od okresu międzywojennego aż do chwili obecnej. Omówiono także położenie Wisły i jej dorzecza oraz pokrycie terenu z podziałem na sześć typów. Zaprezentowano podział Polski na obszary dorzecza i regiony wodne, jak również położenie dorzecza Wisły na tle podziału administracyjnego kraju. Przedstawiono warunki klimatyczne Polski, obejmujące opady atmosferyczne i temperatury powietrza. Podano również podstawowe dane hydrologiczne Wisły i jej dorzecza. Przedstawiono obszary dorzecza Wisły objęte Programem Natura 2000. Podano krótkie informacje na temat istniejących ważniejszych budowli hydrotechnicznych i hydroenergetycznych w zasadniczym korycie Wisły, jak również na dopływach Wisły.

1. Wprowadzenie Celem tego artykułu jest przedstawienie całokształtu problemów Wisły, obejmujących plany i  projekty rozwoju, a  także obecny stan zagospodarowania i wykorzystania gospodarczego rzeki oraz jej dorzecza. Omówiono możliwości wykorzystania Wisły w  przyszłości, biorąc pod uwagę aspekty gospodarcze, ekologiczne i  społeczne. Szczególną uwagę poświęcono dolnej Wiśle, która ma duży potencjał hydroenergetyczny, możliwości żeglugi, poboru wody, rozwoju turystyki i rekreacji, przedstawiono aspekty ekologiczne. Wisła jest największą rzeką Polski, a drugą po Newie, pod względem przepływu przy ujściu, rzeką zlewiska Morza Bałtyckiego. Jej długość wynosi 1047 km od  źródeł na południu kraju, na stokach Baraniej Góry w Beskidzie Śląskim, aż po ujście do Morza Bałtyckiego, w Zatoce Gdańskiej. Cały bieg Wisły znajduje się na  terenie Polski jak również 87% jej dorzecza. Od zarania dziejów Polski rzeka ta stanowiła niezwykle istotną oś gospodarczą kraju, pełniła również ważną rolę kulturową, a  często także funkcję obronną. W  XVI i  początkach XVII wieku była najbardziej użeglownioną rzeką Europy. Rocznie przepływało nią – między Polską a portem gdańskim, który stanowił nasze okno na  świat – ponad ćwierć miliona ton surowców i gotowych towarów, mimo bardzo prymitywnych środków transportu. Na skutek rozbiorów Polski w XVIII wieku Wisła straciła swoje dotychczasowe znaczenie, coraz bardziej podupadała, a jej dorzecze stawało się obszarem peryferyjnym dla zaborców. W  tym samym czasie inne rzeki europejskie, takie jak Ren, Rodan, Sekwana czy Dunaj, rozwijały się niezwykle dynamicznie pod względem żeglugowym, dostarczając również niezbędnej dla gospodarki energii i  stanowiąc poważne źródło zaopatrzenia w wodę. Po odzyskaniu przez Polskę niepodległości, w  okresie międzywojennym powstały pierwsze plany zagospodarowania Wisły i wykorzystania jej do celów gospodarczych, energetycznych, jak również rekreacyjnych. Jednym z  twórców tych planów był prof. Gabriel Narutowicz, który przyjechał

16

Rys. 1. Wisła od źródeł do Bałtyku


W. Majewski | Acta Energetica 2/15 (2013) | translation 6–15

Rys. 2. Podział dorzecza Wisły, źródło: Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej (IMGW)

do Polski ze Szwajcarii. Niestety, dwudziestoletni okres wolności był zbyt krótki, aby zniszczony zaborami i  wojną kraj mógł zrealizować ambitne plany. Wybudowano jednak w  dorzeczu Wisły zapory i  elektrownie wodne Żur i  Gródek na  Wdzie, zaporę Porąbka na  Sole, a  po tragicznej powodzi w  zlewni Dunajca (1934) rozpoczęto w 1935 roku budowę zapory Rożnów na Dunajcu. Po drugiej wojnie światowej, gdy ustanowiono nowy przebieg granic, Wisła znalazła się w  centrum kraju, co stanowiło bardzo istotną możliwość gospodarczego wykorzystania rzeki w przyszłości. W latach 50. na  Politechnice Gdańskiej utworzono Wydział Budownictwa Wodnego. Powstał Instytut Budownictwa Wodnego PAN (IBW PAN) z nowoczesnym laboratorium hydraulicznym. Wydział Budownictwa Wodnego nastawiony był na  szkolenie kadr potrzebnych do  realizacji projektów na  Wiśle, a  IBW PAN koncentrował się na  pracach badawczych. Powstało wiele planów budowy nowych obiektów hydrotechnicznych i  hydroenergetycznych. Już w  pierwszym planie gospodarki wodnej, opracowanym w  latach 60. przez Komitet Gospodarki Wodnej Polskiej Akademii Nauk, podkreślając bardzo duże znaczenie dolnej Wisły dla żeglugi i  energetyki [5], stwierdzono również, że wzdłuż całej Wisły występują poważne zagrożenia powodzi, które na odcinku dolnej Wisły wywołane są głównie zatorami lodowymi i śryżowymi. W  latach 1968–1971 polscy specjaliści, przy współudziale Programu Rozwoju ONZ, opracowali „Projekt kompleksowego rozwoju systemu wodnego rzeki Wisły”. Zakładał on rozwiązanie wielu ważnych problemów gospodarki wodnej w dorzeczu, w  tym także energetyczne wykorzystanie rzeki. Opracowany pod koniec lat 70. „Kompleksowy program zagospodarowania i wykorzystania Wisły oraz zasobów

wodnych kraju”, o silnych akcentach propagandowych – zwany w skrócie Programem „Wisła” – nawiązywał do  planowanego wszechstronnego rozwoju gospodarczego kraju. Rozwój gospodarczy Polski potrzebował przede wszystkim energii elektrycznej oraz wody. Warto jednak dziś podkreślić, że Program „Wisła” zawierał wszechstronne podejście do zagadnień gospodarki wodnej, uwzględniając nie tylko problemy techniczne i gospodarcze, ale również przyrodnicze, kulturowe i  rekreacyjne. Nie został on jednak zrealizowany ze względu na brak merytorycznego uzasadnienia wielu inwestycji, brak pokrycia finansowego oraz niezdolność polskich przedsiębiorstw do realizacji projektu. Powstał również program pod nazwą Kaskada Dolnej Wisły [2], zakładający budowę na odcinku dolnej Wisły kaskady ośmiu stopni piętrzących ze  zbiornikami przepływowymi. Dolna Wisła

skupia ok. 50% całego ekonomicznego potencjału hydroenergetycznego Polski. Kaskada miała charakter zwarty o podstawowym celu żeglugowo-energetycznym. W  ramach tego projektu w  1970 roku oddano do  eksploatacji pierwszy stopień – Włocławek. Zaawansowane były plany budowy następnego stopnia – Ciechocinek, poniżej Włocławka, i Wyszogród powyżej. Rozpoczęto przygotowanie placu budowy stopnia Ciechocinek. 2. Położenie dorzecza Wisły Dorzecze Wisły obejmuje prawie całą wschodnią część Polski. Zajmuje powierzchnię 194 tys. km2, czyli 54% powierzchni kraju, gdzie znajdują się ważne ośrodki miejskie i  przemysłowe. Zamieszkuje je ponad połowa ludności Polski. 87% (169 tys. km2) dorzecza Wisły znajduje się na  terenie Polski, pozostała na  obszarze sąsiadującym, na  Białorusi, Ukrainie i Słowacji. Przebieg Wisły od źródeł do ujścia pokazano na rys. 1. Natomiast podział dorzecza Wisły na trzy części przedstawia rys. 2. Zarówno Wisła, jak również jej dorzecze wzdłuż swego biegu są bardzo zróżnicowane. Zróżnicowanie to można rozpatrywać pod względem ukształtowania terenu, klimatycznym, zasobów wodnych oraz infrastruktury hydrotechnicznej i gospodarczym. Pod względem hydrograficznym Wisła i jej dorzecze dzieli się na  trzy części: Wisłę górną, Wisłę środkową i  Wisłę dolną (rys.  2). Podział ten wynika ze  znacznej zmiany natężenia przepływu Wisły wywołanego dopływem Sanu, kończącym obszar dorzecza górnej Wisły, i dopływem Narwi, kończącym obszar dorzecza środkowej Wisły. Znany jest również inny podział Wisły, który ma podłoże geograficzne. Poczynając od południa, można wyróżnić: Wisłę Śląską – od źródeł do ujścia Skawy, Wisłę Małopolską – od  ujścia Skawy do  ujścia Sanu, Wisłę Lubelską – od ujścia Sanu do ujścia Wieprza, Wisłę Mazowiecką – od  ujścia Wieprza do ujścia Skrwy, Wisłę Kujawską – od ujścia Skrwy do ujścia Brdy oraz Wisłę Pomorską – od ujścia Brdy do ujścia do Zatoki Gdańskiej. Wisła przepływa przez sześć regionów fizyczno-geograficznych ułożonych równoleżnikowo na terenie Polski.

Rys. 3. Pokrycie terenu całego dorzecza i poszczególnych części dorzecza Wisły

17


W. Majewski | Acta Energetica 2/15 (2013) | translation 6–15

Górna Wisła Wisła górna obejmuje odcinek od  źródeł do  ujścia prawobrzeżnego dopływu Sanu o  długości 399 km. Powierzchnia zlewni górnej Wisły znajdującej się w Polsce obejmuje 45,9 tys. km2. Początek rzeki stanowią dwa cieki wypływające na stokach Baraniej Góry (1116 m n.p.m.) w Beskidzie Śląskim – Wisełka Biała i Wisełka Czarna. Łączą się one w  pobliżu miejscowości Wisła, gdzie tworzą sztuczny zbiornik Wisła Czarne, zrealizowany w latach 1967–1973. Niekiedy z  Wisły górnej wyodrębnia się Małą Wisłę o  długości 105  km, obejmującą bieg rzeki od źródeł do ujścia lewobrzeżnego dopływu – Przemszy. Górna Wisła zasilana jest licznymi prawobrzeżnymi dopływami górskimi mającymi swe źródła na stokach Beskidów Zachodnich i Beskidów Wschodnich. Kolejnymi dopływami są: Soła, Skawa, Raba, Dunajec, Wisłoka i San. Te górskie dopływy o bardzo zmiennych przepływach stanowią poważne zagrożenie powodziowe, spowodowane ulewnymi deszczami oraz wiosennym tajaniem lodu i śniegu. Lewobrzeżne dopływy Wisły górnej to: Przemsza, Szreniawa, Nida i Czarna. Na obszarze dorzecza górnej Wisły znajduje się aglomeracja Śląska, stanowiąca bardzo ważny ośrodek przemysłowy, oraz miasta: Kraków, Rzeszów i  Tarnów. Dorzecze górnej Wisły posiada ok. 30% zasobów wodnych Polski. Na tym odcinku została utworzona droga wodna górnej Wisły od  Oświęcimia do  Krakowa, o  długości 92  km i  niejednolitych parametrach żeglugowych na  całej długości. Umożliwia ona przepływ barek o  ładowności 1000 ton. Część obszaru dorzecza górnej Wisły (zlewnia Popradu) znajduje się na terenie Słowacji. Na terenie obszaru dorzecza górnej Wisły znajduje się wiele obiektów hydrotechnicznych i hydroenergetycznych: Wisła Czarne, Goczałkowice, Tresna, Porąbka, Czaniec, Rożnów, Czchów, Czorsztyn-Niedzica, Sromowce Wyżne, Solina i Myczkowce oraz droga wodna górnej Wisły od  Oświęcimia do Krakowa. Na terenie obszaru dorzecza górnej Wisły posadowione są ośrodki miejskie i  elektrownie cieplne: Oświęcim, konurbacja Śląska, Kraków, Tarnobrzeg, Sandomierz, elektrownia Połaniec. Środkowa Wisła Wisła środkowa to  odcinek od  ujścia Sanu do  ujścia Narwi o  długości 256 km. Powierzchnia dorzecza znajdująca się w  Polsce to  88,8 tys. km2. Część dorzecza Wisły środkowej umiejscowiona jest na terenie Białorusi i Ukrainy. Ważniejszymi prawobrzeżnymi dopływami są Wieprz oraz Narew z Bugiem. Dopływy lewobrzeżne to: Kamienna, Radomka i Pilica. Ważniejszymi ośrodkami miejskimi na  terenie dorzecza Wisły środkowej są: Warszawa, Radom, Kielce, Lublin i  Białystok. Na połączeniu Bugu i  Narwi w  wyniku budowy zapory Dębe, która została oddana do eksploatacji w 1963 roku, powstał zbiornik zegrzyński. Zbiornik stanowi obecnie ważne zaplecze rekreacyjne dla Warszawy. Wisła Warszawska połączona jest z  Zalewem Zegrzyńskim sztucznym Kanałem Żerańskim. Wisła środkowa nie jest przystosowana do żeglugi towarowej. Na tym odcinku Wisły znajdują się elektrownie cieplne Siekierki i Żerań oraz ujęcie wody dla Warszawy – Gruba Kaśka.

18

Rys. 4. Podział Polski na obszary dorzeczy

Rys. 5. Podział Polski na regiony wodne

Wisła dolna Dolna Wisła liczy 391 km długości od ujścia Narwi (km 550.) do ujścia Wisły do morza (km 941.). Do dolnej Wisły można zaliczyć aglomerację warszawską ze  zbiornikiem zegrzyńskim i  Kanałem Żerańskim. Powierzchnia dorzecza dolnej Wisły wynosi 34,3 tys. km2. Narew łącznie z  dopływem Bugu i  Wkry jest największym dopływem Wisły, zmieniającym w sposób zasadniczy natężenie przepływu w  głównym korycie rzeki. Tuż poniżej ujścia Narwi znajduje się przekrój wodowskazowy Modlin. Przekrój wodowskazowy Tczew, wprawdzie oddalony od ujścia do morza o prawie 30 km, jest przekrojem zamykającym dorzecze Wisły, bowiem poniżej niego nie ma żadnych dopływów. W przekroju Tczew

średni wieloletni przepływ liczy 1055 m3/s, maksymalny zarejestrowany przepływ w okresie powojennym wyniósł 6490 m3/s, a minimalny 264 m3/s. Przepływ o prawdopodobieństwie przewyższenia 1% wynosi 8990  m3/s, a  przepływ najdłużej trwający 614  m3/s. Średni roczny odpływ Wisły do Bałtyku stanowi 34,0 km3, odpływ maksymalny to 50,8 km3 (1975, rok mokry), natomiast odpływ minimalny (1952, rok suchy) – 20,5 km3. Wisła dostarcza ok. 7% wody słodkiej do  Morza Bałtyckiego. Wahania stanów wody w  Wiśle w  przekroju Tczew (min./maks.) osiągają wartość ok. 5 m. Morze Bałtyckie jest morzem bezpływowym, jednak występują u jego wybrzeży znaczne wahania poziomu wody wywołane spiętrzeniami wiatrowymi. Spiętrzenia te


W. Majewski | Acta Energetica 2/15 (2013) | translation 6–15

dochodzą do ok. 1,50 m powyżej stanu średniego, co wywołuje podpiętrzenie na Wiśle sięgające do przekroju Tczew. Większość powodzi na odcinku dolnej Wisły wywołana była zatorami lodowymi i śryżowymi. Spektakularnym przykładem była powódź w górnej części zbiornika Włocławek w 1982 roku [3]. Wzdłuż dolnej Wisły znajduje się wiele ważnych ośrodków miejskich i  przemysłowych: Płock, Włocławek, Toruń, Bydgoszcz, Grudziądz, Tczew, Elbląg i  Gdańsk. Dolna Wisła ma potencjalnie bardzo duże znaczenie dla żeglugi śródlądowej. Tędy przebiegają dwie międzynarodowe drogi wodne E40 i E70. Na tym odcinku skupia się prawie ½ ekonomicznego potencjału hydroenergetycznego Polski, stąd powstała idea kaskady dolnej Wisły o  charakterze energetyczno-żeglugowym. Wynikiem tego programu jest stopień wodny Włocławek, oddany do eksploatacji w 1970 roku, ale pracujący do dziś jako pojedynczy stopień bez podparcia wody dolnej, co stwarza wiele problemów.

województwa istnieje Wojewódzki Zarząd Melioracji i Urządzeń Wodnych – podległy marszałkowi województwa – sprawujący pieczę nad siecią mniejszych rzek i kanałów. 7. Warunki klimatyczne Warunki klimatyczne dorzecza Wisły mogą być scharakteryzowane następującymi czynnikami meteorologicznymi: opady atmosferyczne, temperatura i  wilgotność powietrza. Przytoczone dalej dane pochodzą z „Atlasu klimatu Polski” (2005), a  zarejestrowane zostały przez 60 stacji meteorologicznych. Opady atmosferyczne. Najwyższe opady, przekraczające 1100 mm (średnie roczne z  wielolecia), występują w  Beskidach. Najniższe opady, w granicach 550 mm, zarejestrowano w rejonie pasa Polski centralnej i  na  odcinku Wisły, poczynając od  ujścia Sanu do  odpływu Nogatu. Jedynie nieco wyższe opady, w granicach 600 mm, występują na ujściowym odcinku Wisły. Średnie

roczne z  wielolecia opady atmosferyczne w  dorzeczu Wisły szacowane są na  ok. 610 mm (rys. 7). Temperatura powietrza. Temperatura powietrza jest jednym z  bardzo istotnych parametrów meteorologicznych. Na rys. 8 przedstawiono średnią roczną temperaturę powietrza z  okresu 30-lecia 1971– -2000. Jej zróżnicowanie na terenie Polski nie jest wielkie, bo oscyluje od  6 do  8oC. Na obszarze Tatr spada ona poniżej 5oC, a  na  najwyższych szczytach osiąga nawet wartość ujemną (–0,7oC). Podobnie jest w  Karkonoszach, gdzie w  rejonie Śnieżki notuje się wartość 0,6 oC. Generalnie można przyjąć, że obszary górskie na południu Polski charakteryzują się dużo niższą średnią roczną temperaturą powietrza niż pozostała część Polski. Niższe temperatury występują również w północno-wschodniej części Polski. „Atlas klimatu Polski” przedstawia szeroki zakres temperatur powietrza dla różnych pór roku, jak również miesięcy.

3. Pokrycie terenu Pokrycie terenu dorzecza Wisły ma bardzo istotny wpływ na  zasoby wodne i  gospodarowanie tymi zasobami. Wyodrębniono sześć typów pokrycia terenu: lasy, grunty orne, łąki, nieużytki, tereny zurbanizowane i wody powierzchniowe. Rozkład pokrycia dorzecza całej Wisły i  poszczególnych jej części przedstawiono na rys. 3. Najwięcej jest gruntów ornych, a następnie lasów. Podział pokrycia terenu we wszystkich trzech obszarach dorzeczy jest podobny i zbliżony do całego dorzecza Wisły. Największa procentowa lesistość występuje na obszarze zlewni górnej Wisły. Tutaj jest najmniejszy obszar gruntów ornych i  największy terenów zurbanizowanych. Największy obszar gruntów ornych znajduje się na terenie zlewni dolnej Wisły (rys. 3). 4. Obszary dorzecza Zgodnie z  postanowieniami Ramowej Dyrektywy Wodnej w Polsce w 2006 roku, na  podstawie Rozporządzenia Rady Ministrów, utworzono 10 obszarów dorzeczy. Całe dorzecze Wisły w zakresie planowania i  gospodarowania zasobami wodnymi jest tzw. obszarem dorzecza Wisły, który obejmuje teren nieco większy niż hydrograficzne dorzecze Wisły (rys. 4). Obszar ten jest powiększony na północy o teren zlewni delty Wisły oraz część dorzecza rzek Przymorza. 5. Regiony wodne Polska została podzielona na 21 regionów wodnych (rys. 5). Ich granice zostały ustalone Zarządzeniem Rady Ministrów z 2006 roku. Regiony wodne w niektórych przypadkach odpowiadają regionalnym zarządom gospodarki wodnej. Jeżeli chodzi o  Wisłę, to  jej dorzecze obejmują regiony Małej Wisły, górnej Wisły, środkowej Wisły i  dolnej Wisły. Dorzecze Wisły jest zarządzane przez RZGW Gliwice (Mała Wisła), RZGW Kraków (górna Wisła), RZGW Warszawa (środkowa Wisła) i  RZGW Gdańsk (dolna Wisła). 6. Dorzecze Wisły w podziale administracyjnym Wisła przepływa przez 8 województw, a  dorzecze Wisły znajduje się na  terenie 11 województw (rys. 6). Na terenie każdego

Rys. 6. Wisła i jej dorzecze na tle podziału administracyjnego Polski

19


W. Majewski | Acta Energetica 2/15 (2013) | translation 6–15

8. Warunki hydrologiczne dorzecza Wisły Warunki hydrologiczne dorzecza Wisły można przedstawić w  postaci odpływu jednostkowego z poszczególnych obszarów dorzecza. Średni jednostkowy odpływ dla całego dorzecza Wisły wynosi 5,34 l/(s km2). Poszczególne obszary dorzecza mają następujący odpływ jednostkowy: • Dorzecze górnej Wisły do  ujścia Sanu: 9,16 l/(s km2) • Dorzecze Sanu: 7,71 l/(s km2) • Dorzecze środkowej Wisły: 4,00 l/(s km2) • Dorzecze Narwi: 4,33 l/(s km2) • Dorzecze dolnej Wisły: 5,18 l/(s km2). Odpływy jednostkowe dorzecza Wisły i  poszczególnych jej części są jednymi z najniższych w Europie. Ważne jest również przedstawienie charakterystycznych przepływów w  przekrojach wodowskazowych, zamykających poszczególne obszary dorzecza Wisły. Są to następujące przekroje: • Nowy Bieruń, powyżej ujścia Przemszy. Przekrój zamyka obszar dorzecza Małej Wisły. • Zawichost, poniżej ujścia Sanu. Przekrój zamyka obszar dorzecza górnej Wisły. • Modlin, poniżej ujścia Narwi. Zamyka obszar dorzecza środkowej Wisły. • Kępa Polska, powyżej zbiornika Włocławek. • Toruń, poniżej zbiornika Włocławek. • Tczew, przekrój zamykający całe dorzecze Wisły

Rys. 7. Średnie wieloletnie roczne sumy opadów na terenie Polski [1]

9. Jakość wód Wisły Ocenia się obecnie, że  w  93% długości Wisła jest zanieczyszczona w mniejszym lub większym stopniu. 56% długości Wisły nie spełnia norm żadnej z obowiązujących klas. Chociaż w  ostatnich latach obserwujemy znaczny postęp jakości wód Wisły, to jednak nadal jest on daleki od wymaganego stanu według norm UE. 10. Obszary Natura 2000 nad Wisłą W  skład Europejskiej Sieci Natura 2000 wchodzą dwa rodzaje obszarów powoływanych niezależnie od siebie: • Specjalne Obszary Ochrony Siedlisk (SOO) – wyznaczone na  podstawie tzw. Dyrektywy Siedliskowej w  sprawie ochrony siedlisk przyrodniczych oraz dzikiej fauny i  flory – powoływane są w celu ochrony rzadkich lub zagrożonych siedlisk i zwierząt z pominięciem ptaków. • Obszary Specjalnej Ochrony Ptaków (OSO) – wyznaczone na podstawie tzw. Dyrektywy Ptasiej w  sprawie ochrony dzikich ptaków – powołane zostały z  myślą o  ochronie rzadkich i  zagrożonych gatunków ptaków. Obszary OSO i  SOO są od  siebie niezależne, w  niektórych przypadkach ich granice mogą pokrywać się lub być nawet identyczne. Cała dolina dolnej Wisły, za wyjątkiem zbiornika wodnego Włocławek, została w sposób arbitralny włączona do  Programu Natura 2000, co w sposób istotny ogranicza możliwości jej wykorzystania gospodarczego.

Rys. 8. Średnie roczne temperatury powietrza z wielolecia 1971–2000 [1]

20

11. Obiekty w korycie Wisły Gospodarcze wykorzystanie Wisły dla potrzeb dróg wodnych, ujęć wody, obiegów wody chłodzącej elektrowni cieplnych czy elektrowni wodnych może być rozpatrywane w odniesieniu do samego koryta Wisły,


W. Majewski | Acta Energetica 2/15 (2013) | translation 6–15

Wodowskaz Nowy Bieruń

Kilometr

Powierzchnia zlewni km2

Lata obserwacji

SSQ m3/s

WWQ m3/s

NNQ m3/s

3,6

1 780

1951–2011

21,2

846

1,5

Zawichost

287,6

50 665

1951–2011

432

6 160

110

Modlin

551,5

159 724

1969–2011

880

6 860

232

Kępa Polska

606,5

168 358

1969–2011

940

6 980

280

Toruń

734,7

180 391

1951–2011

971

6 890

266

Tczew

908,6

193 807

1951–2011

1055

6 490

264

gdzie : SSQ – średni przepływ z wielolecia, WWQ – przepływ maksymalny jaki wystąpił w okresie obserwacji, NNQ – przepływ minimalny jaki wystąpił w okresie obserwacji Tab. 1. Przepływy charakterystyczne w przekrojach wodowskazach wzdłuż biegu Wisły, źródło: IMGW

w ciepło i elektryczność z Elektrociepłowni Siekierki i  Żerań. Elektrociepłownia Siekierki jest największą w  Polsce i  drugą co do  wielkości w  Europie. Moc cieplna wynosi 2080 MW, a  moc elektryczna 662 MW. Elektrociepłownia Żerań posiada moc cieplną 1560 MW, a moc elektryczną 364 MW. Warszawski Węzeł Wodny Warszawski Węzeł Wodny obejmuje dopływ Narwi do  Wisły, zaporę Dębe, Zalew Zegrzyński oraz Kanał Żerański. Ten układ jest bardzo ważny z punktu widzenia rekreacyjnego, zaopatrzenia w  wodę oraz żeglugowego. Stopień wodny Włocławek Największym obiektem hydrotechnicznym znajdującym się w korycie Wisły jest stopień wodny Włocławek. Został on oddany do  eksploatacji w  1970 roku jako jeden z ośmiu planowanych stopni kaskady dolnej Wisły. W skład stopnia wchodzi śluza żeglugowa, elektrownia wodna o mocy 160 MW, 10-przęsłowy jaz, zapora czołowa oraz przepławka dla ryb. Spiętrzenie na stopniu tworzy zbiornik wodny przepływowy o długości ok. 55 km i początkowej pojemności 400 hm3. Obecnie pojemność całkowita zbiornika Włocławek szacowana jest na  370 hm3. Średnia roczna produkcja energii elektrycznej wynosi 739 GWh [4].

Rys. 9. Obszary specjalnej ochrony ptaków wzdłuż biegu Wisły

jak również do dopływów. Wiele obiektów hydrotechnicznych znajduje się na  dopływach Wisły. Zbiornik Wisła Czarne Pierwszy obiekt hydrotechniczny, patrząc od źródła, to zbiornik Wisła Czarne, położony u  zbiegu Wisełki Białej i  Czarnej, oddany do  eksploatacji w  1973 roku. Podstawowy cel zbiornika to  stworzenie możliwości zaopatrzenia w wodę wielu miejscowości położonych w pobliżu. Pojemność całkowita zbiornika to  4,9  hm3, a  pojemność powodziowa 2,6 hm3. Powierzchnia zbiornika przy napełnieniu maksymalnym wynosi 41,2 ha. Obiektem piętrzącym jest zapora ziemna. Zbiornik Goczałkowice Drugim obiektem, podążając z  biegiem Wisły, jest zbiornik Goczałkowice, oddany do  eksploatacji w  1955 roku. Obiektem piętrzącym jest zapora ziemna z  ekranem uszczelniającym. Całkowita pojemność zbiornika wynosi 161 hm3, a  pojemność powodziowa 43 hm3. Powierzchnia zbiornika przy maksymalnym napełnieniu wynosi 32 km2. Podstawowe funkcje zbiornika to  zaopatrzenie w  wodę komunalną i  przemysłową oraz ochrona przeciwpowodziowa. Obecnie zbiornik pełni ważną funkcję ekologiczną. Kaskada Górnej Wisły Budowa drogi wodnej górnej Wisły trwała 53 lata (1949–2002). Miała ona obsługiwać cztery duże elektrownie węglowe (Skawina,

Łęg, Nowa Huta i Połaniec). W skład drogi wodnej wchodzi sześć stopni piętrzących: Dwory, Smolice, Łączany, Kościuszko, Dąbie i  Przewóz. Łącznie tworzą one Kaskadę Górnej Wisły o  długości 72 km, na odcinku od ujścia Przemszy do stopnia wodnego Przewóz (we  wschodniej części Krakowa). Droga wodna posiada warunki żeglugowe umożliwiające przemieszczanie się jednostek pływających o  ładowności 1000 ton. Potencjał drogi wodnej nie jest obecnie w  pełni wykorzystywany i  służy głównie lokalnemu transportowi piasku i żwiru z likwidacji odsypisk oraz kamienia do  celów budowlanych. Obecnie droga wodna ma znaczenie ekonomiczne, ekologiczne i turystyczne. Elektrownia cieplna Połaniec Elektrownia została uruchomiona w  1979  roku. Położona jest w  województwie świętokrzyskim na  lewym brzegu Wisły, w pobliżu miasta Połaniec. Ma ona moc 1800 MW, produkcja ok. 9,4 TWh/rok. Elektryczność wytwarza się tu z  węgla kamiennego, ale ostatnio otwarto blok wykorzystujący biomasę. Do chłodzenia kondensatorów turbin elektrownia wykorzystuje wody z Wisły. Ujęcie wody i elektrownie cieplne w Warszawie Warszawa zaopatrywana jest w wodę z ujęcia poddennego na  Wiśle, zwanego Grubą Kaśką, usytuowanego w  509 km biegu Wisły. Ujęcie zostało oddane do  użytku w  1964 roku. Miasto zaopatrywane jest

Bydgoski Węzeł Wodny Bydgoski Węzeł Wodny obejmuje ujście Brdy do Wisły oraz Kanał Bydgoski, łączący Noteć z Brdą, co stanowi przejście międzynarodowej drogi wodnej E70 z  Noteci na  Wisłę. Układ ten ma bardzo istotne znaczenie żeglugowe. Przekop Wisły i regulacja odcinka Wisły Przekop Wisły wykonano pod koniec XIX  wieku z  uwagi na  bardzo skomplikowany układ ujścia Wisły do  Zatoki Gdańskiej, co powodowało powstawanie zatorów i  powodzie, przynoszące duże straty społeczne i ekonomiczne. Wykonanie przekopu było powiązane z  oddzieleniem Wisły Gdańskiej od głównego koryta śluzą w  Przegalinie, oddzieleniem Szkarpawy od  głównego koryta Wisły w  Gdańskiej Głowie i odcięciem Nogatu od Wisły w Białej Górze. Jednocześnie wykonano regulację Wisły w celach żeglowych, od miejscowości Silno (km 718), gdzie przebiegała granica zaboru pruskiego, do morza. 12. Najważniejsze obiekty na dopływach Wisły Górna Wisła Na obszarze dorzecza górnej Wisły znajduje się najwięcej obiektów hydrotechnicznych na dopływach Wisły: Świnna Poręba na  Skawie, Czaniec, Porąbka i  Tresna na  Sole, Dobczyce na  Rabie, Czorsztyn-Niedzica i Sromowce Wyżne na Dunajcu, Rożnów i Czchów na Dunajcu oraz Solina i Myczkowce na Sanie. Świnna Poręba (w budowie) Budowę zapory rozpoczęto w  1986 roku. Oddanie do  eksploatacji zaplanowano na 2015 rok. Zapora zamyka zlewnię Skawy o powierzchni 802 km2. W tym przekroju

21


W. Majewski | Acta Energetica 2/15 (2013) | translation 6–15

przepływ średni wynosi 11,5 m3/s. Zapora ziemna o wysokości 50 m utworzy zbiornik o pojemności 161 hm3. Główny cel zbiornika to  ochrona przeciwpowodziowa, zaopatrzenie w  wodę komunalną i  przemysłową oraz turystyka i  rekreacja. Przy zaporze utworzona będzie elektrownia wodna o spadzie 37,6 m i mocy 3,8 MW oraz rocznej produkcji 37,6 GWh. Kaskada Soły W  skład kaskady Soły wchodzą: zapora ziemna Tresna (na 40 km), zapora betonowa Porąbka (na 32 km) i zapora ziemna Czaniec (na 28 km). Zapora Tresna o  wysokości 25 m została oddana do  użytku w  1967 roku i  tworzy zbiornik o  pojemności 96 hm3, pełniący funkcję przeciwpowodziową, zaopatrzenia w wodę, wyrównania przepływów i służący do produkcji energii elektrycznej. Moc elektrowni to 21 MW. Zapora Porąbka o wysokości 21 m została oddana do eksploatacji w 1936 roku i tworzy zbiornik o  pojemności 27 hm3, pełniący funkcję przeciwpowodziową i zaopatrzenia w  wodę, wykorzystywany do  produkcji energii elektrycznej. Moc elektrowni to 12,8 MW. Zbiornik wodny Porąbka jest obecnie wykorzystywany również jako zbiornik dolny elektrowni szczytowo-pompowej Porąbka-Żar o mocy 500 MW. Zapora Czaniec o wysokości piętrzenia 9 m tworzy zbiornik wyrównawczy o  pojemności 1,3 hm3 dla dwóch wyżej położonych zbiorników. Zbiornik pełni również funkcję rekreacyjną i zaopatrzenia w wodę. Zbiornik Dobczyce Zbiornik o  pojemności 142 hm3 tworzy zapora ziemna o  wysokości 31 m zlokalizowana na  60 km rzeki Raby. Główną funkcją zbiornika jest zaopatrzenie Krakowa w wodę komunalną oraz ochrona przeciwpowodziowa. Przy zaporze znajduje się elektrownia wodna o mocy 2,5 MW. Zapory Czorsztyn-Niedzica i  Sromowce Wyżne Zapora Czorsztyn-Niedzica znajduje się na 173 km biegu Dunajca i została oddana do eksploatacji w 1997 roku. Jest to zapora ziemna o  wysokości 54 m, która tworzy zbiornik o pojemności 232 hm3. Podstawową funkcją zbiornika jest ochrona przeciwpowodziowa, rekreacja i  produkcja energii elektrycznej. Elektrownia wodna ma moc 92 MW i wyposażona jest w turbiny odwracalne. Zbiornik Sromowce Wyżne jest zbiornikiem wyrównawczym o pojemności 6,4 hm3 dla zapory Czorsztyn-Niedzica. Tworzy go zapora ziemna o piętrzeniu 8,5 m. Przy zaporze znajduje się mała elektrownia wodna przepływowa o mocy 2,1 MW. Zapory Rożnów i Czchów Zaporę betonową ciężką Rożnów zlokalizowano na 80 km Dunajca, oddano ją do eksploatacji w  1942 roku. Zapora o  piętrzeniu 31,5  m tworzy zbiornik o  obecnej pojemności 159  hm3. Przy zaporze znajduje się elektrownia wodna o mocy 50 MW. Główną funkcją zbiornika jest ochrona przeciwpowodziowa, produkcja energii elektrycznej oraz ostatnio również rekreacja. Zapora Czchów, typu ziemnego, posiada wysokość 9,5 m i zlokalizowana jest poniżej

22

zapory Rożnów, tworząc zbiornik wyrównawczy o pojemności 12 hm3. Przy zaporze znajduje się elektrownia wodna o mocy 8 MW. Zapory Solina i Myczkowce Zapora Solina, betonowa ciężka, została oddana do eksploatacji w 1968 roku na rzece San, na 325 km, tworząc zbiornik o pojemności 472 hm3. Zapora posiada wysokość piętrzenia 60 m. Przy niej znajduje się elektrownia wodna o  mocy instalowanej 200 MW. Podstawową funkcją zbiornika jest ochrona przeciwpowodziowa, produkcja energii elektrycznej oraz rekreacja. Zapora ziemna Myczkowce o  wysokości piętrzenia 15,5 m znajduje się na  319 km rzeki San i tworzy zbiornik wyrównawczy o pojemności 9 hm3, dla zapory Solina. Przy zaporze znajduje się elektrownia wodna o mocy 8,3 MW. Środkowa Wisła Zbiornik Sulejów Zbiornik Sulejów powstał w wyniku budowy zapory ziemnej o wysokości piętrzenia 11 m na  173 km rzeki Pilicy. Zbiornik posiada pojemność 84 hm 3. Jego podstawową funkcją jest ochrona przeciwpowodziowa, zaopatrzenie w wodę aglomeracji łódzkiej oraz rekreacja. Zbiornik Dębe Zbiornik Dębe, oddany do  eksploatacji w 1963 roku, jest zlokalizowany na 22 km Narwi. Powstał w  wyniku budowy zapory ziemnej o  piętrzeniu 7 m. Zbiornik ma charakter przepływowy. Podstawową jego funkcją jest wytwarzanie energii elektrycznej. Zainstalowana moc elektrowni wynosi 20 MW (cztery turbiny Kaplana), a  średnia produkcja roczna energii elektrycznej 91 GWh. Zbiornik ma połączenie z  Wisłą w  Warszawie za pośrednictwem Kanału Żerańskiego. Zbiornik nie pełni funkcji przeciwpowodziowej, a  w  dużej mierze rekreacyjną. Dolna Wisła Zbiornik Koronowo Zbiornik Koronowo, zlokalizowany na 49 km rzeki Brdy, został oddany do  eksploatacji w  1961 roku. Pełni głównie funkcję energetyczną, dzięki elektrowni wodnej o mocy instalowanej 26 MW. Pojemność całkowita zbiornika wynosi 81 hm3. Obecnie zbiornik coraz częściej służy rekreacji. Kaskada rzeki Wdy Kaskadę tworzą dwie pionierskie zapory, zbiorniki wodne i  elektrownie, wybudowane i uruchomione w czasie II RP. Kaskadę tworzą zapory Żur i Gródek. Zbiornik Żur Powstał w 1929 roku na 34 km rzeki Wdy, w wyniku budowy zapory ziemnej o wysokości piętrzenia 14 m. Główna funkcja zbiornika to  wytwarzanie energii elektrycznej przez elektrownię wodną o mocy 7,5 MW. Zbiornik pełni również rolę rekreacyjną. Zbiornik Gródek Zbiornik Gródek o  powierzchni 100  ha powstał na  rzece Wda w  wyniku budowy zapory ziemnej o  wysokości 12�� m. W  1923  roku, z wykorzystaniem derywacji, powstała elektrownia wodna o mocy

3,5 MW i  produkcji energii elektrycznej 13 GWh/rok. Elektrownia pracuje do dziś, a utworzony zbiornik służy w dużym stopniu celom rekreacyjnym. 13. Małe elektrownie wodne (MEW) Mówiąc o  zagospodarowaniu dorzecza Wisły trudno nie wspomnieć o MEW zlokalizowanych na małych ciekach. W 1981 roku Rada Ministrów podjęła uchwałę w sprawie rozwoju małych elektrowni wodnych. Elektrownie te miały wykorzystywać budowle i  urządzenia, jakie pozostały po drugiej wojnie światowej. W  pierwszych powojennych dziesięcioleciach nie interesowano się specjalnie MEW, bowiem nie wytrzymywały one konkurencji z  elektrowniami wykorzystującymi tanie paliwa kopalne. Dopiero kryzys energetyczny, jaki wybuchł w  1973 roku, zwrócił uwagę na MEW. Obecnie budowa MEW napotyka, niestety, na wiele trudności, wynikających głównie z aspektów ekologicznych. 14. Podsumowanie Wisła jest największą rzeką Polski i zawsze odgrywała bardzo istotne znaczenie dla gospodarki naszego kraju. W  ciągu kolejnych dziesięcioleci przechodziła liczne przeobrażenia i zmiany. Wisła, jak również jej dorzecze, mają zróżnicowany charakter, dzieląc rzekę i dorzecze na  trzy części: górną, środkową i  dolną, różniące się istotnie zarówno ukształtowaniem terenu, pokryciem terenu, hydrografią, warunkami klimatycznymi oraz zagospodarowaniem. Zasoby wodne znajdujące się na  obszarze dorzecza są skromne, a w niektórych regionach z punktu widzenia gospodarki wodnej osiągają wartość krytyczną. Szczególnie niska jest pojemność zbiorników retencyjnych, co stoi na  przeszkodzie racjonalnego wykorzystania istniejących zasobów wodnych i pokrycia potrzeb. Wisła i  jej dorzecze są w  dużym stopniu zagrożone powodziami i  suszą. Geneza i  charakter powodzi różnią się bardzo na poszczególnych odcinkach rzeki. Kolejne powodzie powoduję ogromne straty ekonomiczne i  społeczne, ale – niestety – brak jednolitej koncepcji przeciwdziałania tym groźnym zjawiskom. Choć Wisła ma ogromny potencjał gospodarczy i społeczny, niestety do celów żeglugowych i  energetycznych jest wykorzystywana tylko w  niewielkim stopniu. Nie zostały zrealizowane żadne z wielu planów i strategii zagospodarowania rzeki. Obecnie wobec Wisły nie jest realizowany strategiczny plany zagospodarowania i  wykorzystania rzeki oraz jej dorzecza. Istniejące fragmentaryczne plany, obejmujące części dorzecza, są często niespójne, co stwarza poważne problemy. Wisła stanowi również ważny korytarz ekologiczny i prawie cały jej bieg objęty jest Programem Natura 2000, co stwarza wiele problemów zagospodarowania i eksploatacji rzeki. Szczególne znaczenie pod względem gospodarczym i  społecznym ma odcinek dolnej Wisły, gdzie znajduje się prawie połowa potencjału hydroenergetycznego Polski. Ten odcinek rzeki ma również istotne znaczenie żeglugowe, bowiem łączy on centrum Polski z portem Gdańsk oraz z wieloma ważnymi


W. Majewski | Acta Energetica 2/15 (2013) | translation 6–15

ośrodkami miejskimi i  przemysłowymi położonymi wzdłuż jej biegu. Wzdłuż dolnej Wisły przebiegają trasy dwóch międzynarodowych szlaków żeglugowych E40 i E70, co stwarza szczególne możliwości rozwoju tego regionu. Na dolnej Wiśle od  1970 roku funkcjonuje stopień wodny Włocławek, który jest jednym z  ośmiu planowanych stopni Kaskady Dolnej Wisły. Przynosi on rozległe korzyści gospodarcze i  społeczne, ale też

powoduje wiele problemów eksploatacyjnych, wynikających głównie z braku następnego stopnia, zapewniającego odpowiedni stan wody dolnej. Bibliografia 1. Atlas klimatu Polski, red. H. Lorenc, IMGW, Warszawa 2005. 2. Kaskada Dolnej Wisły, PROEKO, Warszawa 1993.

3. Majewski W., Przepływ w kanałach otwartych z uwzględnieniem zjawisk lodowych, IMGW, Warszawa 2009. 4. Majewski W., Następny stopień na dolnej Wiśle: Szansa, zagrożenie czy konieczność, Gospodarka Wodna 2012, nr 10. 5. Wisła. Monografia rzeki, red. A. Piskozub, Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, Warszawa 1982.

Wojciech Majewski

prof. dr hab. inż. Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej PIB w Warszawie e-mail: wmaj@ibwpan.gda.pl Absolwent Wydziału Budownictwa Wodnego Politechniki Gdańskiej oraz studiów podyplomowych Uniwersytetu w Glasgow. Od 1990 roku jest profesorem tytularnym o specjalności inżynieria i gospodarka wodna. Pracuje w IMGW-PIB w Warszawie. Jest wiceprzewodniczącym Komitetu Gospodarki Wodnej PAN. Kierował realizacją wielu ważnych projektów krajowych i międzynarodowych dotyczących hydrauliki, hydrologii i inżynierii wodnej. Uczestniczy w krajowych i międzynarodowych konferencjach, przedstawiając referaty i referaty generalne. Był promotorem wielu prac doktorskich oraz recenzentem prac doktorskich, habilitacyjnych i dorobku naukowego na tytuł profesora. Jest autorem ponad 300 publikacji w języku polskim i angielskim z dziedziny inżynierii i gospodarki wodnej. Wybitny autorytet inżynierski i naukowy w kraju i za granicą.

23


T. M. Duchnowski | Acta Energetica 2/15 (2013) | 24–31

Exploitation of the Vistula River from earliest times to t  he outbreak of World War II

Author Tomasz Marcin Duchnowski

Keywords trade of cereals, Saint Barbara, raftsmen, Vistulian fortresses, Przekop of the Vistula Channel

Abstract Since the earliest times, the Vistula River has been an artery used for movement of people, commodities and cultures. The settlement network that began to develop along it constituted the foundation of the emerging Polish state in the Early Middle Ages. In the 13th century, the Teutonic Knights appeared downriver. After the outbreak of Prussia and Gdańsk Pomerania, they formed a state with a powerful economy and army. During their reign along the Vistula River (Wisła), many castles and fortified towns guarding its particular sections were erected. After the end of the Thirteen Years’ War (1466), almost the whole river with its tributaries was incorporated within the limits of Poland or countries recognising its authority. From the middle of the 16th century to the mid-17th century, the Vistula River performed the role of the main Polish trade route for many products sent to Western European countries through Gdańsk. The city was then experiencing the apogee of its magnificence. Cereals were the most important commodity back then. The gentry – the producers – and many towns intermediating in trade were growing rich thanks to the good economic situation. Then, the rich folklore of raftsmen immortalised by poets and pictured by painters came into being. In the 18th century, changes in agriculture in Western European countries and increasing competition caused depression in the export of Polish cereals. In addition, the partitions of Poland affected its balance. Because of this, the Vistula River flowed through three states: Austria, Russia and Prussia. All of them conducted separate policies concerning the river, which caused its decline as an important European water artery. In the 19th century, it remained unregulated. Germans performed the most works in the lower course of the river, while Russians did the least in its middle course. In the period of Second Polish Republic, the revived state had new needs, thus river development was not its priority investment. Museums in Tczew and Wyszogród present the history of the Vistula River.

DOI: 10.12736/issn.2300-3022.2013202

In the prehistoric period, the Vistula River (Wisła) already performed an important role for people, attracting them with its rich fauna and flora. Fishery was the oldest form of exploiting the Vistula River (Wisła)1. From at least the middle period of the Stone Age (Mesolithic Age: approx. 8000-4800 B.C.), it also functioned as a communication route used for the transport of raw materials and the dissemination of culture2. In the Funnelbeaker culture, firestone extracted in Krzemionki near Opatów was transported on it or along it. Salt evaporated out near Wieliczka was another material transported on the

1 2 3 4 5

Vistula River (Wisła)3. Many antiques made of amber also originate from the Neolithic Age (the later period of the Stone Age 5200-1900 B.C.). The distribution of their findings shows that they must have been transported on this water artery4. In the early Bronze Age (2300/2200-1700 B.C.), the river was the axis of settlement, while the biggest population occurred in territories on the left bank of its upper section and in Kujawy5. Later in that age, the Vistula River (Wisła) started to perform a significant role as the transport artery for metal products. From approx. 1250 to  300 B.C., the lands which would later be Polish were

More: Wisła. Monografia rzeki [The Vistula River. The River Monograph], ed. A. Piskozub, Warsaw 1982, pp. 11–20. Chronological framework for epochs and their periods were given for Polish lands after: J. Gąssowski, Kultura pradziejowa na ziemiach Polski – zarys [Prehistoric Culture on Polish Lands – Outline], Warsaw 1985, p. 49 and n. Wisła. Monografia rzeki... [The Vistula River. The River Monograph], p. 13. Ibidem, p. 14. Ibidem, p. 16.

24


T. M. Duchnowski | Acta Energetica 2/15 (2013) | 24–31

predominantly under the influence of what is known as Lusatian culture6. The scope of various local groups of that culture showed that the Vistula River (Wisła) served as the boundary or tie of Lusatian settlement7. In the La Tène culture (3rd century B.C. – 1st century A.D.) of the Iron Age, expansion of the Celts, residing mainly in southern areas of present Poland, was significant. During their operation, the river was still an important route of transport for their cultural trophies. It was at this time that important ferrous metallurgy centres (iron was transported on the river to communities) were developed in Zagłębie Świętokrzyskie and near present Warsaw8. Unfailingly, the significance of the Vistula River (Wisła) was increasing together with development of the amber route from the territory of the Roman Empire to the southern coast of the Baltic Sea9. Its section running through Kalisz – Kujawy – lower Vistula River (dolna Wisła) to  Sambia played a  very important role10. Its rank was proved by numerous findings of imported coins11, fibulas, pottery (terra sigillata)12 and metal vessels discovered on the route by archaeologists. Intensified contacts also made the Vistula River (Wisła) in that period an important settlement axis, with two centres: over its upper course and in Kujawy13. The earliest records of the river date from this period14. Living in 1st century B.C., Pomponius Mela – author of the oldest geographical treaty written in Latin and titled De situ orbis libri tres (Three Books On Situation of World Countries, known also as De chorographia) – mentioned the Vistula River (Wisła)15 while describing Sarmatia. In the Early Middle Ages, the Vistula River (Wisła) still played an important role in the process of the emerging settlement. Communities residing in its upper and middle course were joined by numerous settlements downriver16. However, the settlement that played a  significant role in the process of forming the Polish state from the 9th century was concentrated along the Vistula River (Wisła), Sudety Mountains and middle Warta River17. In written sources, this tribal community is defined as the Vistulans. This term is likely to have originated from the name of the biggest river flowing through its territory18.

In the period mentioned, the river was used not only by people living in its vicinity, but also by newcomers from distant lands. They included the Vikings, who were known for plunder and for their efficiency in trade management. Their gravesites have been found, amongst other sites, in the cemetery situated next to the settlement in Kałdusa, an important harbour, production and trade centre on the Vistula River (Wisła)19. In the 9-11th centuries, various commodities were transported on the river, including jewellery, spindle whorls, herrings and salt. Transport was conducted on it or along it, due to the lack of convenient inland routes over land covered mostly with forests20. When the Piast dynasty started to  rule, the Vistula River (Wisła) came within the boundaries of their state21. However, some dynamics of the development of trade via water date from the 12th century, when an entire chain of settlements already existed along the river’s whole length. In the opinion of Stanisław Gierszewski, in the Early Middle Ages salt was the most important object of trade. Imported salt was transported from Gdańsk to the upper course of the river, including to Płock. The southern part of the country was provided with salt extracted near Bochnia and Wieliczka, also transported on the Vistula River (Wisła). Ruthenia was the third region trading that product. It was shipped from there first on the Bug River, then the Narew River and the Vistula River (Wisła). From the Halicz lands, it was transported on the San River, and then on the Vistula River (Wisła) to Mazovia. It was documented that in the 12–13th centuries monasteries had a significant share in the trade of both salt and herrings. They were organising their own transport and additionally received privileges from the rulers, e.g. the right of free sailing or collecting customs duties on rivers22. However, from the 13th century, the river trade started to be dominated by the bourgeois tradespeople, efficiently striving for ducal prerogatives guaranteeing them the freedom of shipping23. In the 13th century, copper and cereals also appeared on Vistulian ships in more significant amounts24. The first records of floods inflicting damage on many people residing nearby come from the Early Middle Ages. People tried to prevent the floods through the construction of flood defences, but those were only short-term measures25.

More: J. Chudziakowa, Kultura łużycka na terenie międzyrzecza Wisły, Drwęcy i Osy [Lusatian Culture in the Interfluvial Zone of the Vistula River, Drwęca River and Osa River], Warsaw-Poznań 1974. Wisła. Monografia rzeki... [The Vistula River. The River Monograph], p. 17. 8 Ibidem, p. 18. 9 More: J. Wielowiejski, Główny szlak bursztynowy w czasach Cesarstwa Rzymskiego [Main Amber Route in the Times of the Roman Empire], Wrocław-Warsaw-KrakówGdańsk 1980. 10 Ibidem, pp. 97–106. 11 E.g. K. Mitkowa-Szubert, The Nietulisko Małe Hoard of Roman Denarii, Warsaw 1989. 12 B. Rutkowski, Terra sigillata znaleziona w Polsce [Terra Sigillata Found in Poland], Warsaw-Wrocław 1960. 13 Wisła. Monografia rzeki... [The Vistula River. The River Monograph], pp. 18–19. 14 The river was elaborated for the first time in a map of Agrippa from the 1st century B.C. exhibited in Porticus Vipsani, which has not survived. Then it was mentioned also by the following Romans: Gaius Julius Solinus, Pliny the Elder, Claudius Ptolemy and Tacitus. 15 De Situ Orbis, transl. M. Golias [in:] Geografia antyczna [Ancient Geography], compiled by M. S. Bodnarski, Warsaw 1957, pp. 189–244. 16 More: M.F. Jagodziński, Archeologiczne ślady osadnictwa między Wisłą a Pasłęką we wczesnym średniowieczu. Katalog stanowisk [Archaeological Traces of Settlement Between the Vistula River and Pasłęka River in the Early Middle Ages. Catalogue of Sites], Warsaw 1997; Osadnictwo nad Dolną Wisłą w średniowieczu [Settlement on the Lower Vistula River in the Middle Ages], ed. by S. Gierszewski, Warsaw 1989. 17 After: W. Hensel, Polska przed tysiącem lat [Poland One Thousand Years Ago], Wrocław-Warsaw 1960, p. 61. 18 H. Łowmiański, Początki Polski [The Beginnings of Poland], Vol. III, Warsaw 1967, p. 118; Origin of the name: W. Hensel, Polska... [Poland], pp. 55–56. 19 The capricious river changed its course here, now the site is situated on an oxbow lake, [Secrets of Saint Lawrence Mountain] [in:] Archeologia żywa [Living Archeology] 2001, issue 3 (18). 20 S. Gierszewski, Wisła w dziejach Polski [The Vistula River in the History of Poland], Gdańsk 1982, p. 12–13. 21 See: W. Gan, Z dziejów żeglugi śródlądowej w Polsce [From the History of Inland Navigation], Warsaw 1978, pp. 30. 22 S. Gierszewski, Wisła... [The Vistula River...], p. 15. 23 Ibidem, p. 16. 24 Ibidem, p. 14. 25 Ibidem, p. 15. 6 7

25


T. M. Duchnowski | Acta Energetica 2/15 (2013) | 24–31

In spite of brisk trade, from the 12–13th/14th centuries the Vistula River (Wisła) could not be treated as the main trade route of the country. Many factors limited its development as the artery joining Polish lands, mainly the fragmentation of Poland into provinces26. In the 13th century, fierce trade and military competition appeared for rulers of downriver provinces – the Teutonic Order27, which at the beginning of the 14th century occupied Pomerania including Gdańsk (1308–1309) and took over the control of the mouth of the river to the sea28. Disputes over the freedom of shipping on the lower Vistula River (dolna Wisła) had already begun in the 13th century. When Świętopełk II, the Duke of Pomerania, established a settlement on the Vistula River (Wisła) in Sartowice and started to  collect customs duties there, the Teutonic Knights stood against him. In 1242, they conquered the fortress and took a valuable relic – the head of Saint Barbara – from there to Starogród. Then they returned that settlement to  his brother, Sambor. As revenge, Świętopełk burnt it down, as well as nearby Chełmno. Then, he established a  new settlement in Świeć and conquered Zantyr (the seat of Bishop Chrystian taken over in the year 1237 by the Teutonic Knights). Thereby, he limited the Teutonic river shipping much more efficiently. Because of further fights and diplomatic measures, the Duke of Pomerania resigned from collecting customs duty from the Teutonic Knights in his river harbours beyond Gdańsk29. The plunder of the relic of Saint Barbara (patroness of raftsmen and anglers worshipped since the Middle Ages) from Sartowice was also very important30. For many centuries, raftsmen sailing the Vistula River (Wisła) had stopped near that village to worship their patroness31. She was also worshipped in nearby Chełmno and Starogard, as well as in other villages on the Vistula River (Wisła), where churches and chapels dedicated to Saint Barbara were erected32. From the 14th century, we  have records of attempts to  use the Vistula River (Wisła) as a main trade route for commodities purchased in Hungary. For some time, merchants from Nowy Sącz operated in this way. Instead of transporting products on land, they started to  raft commodities on the Dunajec River and the Vistula River (Wisła) to  Toruń. This caused a  response from the Kraków city authorities, which consequently could not collect stamp duties from the staple right they had obtained.

In the 14th century, no such difficulties applied in the middle course of the river; however, trade there occurred mainly on land33. In the lower course of the Vistula River (Wisła), from the second half of the 14th century, differences intensified between the interests of Gdańsk merchants and the Teutonic authorities, who were more and more interested in gaining profits from the port of Gdańsk excluding the merchants. Competition was increasing and the Order wanted to  make Gdańsk residents more submissive. That is why in the year 1380 the Teutonic Knights founded the New City (Młode Miasto) within the framework of the Gdańsk settlements. It had a  more beneficial location (its northern part reached the banks of the Vistula River) and therefore it was intended to compete with the port based on the Motława River34. When Kazimierz IV Jagiellończyk, King of Poland (1447–1492), took control of Gdańsk, the city’s bourgeois class destroyed the City35. Because of the Second Peace of Thorn (Drugi Pokój Toruński) in 1466, almost the entire river with its tributaries fell within the limits of Poland or countries recognising its authority36. There was significant variation between particular stretches of the river regarding the level of cargo shipping. Its lower course between Toruń and Gdańsk was the most exploited. Toruń’s prerogatives were not beneficial for transport development on other sections. In the year 1457, during the Thirteen Years’ War (1454–1466), for its help for Kazimierz IV Jagiellończyk, the city obtained confirmation of its staple right to cargoes including cereals. That blocked transport down the river, which was becoming unprofitable. The conflict started among city representatives, gentry, mainly Masovian, and clergy, for whom this right hampered commercial access to the port of Gdańsk via the Vistula River (Wisła). In 1505, Aleksander Jagiellończyk, the King of Poland (1501–1506), took away that prerogative from Toruń during the Radom Sejm. That made the Vistula River (Wisła) a trade route navigable over its whole length and constituted a significant factor for the development of local lands and towns due to the increasing demand for cereals in Western Europe37. Demand for cereals, as well as for wood, tar, ash and pitch tar, resulted in economic events and transformations in Western European countries. The discovery of America, the inflow of a  great amount of ores, territorial expansion, industrialisation and urbanisation of some countries, and consequently

26 Stanisław Kutrzeba summed up the role of the river in the Polish Early Middle Ages: “on the Vistula River (Wisła), boats and ships were sailing but very rarely and only

in local shipping from the bank or along the bank for small distances. It did not commercially connect distant Polish lands, nor did it connect Kraków or Sandomierz with Toruń or Gdańsk. It was not a trade route then. Polish commerce was weak then and it started to gather momentum from the 13th century [in:] Wisła w historii gospodarczej dawnej Rzeczpospolitej Polskiej [The Vistula River in Economic History of Former Republic of Poland], Monografia Wisły [Monograph of the Vistula River] book XI, Warsaw 1920, p. 3. 27 Initially (approx. 1230), they had occupied Nieszawa settlement, and then they reconstructed or constructed settlements in Chełmno and Toruń on the Vistula River (Wisła), after: M. Biskup, G. Labuda, Dzieje zakonu krzyżackiego w Prusach [History of the Teutonic Order in Prussia], Warsaw 1988, p. 120. 28 M. Biskup, G. Labuda, Dzieje zakonu.... [History of the Teutonic Knights...], pp. 255–258. 29 Ibidem, pp. 143–146. 30 J. Seibert, Leksykon sztuki chrześcijańskiej. Tematy, postacie, symbole [Lexicon of the Christian Art. Subjects, Features, Symbols], Kielce 2007, pp. 43–44. 31 Saint Nicolas was also the patron of raftsmen. 32 More: T. Budzyński, R. Gonia, Szlakiem gotyckich świątyń, Od Starogrodu do Wielkiego Wełcza [On the Track of Gothic Churches, From Starogród to Wielki Wełcz], Stolno 2008. Churches dedicated to Saint Barbara are located i.a. in Kraków, Warsaw and Gdańsk. 33 More: L. Hofman, W. Rydzkowski, Zagospodarowanie Wisły [Development of the Vistula River], Warsaw 1983, pp. 15–16. 34 Historia Gdańska. [History of Gdańsk, Volume I to year 1454], ed. by E. Cieślak, Gdańsk 1985, pp. 377–378. 35 Historia Gdańska [History of Gdańsk, Volume II 1454-1655], ed. by E. Cieślak, Gdańsk 1982, pp. 15–16. 36 By the end of 15th century, only a short section of the Vistula River (Wisła) was beyond the Polish borders – in its upper course, at the very sources, on the area of the Duchy of Cieszyn. Such a division of the river survived to partitions of the Polish lands – see: Wisła. Monografia rzeki. [The Vistula River. The River Monograph], p. 31. 37 Also Kraków rights were to be forgotten – S. Kutrzeba, Wisła w historii... [The Vistula River in History...], p. 6.

26


T. M. Duchnowski | Acta Energetica 2/15 (2013) | 24–31

the neglect of agriculture and increased demand for materials to build ships, made the lands of the Polish Republic the main providers of these resources from the 16th to the first half of the 17th century. By the end of the 15th century, trade in big ports by the Baltic Sea was developing under the Hansa, but in the 16th and 17th century it was characterised by the prevalent position of the Netherlands38. Merchants and freighters from that country became the main purchasers and shippers of commodities from the Baltic Sea ports. That constituted the basis of Dutch wealth and their exploitation of overseas colonies39. In the case of the biggest ports of Royal Prussia, located in Gdańsk and Elbląg, they limited their operations to agency in sales of a huge amount of resources coming there from Poland and to sales to the gentry and rich bourgeois of products imported in exchange for them, mainly from Western Europe. Bulk supplies to  harbours from inland could have been provided back then only by navigable rivers, as there was a lack of good land roads in the country. Therefore, the Vistula River (Wisła) with its tributaries became the Kingdom’s most important trade route, the real “Queen of Polish Rivers”, enabling delivery of a diverse mass of products to Baltic harbours40. The data collected in the tables demonstrates that the first half of the 17th century was characterised by the highest level of cereal deliveries to Gdańsk. The years 1470–1595 were

Year

Lasts

Year

Lasts

Year

Lasts

1470

1,833

1561

25,023

1608

76,019

1475

1,648

1565

35,201

1609

40,786

1490

8,276

1568

37,240

1611

37,366

1491

4,911

1569

16,007

1618

101,171

1492

8,926

1572

676

1619

89,953

1537

10,593

1573

19,784

1634

66,006

1544

4,143

1574

25,176

1640

68,639

1546

11,475

1575

26,544

1641

74,629

1555

29,253

1576

17,358

1644

51,235

1556

28,653

1583

54,619

1648

38,691

1557

21,714

1585

13,146

1649

85,372

1558

9,622

1595

28,468

1650

75,724

1560

15,891

Tab. 1. Deliveries of cereals on the Vistula River to Gdańsk (approximately) in the years 1470–1650 in lasts41, source: S. Gierszewski, Wisła w dziejach Polski... [The Vistula River in the History of Poland], Tab. 1, p. 39

Period

Lasts

Period

Lasts

Period

Lasts

1651

47,931

1691–1695

25,642

1741–1745

33,772

1652

31,006

1696–1700

20,560

1746–1750

26,321

1653

30,072

1701–1705

18,797

1751–1755

43,800

1654

41,803

1706–1710

18,502

1756–1760

32,162

1655

42,540

1711–1715

27,365

1761–1765

46,009

1659

4,981

1716–1720

17,554

1766–1770

57,332

1674

16,198

1721–1725

43,625

1771–1775

29,037

1676–1680

34,738

1726–1730

40,663

1776–1780

24,011

1681–1685

49,628

1731–1735

21,039

1781–1785

27,458

1686–1690

47,235

1736–1740

17,245

1786–1790

21,417

Tab. 2. Deliveries of cereals from the hinterland to Gdańsk in the years 1651–177 in lasts42, source: S. Gierszewski, Wisła w dziejach Polski... [The Vistula River in the History of Poland], Tab. 2, p. 40

characterised by a  generally increasing tendency, while the second half of the 17th century saw a  decrease, with periodical increase during the reign of Jan III Sobieski (1674–1696). In the 18th century, periodically – in the years 1721–1730, 1751–1755 and 1761–1770 – deliveries of cereals exceeded 40,000 lasts, thereby coming closer to the value for the second half of the 17th century. However, in the context of development of trade and agricultural production, data from the 18th century should be regarded as decreasing. Transport of cereals and other commodities was undertaken in various ship types. Usually these were larger vessels able to  carry 20–30 lasts (sometimes even more) of cereals, such as punt, komiega, dubasa, scow and byk. Smaller vessels dedicated to  auxiliary or local transport were also used: koza, kózka, galarka, komiaska, komiążka, dubaska, as well as lichtan, bat and boat43. Rafts transported many products not vulnerable to wetting. Vessels going down the river were driven by the current, as well as by paddles if needed. Komięga or galara without sails were disassembled after reaching the destination harbour, while material obtained from them was sold for fuel or as building material. Other vessels, e.g. dubas, punts or byk, were equipped with sails enabling them to return upriver44. Due to the development of rafting cereals and forest products, in the 16th century raftsmen started to perform a special role. They carried out the hardest work during rafting and were recruited usually from serfs, more seldom from poor townsfolk or fugitive serfs. They gave rise to a specific folklore, which

38 Read more: P. Dollinger, Dzieje Hanzy [History of Hansa], Gdańsk 1975.

the first half of the 17th century, export of Polish commodities via the Baltic Sea was 70% owned by the Dutch – after M. Bogucka, H. Samsonowicz, Dzieje miast i mieszczaństwa w Polsce przedrozbiorowej [History of Towns and Bourgeois in Pre-partition Poland], Ossolineum 1986, p. 417.

39 In

40 In times of good economic conditions in the first half of the 17th century, traffic on the Vistula River (Wisła) oscillated around approx. 400,000 tons of different prod-

ucts in an average year. The biggest traffic of products in that time (1618–1648) could be assessed as 500,000 tons. It is estimated that average traffic for the second half of 17th century and for the 18th century came to approx. 300,000 tons a year. Once, in the reign of John III Sobieski, it increased to the level of 400,000 tons – after M. Rybczyński, Drogi wodne na Pomorzu [Waterways on the Pomerania], Toruń 1935, pp. 36–37; M. Bogucka, Handel zagraniczny Gdańska w pierwszej połowie XVII w.[International Trade of Gdańsk in the First Half of 17th Century], Wrocław 1970, p. 80. 41 Last is a former unit of measurement of volume for loose products, mainly cereals, equal to 3,000-3,840 litres. 42 In the table, data for years 1651–1655 were quoted based on the statistics of Gdańsk export, while for years 1659, 1674, 1676–1770 – based on the summary of deliveries via the Vistula River (Wisła) and land. For years 1676–1770, there were presented annual averages from five-year periods – after: S. Gierszewski, Wisła w dziejach Polski... [The Vistula River in the History of Poland], pp. 40–41. 43 More about vessels sailing on the Vistula River (Wisła): Księga Wiślanego Flisu [The Book of Rafting on the Vistula River], ed. T. Górski, Gdynia 1997, p. 27 and n. 44 W. Ossowski, Przemiany w  szkutnictwie rzecznym w  Polsce. Studium archeologiczne [Transformations in River Boat Building in Poland. Archaeological Study [in:] Studies of Central Maritime Museum, ed. Jerzy Litwin, series B, Vol. I, Gdańsk 2010, p. 7 and n.

27


T. M. Duchnowski | Acta Energetica 2/15 (2013) | 24–31

inspired poets (e.g. Jan Kochanowski: “O  flisie” (On Rafting), Sebastian Fabian Klonowic: “Flis, to  jest Spuszczanie statków Wisłą i inszymi rzekami do niej przypadającymi” (Rafting, that is Floating Vessels on the Vistula River and Other Rivers Flowing in to It), Kaspar Twardowski: “Bylica świętojańska” (Saint John Sagebrush)) and painters (e.g. Wilhelm Stryowski: “Odpoczynek flisaków pod Gdańskiem” (Raftsmen’s Rest on the Vistula River), “Flisacy nad Wisłą” (Raftsmen on the Vistula River), “Obóz flisaków nad Wisłą” (Camp of Raftsmen on the Vistula River), Karol Gregorovius: “Przeróbka nad Wisłą” (Reconstruction on the Vistula River)45. The skipper led the raftsmen, while retman sailing ahead of the boat called retmaniak indicated the way. In the 16th century, a new occupation was formed – frochtarz, a  profession of organising cargo rafting46. As for rafting, the largest amount of cereals and forest products were rafted on the Vistula River (Wisła) and its tributaries during the first spring high water. A less significant second release took place in the autumn period. Cereal seeds were delivered by the river banks through podwoda chłopskie, where they were often stored in granaries. People were often in a  hurry with rafting, hoping for a higher price after winter47. In the former Republic of Poland, by the second half of the 18th century, there was no institution responsible for the maintenance of river navigability. The Sejm from 1613 recognised that everybody had the right to clear the river. Sometimes the gentry took upon itself the obligation to  clear a  stretch of the river, establishing taxes for that purpose. Sometimes, the Sejm issued a one-off obligation. It was not until 1764 that the Crown Treasury Commission was created and entrusted with the care of navigable rivers. Its tasks included maintenance of river navigability through clearing, as well as execution of former rights forbidding construction of mills on river banks. Moreover, the Commission also prepared river descriptions. Its representatives developed e.g. the engineering project for the Vistula River’s (Wisła) course near Nowe Miasto Korczyn, as well as repairing the harbour in Kazimierz Dolny. In 1768, the Sejm adopted an annual amount of 200,000 zlotys for river clearance, including the repair of roads and bridges. In addition, 50,000 zlotys was dedicated to revitalisation of the szpica motławska. Further measures of the Commission were stopped by partitions48. Apart from trade benefits, the river also constituted a  huge water barrier which was hard to cross. In the past, it was crossed in many ways, with boats or ferries, while at lower water level it was forded on horseback, in carts or by foot. However, the need to construct bridges appeared in the Middle Ages. In that epoch, there was one bridge connecting Kraków and Kazimierz49. In 1500, one was built in Toruń too. For the needs of the army of King

Władysław II Jagiełło approaching Prussia during the war with the Teutonic Order (1409–1411), a pontoon bridge was installed near Czerwińsk and, after its use in the year 1410, it was rafted to Płock. The first fixed crossing in Warsaw, called the Zygmunt II August Bridge, was constructed in the year 157350. In addition, provisory boat and pontoon bridges were constructed during election and military marches. In the year 1775, the permanent Poniński Bridge was erected there51. All those structures were constructed from wood and thus they required continuous repairs and were often destroyed by armies during wars. In the 19th century, more durable structures on the Vistula River (Wisła) were constructed. Numerous fortresses on the riverbanks guarded river crossings and provided security of navigation and trade. Since the 13th century, fortified towns and castles had been displacing settlements from the Early Middle Ages. The following castles were built: in the upper course of the Vistula River (Wisła): Wawel Castle, Sandomierz Castle; in the middle course: castles of the Masovian Dukes (the Royal Castle since the 16th century) in Warsaw and Czersk (now ruins at some distance from the river); in the lower course – castle in Gniew and Malbork on the Nogat River (the eastern arm of the Vistula River (Wisła)). In 16–17th century, in the lower course the following castles were constructed: Wisłoujście Fortress – protecting the river mouth to the sea near Gdańsk, and Gdańska Głowa Fortress where its waters divide into two arms, the Gdańsk Vistula and the Elbląg Vistula (Wisła Gdańska and Wisła Elbląska)52. In the decade preceding the first partition of the Republic of Poland, Frederick the Second, King of Prussia (1740–1786), illegally established customs duty for products transported near the border of his country, executing it by force in Kwidzyń53. He stopped collection for a  short time due to  the intervention of Poland and Russia, but restored it in a greater dimension after the first partition in 1772, when he obtained Gdańsk Pomerania apart from Gdańsk. During the reign of the same king, the Bydgoszcz Canal was constructed to transport products to Szczecin, instead of Gdańsk. Despite the later improvement of the economic situation and re-direction of vessels to Gdańsk, the city lost its position as the main exporter of goods from the Polish lands. During the partitions, a new political division of the Vistula River (Wisła) was formed. Initially, it had been split between Prussia and Austria, but eventually its main section came within the limits of Russia. Temporarily, during the Napoleonic period, parts of it fell with the boundaries of the Free City of Gdańsk (1807–1814) and the Duchy of Warsaw (1807–1815) under French authority54. After the fall of Napoleon, the issue of navigation on the Vistula River (Wisła) became the subject of agreements between the

45 More: S. Udziela, Wisła w folklorze [The Vistula River in Folklore] [in:] Monografia Wisły [Monograph of the Vistula River Monograph], book 14, Warsaw 1920; W. Borowy,

Wisła w poezji polskiej [The Vistula River in Polish Poetry] [in:] Monografia... [Monograph...], book 15, Warsaw 1921.

46 S. Gierszewski, Wisła w dziejach Polski... [The Vistula River in the History of Poland], Tab. 1, p. 110 and n. 47 After: E. Cieślak, Cz. Biernat, Dzieje Gdańska [History of Gdańsk], Gdańsk 1969, p. 97. 48 S. Kutrzeba, Wisła w historii... [The Vistula River in History...], p. 9.

49 So-called Stradom (or Royal) bridge, after: S. Świszczowski, Miasto Kazimierz pod Krakowem [The Town of Kazimierz near Kraków], Kraków 1981, p. 52. 50 It operated until year 1603.

51 Known as Grant Treasurer of the Crown, who was its main investor.

52 More: J. Salm, S. Kołodziejski, L. Kajzer, Leksykon zamków w Polsce [Lexicon of Castles in Poland], Warsaw 2001.

53 On the short section in its lower course, the Vistula River (Wisła) was a border river of the Republic of Poland and Prussia. 54 S. Gierszewski, Wisła... [Vistula...], pp. 129–137.

28


T. M. Duchnowski | Acta Energetica 2/15 (2013) | 24–31

partitioning powers at the Congress of Vienna (1815). Despite arrangements concerning the freedom of navigation, Prussia controlled the river mouth to the sea and imposed a high duty on commodities exported from the Kingdom of Poland (belonging to Russia) to Gdańsk. That affected the commencement of construction of the Augustów Canal by the Kingdom’s authorities, to  connect that country with the Baltic Sea through the Windawa River. Commencement of works resulted in the conclusion of a new agreement with Prussia, which was beneficial for the Kingdom of Poland55.

Year

The Kingdom of Poland and the Russian partition

Galicia

lasts

Prussian partition

Total

lasts

%

%

lasts

%

1824

390

1.7

8,625

38.0

13,666

60.3

22,681

1830

586

0.8

29,631

42.5

39,500

56.7

69,717

1849

16,349

48.2

17,535

51.8

33,884

1850

19,921

41.9

27,630

58.1

47,551

Tab. 3. Delivery of cereals to Gdańsk in year 1824–1850 by partitions (in lasts), source: S. Gierszewski, Wisła w dziejach Polski... [The Vistula River in the History of Poland], Tab. 19, p. 158

Data in the table demonstrate that lands near Prussia owning Gdańsk had the biggest share in delivery of cereals to that town. In second place were deliveries from the Kingdom of Poland, while from the upper section belonging to Austria, cereals were delivered in insignificant amounts. The 19th century was the period of hydraulic engineering development in Europe and all over the world. That century was the time of systematic engineering of many rivers, e.g. the Seine, Rhone, Garonne, Loire, Rhine, Danube and Elbe56. The Vistula River (Wisła) was omitted from these great investments. Although in 1835 in Warsaw, an international commission including representatives of all states through which the Vistula River (Wisła) flowed gathered, its resolutions were never implemented57. The Russians performed some engineering works constituting a  whole with works performed by the Austrians on their bank but only on the bordering fragment of the river above Zawichost to Niepołomice58. Other measures were conducted by states without agreement with the river’s other users. After a  flood in 1884, the Austrians commenced

engineering works, which they never completed because of the outbreak of the 1st World War in 191459. Russia conducted some engineering works on a 12 km section near Warsaw and in the city itself60. The Prussians performed many more works than the others. In the year 1835, they started engineering of the lower Vistula River (dolna Wisła), consisting mainly in its separation from the Nogat River and engineering of the latter. In 1840, because of an ice block near the village of Górki Wschodnie, the Vistula River (Wisła) hollowed out a new route to the sea (known as the Wisła Śmiała). However, that did not solve the problem of its silted mouth and did not eliminate the flood risk. In 1885, a  catastrophic flood occurred, because of which further works were performed on the whole section of the Pomeranian Vistula River (Wisła). In addition, development of the project to shorten the mouth of the river by a further 12 km by building a channel to the Baltic Sea near Świbno was started61. It was assumed that the channel would not only shorten the way to the sea, but also naturally keep the waterway clear for some time, raising the water level in its riverbed and improving its navigability. Works started in 1890 and lasted for five years. Construction of the new section was connected with the necessity of building sluices in Przegalin and in Gdańska Głowa, which limited the previously free flow of waters to the Leniwka River and Szkarpawa River62. Works on the Nogat River lasted until 1915. Finally, it was connected with the Vistula River (Wisła) by a navigable sluice, providing it with a minimal amount of water63. Here, the statement of the last head of the Prussian directorate for the Vistula River (Wisła) concerning the purposes of its construction is interesting. Initially, the Prussian authorities considered primarily the basic needs of navigation, which was declining due to a dam on the Russian border. However, finally, they focused on the discharge of ice and water to protect persons living and working in its vicinity against jams and floods64. In the 19th century, new vessels powered by steam engines appeared on rivers. Companies – shipping enterprises – developed after the end of the November Uprising (1831), contributing to increased activity of steamers on the Vistula River (Wisła). However, both cargo and passenger transport were developing only locally65. Division of the Vistula River (Wisła) among states and the lack of its engineering were not beneficial for their development. In the middle of the 19th century, there appeared a  new means of transportation competitive with river navigation and able to transport huge amounts of cargo – the railway. Furthermore, the Oder River (Odra) was regulated in that time and

55 L. Hofman, W. Rydzkowski, Zagospodarowanie...[Development...], pp. 21–22.

56 M. Matkiewicz, Regulacja Wisły [The Vistula River Engineering] [in:] Monografia... [Monograph...], book 10, Warsaw 1920, p. 2.

Ingarden, Rzeki i kanały żeglowne w byłych trzech zaborach i znaczenie ich gospodarcze dla Polski [Rivers and Waterways in Former Three Partitions and Their Economic Significance for Poland], Warsaw 1921, p. 87. of this only case of joint hydrotechnical work of invaders was included in the study J. Kwiatkowski, Wisła pod Sandomierzem [The Vistula River near Sandomierz], Sandomierz 1919. 59 M. Rybczyński, Drogi wodne... [Waterways...], p. 39. 60 As a result of negligence, the river was running wild in most on its middle section. 61 L. Hofman, W. Rydzkowski, Zagospodarowanie...[Development...], pp. 28–29. 62 After: M. Pelczar, W stulecie przekopu Wisły... (1895–1995), Katalog map i planów eksponowanych podczas wystawy zorganizowanej w Muzeum Miasta Gdańska w marcu 1995 roku [On the Hundredth Anniversary of the Przekop Wisły (1895–1995), Catalogue of maps and plans exhibited during the exposition organised in the Museum of the City of Gdańsk in March 1995], Gdańsk 1995, p. 1–2. 63 L. Hofman, W. Rydzkowski, Zagospodarowanie...[Development...], pp. 29. 64 Ibidem, p. 29. 65 A. Tuszko, Wisła [The Vistula River], Warsaw 1982, p. 156. 57 R.

58 Description

29


T. M. Duchnowski | Acta Energetica 2/15 (2013) | 24–31

became the main water transport artery in that part of Europe. Because of all these factors, in the 19th century the Vistula River (Wisła) lost its previous character of the main communication and trade route in that part of Europe66. In the analysed period, many modern steel rail and road bridges were constructed over the river. In the Austrian partition, in Kraków, a  railway bridge over the old riverbed of the Vistula River (Wisła) (now it is swamped and the bridge performs the role of viaduct) was commissioned in 1863. One year later, a steel railway bridge on the cross-town railway line was commissioned there67. In the years 1859–1864, the first permanent steel bridge in Warsaw was constructed – Kierbedź Bridge (then called Alexandrian Bridge (Aleksandryjski)). It was destroyed in both world wars, and its pillars were used for the Śląsko-Dąbrowski Bridge. In 1875, the bridge at the Warsaw Citadel was also opened – after damage in the 2nd World War, the Gdański Bridge was built on its pillars. At the beginning of the 20th century, the Poniatowski Bridge was constructed in Warsaw (at that time it was named the Mikołajewski Bridge) and was destroyed during both world wars68. In Prussia, in 1873 an iron bridge was constructed in Toruń. In turn, railway and road bridges were built near Grudziądz (1876–1878). Not long after their construction, a  decision to  build a  huge system of bridgehead fortifications around the city was made69. Two bridges, road and railway, were commissioned in Tczew. The road bridge (originally a  railway bridge) was the longest in Europe at the moment of its completion in the year 185770. The Vistula River (Wisła) performed an important strategic role in war plans, as well as in military actions in the 19th–20th century71. During the 1st World War (1914–1918), many hydrotechnical structures were destroyed. After its end, the river fell within the borders of the Second Republic of Poland72. However, due to previous negligence, other priorities, lack of money, and competition from the railways, it was not made into a  main water artery adjusted to the increasing economic needs of the country73. The same was done in Western Europe, where capturing rivers in engineered riverbeds and utilisation of their power constituted a recognised economic principle74. More advanced works performed in the interwar period in Poland concerned construction of retention reservoirs in Rożnów, Czchów and a  water dam in Porąbka, which were intended to  protect people against flood75. Turning our attention to river harbours,

66 L. Hofman, W. Rydzkowski, Zagospodarowanie...[Development...], pp. 31–32. 67 Only

often they were connected with rail, were poorly technically equipped or left uncompleted until the outbreak of the World War II76. The cargo shipping fleet sailing on the Vistula River (Wisła) was also very diverse. Wooden vessels with deadweight tonnage of 40–100 tons were still prevalent on the upper and middle Vistula River (Wisła Górna and Środkowa), while its lower section was dominated by barges of steel and wood with deadweight tonnage of more than 100 tons (average deadweight tonnage of barges sailing from Warsaw to  Gdańsk came to  200–300 tons)77. In the interwar period, the Poniatowski Bridge was reconstructed in Warsaw. In 1921–1931, a  cross-town railway bridge was constructed78. Nowadays, the history of settlement, navigation, fauna and flora of the middle section of the river can be discovered in the Museum of the Vistula River (Wisła) in Wyszogród. In its lower section, the Museum of the Vistula River (Wisła) functions in Tczew – a  branch of the Central Maritime Museum, presenting amongst other themes the history of river navigation and vernacular boats from the estuary. Numerous tourist guides encourage the discovery of the river’s anthropogenic interest. REFERENCES

1. Biskup K., Twierdza Grudziądz na przełomie XIX i XX w. [Grudziądz Fortress on the Turn of 19th and 20th Century] [in:] Rocznik Grudziądzki [Grudziądz Yearbook], Vol. X, Grudziądz 1992. 2. Biskup M., Labuda G., Dzieje zakonu krzyżackiego w Prusach [History of the Teutonic Order in Prussia], Warsaw 1988. 3. Bogucka M., Handel zagraniczny Gdańska w pierwszej połowie XVII w. [International Trade of Gdańsk in the First Half of 17th Century], Wrocław 1970. 4. Bogucka M., Samsonowicz H., Dzieje miast i mieszczaństwa w Polsce przedrozbiorowej [History of Towns and Bourgeois in Pre-partition Poland], Ossolineum 1986. 5. Borowy W., Wisła w poezji polskiej [The Vistula River in Polish Poetry] [in:] Monografia Wisły [Monograph of the Vistula River], book 15, Warsaw 1921. 6. Budzyński T., Gonia R., Szlakiem gotyckich świątyń. Od Starogrodu do Wielkiego Wełcza [On the Track of Gothic Temples. From Starogród to Wielki Wełcz], Stolno 2008.

two examples from Kraków are mentioned here. However, more bridges were constructed in that town in the 19th century and at the beginning of 20th century. See more: Encyklopedia Krakowa [Encyclopaedia of Kraków], Kraków 2000. 68 S. Gierszewski, Wisła... [The Vistula River...], p. 243. 69 K. Biskup, Twierdza Grudziądz na przełomie XIX i XX w. [Grudziądz Fortress on the Turn of 19th and 20th Century] [in:] Rocznik Grudziądzki [Grudziądz Yearbook], Vol. X, Grudziądz 1992, p. 63. 70 S. Gierszewski, Wisła... [The Vistula River...], p. 243. 71 More: Camon, Geneza niemieckiego planu wojny 1914 roku [Genesis of German War Plan of Year 1914], Warsaw 1923; W.B. Łach, System obronny Prus Wschodnich (do 1935) [Defensive System of the Eastern Prussia (until year 1935)], Olsztyn 1997. 72 The main port of Gdańsk was beyond its borders in the area of the Free City of Gdańsk. 73 See non-implemented resolutions: Resolution from year 1919 on construction of waterways; Amendment of the Act of year 1924; Draft of the Act on Engineering of the Vistula River dated year 1930. In the interwar period, state effort was concentrated on construction of the seaport in Gdynia and other waterways were receded into the background. After: L. Hofman, W. Rydzkowski, Zagospodarowanie...[Development...], pp. 34–37. 74 Ibidem, p. 32. 75 Great floods occurred in year 1924, 1925, 1934 – ibidem, p. 33. 76 E.g. unfinished harbour in Warsaw at Saska Kępa, large harbour in Płock – without mechanical installations – more: T. Podwysocki, Ujarzmianie Wisły [Taming of the Vistula River], Warsaw 1981, p. 50. 77 A. Tuszko, Wisła... [Vistula...], p. 158. 78 S. Gierszewski, Wisła... [Vistula...], p. 243.

30


T. M. Duchnowski | Acta Energetica 2/15 (2013) | 24–31

7. Camon H., Geneza niemieckiego planu wojny 1914 roku [Genesis of German War Plan of Year 1914], Warsaw 1923. 8. Chudziakowa J., Kultura łużycka na terenie międzyrzecza Wisły, Drwęcy i Osy [Lusatian Culture in the Interfluvial Zone of the Vistula River, Drwęca River and Osa River], Warsaw-Poznań 1974. 9. Cieślak E., Biernat C., Dzieje Gdańska [History of Gdańsk], Gdańsk 1969. 10. De Situ Orbis, transl. M. Golias [in:] Geografia antyczna [Ancient Geography], compiled by M.S. Bodnarski, Warsaw 1957. 11. Dollinger P., Dzieje Hanzy (History of Hansa), Gdańsk 1975. 12. Encyklopedia Krakowa [Encyclopaedia of Kraków], Kraków 2000. 13. Gan W., Z dziejów żeglugi śródlądowej w Polsce [From the History of inland Navigation], Warsaw 1978. 14. Gąssowski J., Kultura pradziejowa na ziemiach Polski – zarys [Prehistoric Culture on Polish Lands – Outline], Warsaw 1985. 15. Gierszewski S., Wisła w dziejach Polski [The Vistula River in the History of Poland], Gdańsk 1982. 16. Hensel W., Polska przed tysiącem lat [Poland One Thousand Years Ago], Wrocław-Warsaw 1960. 17. Historia Gdańska. Tom I do roku 1454 [History of Gdańsk. Volume I to Year 1454], ed. E. Cieślak, Gdańsk 1985. 18. Historia Gdańska. Tom II do roku 1454 [History of Gdańsk. Volume II 1454–1655], ed. E. Cieślak, Gdańsk 1982. 19. Hofman L., Rydzkowski W., Zagospodarowanie Wisły [Development of the Vistula River], Warsaw 1983. 20. Ingarden R., Rzeki i kanały żeglowne w byłych trzech zaborach i znaczenie ich gospodarcze dla Polski [Rivers and Waterways in Former Three Partitions and Their Economic Significance for Poland], Warsaw 1921. 21. Jagodziński M.F., Archeologiczne ślady osadnictwa między Wisłą a Pasłęką we wczesnym średniowieczu. Katalog stanowisk [Archaeological Traces of Settlement Between the Vistula River and the Pasłęka River in the Early Middle Ages. Catalogue of Sites], Warsaw 1997. 22. Księga Wiślanego Flisu [The Book of Vistulian Rafting], ed. T. Górski, Gdynia 1997. 23. Kutrzeba S., Wisła w historii gospodarczej dawnej Rzeczpospolitej Polskiej, Monografia Wisły [The Vistula River in Economic History of Former Republic of Poland. Monograph of the Vistula River], book 11, Warsaw 1920. 24. Kwiatkowski J., Wisła pod Sandomierzem [The Vistula River near Sandomierz], Sandomierz 1919. 25. Łach W.B., System obronny Prus Wschodnich (do 1935 roku) [Defensive System of East Prussia (until year 1935)], Olsztyn 1997. 26. Łowmiański H., Początki Polski [The Beginnings of Poland], Vol. III, Warsaw 1967.

27. Matkiewicz M., Regulacja Wisły [Engineering of the Vistula River] [in:] Monografia Wisły [Monograph of the Vistula River], book 10, Warsaw 1920. 28. Mitkowa-Szubert K., The Nietulisko Małe Hoard of Roman Denarii, Warsaw 1989. 29. Osadnictwo nad Dolna Wisłą w średniowieczu [Settlement on the Lower Vistula River in the Middle Ages], ed. S. Gierszewski, Warsaw 1989. 30. Ossowski W., Przemiany w szkutnictwie rzecznym w Polsce. Studium archeologiczne [Transformations in River Boat Building in Poland. Archaeological Study] [in:] Studies of Central Maritime Museum, ed. Jerzy Litwin, series B, Vol. I, Gdańsk 2010. 31. Pelczar M., W stulecie przekopu Wisły... (1895–1995), Katalog map i planów eksponowanych podczas wystawy zorganizowanej w Muzeum Miasta Gdańska w marcu 1995 roku [On the Hundredth Anniversary of Przekop Wisły (1895-1995), Catalogue of maps and plans exhibited during the exposition organised in the Museum of the City of Gdańsk in March 1995], Gdańsk 1995. 32. Podwysocki T., Ujarzmianie Wisły [Taming of the Vistula River], Warsaw 1981. 33. Rutkowski B., Terra sigillata znaleziona w Polsce [Terra Sigillata Found in Poland], Warsaw-Wrocław 1960. 34. Rybczyński M., Drogi wodne na Pomorzu [Waterways in the Pomerania], Toruń 1935. 35. Salm J., Kołodziejski S., Kajzer L., Leksykon zamków w Polsce [Lexicon of Castles in Poland], Warsaw 2001. 36. Seibert J., Leksykon sztuki chrześcijańskiej. Tematy, postacie, symbole [Lexicon of the Christian Art. Subjects, Features, Symbols], Kielce 2007. 37. Świszczowski S., Miasto Kazimierz pod Krakowem [The Town of Kazimierz near Kraków], Kraków 1981. 38. Tuszko A., Wisła [The Vistula River], Warsaw 1982. 39. Udziela S., Wisła w folklorze [The Vistula River in Folklore] [in:] Monografia Wisły [Monograph of the Vistula River], book 14, Warsaw 1920. 40. Wielowiejski J., Główny szlak bursztynowy w czasach Cesarstwa Rzymskiego [Main Amber Route in times of Roman Empire], WrocławWarsaw-Kraków-Gdańsk 1980. 41. Wisła. Monografia rzeki [The Vistula River. River Monograph], ed. A. Piskozub, Warsaw 1982. 42. Zagadki Góry św. Wawrzyńca [Secrets of the Saint Lawrence Mountain] [in:] Archeologia żywa [Living Archaeology] 2001, issue 3 (18).

Tomasz Marcin Duchnowski Pomeranian School of Higher Education in Gdynia e-mail: dzimi102@wp.pl Ph.D. in Material Culture History. Author of articles on the economy and numismatics of Prussia, as well as on Gdańsk Artus Court. Co-author of “Encyclopaedia of Gdańsk”.

31


T. M. Duchnowski | Acta Energetica 2/15 (2013) | translation 24–31

This is a supporting translation of the original text published in this issue of “Acta Energetica” on pages 24–31. When referring to the article please refer to the original text. PL

Wykorzystanie Wisły od czasów najdawniejszych do wybuchu II wojny światowej Autor

Tomasz Marcin Duchnowski

Słowa kluczowe

handel zbożem, św. Barbara, flisacy, twierdze nadwiślańskie, Przekop Wisły

Streszczenie

Już w najodleglejszych czasach rzeka Wisła stanowiła arterię służącą przemieszczaniu się ludzi, towarów, a także kultur. Wzdłuż niej zaczęła tworzyć się sieć osadnicza, która we wczesnym średniowieczu legła u podstaw formującego się państwa polskiego. W XIII stuleciu w jej dolnym biegu pojawili się Krzyżacy, którzy po podboju Prus i Pomorza Gdańskiego utworzyli potężne gospodarczo i militarnie państwo. W czasie ich panowania wzdłuż Wisły zbudowano wiele zamków i warownych miast strzegących jej poszczególnych odcinków. Po zakończeniu wojny trzynastoletniej (1466) niemal cała rzeka wraz z dopływami znalazła się w granicach Polski lub krajów uznających jej zwierzchność. W okresie od połowy XVI do połowy XVII w. pełniła rolę głównego traktu handlowego Rzeczypospolitej dla wielu artykułów, wysyłanych po dotarciu do Gdańska morzem do krajów Europy Zachodniej. Miasto to przeżywało wówczas apogeum swojej świetności. Najważniejszym artykułem było wówczas zboże. Dzięki dobrej koniunkturze bogacili się jego producenci – szlachta, a także wiele miast pośredniczących w handlu. Wykształcił się w tym czasie bogaty folklor flisacki opiewany przez poetów i obrazowany przez malarzy. W XVIII w. wskutek zmian w rolnictwie w krajach Europy Zachodniej i rosnącej konkurencji postępowało zahamowanie eksportu polskiego zboża. Niekorzystnie odbiły się na jego bilansie także rozbiory Rzeczpospolitej, w wyniku, których Wisła znalazła się w obrębie trzech państw: Austrii, Rosji i Prus. Wszystkie one prowadziły odrębną politykę względem rzeki, co spowodowało jej upadek jako ważnej w Europie arterii wodnej. W XIX w. nie przeprowadzono jej pełnej regulacji. Najwięcej prac wykonali Niemcy w dolnym biegu, najmniej Rosjanie w środkowym. W okresie II Rzeczpospolitej, ze względu na inne potrzeby odrodzonego państwa, zagospodarowanie rzeki nie znalazło się wśród jego priorytetowych inwestycji. Dzieje Wisły prezentują muzea w Tczewie i w Wyszogrodzie.

Już w okresie prahistorycznym Wisła pełniła ważną dla człowieka rolę, przyciągając go do siebie bogactwem fauny i flory. Najstarszą formą eksploatacji Wisły było rybołówstwo1. Od co najmniej środkowego okresu epoki kamienia (mezolit: ok. 8000–4800 p.n.e.) pełniła też funkcję traktu komunikacyjnego, służącego do przewożenia surowców, a także rozprzestrzeniania się kultur2. W dobie tzw. kultury pucharów lejkowatych transportowano nią lub wzdłuż niej krzemień wydobywany w  Krzemionkach pod Opatowem. Innym surowcem rozwożonym Wisłą była sól, warzona w rejonie Wieliczki3. Z  czasów neolitu (młodszy okres epoki kamienia 5200–1900 p.n.e.) pochodzi też wiele zabytków wykonanych z  bursztynu. Z  rozmieszczenia ich znalezisk wynika, że  i  one musiały być przemieszczane tą arterią wodną4. We wczesnym okresie epoki brązu (2300/2200–1700 p.n.e.) rzeka była osią spinającą osadnictwo, przy czym największe zaludnienie występowało na  obszarach położonych na  lewym brzegu jej górnego biegu i  na  Kujawach5. W  późniejszym okresie tej epoki Wisła zaczęła pełnić 1

doniosłą w  dziejach funkcję arterii transportowej dla wyrobów metalowych. Od ok. 1250 do 300 r. p.n.e. w przeważającej mierze późniejsze ziemie polskie znajdowały się pod wpływem tzw. kultury łużyckiej6. Z zasięgu różnych grup lokalnych tej kultury wynika, że Wisła pełniła w tym czasie funkcje spinające lub graniczne osadnictwa łużyckiego7. W okresie lateńskim (III w. p.n.e. – I w. n.e.) – epoki żelaza, zaznaczyła się ekspansja grup Celtów, zasiedlających głównie obszary południowe obecnej Polski. W okresie ich działalności rzeka pełniła nadal ważną drogę, po której przemieszczały się także ich zdobycze kulturowe. To właśnie w tym czasie powstały w Zagłębiu Świętokrzyskim oraz w  pobliżu obecnej Warszawy ważne ośrodki metalurgii żelaza, które rzeką było rozprowadzane do skupisk ludzkich8. Niezawodnie ranga Wisły wzrosła wraz z  rozwojem szlaku bursztynowego wiodącego z terytorium państwa rzymskiego nad południowe wybrzeże Morza Bałtyckiego9. Wielkie znaczenie odgrywał jego odcinek biegnący między innymi przez Kalisz – Kujawy – Dolną Wisłą do Sambii10. O jego randze świadczą, odnajdowane na  szlaku

przez archeologów, liczne znaleziska importowanych monet 11, zapinek (tzw. fibule), naczyń ceramicznych (terra sigillata)12 i  metalowych. Dzięki wzmożonym kontaktom Wisła także w tym okresie pełniła ważną oś osadniczą, z dwoma jej centrami: nad górnym jej biegiem oraz na Kujawach13. Z tego czasu pochodzą najstarsze odnotowane w źródłach wzmianki o rzece14. Żyjący w I w. n.e. Pomponiusz Mela – autor najstarszego, zachowanego w  całości do  naszych czasów, traktatu geograficznego napisanego po łacinie, a zatytułowanego: „De situ orbis libri tres” (pol. „O położeniu krajów świata ksiąg trzy”, znanego również pod tytułem „De chorographia”) – opisując Sarmację, wymienił rzekę o nazwie Vistula15. We wczesnym średniowieczu Wisła nadal odgrywała ważną rolę w  procesie formującego się osadnictwa. Do wymienionych skupisk ludzkich w  górnym i  środkowym jej biegu dołączyły liczne osady w  jej dolnym fragmencie16. Jednak to  między Wisłą, Sudetami i średnią Wartą skoncentrowane było osadnictwo, które odegrało znaczną rolę w procesie formułującego się od IX w. państwa polskiego17. Ta wspólnota

Szerzej: Wisła. Monografia rzeki, red. A. Piskozub, Warszawa 1982, s. 11–20. Ramy chronologiczne dla epok i ich okresów podano dla ziem polskich za: J. Gąssowski, Kultura pradziejowa na ziemiach Polski – zarys, Warszawa 1985, s. 49 i n. Wisła. Monografia rzeki..., s. 13. 4 Ibidem, s. 14. 5 Ibidem, s. 16. 6 Szerzej: J. Chudziakowa, Kultura łużycka na terenie międzyrzecza Wisły, Drwęcy i Osy, Warszawa-Poznań 1974. 7 Wisła. Monografia rzeki..., s. 17. 8 Ibidem, s. 18. 9 Szerzej: J. Wielowiejski, Główny szlak bursztynowy w czasach Cesarstwa Rzymskiego, Wrocław-Warszawa-Kraków-Gdańsk 1980. 10 Ibidem, s. 97–106. 11 Np. K. Mitkowa-Szubert, The Nietulisko Małe Hoard of Roman Denarii, Warszawa 1989. 12 B. Rutkowski, Terra sigillata znaleziona w Polsce, Warszawa-Wrocław 1960. 13 Wisła. Monografia rzeki..., s. 18–19. 14 Po raz pierwszy rzeka została wyszczególniona na niezachowanej, wystawionej w Porticus Vipsania mapie Agryppy z I w. p.n.e. Później wzmiankowana także przez Rzymian: Gajusza Juliusza Solinusa, Pliniusza Starszego, Klaudiusza Ptolemeusza i Tacyta. 15 De Situ Orbis, przeł. M. Golias [w:] Geografia antyczna, zestawił M. S. Bodnarski, Warszawa 1957, s. 189–244. 16 Szerzej: M.F. Jagodziński, Archeologiczne ślady osadnictwa między Wisłą a Pasłęką we wczesnym średniowieczu. Katalog stanowisk, Warszawa 1997; Osadnictwo nad Dolną Wisłą w średniowieczu, pod red. S. Gierszewskiego, Warszawa 1989. 17 Za: W. Hensel, Polska przed tysiącem lat, Wrocław-Warszawa 1960, s. 61. 2 3

32


T. M. Duchnowski | Acta Energetica 2/15 (2013) | translation 24–31

plemienna w  źródłach pisanych określana jest nazwą – Wiślanie, wywodzącą się najprawdopodobniej od nazwy największej rzeki przepływającej przez jej terytorium18. W przytoczonym okresie rzeka była wykorzystywana nie tylko przez zamieszkującą jej okolice ludność, lecz również przez przybyszów z odległych krain. Do nich zaliczali się wikingowie, którzy poza działalnością łupieżczą odznaczali się także skutecznością w organizowaniu handlu. Na ich pochówki natrafiono m.in. na cmentarzysku zlokalizowanym obok grodziska w Kałdusie, ważnego ośrodka portowo-produkcyjno-handlowego leżącego nad Wisłą19. W IX–XI w. rzeką przewożono różne towary, wśród nich biżuterię, przęśliki, a  także śledzie i sól. Transport odbywał się po niej lub wzdłuż niej, ze względu na brak dogodnych śródlądowych traktów, na  ziemiach pokrytych w większości lasami20. W okresie panowania pierwszych Piastów Wisła znalazła się w granicach ich państwa21. Jednak pewna dynamika rozwoju wymiany handlowej drogą wodną datowana jest od XII stulecia, kiedy to istniały już całe skupiska osadnicze ciągnące się na całej jej długości. Stanisław Gierszewski uważa, że w okresie wczesnośredniowiecznym sól była najważniejszym przedmiotem handlu. Z Gdańska rozwożono w górę rzeki, m.in. do Płocka, sól importowaną. Natomiast południe kraju zaopatrywano w sól wydobywaną w okolicach Bochni i Wieliczki, również spławianą Wisłą. Trzecim rejonem handlu tym artykułem była Ruś, z  której przewożono ją najpierw Bugiem lub Narwią, a dalej Wisłą. Z ziemi halickiej transportowano ją z kolei Sanem, a następnie Wisłą aż na Mazowsze. Udokumentowane zostało, że  w  XII–XIII stuleciu duży udział w handlu, zarówno tym artykułem, jak i śledziami, posiadały klasztory organizujące własny transport, dodatkowo otrzymujące przywileje od władców, np. prawo swobodnej żeglugi czy pobierania ceł na  rzekach22. Jednak czołową pozycję od XIII stulecia w handlu rzecznym zaczęło wyrabiać sobie kupiectwo mieszczańskie, skutecznie zabiegające o przywileje książęce gwarantujące mu swobodę żeglugi23. W XIII wieku pojawiły się też na statkach wiślanych w większych ilościach: miedź i zboże24. Z okresu wczesnego średniowiecza pochodzą też pierwsze wzmianki o powodziach wyrządzających wiele szkód żyjącym w jej pobliżu ludziom. Próbowano im zaradzić budową umocnień przeciwpowodziowych, jednak były to tylko działania doraźne25.

Mimo ożywionego handlu, w  okresie XII– XIII/XIV w. nie można mówić o Wiśle jako głównej drodze gospodarczej kraju. Jej rozwój jako arterii spajającej ziemie polskie był hamowany przez wiele czynników, głównie przez rozbicie Polski na dzielnice26. W XIII w. w jej dolnym biegu pojawił się też groźny konkurent handlowy i militarny dla władców tych dzielnic – zakon krzyżacki27, który na początku XIV w. zajął Pomorze Gdańskie z  Gdańskiem (1308–1309), kontrolującym ujście rzeki do morza28. Spory o  wolność żeglugi na  dolnej Wiśle zaczęły wybuchać już w XIII w. Gdy książę gdański Świętopełk wybudował gród nad Wisłą w Sartowicach i zaczął w nim pobierać cła, wystąpili przeciwko niemu Krzyżacy. W 1242 roku zdobyli oni warownię, wywożąc z niej do Starogrodu cenną relikwię – głowę św. Barbary. Następnie oddali oni ten gród jego bratu Samborowi. W  drodze odwetu Świętopełk spalił go, a  także pobliskie Chełmno, po czym wzniósł nowy w Świeciu, a  także zagarnął Zantyr (zajęta w  1237 roku przez Krzyżaków siedziba biskupa Chrystiana), hamując tym samym jeszcze skuteczniej żeglugę krzyżacką na  rzece. W  konsekwencji dalszych walk i  działań dyplomatycznych książę gdański zrezygnował z  pobierania ceł od  Krzyżaków w  swoich portach rzecznych poza Gdańskiem29. Nie bez znaczenia była grabież relikwii św. Barbary z Sartowic, czczonej od średniowiecza patronki flisaków i rybaków30. Przez wiele stuleci przepływający Wisłą flisacy zatrzymywali się w  pobliżu tej miejscowości, aby oddać cześć swojej patronce31. Okres

Łaszty

Okres

Rok

Łaszty

Rok

Łaszty

Rok

Łaszty

1470

1 833

1561

25 023

1608

76 019

1475

1 648

1565

35 201

1609

40 786

1490

8 276

1568

37 240

1611

37 366

1491

4 911

1569

16 007

1618

101 171

1492

8 926

1572

676

1619

89 953

1537

10 593

1573

19 784

1634

66 006

1544

4 143

1574

25 176

1640

68 639

1546

11 475

1575

26 544

1641

74 629

1555

29 253

1576

17 358

1644

51 235

1556

28 653

1583

54 619

1648

38 691

1557

21 714

1585

13 146

1649

85 372

1558

9 622

1595

28 468

1650

75 724

1560

15 891

Tab. 1. Dostawy zboża Wisłą do Gdańska (szacunkowo) w latach 1470–1650 w łasztach41, źródło: S. Gierszewski, Wisła w dziejach Polski..., tab. 1, s. 39

Wielkiej czci doznawała ona także w pobliskim Chełmnie i  Starogrodzie, podobnie jak w innych miejscowościach położonych nad Wisłą, w których wzniesiono kościoły i kaplice pod wezwaniem św. Barbary32. Z XIV stulecia pochodzą wzmianki o tym, że  Wisłę próbowano wykorzystać jako główną drogę handlową dla towarów zakupionych na  Węgrzech. Tak postępowali przez jakiś czas kupcy z  Nowego Sącza, Łaszty

Okres

Łaszty

1651

47 931

1691–1695

25 642

1741–1745

33 772

1652

31 006

1696–1700

20 560

1746–1750

26 321

1653

30 072

1701–1705

18 797

1751–1755

43 800

1654

41 803

1706–1710

18 502

1756–1760

32 162

1655

42 540

1711–1715

27 365

1761–1765

46 009

1659

4 981

1716–1720

17 554

1766–1770

57 332

1674

16 198

1721–1725

43 625

1771–1775

29 037

1676–1680

34 738

1726–1730

40 663

1776–1780

24 011

1681–1685

49 628

1731–1735

21 039

1781–1785

27 458

1686–1690

47 235

1736–1740

17 245

1786–1790

21 417

Tab. 2. Dostawy zboża z zaplecza do Gdańska w latach 1651–1790, wyrażone w łasztach42, źródło: S. Gierszewski, Wisła w dziejach Polski..., tab. 2, s. 40

18 H.

Łowmiański, Początki Polski, t. III, Warszawa 1967, s.118; Geneza nazwy: W. Hensel, Polska..., s. 55–56. rzeka zmieniła tu swoje koryto, obecnie stanowisko położone jest nad jej starorzeczem, Zagadki Góry św. Wawrzyńca [w:] Archeologia żywa 2001, nr 3 (18). S. Gierszewski, Wisła w dziejach Polski, Gdańsk 1982, s. 12–13. 21 Zob. W. Gan, Z dziejów żeglugi śródlądowej w Polsce, Warszawa 1978, s. 30. 22 S. Gierszewski, Wisła..., s. 15. 23 Ibidem, s. 16. 24 Ibidem, s. 14. 25 Ibidem, s. 15. 26 Rolę rzeki w  okresie wczesnośredniowiecznym Polski podsumował Stanisław Kutrzeba: ,,płynęły po Wiśle łodzie i  łódki, lecz z  rzadka tylko i  tylko w  żegludze miejscowej od  brzegu, czy wzdłuż brzegu na  niewielkie odległości, lecz nie łączyła ona handlowo rozległych ziem polskich nad nią położonych, nie wiązała Krakowa czy Sandomierza z Toruniem lub Gdańskiem. Nie była wtedy handlową drogą. Handel polski był wówczas jeszcze słaby i dopiero od XIII stulecia, gdy powstawały miasta, nabrał rozmachu [w:] Wisła w historii gospodarczej dawnej Rzeczpospolitej Polskiej, Monografia Wisły, zeszyt XI, Warszawa 1920, s. 3. 27 W początkowym okresie (ok. 1230) zajęli gród Nieszawę, a potem odbudowali lub wznieśli grody w Chełmnie i Toruniu nad Wisłą za: M. Biskup, G. Labuda, Dzieje zakonu krzyżackiego w Prusach, Warszawa 1988, s. 120. 28 M. Biskup, G. Labuda, Dzieje zakonu..., s. 255–258. 29 Ibidem, s. 143–146. 30 J. Seibert, Leksykon sztuki chrześcijańskiej. Tematy, postacie, symbole, Kielce 2007, s. 43–44. 31 Flisakom patronował też św. Mikołaj. 32 Szerzej: T. Budzyński, R. Gonia, Szlakiem gotyckich świątyń, Od Starogrodu do  Wielkiego Wełcza, Stolno 2008. Kościoły pod wezwaniem św. Barbary znajdują się m.in. w Krakowie, Warszawie i Gdańsku. 19 Kapryśna 20

33


T. M. Duchnowski | Acta Energetica 2/15 (2013) | translation 24–31

którzy zamiast wozić po lądzie, towary stamtąd zaczęli spławiać Dunajcem i Wisłą do  Torunia. Wywołało to  reakcję władz Krakowa, który nie mógł w związku z tym egzekwować opłat skarbowych, wynikających z  posiadanego prawa składu. Tego typu utrudnień nie stosowano w tym czasie w środkowym biegu rzeki, tu jednak handel odbywał się przede wszystkim drogami lądowymi33. W dolnym biegu Wisły od drugiej połowy XIV w. zaczęły nasilać się sprzeczności pomiędzy interesami kupców gdańskich a  władzami krzyżackimi, coraz bardziej zainteresowanymi czerpaniem dochodów z  portu gdańskiego z  pominięciem tych pierwszych. W  związku z  rosnącą rywalizacją i  chcąc uczynić gdańszczan bardziej uległymi, Krzyżacy założyli w  1380 roku, w  ramach ośrodków gdańskiego zespołu osadniczego, tzw. Młode Miasto, które ze  względu na  korzystniejsze położenie (dotykało swą północną częścią Wisły) miało konkurować z  portem opierającym się o Motławę34. Po przejściu Gdańska pod panowanie króla polskiego Kazimierza Jagiellończyka (1447–1492) Młode Miasto zostało przez mieszczan zniszczone35. W wyniku zawartego z Krzyżakami pokoju toruńskiego w 1466 roku niemal cała rzeka z dopływami znalazła się w granicach Polski lub krajów uznających jej zwierzchność36. Na rzece istniały znaczne rozbieżności, jeśli chodzi o poszczególne jej biegi, w zakresie intensywności przewozu ładunków. Najbardziej wykorzystywano jej dolny bieg między Toruniem a Gdańskiem. Rozwojowi transportu na  pozostałych odcinkach nie sprzyjały przywileje Torunia, który w 1457 roku, w  trakcie wojny trzynastoletniej (1454–1466), w  zamian za pomoc udzieloną Kazimierzowi Jagiellończykowi uzyskał zatwierdzenie prawa składu obejmującego także zboże. To hamowało transport w dół rzeki, który stawał się nierentowny. W wyniku konfliktu między przedstawicielami miasta a  szlachtą, głównie mazowiecką, i  duchowieństwem, którym przytoczone prawo utrudniało handlowy dostęp Wisłą do portu gdańskiego, król Aleksander Jagiellończyk (1501–1506) w  1505 roku na  Sejmie Radomskim odebrał Toruniowi ten przywilej. Uczyniło to Wisłę drożnym na całej długości szlakiem handlowym i  stanowiło istotny czynnik dla rozwoju tutejszych ziem i miast ze względu na rosnące na zachodzie Europy zapotrzebowanie na zboże37. Popyt na  ten artykuł, a  dodatkowo także na  drewno, smołę, popiół czy dziegieć, 33 Szerzej:

wywołały wydarzenia i  przemiany gospodarcze, jakie zaszły w  krajach Europy Zachodniej. Odkrycie Ameryki, napływ dużej ilości kruszców, ekspansja terytorialna, uprzemysłowienie i  urbanizacja niektórych państw, a  w  konsekwencji zaniedbanie rolnictwa i  wzrost zapotrzebowania na materiały do budowy statków, uczyniły w XVI – I połowie XVII w. ziemie Rzeczypospolitej głównymi dostarczycielami wymienionych surowców. Podczas gdy do końca XV w. handel w dużych miastach portowych położonych nad Bałtykiem rozwijał się pod znakiem Hanzy, o  tyle w  XVI i  XVII w. cechowała go dominująca pozycja Holandii38. Kupcy i armatorzy z tego kraju stali się głównymi nabywcami i przewoźnikami towarów z portów nadbałtyckich, obok eksploatacji kolonii zamorskich stanowiło to podstawę bogactwa tego kraju39. Jeśli chodzi o największe porty Prus Królewskich, zlokalizowane w  Gdańsku i Elblągu, ograniczały one swoją działalność do  pośrednictwa w  sprzedaży ogromnej ilości surowców napływających do  nich z  ziem polskich i  sprzedaży szlachcie i  bogatym mieszczanom importowanych w zamian za nie towarów, głównie z Europy Zachodniej. Masowość dostaw do  portów z głębi lądu zapewnić mogły w tym czasie tylko spławne rzeki, gdyż brakowało w kraju dobrych dróg lądowych. Z  tego powodu Wisła wraz ze swoimi dopływami stała się najważniejszą arterią handlową Korony, prawdziwą ,,Królową Polskich Rzek’’, umożliwiającą dostarczanie do portów bałtyckich różnorodnych towarów masowych40. Z  danych zebranych w  tabelach wynika, że  najwyższy wskaźnik dostaw zboża do Gdańska przypada na I połowę XVII w. Lata 1470–1595 charakteryzuje ogólna tendencja zwyżkowa, natomiast II połowę XVII w. – zniżkowa, z  okresową zwyżką w  okresie panowania Jana III Sobieskiego (1674–1696). W  XVIII stuleciu okresowo – w  latach: 1721–1730, 1751–1755 i 1761–1770 – dostawy zboża przekraczały 40 000 łasztów, zbliżając się tym samym do  wartości z  II połowy XVII w. Ogólnie jednak, w kontekście europejskiego rozwoju handlu i produkcji rolniczej, należy uznać dane z XVIII w. za zniżkowe. Przewóz zbóż i  innych towarów odbywał się na  różnych typach statków. Zazwyczaj były to większe jednostki zdolne przewieźć 20–30 łasztów (a  nieraz i  więcej) zboża, takie jak: szkuty, komięgi, dubasy, galary i byki. Oprócz nich stosowano też mniejsze jednostki przeznaczone do  transportu

pomocniczego lub lokalnego: kozy, kózki, galarki, komiaski, komiążki, dubaski, a także lichtany, baty i  łódki43. Wiele towarów niewrażliwych na zamoczenie przewożono tratwami. Statki płynące w dół rzeki napędzane były nurtem, a w razie potrzeby także wiosłami. Pozbawione żagla komięgi czy galary po dotarciu do  portu docelowego były rozbierane, zaś materiał z nich pozyskany sprzedawano na  opał lub budowę. Inne statki, na przykład dubasy, szkuty czy byki, były wyposażone w żagiel umożliwiający powrót w górę rzeki44. W  związku z  rozwojem spławu zboża i  produktów leśnych w  XVI w. szczególną rolę zaczęli odgrywać flisacy – wykonujący najcięższe prace w  czasie spływu pracownicy, rekrutujący się zazwyczaj z  chłopów pańszczyźnianych, rzadziej biedoty miejskiej lub zbiegłych chłopów. Wytworzyli oni specyficzny folklor, będący natchnieniem dla poetów (m.in. Jana Kochanowskiego: „O  flisie”, Sebastiana Fabiana Klonowica: „Flis, to  jest Spuszczanie statków Wisłą i  inszymi rzekami do  niej przypadającymi”, Kaspara Twardowskiego: „Bylica świętojańska”) czy malarzy (np. Wilhelma Stryowskiego: „Odpoczynek flisaków pod Gdańskiem”, „Flisacy nad Wisłą”, „Obóz flisaków nad Wisłą”, Karola Gregoroviusa: „Przeróbka nad Wisłą”)45. Flisakami dowodził szyper, drogę wskazywał statkom retman, płynący na  czele w  łódce zwanej retmaniakiem. W  XVI w. wytworzyła się też nowa profesja – frochtarze, zawodowo zajmujący się organizacją spławu towarów46. Jeśli chodzi o  sam spław, to  największą ilość zbóż i  towarów leśnych wyprawiano Wisłą i jej dopływami w okresie pierwszej wysokiej wody wiosennej. Tak zwany drugi spust, o mniejszym znaczeniu, odbywał się jesienią. Ziarna zbóż dostarczano nad brzeg rzeki podwodami chłopskimi, tam często składowano je w  spichlerzach. Zazwyczaj spieszono się ze spławem, licząc na wyższą cenę po zimie47. W  dawnej Rzeczypospolitej do  II połowy XVIII w. nie istniała żadna instytucja odpowiedzialna za utrzymanie żeglowności rzek. Sejm z  1613 roku uznał, że  prawo do  ich czyszczenia ma każdy. Zdarzało się, że  szlachta sama zobowiązywała się do  uprzątnięcia jakiejś rzeki, uchwalając na  ten cel podatki. Czasem taki nakaz o charakterze jednorazowym wydawał Sejm. Opiekę na spławnymi rzekami powierzono dopiero utworzonej w  1764 roku Komisji Skarbu Koronnego. Do jej zadań należało utrzymanie żeglowności rzek poprzez

L. Hofman, W. Rydzkowski, Zagospodarowanie Wisły, Warszawa 1983, s. 15–16. Gdańska. Tom I do roku 1454, pod red. E. Cieślaka, Gdańsk 1985, s. 377–378. Historia Gdańska. Tom II 1454–1655, pod red. E. Cieślaka, Gdańsk 1982, s. 15–16. 36 Pod koniec XV w. tylko krótki odcinek Wisły, w górnym biegu, u samych źródeł, leżący na terenie Księstwa Cieszyńskiego, pozostawał poza granicami Polski. Taki podział rzeki przetrwał aż do rozbiorów ziem Rzeczypospolitej – zob. Wisła. Monografia rzeki.., s. 31. 37 Poszły w zapomnienie także i prawa Krakowa – S. Kutrzeba, Wisła w historii..., s. 6. 38 Szerzej zob. P. Dollinger, Dzieje Hanzy, Gdańsk 1975. 39 W I połowie XVII w. wywóz towarów polskich przez Bałtyk znajdował się aż w 70 proc. w rękach Holendrów – za M. Bogucka, H. Samsonowicz, Dzieje miast i mieszczaństwa w Polsce przedrozbiorowej, Ossolineum 1986, s. 417. 40 W czasie dobrej koniunktury w I połowie XVII w. w przeciętnym roku ruch na Wiśle oscylował w granicach 400 000 ton różnych towarów. Największy ruch towarów w tym czasie (lat 1618 i 1648) ocenić można na 500 000 ton. Dla II połowy XVII i w ciągu XVIII w. przeciętnie przyjmuje się, że wynosił on średnio około 200 000 rocznie, raz tylko, za panowania Jana III Sobieskiego, wzrastając do poziomu 400 000 ton – za M. Rybczyński, Drogi wodne na Pomorzu, Toruń 1935, s. 36-37; M. Bogucka, Handel zagraniczny Gdańska w pierwszej połowie XVII w., Wrocław 1970, s. 80. 41 Łaszt to dawna jednostka miary objętości dla towarów sypkich, głównie zboża, licząca 3000–3840 litrów. 42 W tabeli dane dla lat 1651–1655 przytoczono na podstawie statystyki eksportu Gdańska, natomiast dla lat 1659, 1674, 1676–1770 w oparciu o zestawienia dostaw Wisłą i lądem. Dla lat 1676–1770 zaprezentowano jako średnie roczne z pięcioleci – za: S. Gierszewski, Wisła w dziejach Polski..., s. 40–41. 43 Szerzej na temat jednostek pływających po Wiśle: Księga Wiślanego Flisu, pod red. T. Górskiego, Gdynia 1997, s. 27 i n. 44 W. Ossowski, Przemiany w szkutnictwie rzecznym w Polsce. Studium archeologiczne [w:] Prace Centralnego Muzeum Morskiego, red. Jerzy Litwin, seria B, t. I, Gdańsk 2010, s. 7 i n. 45 Szerzej: S. Udziela, Wisła w folklorze [w:] Monografia Wisły, z. 14, Warszawa 1920; W. Borowy, Wisła w poezji polskiej [w:] Monografia..., z. 15, Warszawa 1921. 46 S. Gierszewski, Wisła w dziejach Polski..., tab. 1, s. 110 i n. 47 Za: E. Cieślak, C. Biernat, Dzieje Gdańska, Gdańsk 1969, s. 97. 34 Historia 35

34


T. M. Duchnowski | Acta Energetica 2/15 (2013) | translation 24–31

Królestwo Polskie i zabór rosyjski

Galicja

Rok

Zabór pruski

Razem

łaszty

%

łaszty

%

łaszty

%

1824

390

1,7

8625

38,0

13 666

60,3

22 681

1830

586

0,8

29 631

42,5

39 500

56,7

69 717

1849

16 349

48,2

17 535

51,8

33 884

1850

19 921

41,9

27 630

58,1

47 551

Tab. 3. Dowóz zboża do Gdańska w latach 1824–1850 według zaborów (w łasztach), źródło: S. Gierszewski, Wisła w dziejach Polski..., tab. 19, s. 158

czyszczenie, a także egzekwowanie dawnych praw zabraniających stawiania nad brzegami młynów. Komisja zajmowała się ponadto sporządzaniem opisów rzek. Jej przedstawiciele opracowali m.in. projekt regulacji biegu Wisły pod Nowym Miastem Korczynem, zajmowali się również naprawą portu w Kazimierzu Dolnym. W 1768 roku Sejm uchwalił coroczną kwotę 200 000 zł na czyszczenie rzek, w tym także na reperację dróg i mostów. Dodatkowo 50 000 zł na rewitalizację tzw. szpicy motławskiej. Dalsze poczynania Komisji przerwały rozbiory48. Oprócz korzyści z  handlu rzeka stanowiła także wielką, trudną do  sforsowania zaporę wodną. W przeszłości pokonywano ją na różne sposoby, przy użyciu łódek czy promów, a przy niższych poziomach wody w  bród: na  grzbietach końskich, w  powozach lub pieszo. Jednak już w średniowieczu pojawiła się potrzeba budowy mostów. W  epoce tej istniał most łączący Kraków z Kazimierzem49. W 1500 roku wybudowano go także w Toruniu. Na potrzeby armii króla Władysława Jagiełły, podążającej do  Prus podczas wojny z  zakonem krzyżackim (1409–1411), zainstalowano most pontonowy pod Czerwińskiem, który po użyciu w  1410 roku został spławiony do  Płocka. Warszawa swoją pierwszą stałą przeprawę, nazwaną mostem Zygmunta Augusta, otrzymała w 1573 roku50. Budowano w niej też prowizoryczne mosty łyżwowe i pontonowe w czasie elekcji i przemarszu wojsk. W 1775 roku wzniesiono w niej stały most Ponińskiego51. Wszystkie te budowle wznoszono z drewna i z tego powodu wymagały ciągłych napraw, często były także niszczone przez wojska podczas wojen. Trwalsze konstrukcje na Wiśle pojawiły się dopiero w XIX w. Przejść na rzece oraz bezpieczeństwa żeglugi i handlu strzegły liczne twierdze wznoszone nad jej brzegami. Wczesnośredniowieczne osady, zamknięte w formie grodzisk, wypierane były od XIII w. przez warowne miasta i  zamki. W  górnym biegu Wisły wzniesiono m.in. Zamek Królewski na Wawelu, zamek w Sandomierzu, w środkowym biegu

– zamki książąt mazowieckich (od XVI w. Zamek Królewski) w Warszawie i Czersku (obecnie szczątki obiektu w  pewnej odległości od  rzeki), w  dolnym – zamek w  Gniewie i  Malborku nad Nogatem (wschodnie ramię ujściowe Wisły). W XVI– XVII w. dołączyły do nich w dolnym biegu: Twierdza Wisłoujście – strzegąca ujścia rzeki do  morza nieopodal Gdańska i  Twierdza Gdańska Głowa powstała w miejscu rozwidlenia się jej wód na dwa ramiona tzw. Wisłę Gdańską i Elbląską52. W  dekadzie poprzedzającej I  rozbiór Rzeczypospolitej król Prus Fryderyk  II (1740–1786) ustanowił bezprawnie cło na  towary przechodzące w  pobliżu granicy jego państwa, siłą egzekwując je w  Kwidzynie53. Wobec interwencji Polski i Rosji zaprzestał jego pobierania na krótki okres, przywracając je w  zwiększonym wymiarze po pierwszym rozbiorze w 1772 roku, kiedy to  przypadło mu w  udziale Pomorze Gdańskie bez Gdańska. Za panowania tego samego władcy wybudowano Kanał Bydgoski, którym towary zamiast do Gdańska przewożone były do Szczecina. Mimo późniejszej poprawy koniunktury i  ponownego skierowania statków do Gdańska miasto utraciło pozycję głównego eksportera dóbr wywożonych z ziem polskich. Podczas zaborów kształtuje się nowy podział polityczny Wisły. Początkowo podzielona między Prusami i Austrią, ostatecznie jej środkowy odcinek znalazł się w  granicach Rosji. Przejściowo w  okresie napoleońskim znajdowała się także fragmentarycznie w  granicach Wolnego Miasta Gdańska (1807–1814) i  Księstwa Warszawskiego (1807–1815), pozostających pod kuratelą Francji54. Po upadku Napoleona kwestia żeglugi na całej Wiśle stała się przedmiotem umów między zaborcami na kongresie wiedeńskim (1815). Mimo ustaleń dotyczących wolności żeglugi Prusy, kontrolujące ujście rzeki do morza, nakładały wysokie cła na wywóz towarów z Królestwa Kongresowego (należącego do Rosji) do Gdańska. To wpłynęło na przystąpienie do budowy przez władze

Królestwa Kanału Augustowskiego, mającego połączyć ten kraj z  Bałtykiem przez Windawę. Podjęcie prac spowodowało zawarcie nowej korzystnej dla Kongresówki umowy z Prusami55. Z  danych w  tab. 3 wynika, że  największy udział w dowozie zboża do Gdańska miały ziemie położone w obrębie Prus, do których należało i  to  miasto. Na drugim miejscu z  obszaru Królestwa Polskiego, natomiast z  górnego odcinka należącego do  Austrii zboże docierało w znikomej ilości. Dziewiętnaste stulecie to  okres rozwoju budownictwa wodnego w  Europie i na świecie. Na przestrzeni tego wieku wiele rzek poddano systematycznej regulacji, np.: Sekwanę, Rodan, Garonnę, Loarę, Ren, Dunaj i  Łabę56. Na uboczu tych wielkich inwestycji pozostawała Wisła. Wprawdzie już w  1835 roku w  Warszawie zebrała się międzynarodowa komisja, składająca się z przedstawicieli wszystkich państw, przez które płynęła Wisła, to jednak uchwały tej komisji nie doczekały się nigdy urzeczywistnienia57. Jedynie na granicznym fragmencie rzeki powyżej Zawichostu – do Niepołomic, Rosjanie wykonali pewne prace regulacyjne, stanowiące całość z robotami wykonanymi przez Austriaków na ich brzegu58. Pozostałe działania były prowadzone przez państwa bez porozumienia z  pozostałymi jej użytkownikami. I  tak Austria po powodzi w  1884 roku przystąpiła do  prac regulacyjnych, których nigdy nie ukończyła, gdyż w 1914 roku wybuchła I wojna światowa59. Rosja przeprowadziła pewne prace regulacyjne na  odcinku 12 km pod Warszawą i  na  terenie samego miasta60. Znacznie więcej robót od  pozostałych wykonali Prusacy. W  1835 roku rozpoczęli oni regulację dolnej Wisły, polegającą głównie na oddzieleniu od niej Nogatu oraz regulacji samego Nogatu. W  1840 roku, pod wpływem zatoru lodowego w pobliżu wsi Górki Wschodnie, Wisła samoczynnie wyżłobiła sobie nową drogę do morza (tzw. Wisła Śmiała). To jednak nie rozwiązało problemu zamulania jej ujścia i nie wyeliminowało zagrożenia powodziowego. Już w 1855 r. miała miejsce katastrofalna w skutkach powódź, w następstwie której przeprowadzono dalsze prace na  całym odcinku pomorskiej Wisły. Przystąpiono też do opracowania projektu skrócenia ujściowego odcinka rzeki o dalsze 12 km, poprzez wykonanie przekopu do Bałtyku pod Świbnem61. Przyjęto, że  przekop ten nie tylko skróci drogę do morza, lecz także naturalnie, przez jakiś czas, wpłynie na  oczyszczanie toru wodnego, podnosząc poziom wody w  jej korycie, poprawi jej spławność. W  1890 roku przystąpiono do prac, które ukończono pięć lat później. Budowa nowego odcinka pociągnęła za sobą konieczność budowy śluz

48 S.

Kutrzeba, Wisła w historii..., s. 9. most Stradomski (lub Królewski), za: S. Świszczowski, Miasto Kazimierz pod Krakowem, Kraków 1981, s. 52. Działał do 1603 roku. 51 Nazwany nazwiskiem podskarbiego wielkiego koronnego, który był jego głównym inwestorem. 52 Szerzej: J. Salm, S. Kołodziejski, L. Kajzer, Leksykon zamków w Polsce, Warszawa 2001. 53 Na krótkim odcinku w swym dolnym biegu Wisła była rzeką graniczną Rzeczypospolitej i Prus. 54 S. Gierszewski, Wisła..., s. 129 – 137. 55 L. Hofman, W. Rydzkowski, Zagospodarowanie..., s. 21–22. 56 M. Matkiewicz, Regulacja Wisły [w:] Monografia Wisły, z. 10, Warszawa 1920, s. 2. 57 R. Ingarden, Rzeki i kanały żeglowne w byłych trzech zaborach i znaczenie ich gospodarcze dla Polski, Warszawa 1921, s. 87. 58 Opis tego jedynego przypadku wspólnej pracy hydrotechnicznej zaborców zawarto w pracy: J. Kwiatkowski, Wisła pod Sandomierzem, Sandomierz 1919. 59 M. Rybczyński, Drogi wodne..., s. 39. 60 Na środkowym odcinku, wskutek zaniedbań, postępowało największe dziczenie rzeki. 61 L. Hofman, W. Rydzkowski, Zagospodarowanie..., s. 28–29. 49 Tzw. 50

35


T. M. Duchnowski | Acta Energetica 2/15 (2013) | translation 24–31

w Przegalinie i w Gdańskiej Głowie, co ograniczyło swobodny do  tej pory dopływ jej wód do Leniwki i Szkarpawy62. Aż do 1915 roku trwały prace nad Nogatem, który ostatecznie połączono z  Wisłą śluzą przeznaczoną dla żeglugi, doprowadzającą do niego minimalną ilość wody63. Interesujące w tym miejscu jest stwierdzenie ostatniego szefa pruskiej dyrekcji ds. Wisły dotyczące celów jej regulacji. Podczas gdy w początkowym okresie władze pruskie uwzględniały przede wszystkim podstawowe potrzeby żeglugi, która upadała coraz bardziej wskutek zapory na  granicy rosyjskiej, ostatecznie skierowały większą uwagę na  odprowadzenie lodów i wód w celu ochrony przed zatorami i powodziami mieszkających i gospodarujących w jej pobliżu ludzi64. W  XIX stuleciu na  rzekach pojawiły się nowe jednostki pływające zasilane silnikami parowymi. Powstające po upadku powstania listopadowego (1831) spółki – przedsiębiorstwa żeglugowe, przyczyniły się do  wzrostu aktywności statków parowych na Wiśle. Jednak zarówno przewozy towarowe, jak i  pasażerskie rozwijały się na niej tylko na skalę lokalną65. Nie sprzyjał ich rozbudowie podział Wisły między państwami i brak jej regulacji. W połowie XIX w. pojawił się też nowy, konkurencyjny dla żeglugi rzecznej środek transportu, zdolny przewozić ogromne ilości ładunków – kolej. Oprócz tego w tym czasie uregulowano Odrę, która stała się główną wodną arterią transportową w tej części Europy. To wszystko spowodowało, że w XIX stuleciu Wisła utraciła swój wcześniejszy charakter głównej arterii komunikacyjno-towarowej w tej części Europy66. W analizowanym okresie wybudowano nad nurtem rzeki wiele nowoczesnych, stalowych mostów kolejowych i drogowych. W zaborze austriackim, w Krakowie, oddano do użytku w  1863 roku most kolejowy nad starym korytem Wisły (obecnie zasypanym, most pełni rolę wiaduktu). Rok później oddano tu do użytku stalowy most kolejowy na linii średnicowej67. W latach 1859–1864 powstał pierwszy stały most stalowy w Warszawie, most Kierbedzia (wówczas nazwany Aleksandryjskim). Niszczony był w obydwu wojnach światowych, a jego filary wykorzystano pod most Śląsko-Dąbrowski. W 1875 roku otwarto tu również most przy Cytadeli, na  którego filarach po zniszczeniach II  wojny światowej stanął most Gdański. Na pocz. XX w. wzniesiono w  Warszawie także most Poniatowskiego (wówczas nosił on nazwę Mikołajewskiego), który był niszczony podczas obydwu wojen światowych68. W Prusach wzniesiono w 1873 roku

most żelazny w Toruniu. Pod Grudziądzem powstał z  kolei most kolejowo-drogowy (1876–1878). W  niedługim czasie po jego wzniesieniu podjęto też decyzję o budowie wokół tego miasta potężnego zespołu umocnień przedmościa 69. Dwa mosty, drogowy i  kolejowy, oddano do  użytku w Tczewie. Most drogowy (pierwotnie kolejowy) w chwili ukończenia w 1857 roku był najdłuższy w Europie70. Wisła ogrywała ważną rolę strategiczną w planach wojennych, a także działaniach militarnych XIX–XX w71. Podczas I wojny światowej (1914–1918) wiele obiektów hydrotechnicznych zostało zniszczonych. Po jej zakończeniu rzeka znalazła się w  granicach II Rzeczypospolitej72. Jednak i  wówczas wobec wcześniejszych zaniedbań, innych priorytetów, braku pieniędzy, konkurencji ze strony kolei – nie uczyniono z niej głównej drogi wodnej, dostosowanej do  zwiększających się potrzeb gospodarczych kraju73. Tak zresztą robiono na zachodzie Europy, gdzie ujmowanie rzek w uregulowane koryta i wykorzystywanie ich energii stanowiło uznaną zasadę gospodarczą74. Większe prace, jakie poczyniono w Polsce okresu międzywojnia, dotyczyły budowy zbiorników retencyjnych w  Rożnowie, Czchowie i zapory wodnej w Porąbce, które ochronić miały ludność przed powodzią75. Jeśli chodzi o  porty rzeczne, to  chociaż niejednokrotnie połączone były z  koleją, posiadały słabe wyposażenie techniczne lub pozostawały niewykończone do  wybuchu II wojny światowej76. Bardzo zróżnicowany był także towarowy tabor żeglugowy pływający po Wiśle. Podczas gdy na Wiśle górnej i  środkowej dominowały nadal jednostki drewniane o nośności 40–100 ton, to na jej dolnym odcinku pływały barki budowane ze  stali i  drewna o  nośności powyżej 100 ton (przeciętna nośność barek pływających na  szlaku z  Warszawy do  Gdańska wynosiła 200–300 ton)77. W  okresie międzywojennym w  Warszawie odbudowano most Poniatowskiego. W  latach 1921– 1931 powstał w  tym mieście most kolei średnicowej78. Współcześnie historię osadnictwa, żeglugi oraz faunę i  florę środkowego odcinka rzeki przedstawia Muzeum Wisły w  Wyszogrodzie. W  dolnym jej odcinku działa natomiast Muzeum Wisły w Tczewie – oddział Centralnego Muzeum Morskiego – prezentujące między innymi historię żeglugi na rzece oraz łodzie ludowe z jej dorzecza. Do zapoznania się z położonymi w pobliżu rzeki walorami antropogenicznymi zachęcają liczne przewodniki turystyczne.

Bibliografia 1. Biskup K., Twierdza Grudziądz na przełomie XIX i  XX w. [w:] Rocznik Grudziądzki, t. X, Grudziądz 1992. 2. Biskup M., Labuda G., Dzieje zakonu krzyżackiego w Prusach, Warszawa 1988. 3. Bogucka M., Handel zagraniczny Gdańska w  pierwszej połowie XVII w., Wrocław 1970. 4. Bogucka M., Samsonowicz H., Dzieje miast i mieszczaństwa w Polsce przedrozbiorowej, Ossolineum 1986. 5. Borowy W., Wisła w poezji polskiej [w:] Monografia Wisły, z. 15, Warszawa 1921. 6. Budzyński T., Gonia R., Szlakiem gotyckich świątyń. Od Starogrodu do Wielkiego Wełcza, Stolno 2008. 7. Camon H., Geneza niemieckiego planu wojny 1914 roku, Warszawa 1923. 8. Chudziakowa J., Kultura łużycka na  terenie międzyrzecza Wisły, Drwęcy i Osy, Warszawa-Poznań 1974. 9. Cieślak E., Biernat C., Dzieje Gdańska, Gdańsk 1969. 10. De Situ Orbis, przeł. M. Golias [w:] Geografia antyczna, zestawił M.S. Bodnarski, Warszawa 1957. 11. Dollinger P., Dzieje Hanzy, Gdańsk 1975. 12. Encyklopedia Krakowa, Kraków 2000. 13. Gan W., Z  dziejów żeglugi śródlądowej w Polsce, Warszawa 1978. 14. Gąssowski J., Kultura pradziejowa na  ziemiach Polski – zarys, Warszawa 1985. 15. Gierszewski S., Wisła w dziejach Polski, Gdańsk 1982. 16. Hensel W., Polska przed tysiącem lat, Wrocław-Warszawa 1960. 17. Historia Gdańska. Tom I do roku 1454, red. E. Cieślak, Gdańsk 1985. 18. Historia Gdańska. Tom II 1454–1655, red. E. Cieślak, Gdańsk 1982. 19. Hof man L . , Ryd z kow sk i W. , Zagospodarowanie Wisły, Warszawa 1983. 20. Ingarden R., Rzeki i  kanały żeglowne w byłych trzech zaborach i znaczenie ich gospodarcze dla Polski, Warszawa 1921. 21. Jagodziński M.F., Archeologiczne ślady osadnictwa między Wisłą a  Pasłęką we  wczesnym średniowieczu. Katalog stanowisk, Warszawa 1997. 22. Księga Wiślanego Flisu, red. T. Górski, Gdynia 1997. 23. Kutrzeba S., Wisła w  historii gospodarczej dawnej Rzeczpospolitej Polskiej, Monografia Wisły, z. 11, Warszawa 1920. 24. Kwiatkowski J., Wisła pod Sandomierzem, Sandomierz 1919.

Za: M. Pelczar, W stulecie przekopu Wisły... (1895–1995), Katalog map i planów eksponowanych podczas wystawy zorganizowanej w Muzeum Miasta Gdańska w marcu 1995 roku, Gdańsk 1995, s. 1–2. Hofman, W. Rydzkowski, Zagospodarowanie..., s. 29. 64 Ibidem, s. 29. 65 A. Tuszko, Wisła, Warszawa 1982, s. 156. 66 L. Hofman, W. Rydzkowski, Zagospodarowanie..., s. 31–32. 67 Wymieniono tylko dwa przykłady z Krakowa, w którym wybudowano w XIX i na pocz. XX w. więcej mostów, szerzej zob. Encyklopedia Krakowa, Kraków 2000. 68 S. Gierszewski, Wisła..., s. 243. 69 K. Biskup, Twierdza Grudziądz na przełomie XIX i XX w. [w:] Rocznik Grudziądzki, t. X, Grudziądz 1992, s. 63. 70 S. Gierszewski, Wisła..., s. 243. 71 Szerzej: Camon, Geneza niemieckiego planu wojny 1914 roku, Warszawa 1923; W.B. Łach, System obronny Prus Wschodnich (do 1935), Olsztyn 1997. 72 Główny port gdański znajdował się poza jej granicami na obszarze Wolnego Miasta Gdańska. 73 Zob. niezrealizowane uchwały: Uchwała z 1919 roku o budowie dróg wodnych; Nowela do ustawy z 1924 roku; Projekt ustawy o regulacji Wisły z 1930 roku W okresie międzywojennym wysiłek kraju skupiony był na budowie portu morskiego w Gdyni, co też stawiało inne drogi wodne na dalszej pozycji, za: L. Hofman, W. Rydzkowski, Zagospodarowanie..., s. 34–37. 74 Ibidem, s. 32. 75 Wielkie powodzie miały miejsce w latach 1924, 1925, 1934 – ibidem, s. 33. 76 Np. niewykończony w Warszawie port na Saskiej Kępie, duży port w Płocku- pozbawiony urządzeń mechanicznych – szerzej. T. Podwysocki, Ujarzmianie Wisły, Warszawa 1981, s. 50. 77 A. Tuszko, Wisła..., s. 158. 78 S. Gierszewski, Wisła..., s. 243. 62

63 L.

36


T. M. Duchnowski | Acta Energetica 2/15 (2013) | translation 24–31

25. Łach W.B., System obronny Prus Wschodnich (do  1935 roku), Olsztyn 1997. 26. Łowmiański H., Początki Polski, t. III, Warszawa 1967. 27. Matkiewicz M., Regulacja Wisły [w:] Monografia Wisły, z. 10, Warszawa 1920. 28. Mitkowa-Szubert K., The Nietulisko Małe Hoard of Roman Denarii, Warszawa 1989. 29. Osadnictwo nad Dolną Wisłą w średniowieczu, red. S. Gierszewski, Warszawa 1989. 30. Ossowski W., Przemiany w szkutnictwie rzecznym w  Polsce. Studium archeologiczne [w:] Prace Centralnego Muzeum Morskiego, red. Jerzy Litwin, seria B, t. I, Gdańsk 2010.

31. Pelczar M., W stulecie przekopu Wisły... (1895–1995), Katalog map i  planów eksponowanych podczas wystawy zorganizowanej w  Muzeum Miasta Gdańska w marcu 1995 roku, Gdańsk 1995. 32. Podwysocki T., Ujarzmianie Wisły, Warszawa 1981. 33. Rutkowski B., Terra sigillata znaleziona w Polsce, Warszawa-Wrocław 1960. 34. Rybczyński M., Drogi wodne na Pomorzu, Toruń 1935. 35. Salm J., Kołodziejski S., Kajzer L., Leksykon zamków w  Polsce, Warszawa 2001. 36. Seibert J., Leksykon sztuki chrześcijańskiej. Tematy, postacie, symbole, Kielce 2007.

37. Świszczowski S., Miasto Kazimierz pod Krakowem, Kraków 1981. 38. Tuszko A., Wisła, Warszawa 1982. 39. Udziela S., Wisła w  folklorze [w:] Monografia Wisły, z. 14, Warszawa 1920. 40. Wielowiejski J., Główny szlak bursztynowy w czasach Cesarstwa Rzymskiego, Wrocław-Warszawa-Kraków-Gdańsk 1980. 41. Wisła. Monografia rzeki, red. A. Piskozub, Warszawa 1982. 42. Zagadki Góry św. Wawrzyńca [w:] Archeologia Żywa 2001, nr 3 (18).

Tomasz Marcin Duchnowski

dr nauk humanistycznych Pomorska Wyższa Szkoła Nauk Stosowanych w Gdyni e-mail: dzimi102@wp.pl Doktor nauk humanistycznych w zakresie historii kultury materialnej. Autor artykułów poświęconych gospodarce i numizmatyce Prus, także gdańskiemu Dworowi Artusa. Współautor „Encyklopedii Gdańska”.

37


J. Kosiński, W. Zdulski | Acta Energetica 2/15 (2013) | 38–47

Hydropower potential of the Vistula Authors Jędrzej Kosiński Wacław Zdulski

Keywords hydropower generation, Vistula cascades, energy potential of the Vistula

Abstract The present article discusses hydropower potential of the Vistula River in view of the formal conditions for power generation in Poland. Having compared different sources, it is shown that the Vistula hydropower infrastructure and the social/economic/environmental benefits thereof and public safety, ought to be given priority in government operations. Their neglect not only violates the Water Law provisions but also runs contrary to the national interest.

DOI: 10.12736/issn.2300-3022.2013203

1. Legal conditions in electrical power engineering At the European Union summit in Brussels in 2007, leaders of the member states assumed responsibility for diversification of the EU energy mix. By 2020, 20% of energy in the EU was to come from renewable sources. During the summit, its participants arrived at the conclusion that each country’s target would be different, depending on their starting position and potential in the field of renewable energy as well as the use thereof and the use of fossil fuels in power generation. Moreover, the European Commission proposed mandatory targets, as of 2020, for the share of renewable energy in the mix of every member state. The Polish target, in terms of global energy generation, was set at 15%. The increase in the use of these sources is one of the most important objectives specified in the document entitled “Polish Energy Policy until 2030” (“Polityka Energetyczna Polski do 2030 roku”), adopted by the Council of Ministers on 10 November 2009. It is a  strategy that responds to  major challenges of Polish energy generation, both in the short and in the long run, until 2030. To fulfil our obligations arising from directive 2009/28/EC and to  optimise the current scheme for the development of renewable energy sources (odnawialne źródła energii – OZE) in Poland, the Ministry of Economy prepared the “OZE draft law”, which provides various options for the support of green energy production, depending on the nature of the source. Forms of support will be contingent on three factors: the source type, installed power and years in operation. The older the equipment, the larger the source, the lower the cost of one unit of energy – the lower this support will be. As the Ministry of Economy

1

emphasises, technologies that, at the moment, produce around 90% of electricity from renewable sources will be less supported. This statement applies to, among others, the old amortised hydroplants, such as the one in Włocławek. The third important document in the context of hydropower generation is “The National Spatial Development Concept 2030” (“Koncepcja przestrzennego zagospodarowania kraju 2030”), adopted by the Council of Ministers on 13 December 2011. It reads: “The need to minimise effects of extreme calamities, such as floods and droughts, requires (...) spatial planning to  include measures intended to  increase water retention up to 15% of average annual runoff. Such measures will consist of building large and small retention reservoirs. (…) Regional and local spatial planning documents will also optimise the use of hydropower generating structures, while taking into account the needs of local communities and requirements to maintain good water quality”.

2. Polish energy demand Pursuant to  the Notice of the Minister of Economy from 15 November 20111 “The analysis of quantitative targets and obtained results in the field of electricity generation from renewable energy sources”, global electricity production in Poland as of 2010 reached 156,089 GWh, including 10,895 GWh from renewable sources, which constituted 6.98% of global electricity production in Poland. The structure of the Polish electricity generation system based on renewable sources in 2010 is shown in Tab. 1. In 2011, global electricity production in our country reached approx. 163 TWh. Considering the prospects by the year 2030 (Fig. 1), the Polish demand for energy will have steadily increased.

Monitor Polski [Official Gazette of the Government of the Republic of Poland] 2011, No. 110, pos. 1112.

38


J. Kosiński, W. Zdulski | Acta Energetica 2/15 (2013) | 38–47

Energy source

Participation Share in the geneEnergy in global ration of energy production production from renewable [GWh/year] [%] sources

Total installed capacity [MW]

biomass power plants

3.708

53.18

5788

126.0

hydroelectric power stations

1.871

26.84

2922

554.4

wind farms

1.160

16.63

1822

1180.3

biogas power plants

0.233

3.34

363

82.9

6.98

100

10895

1943.6

Total

Tab. 1. The structure of electricity generation in Poland as of 2010

Fig. 1. The prospects for Polish energy demand (TWh), source: A. Droździel – “Polish blackout 2020: the report” (“Raport: Za 12 lat w Polsce zabraknie prądu”), on the basis of data provided by the Ministry of Economy

In view of the foregoing legal conditions and prospects, assuming that electrical energy production meets demand, Polish energy demand in 2020 would have reached 204.5 TWh, of which 15%, that is to say 30.675 TWh, should come from renewable sources.

3. The Vistula River as a potential source of renewable energy Poland is a  lowland country where the hydropower potential of the rivers is comparatively small. This stems from the climate characterised by low and unevenly distributed precipitation. The average annual precipitation, at most, reaches approx. 600 mm, which places our state third from last in Europe. According to the definition of the term, ’water resources’ means a collected volume of water ready for future use in a particular area. In theory, the volume of water per person in Poland, 1580  m3, is three times lower than the European average and 4.5  times lower than the world average. In practice, Poland’s level of water resources during the dry season reaches, at most, approx. 250 m3/year/person. Such a  low ratio clearly demonstrates that water retention is indispensable. It is noteworthy that a level of access to water lower than 1500 m3/year/person is commonly considered to be insufficient, thereby causing serious issues in the water resources management sector. According to  calculations performed in the 1960s, based on the methodology of the World Energy Council, the theoretical

generation capacity of Polish rivers is estimated at 23 TWh/year. Unfortunately, this potential cannot always be exploited technically. On the authority of Alfons Hoffmann, Marian Hoffmann and Jerzy Tymiński, there does exist the opportunity for the use of this potential in the order of 12–14 TWh/year. Even these calculations can be viewed as theoretical; in multiple cases, the expenditures involved in exploitation outweigh the expected benefits. The economically justified potential is estimated at approx. 8–8.5 TWh/year, depending on the source. However, it is unevenly distributed in the state. Around 80% is held by the Vistula (Wisła), of which 52% – by the lower reaches, 7% – by the upper reaches and 22% – by the middle reaches. With the above in mind, it might seem that the capacity of hydroplants in 2010, 2.922 TWh (Tab. 1), realised around 36% of this potential. The year 2010 proved to be beneficial for hydropower generation (high precipitation) and hence the estimated potential does not apply to it, as it refers to an average year. According to  various calculations, only a  small proportion of the rivers’ potential is used for the purpose of energy generation. Specialists from the European Center for Renewable Energy emphasise that Poland uses only 11% of its watercourses’ gravitational potential, which places us last in Europe. By way of contrast, Germany uses 80%, Norway – 84%, France – almost 100%. Hence, it follows that our country still has substantial reserves of unused hydropower, the main carrier of which is the Vistula River (Wisła). According to  various calculations, this watercourse holds economically justified potential in the order of 6.5 TWh/year, that is 80% of the entire hydropower potential of the Polish rivers. The estimates mentioned above indicate that the Vistula (Wisła) can, even should, be used for the purpose of energy generation to  a  much greater degree than it is at the moment. However, taking advantage of its characteristics requires the construction of additional barrages. In the light of the existing hydrological conditions, it is recommended that new reservoirs be created. Regrettably, the infrastructure hitherto built is disorganised. Multiple investments were justified only by local, often urgent, economic needs. In 1955, the first hydroplant on the upper Vistula (górna Wisła), at Przewóz, was put into service. It derived from the necessity of supplying water to  Nowa Huta, under construction at that time. In 1961 another hydroplant became operational, in Skawina, at the point of heated water discharge from the Skawina thermal power plant, which uses the damming potential of the barrage in Łączany. The third hydroplant on the Vistula (Wisła) was built in Kraków-Dąbie, owing to  the severe erosion of the river bottom. This phenomenon threatened the stability of Kraków’s bridges. Simultaneously, work on the realisation of three additional structures was in full swing. The list of these included the following barrages of the Upper Vistula Cascade (Kaskada Górnej Wisły): Dwory, Smolice and Kościuszko. Their construction would conclude a  section of the waterway connecting Silesia (Śląsk) to  Nowa Huta. At the beginning, the barrages were not to  be accompanied by any hydroplants; however, even these, and the one in Łączany, have recently been exploited for the purpose of energy generation. It is estimated that the existing barrages on the upper Vistula (górna Wisła) have a total capacity of 75 GWh/year. 39


J. Kosiński, W. Zdulski | Acta Energetica 2/15 (2013) | 38–47

40

Item no.

Cross-section

km along the river

Head

Installed power

Mean annual generation

[–]

[–]

[–]

[km]

[m]

[MW]

[GWh/ year]

Middle Vistula Cascade (Kaskada Środkowej Wisły)

Upper Vistula Cascade (Kaskada Górnej Wisły)

Vistula (Wisła) section

Lower Vistula Cascade (Kaskada Dolnej Wisły)

As mentioned before, the building of additional reservoirs is recommended. “The Spatial Development Concept 2030” is explicit about it. Therefore, when the opportunity presents itself, it should be our priority to  build reservoirs with the highest possible volume, which necessitates that we thoroughly examine the Vistula (Wisła) in the context of its hydrological, energy production and economic importance. It also necessitates that we  develop solutions to  optimally exploit the potential of this queen among our rivers. Conceptual work on the management of the Vistula (Wisła) has been conducted from the very beginning of the 20th century. As early as 1912, Eng. Tadeusz Tillinger suggested the creation of the middle and lower Vistula (środkowa Wisła, dolna Wisła) infrastructures. However, his plan was received sceptically. In 1941, Prof. Hansen from Gdańsk University of Technology suggested the creation of 14 barrages (with heads between 10 and 15 m) on section of the Vistula (Wisła) from Kraków to the sea. Another study focused only on the middle Vistula (środkowa Wisła), across which 18 barrages, with damming height between 2.44 and 4.60 m, and total energy production capacity of 1513 GWh/ year, were to be built. Eng. Münch from Munich conducted yet another research project on behalf of the General Governorate (Generalne Gubernatorstwo). On that occasion, the research included the hydraulic infrastructure of the upper Vistula (górna Wisła), Dunajec, Wisłoka and San. Be that as it may, it was Tadeusz Tillinger who, for the first time, in 1945, presented a comprehensive basin management plan on the pages of “Transport Overview” (“Przegląd Komunikacyjny”). The main parameters of his concept are shown in Tab. 2. According to the principles of hydrography, the Vistula (Wisła) is divided into three sections: the upper reaches – from its sources to the mouth of the River San, at the 280th km along the riverbed, the middle reaches – from the mouth of the San to the mouth of the Narew, at the 551st km along the riverbed, and the lower reaches – from the mouth of the Narew to the Baltic Sea (Morze Bałtyckie), at the 941st km along the riverbed. On the upper Vistula (górna Wisła), Tillinger planned a cascade of 14 barrages with heads between 3.5 and 6.4 m. In total, the upper Vistula Cascade (Kaskada Górnej Wisły) would generate 84.7 MW of power. On average, it would produce 374.2 GWh/year. In the middle section, 270.8 km in length, it was planned to build an infrastructure of 16 barrages (with heads between 3.2 and 6.6 m). In total, the middle Vistula Cascade (Kaskada Środkowej Wisły) would generate 356.0 MW. On average, it would produce in the order of 1567.2 GWh/year. Lastly, the lower section, 390.8 km in length was planned to have the infrastructure of 12 barrages (with the heads between 4.0 and 9.0 m) built. In total, the Lower Vistula Cascade (Kaskada Dolnej Wisły, LVC) would generate 740 MW. On average, it would produce 3273.2 GWh/year. According to Tillinger, across the Vistula (Wisła) there would be 42 new barrages with installed power of 1.18 GW and total production in an average year on the level of 5.2 TWh. It should be clarified that, in the light of the current body of technical knowledge, all the values mentioned above are underestimated, which stems from the fact that Tillinger based his calculations on an installed discharge of twice the average discharge of the river current.

Total

1

Dwory

5

4.3

2.4

10.6

2

Okleśna

31

6.4

5.0

22.6

3

Kraków

82

3.5

2.4

10.8

4

Brzegi

92

3.5

2.4

11.0

5

Niepołomice

102

3.6

2.6

12.0

6

Witów

145

4.0

3.6

16.5

7

Karsy

169

4.0

8.0

36.2

8

Pawłów

181

3.5

6.8

29.9

9

Szczucin

196

3.5

7.0

30.6

10

Otałęż

209

3.5

7.2

31.7

11

Połaniec

221

3.9

8.2

35.7

12

Osiek

236

3.9

9.0

39.4

13

Machów

250

3.8

9.5

41.3

14

Koćmierzów

263

4.0

10.6

45.9

15

Chwałowice

284

5.0

21.0

94.7

16

Popów

308

6.6

32.0

141.5

17

Józefów

322

4.0

16.0

69.7

18

Jarentowice

341

4.4

19.0

83.0

19

Nasiłów

362

4.8

22.0

95.0

20

Gołąb

386

5.5

26.0

117.5

21

Staszów

405

4.7

23.0

103.0

22

Świerże

423

4.6

23.0

100.0

23

Magnuszew

439

3.8

18.0

79.2

24

Mniszew

452

3.2

14.0

59.8

25

Konary

463

3.4

17.0

70.7

26

Góra Kalwaria

476

4.0

22.0

95.6

27

Świder

490

4.0

22.0

95.8

28

Siekierki

508

4.6

27.0

119.7

29

Buraków

525

4.6

27.0

121.0

30

Cząstków

546

4.6

27.0

121.0

31

Wyszogród

582

7.0

72.0

316.0

32

Zakrzewo

602

4.8

44.0

193.7

33

Płock

629

4.8

45.0

197.0

34

Włocławek

679

9.0

100.0

446.0

35

Nieszawa

707

5.5

55.0

244.0

36

Toruń

734

4.6

45.0

198.0

37

Solec Kujawski

765

6.6

75.0

331.0

38

Zławieś

785

4.0

36.0

165.5

39

Świecie

812

4.6

46.0

202.0

40

Grudziądz

841

6.8

80.0

350.0

41

Gniew

878

6.8

80.0

355.0

42

Pałczewo

920

5.6

62.0

275.0

Upper Vistula Cascade (Kaskada Górnej Wisły)

55.4

84.7

374.2

Middle Vistula Cascade (Kaskada Środkowej Wisły)

66.8

356.0

1567.2

Lower Vistula Cascade (Kaskada Dolnej Wisły)

70.1

740.0

3273.2

192.3

1180.7

5214.6

Entire Vistula (Wisła)

Tab 2. Cascades of the Vistula according to Eng. Tadeusz Tillinger (1945)


J. Kosiński, W. Zdulski | Acta Energetica 2/15 (2013) | 38–47

Nowadays, calculations are based on higher values. With successive analyses related to the management of the river’s potential for energy generation, the concepts for infrastructure along the Vistula (Wisła) underwent various changes. Each analysis sought effective solutions and compromises between the expected results and the original conditions arising from the location of the particular structures. One of the concepts is shown in Fig. 2. In the middle of the 20th century, further variations of the cascades saw the light of day. For the most part, they were developed by Power Engineering Study and Design Companies (Biuro

Fig. 3. The longitudinal profile of the Vistula Cascade, source: Wisła. Monografia rzeki, multiple authors under the supervision of A. Piskozuba, Warszawa 1982

Item no.

Cross-section

km along the river

Head

Installed power

Mean annual generation

[–]

[–]

[–]

[km]

[m]

[MW]

[GWh/rok]

1

Wyszogród

586.00

8.0

174

483

2

Płock

626.00

6.7

126

407

3

Włocławek

674.85

8.9

160.2

646

4

Ciechocinek

711.00

8.5

162

483

5

Solec Kujawski

757.80

7.5

145

413

6

Chełmno

801.75

8.0

159

440

7

Opalenie

864.00

10.0

206

720

8

Tczew

904.65

12.0

206

561

69.6

1338.2

4153

Lower Vistula Cascade (Kaskada Dolnej Wisły)

Vistula (Wisła) section

Lower Vistula Cascade (Kaskada Dolnej Wisły)

Fig. 2. The concepts for hydraulic infrastructure along the Vistula until 2000, source: Wisła. Monografia rzeki, multiple authors under the supervision of A. Piskozuba, Warszawa 1982

Studiów i  Projektów Energetycznych – BSiPE) Energoprojekt and Central Water Engineering Study and Design Companies (Centralne Biuro Studiów i Projektów Budownictwa Wodnego – CBS i PBW) Hydroprojekt. They were used by the Committee on Water Resources Management of the Polish Academy of Sciences (Komitet Gospodarki Wodnej Polskiej Akademii Nauk) to plan the management of the country’s water resources. The last, and the best developed, concept for the management of the lower reaches, was referred to as the Lower Vistula Cascade (Kaskada Dolnej Wisły, LVC). The main energy parameters of the barrages along this cascade are shown in Tab. 3. This cascade was to include eight barrages with heads between 6.7 and 12 m and power between 126 and 206 MW. On average, it would produce 413–720 GWh/year. The main parameters of

2

Tab. 3. Lower Vistula Cascade, source: Energoprojekt research (1990)2

its barrages are shown in Tab. 3. On account of the fact that the cascade holds approx. 65% of the Vistula (Wisła) hydropower potential and approx. 52% of economic hydropower resources in Poland, it has fundamental importance as far as energy production is concerned. Accordingly, the construction of the Włocławek Barrage began in 1962. It would be the first such structure across the lower reaches. In 1976, the management of the newly-established Department of Power Generation and Nuclear Energy (resort energetyki i  energii atomowej) set the state hydropower industry a  goal to establish base load and peak power in the system. In 1977, this led the department to propose to the government that the entire cascade of hydroplants be built on the lower Vistula (dolna Wisła) as soon as possible. On June 16th 1978, during the 12th Plenary Session of the Central Committee of the Polish United Workers’

In the literature of the subject, one can read that the barrage Włocławek produces 720–750 GWh/year. It should be remembered, however, that this value refers to the production without the support of a lower barrage, which increases the fall. Another barrage under this structure will raise the tailwater level and, in turn, lead to the decline in the production in Włocławek. From the economic aspect, it is disadvantageous, from the technical aspect – absolutely necessary, among others, due to the cavitation on the turbine runners.

41


J. Kosiński, W. Zdulski | Acta Energetica 2/15 (2013) | 38–47

Party (Plenum Komitetu Centralnego Polskiej Zjednoczonej Partii Robotniczej – PZPR), an important resolution was passed to support the development of the hydropower industry through the comprehensive management of the River Vistula (Wisła). By virtue of decision no. 25 (16 February 1979) of the Government Presidium (Prezydium Rządu) on the development of the hydropower industry until 1990, the Lower Vistula Cascade (Kaskada Dolnej Wisły, LVC) was delegated to  the Department of Power Generation and Nuclear Energy. On 1 April 1979, a company was set: Hydroplants of the Lower Vistula Cascade Under Construction (zakład Elektrownie Wodne Kaskady Dolnej Wisły w  budowie). The company even started work on the second barrage. After Włocławek, it was time for Ciechocinek, which was scheduled for commissioning for 1988. Lastly, having completed the Lower Cascade, the national system would be strengthened by eight hydroplants with total installed power capacity in the order of 1340 MW and mean annual generation of 4150 GWh. In contrast, according to the latest concepts and calculations, the infrastructure along the entire Vistula (Wisła) should allow the production of 2 GW, with mean annual generation in the order of 6.4 TWh. The distribution of the values at the particular sections is shown in Tab. 4.

Vistula (Wisła) section Upper Vistula Cascade (Kaskada Górnej Wisły) Middle Vistula Cascade (Kaskada Środkowej Wisły)

N [MW]

A [GWh]

155

560

554

1746

Lower Vistula Cascade (Kaskada Dolnej Wisły)

1338.2

4153

Vistula (Wisła) – total

2047.2

6459

carrying on with the development of this infrastructure along the Vistula (Wisła), thereby meeting only a part of the Polish demand for energy? Below, the list of reasonable arguments: Argument No. 1. The construction of additional barrages is a huge expense and Poland could possibly not afford to build the cascade along the entire river course in a short period of time. On the other hand, it is necessary to keep in mind that these investments will pay back very quickly, but they have to be staggered over a period of time. Only then can the entire cascade be built with minimal effort. The barrage in Włocławek, in operation for 42 years, proves this definitively. Here, the electricity produced over the first six years recouped all the state outlays on the completion of this barrage (hydroplant, weir, dam and sluice). Contemporary estimates prove this point as well. Taking into account the current level of production in Włocławek (without the support of another barrage) nearing 750 GWh/year and the energy price in accordance with the draft law on renewable energy nearing PLN 600/MWh, the annual production value is bound to reach PLN 450 million. Further, taking into account the cost of a  new barrage across the Vistula (Wisła), ca. PLN 2.5–3 billion, the investments will be returned in 5.5 to 6.6 years. This means that the revenues yielded by the Włocławek hydroplant alone could help to  finance seven additional barrages. In this manner, we would already have the whole of the Lower Vistula Cascade (Kaskada Dolnej Wisły, LVC) today. As the work progresses, state revenues will increase and might be later used to finance e.g. other barrages. The revenues after the completion of successive barrages within the framework of the Lower Vistula Cascade (Kaskada Dolnej Wisły) are shown in the chart (Fig. 4).

Tab. 4. Hydropower potential of the Vistula

These plans, however, were not fully implemented due to  the economic crisis in the‚ 1980s, also due to aggressive campaigns of pseudoenvironmentalists, whom no government was able, or wanted, to defy. The Natura 2000 Network, in which almost the entire river valley had been included, only made the situation go from bad to worse.

4. Is the Vistula River an asset to P   olish energy security? According to  the calculations presented above, the energy potential of the Vistula (Wisła) reaches approx. 6.4 TWh/year (including mean production in Włocławek of 646 GWh/year). As of 2011, the energy demand in our state was ca. 163 TWh. This means that the whole economically justified potential, in comparison to the predicted needs for the year 2020, constitutes slightly more than 3% and slightly more than 20% in the context of renewable energy sources. The question inevitably raised: is it worth

3

Fig. 4. The revenues from energy production after the completion of the next barrage on the lower Vistula

This chart was based on the premise that the unit price of energy remains at PLN 600/MWh, in accordance with the OZE draft law3. As one can easily read in the chart, having completed the Lower

Before the next barrage is put into service, the mean production in Włocławek amounts to 750 GWh/year. Having completed the structure in Ciechocinek, this value will drop to 646 GWh/year, in consequence of the lowered head/increased tail water level.

42


J. Kosiński, W. Zdulski | Acta Energetica 2/15 (2013) | 38–47

Vistula Cascade (Kaskada Dolnej Wisły, LVC), the sum total of revenues from the sale of energy will reach ca. PLN 2.6 billion/year. Assuming that the construction of every single barrage across the lower reaches costs ca. PLN 3 billion and the investments are staggered over a period of time, estimating the duration of the works at five years, the next barrage will require PLN 600 million/ year. If the revenues generated in Włocławek are spent on the funding of a new structure, given that the price remains at PLN 600/MWh (in accordance with the OZE draft law), this amount will decrease to ca. PLN 150 million/year (the outlays under discussion, called the external outlays, are drawn from beyond the energy sector). After five years, when the Ciechocinek barrage is put into service, the total power generation at both structures will bring in revenues in the order of PLN 750 million, which allows for further self-financing of the investments in successive barrages along the Lower Vistula Cascade (Kaskada Dolnej Wisły, LVC). Simultaneously, it will recoup the external outlays on Ciechocinek. The total return on these will have taken place after five years, at the commissioning of the next barrage (Solec Kujawski). From this moment on, as the work progresses, until the very end of it, the state revenues will have increased to ca. PLN 2.6 billion/year. The mechanism in question is shown in the chart (Fig. 5).

Fig. 5. The growth of revenues and costs within the period of the construction of the Lower Vistula Cascade

In the chart: the red line – the total revenues from the sale of electricity since the beginning of the construction of the next barrage (Ciechocinek); the blue line – the total costs of the investments in the cascade, staggered over a period of time; the green line – the revenues with costs of construction deducted. As one can easily see, the return of the external costs of the second barrage will have taken place in five years from the structure in Ciechocinek becoming operational. Not only will another stage of the project finance itself, but it will also bring in revenues, which might be spent on, amongst other things, the advancement of hydraulic infrastructure along the Vistula (Wisła). Regrettably, thus far, neither our government, nor our politicians have taken an active interest in this extraordinarily profitable investment. For more than 40 years, the river’s potential has been

completely wasted, as the consecutive governments of the Polish Republic, irrespective of who comes to power, do not enter into the debate. On this account, the financial resources to construct hydropower installations and the potential benefits go down the Baltic drain. Can Poland afford such a waste? Argument No. 2. As opposed to  other sources, hydropower is cheap, reliable, inexhaustible and eco-friendly. These terms simply do  not apply to  the traditional methods for producing energy. The hydraulic structures on the Vistula River (Wisła) will serve our country for a very long time, as the “fuel” – in this instance – is not only self-renewing but also supplied by the forces of nature themselves. Be that as it may, hydro energy is not free of charge. While fossil-fuel energy pollutes the environment with CO2, CO, NOx, SOx and In, as well as with other waste such as slag and flue ash, hydropower is produced from renewable sources, thanks to which we can save fossil fuels for future generations (the principle of rational use of the environment). The efficient transformation of primary energy into electricity in hydroplants reaches, even exceeds, 90%, whereas in thermal plants it is barely 40% (with cogeneration – 60%). Hydropower requires neither the transport of fuels, nor the removal of waste (slag and flue ash). It does not pollute the environment (emissions from transport). Not counting the investment costs and additional benefits (e.g. flood safety – areal floods, snow melt floods, jam floods and frazil ice floods, water retention, economic growth, international waterways), an energy unit from fossil fuels is much more expensive than its counterpart produced “from water,” due to the prices of fossil fuels and costs of their transport, also due to the environmental costs (among others, emissions, waste, sewage, etc.). These features strongly indicate that hydropower generation offers more benefits than fossil-fuel-based power generation. Therefore, it is necessary, to the extent reasonably possible, that we pursue the former rather than the latter. An important characteristic of hydropower generation is its continuous availability. If the demand exists, it can be used to regulate the National Power System (Krajowy System Elektroenergetyczny – KSE). As for fossil-fuel generation, instead of keeping its capacity at standby (known as spinning reserve), which causes significant losses in terms of the environment and raw materials, it is much more beneficial to exploit the potential of hydroplants. When it comes to the juxtaposition of the energy from water and the energy from the wind, it is apparent that there is a great deal of common ground between both these sources, e.g. the “free-of-charge fuel” and the “free-of-charge transport” of the fuel. However, the main disadvantage of wind power generation is it is unpredictable (a lull in the wind). This feature means that the installed powers in wind farms need doubling by virtue of: other wind farms, certain energy sources, e.g. by hydro or fossil-fuel power, etc., an obvious conclusion drawn on the basis of the data on the energy generated from 1 MW of installed power. From 1 MW in the hydropower sector, it is possible to generate 5270 MWh/year, whereas only 1540 MWh/year (three, four times less) can be generated in the wind energy sector. Unlike hydropower infrastructure, wind power infrastructure litters the landscape. 43


J. Kosiński, W. Zdulski | Acta Energetica 2/15 (2013) | 38–47

Hydropower, through the creation of reservoirs, shapes the landscape, thereby enriching it with beautiful views and providing opportunities for sports and recreation. By the same token, even if juxtaposed with biomass-fired power generation (or other biochemistry-related generation), it still compares more favourably. Although biomass-fired power generation is not involved in the CO2 emission balance, renewable as this fuel is (by way of contrast, hydropower is self-renewable), it requires investing considerable effort in the production of the biomass, its collection from farms and transport to  the generation sites. Taking this into account, the CO2 emission balance shifts to  include biomass-fired power generation after all. The significant interference in the environment is yet another main disadvantage. It necessitates the creation of sufficient acreage of energy crops, thus polluting the environment (water and soil) owing to  the use of chemical fertilizers. Most importantly, it demands considerable water supply for the fast growth of these plants. In view of the extremely limited water resources in Poland, the disadvantages mentioned above, especially the last one, tip the odds in favour of hydropower generation rather than biomass-fired power generation. On the national scale, with current technological know-how, even solar power engineering cannot compete with hydropower engineering. This stems from the fact that solar energy can be produced only in the daytime, the intensity of irradiation in Poland is relatively low, the density of energy per area unit is also low, and – most of all – the costs of solar installations are very high. As with wind power generation and unlike coal, water and biomass powers, solar energy cannot be stored in large quantities. Argument No. 3. If the role of hydroplants in the National Power System is to  be maintained, they should have high installed power, which requires that we  take into account the highest possible heads and the mass transfer system. This large hydropower cascade on the Vistula (Wisła) will begin from the plant in Korczyn and end at the plant in Piekło near Tczew (25 barrages with installed power of 2000–2100 MW and mean annual generation between 6.1 and 6.4 TWh). From the regulatory aspect of the National Power System, its strength is that the cascade in question will allow the hydroplants to operate within a mass transfer system, thereby creating, in a  way, one huge pumped storage power plant, useful in case of an emergency. Regardless of the above, the hydroplants of this cascade, on account of their operating parameters and generating capacities, will offer system services to the National Power System, such as: • automatic frequency and power control – AFPC (automatyczna regulacja częstotliwości i mocy ARCM) • automatic voltage regulation – AVR (automatyczna regulacja napięcia – ARNE) • black start (restoring large power plants to  operation after a blackout) • operation in an isolated network (off-grid). For instance, the existing hydroplant in Włocławek provides a black start service for the PAK (Pątnów – Adamów – Konin) power plant group and the Bełchatów power plant. An increase in the 44

regulatory power, through the construction of successive hydroplants, will allow us to safely manage Polish energy demand. It will also help to generate more black start potential, which – considering the predictions of climate change – becomes a priority. The potential of the hydroplant group along the Vistula River (Wisła) might also be used in off-grid networks, to regulate the voltage and backup power supply for the needs of selected industrial or public utility buildings, e.g. hospitals or chemical plants, for which guaranteed energy-supply is absolutely necessary, as human life often relies on it. Argument No. 4. The infrastructure along the Vistula River (Wisła), in addition to enabling the use of green energy, presents an opportunity for the comprehensive economic growth of our state as well as for the improvement of public safety. The waterway connecting Silesia (Śląsk) and the other industrial centres located along the Vistula (Wisła) with the Baltic Sea (Morze Bałtyckie) will help to manage the flood risk on the banks of the river. It will also help to  supply water to  the agricultural sector (drought prevention), minimise riverbed erosion and the inherent dangers to public safety and environment. In addition, it will create new jobs related to water (tourism, recreation, building maintenance) and to the waterway (harbours, logistics centres, watercraft handling, waterway maintenance and service). A considerable percentage of transport will be transferred from land to water. This will lead to the reduction of emissions. The list is not exhaustive. All of the above is to the benefit of the population, country and environment. Furthermore, the infrastructure at issue, and its “by-product” – the E40 waterway, conforms to the European Agreement on Main Inland Waterways of International Importance AGN, to “Polish Energy Policy until 2030” as well as to the “Spatial Development Concept 2030,” which was already discussed in point 1 of the present article. In conclusion to  this chapter, it should be observed that with respect to  management and use of the river’s potential for energy generation, creation of the international waterway, water retention, flood safety (reduction of flood waves, removal of blockages), decrease in environmental pollutants (emissions from the energy generation and transport sectors), environmental degradation of the river valley due to erosion and economic development, as well as with respect to  a  whole mass of tangible and intangible benefits to  society, environment and economy, the public has a vested interest in the creation of this infrastructure, on which the government of the Polish Republic ought to place a  high priority and which the government should mandatorily and urgently implement.

5. Cardinal sins against the use of the economic capacity of the Vistula As already mentioned before, the plans for energy infrastructure along this river, including the Lower Vistula Cascade (Kaskada Dolnej Wisły), were put on hold owing to the economic crisis in the‚ 1980s and owing to aggressive campaigns of pseudoenvironmentalists, whom no government was able, or wanted, to defy. Not only should this be recognised as a serious mista-


J. Kosiński, W. Zdulski | Acta Energetica 2/15 (2013) | 38–47

ke, which hindered the Polish government in developing our economy or at providing us energy and public security, but it should also be recognised, to say the least, as a violation of the Water Law, Article 2 (1), pursuant to which the holder of the water rights, our Treasury4 in this context, is obliged to manage the available resources to the benefit of the population, economy and environment, particularly in terms of protection against floods and droughts, water supply for the agricultural and industrial sectors, development of tourism, sports and recreation, and opportunities for energy production, transport and fishery on the water5. This negligence on the part of consecutive governments cannot be explained by environmental standards. According to  the Water Law, resource management, based on the principle of mutual interest, is facilitated by the cooperation of the public administration, water users and representatives of local communities, in order to achieve maximum social benefits6. In the light of these provisions, to succumb to the demands of radical environmental organisations, who do not even “act on behalf of the local communities” – on the contrary, they do these communities a disservice – is a sign of the authorities’ weakness, evidence of discrimination against these communities and a blatant violation of the law. After the Natura 2000 (and other similar) provisions entered into force, thus covering the entire valley, under circumstances in which each and every government has succumbed to the pressure of radical environmental organisations (eco-terrorists, as they are colloquially referred to in professional circles), it seems that the development of hydropower infrastructure is unrealistic. However, it will be possible if the provisions are verified and if the government takes responsible steps, in conformity with the public interest. A  group of environmental extremists advocate decommissioning the 42-year old hydroplant in Włocławek. To this end, they want to have the dam dismantled and the reservoir closed. To apply this absurd idea would prevent other barrages from being built. Not counting the huge costs of the process itself (by some estimates, a sum twice or three times higher than the outlays on a new barrage across the Vistula), the dismantling of the barrage and the closing of the reservoir would cause substantial losses to many areas of our economy. The sum at issue could be spent on two or three barrages. Together with the one in Włocławek, they could produce ca. 1.5–2 TWh/year of green energy, worth PLN 1-1.25 billion/year. The very cessation of production in Włocławek, should the plant be decommissioned, will cost us ca. PLN 450 million of green energy (estimated on the basis of the unit price at PLN 600/MWh, by the OZE draft law). It would mean that we  consented to  the excessive wastage of energy from the most beneficial renewable source, that is hydropower. It would also mean that we resigned from major benefits to our economy, society and environment, which the cascade might deliver. Then, let us repeat the question: Can Poland afford such

4 5 6

a waste? And let us ask one more: who will be held accountable for such decisions, contrary to the national interest, or for the failure to take action? In the end, it is worth explaining the motivation of pseudoenvironmentalists. Almost every single business, either state or private, is protested against by these organisations. Different energy sources are not exempt from environmental rallies. Eco-radicals are known to  have demonstrated against fossil power generation (pollution, emissions, mine workings and inevitable change in the hydrographic conditions and in the landscape), hydropower generation, both small and big (degradation of the landscape along the rivers and the rivers themselves, threat to the migration of aquatic and terrestrial organisms), nuclear power generation (threat to society and the environment due to radiation), biomass power generation (threat to the environment, stench, methane explosions) and – as of late – against wind power generation (noise, vibrations, threat to  birds and people). The only one that has not yet been protested against is solar power generation. This could be ascribed to the fact it is almost invisible on the Polish market. Its share in the state energy mix and the issues arising from the increase thereof (among others, usage of land, changes in the landscape) are bound to stir up the eco-warriors. Under these circumstances, it would be necessary to resign from electricity and return to the Dark Ages. The alternative is to face our problems and develop the power generation sector according to the needs of our country, society and through the application of the principle of rational use of the environment.

6. Summary and conclusions 1. The Vistula (Wisła) has significant potential in terms of green energy. It holds 80% of the hydropower potential in Poland. 2. In the light of the possible social, economic and environmental benefits as well as of public safety, the public has a vested interest in the creation of hydropower infrastructure to exploit the river’s economic capacity, on which the government of the Polish Republic ought to place a high priority. 3. Hydropower generation, in comparison to  other sources of energy, is the most beneficial for the environment, for public safety (e.g. flood prevention, energy demand) and for the economic growth of our state. 4. The management of the river’s energy capacity follows the most important strategic documents of Poland and the European Union within the framework of, among others, renewable energy sources, environmental protection (air, water and soil), water retention and the E40 waterway. 5. The regions in the Natura 2000 Network, unfounded demonstrations of environmental extremists, weaknesses of our state and every government’s decisions contrary to the national interest and the Water Law provisions, cause the excessive wastage of both natural energy resources and social/economic/environmental benefits arising from water resource management

Water law, the Act of July 18th 2001, Art. 10 (1). Ibid, Article 1, Par. 1, Pts. from 4 to 7. Ibid, Art. 1 (3).

45


J. Kosiński, W. Zdulski | Acta Energetica 2/15 (2013) | 38–47

(flood safety, environmental protection, jobs, etc.). 6. For the sake of water resource management and the related use of the river’s potential for energy production, it is necessary to verify the provisions of Natura 2000. It is also necessary to reduce the extremists’ influence on the government’s economic decisions. 7. The right approach to hydropower infrastructure on the Vistula (Wisła) will recoup the investments in the second barrage in a short period of time. Similarly, it will allow for the self-financing of further barrages of this cascade, thereby causing state revenues to grow as the work progresses. REFERENCES

1. Brenda Z., Fundacja “Kaskada Dolnej Wisły” (the “Lower Vistula Cascade” Foundation) – realizacja głównych zadań, konferencja: 25 lat eksploatacji stopnia wodnego Włocławek z elektrownią [completion of the main objectives, the conference: 25 years of the Włocławek barrage and hydroplant], Włocławek 1995. 2. Jaśkiewicz J. i in., Sto lat rozwoju energetyki wodnej na ziemiach polskich, oprac. monograficzne, Gru 1997 [Hundred years of the hydropower sector on the Polish lands, a monograph], Dec 1997. 3. Gabryś H.L., Elektroenergetyka w Polsce roku 2012 w świetle bilansu energii za 2011 rok i nie tylko [Electric power industry in Poland as of 2012, in the light of energy balance as of 2011 and not only], the magazine: Energetyka www.energetyka.eu, issue: Mar-Apr 2012. 4. Gajewski R., Potencjał rynkowy biomasy z przeznaczeniem na cele energetyczne [The market potential of biomass for energy purposes], Polska Izba Biomasy (the Polish Chamber of Biomass), 2011. 5. Gostomczyk W., Rola i znaczenie biomasy energetycznej w rozwoju zrównoważonym [The role and importance of biomass fuel in sustainable development], Politechnika Koszalińska (Koszalin University of Technology), 2012. 6. Kosiński J., Ochrona przeciwpowodziowa – co mógłby Włocławek [Flood prevention – the capacity at the disposal of the Włocławek Reservoir], the magazine: Gospodarka Wodna, issue: 11.2012. 7. Kosiński J., Zdulski W., Energetyka wodna – stan obecny, perspektywy rozwoju, ekologia [Hydropower generation – the current status and development prospects, ecology], Zeszyt Naukowy: Cieplne Maszyny Przepływowe, (the Research Journal: Turbomachinery), Politechnika Łódzka (Łódź University of Technology), issue: No. 124, 2003. 8. Kułagowski W., Hydroenergetyka w Polsce – stan obecny, perspektywy rozwoju [Hydropower generation – the current status and development prospects], Towarzystwo Elektrowni Wodnych (the Association of Hydroplants), 2000. 9. Malinowski R., Informacja o warunkach realizacji Kaskady Dolnej Wisły, praca studialna [Information on the implementation conditions of the Lower Vistula Cascade, a study work] Biuro Studiów i Projektów Energetycznych “Energoprojekt” (the Power Engineering Study and Design Company “Energoprojekt”), Warszawa, 1990. 10. Malinowski R., Założenia techniczno-ekonomiczne rozwoju polskiej hydroenergetyki do 2020 roku [Technical and economic assumptions

46

about the Polish hydropower sector], Biuro Studiów i Projektów Energetycznych “Energoprojekt” (the Power Engineering Study and Design Company “Energoprojekt”), Warszawa, 1990. 11. Matuszek W., Odnawialne źródła energii [Renewable energy sources], Elektrownie Szczytowo-Pompowe SA (the joint stock company: Pumped Storage Power Plants SA), the magazine: Elektroenergetyka, issue: No. 1 2005. 12. Miciuła K., Potencjał biomasy na cele energetyczne [The biomass potential for energy purposes], Uniwersytet Szczeciński, (Szczecin University), 2011. 13. Piskozub A. i in., Wisła. Monografia rzeki [The Vistula. The monograph of the river], Wydawnictwo Komunikacji i Łączności (Transport and Communications Publishing House), Warszawa 1982. 14. Zdulski W., 25 lat eksploatacji stopnia wodnego “Włocławek” z elektrownią [25 years of the “Włocławek” barrage and hydroplant], Włocławek 1995. 15. Zdulski W. i in., Elektrownia Wodna we Włocławku, folder [The hydroplant in Włocławek, a folder] the joint stock company: ZE Toruń SA, 1995. 16. Zdulski W. i in., Elektrownia Wodna we Włocławku, folder [The hydroplant in Włocławek, a folder] the limited liability company: Elektrownia Wodna we Włocławku sp. z o.o., 1999. 17. Żółciak T., Gminy chętnie blokują elektrownie wiatrowe [Communes and municipalities willing to block the wind farms], the paper: Dziennik Gazeta Prawna, 10 Jan 2013. 18. Koncepcja przestrzennego zagospodarowania kraju 2030 [The National Spatial Development Concept 2030], Ministerstwo Rozwoju Regionalnego (the Ministry of Regional Development), Warszawa 2012. 19. Polityka energetyczna Polski do 2030 roku [The Polish Energy Policy until 2030], dokument przyjęty przez Radę Ministrów (the Council of Ministers), 10 Nov 2009. 20. Rocznik hydrologiczny wód powierzchniowych, Wisła [Hydrological yearbook of the surface waters, Vistula], IMGW (the Institute of Meteorology and Water Management), Wydawnictwo Geologiczne (the Geological Publishing House), 1982. 21. Kaskada [The Cascade], quarterlies issued under the patronage of the Lower Vistula Cascade Foundation, issues: 1993–1997, 2001. 22. Kaskada Dolnej Wisły – wstępna analiza ekonomiczna – synteza [Preliminary economic analysis of LVC], the Power Engineering Study and Design Company Energoprojekt Warszawa, the limited liability company: Hydroprojekt Warszawa sp. z o.o., Warszawa 1993. 23. Information on the Vistula, lectures at the conference in Nieszawa, Warszawa 1997. 24. The flood prevention scheme in the middle Vistula basin – assumptions and conference materials, Warszawa 2011. 25. Monthly reports on the operation of the National Power System and the balancing market [online], www.pse-operator.pl. 26. Renewable energy sources – chances and costs [online], www.EurActiv.pl. 27. Energia ze źródeł odnawialnych w 2011 roku [Energy from renewable sources in 2011], Główny Urząd Statystyczny (the Central Statistical Office), Warszawa 2012.


J. Kosiński, W. Zdulski | Acta Energetica 2/15 (2013) | 38–47

Jędrzej Kosiński The hydroplant in Włocławek e-mail: jędrzej.kosinski@energa-hydro.pl A graduate of Wrocław University of Technology (1976), a civil engineer specialised in water engineering. From 1979, he worked in the Central Water Engineering Study and Design Company “Hydroprojekt” Włocławek. Subsequently, Mr Kosiński started work in the Provincial Office for Spatial and Regional Planning (Wojewódzkie Biuro Planowania Przestrzennego) in Włocławek (1993–2000). Since 2000, he has been employed in the Włocławek hydroplant as the chief specialist in hydraulic engineering. Recently, as a  technical adviser of the joint stock company ENERGA SA, he has contributed to  the project for a  new barrage on the Vistula (Wisła) below Włocławek. Mr Kosiński has a construction licence in hydraulic engineering. He is an honorary member of the Association for Small Hydropower Development (Towarzystwo Rozwoju Małych Elektrowni Wodnych).

Wacław Zdulski ENERGA Invest SA e-mail: wzdulski@wp.pl A graduate of Łódź University of Technology (1973), an electrical engineer specialised in industrial power engineering. Mr Zdulski embarked on his career in the Chełmża Sugar Factory (Cukrownia Chełmża) (1973–1977). Between 1977 and 1998, he worked in the Toruń Power Distribution Company – the Hydroplant in Włocławek, where he carried out managerial duties. Between 1998 and 2007, he held the position of the chairman of the Hydroplant in Włocławek and subsequently, the position of this company’s adviser. At present, Mr Zdulski is enjoying his retirement. As the second string to his retirement bow, he has been an adviser to ENERGA SA since August 2011, while since November 2012 he has been working as a technical adviser on the construction of the second Vistula (Wisła) barrage Mr Zdulski has a licence in the field of electrical engineering.

47


J. Kosiński, W. Zdulski | Acta Energetica 2/15 (2013) | translation 38–47

This is a supporting translation of the original text published in this issue of “Acta Energetica” on pages 38–47. When referring to the article please refer to the original text. PL

Potencjał hydroenergetyczny Wisły Autorzy

Jędrzej Kosiński Wacław Zdulski

Słowa kluczowe

hydroenergetyka, zabudowa kaskadowa Wisły, potencjał energetyczny Wisły

Streszczenie

Na tle uwarunkowań formalnych produkcji energii elektrycznej w  Polsce omówiono potencjał hydroenergetyczny Wisły. Porównując różne źródła energii, wykazano, że hydroenergetyczna zabudowa całej Wisły oraz towarzyszące jej korzyści społeczne, środowiskowe, gospodarcze i bezpieczeństwo publiczne winny stanowić priorytet dla działań rządu, a ich zaniechanie jest nie tylko sprzeczne z Prawem wodnym, ale również z interesem narodowym.

1. Uwarunkowania prawne w zakresie elektroenergetyki Podczas szczytu Unii Europejskiej w Brukseli w marcu 2007 roku przywódcy państw członkowskich przyjęli zobowiązanie, że do 2020 roku 20% energii produkowanej w UE będzie pochodziło ze źródeł odnawialnych. Ustalono, że dla poszczególnych krajów cel będzie różnicowany w zależności od  sytuacji wyjściowej i  potencjału w zakresie produkcji energii ze źródeł odnawialnych, jak również obecnego poziomu jej wykorzystania oraz struktury wykorzystania paliw w  energetyce. Komisja Europejska zaproponowała także cele obligatoryjne na 2020 rok w zakresie udziału energii odnawialnej w  produkcji energii poszczególnych krajów członkowskich. Dla Polski cel to 15-procentowy udział energii ze źródeł odnawialnych w globalnej produkcji energii. Rozwój wykorzystania odnawialnych źródeł energii jest jednym z  najważniejszych kierunków określonych w  dokumencie – „Polityka energetyczna Polski do 2030 roku”, przyjętym przez Radę Ministrów 10 listopada 2009 roku. To strategia państwa, która zawiera rozwiązania wychodzące naprzeciw najważniejszym wyzwaniom polskiej energetyki, zarówno w perspektywie krótkoterminowej, jak i do 2030 roku. W związku z obowiązkiem pełnej implementacji dyrektywy 2009/28/WE oraz koniecznością optymalizacji aktualnego systemu wsparcia rozwoju odnawialnych źródeł energii (OZE) w  Polsce, w  Ministerstwie Gospodarki przygotowano projekt ustawy o  OZE. Przewiduje ona różne możliwości wsparcia produkcji energii zielonej w zależności od charakteru źródła. Zróżnicowanie wsparcia ma być uzależnione od  trzech czynników: rodzaj źródła, zainstalowana moc, rok oddania do  użytkowania. Im starsze urządzenie, im większe źródło oraz im mniejsze koszty wytwarzania jednostki energii, tym mniejsze będzie wsparcie. Jak podkreśla Ministerstwo Gospodarki, mniejsze wsparcie przewidziano dla technologii, które obecnie wytwarzają ok. 90% energii elektrycznej z  OZE, w  tym dla starych, zamortyzowanych elektrowni wodnych (np. elektrowni we Włocławku). Trzecim ważnym dokumentem w aspekcie rozważań dotyczących energetyki wodnej 1

48

Monitor Polski 2011, nr 110, poz. 1112.

jest „Koncepcja przestrzennego zagospodarowania kraju 2030”, dokument przyjęty został przez Radę Ministrów 13 grudnia  2011 roku. Zapisano tam: „Istniejąca konieczność zminimalizowania skutków ekstremalnych zjawisk, takich jak powodzie i susze, wymaga (…) programowania w planowaniu przestrzennym działań mających na  celu zwiększenie retencji wodnej do 15% średniego odpływu rocznego w drodze realizacji zbiorników dużej i  małej retencji. (…) Zoptymalizowane zostanie także w aktach planowania przestrzennego poziomu regionalnego i lokalnego wykorzystanie obiektów hydrotechnicznych do produkcji energii wodnej przy uwzględnieniu potrzeb lokalnych społeczeństw i wynikających z dążenia do zachowania dobrego stanu wód”. 2. Potrzeby energetyczne Polski Zgodnie z obwieszczeniem ministra gospodarki z  15 listopada 2011 roku1 „Analiza realizacji celów ilościowych i osiągniętych wyników w  zakresie wytwarzania energii elektrycznej w  odnawialnych źródłach energii”, globalna produkcja energii elektrycznej w  Polsce w  2010 roku wynosiła 156 089 GWh, w tym z odnawialnych źródeł 10 895 GWh, co stanowiło 6,98% globalnej produkcji energii elektrycznej w  Polsce. Strukturę produkcji energii elektrycznej z  odnawialnych źródeł za 2010 rok pokazano w tab. 1. W  roku 2011 globalna produkcja energii elektrycznej w Polsce wynosiła ok. 163 TWh. Zgodnie z  prognozą (rys. 1) zapotrzebowanie na energię elektryczną do 2030 roku będzie stale rosło.

Źródło energii

Rys. 1. Prognoza zapotrzebowania na energię elektryczną w Polsce (TWh), źródło: A. Droździel – „Raport: Za 12 lat w Polsce zabraknie prądu”, na podstawie danych z Ministerstwa Gospodarki

W  świetle wyżej opisanych uwarunkowań prawnych i  prognoz, przy założeniu, że produkcja energii elektrycznej odpowiada zapotrzebowaniu, w  2020 roku w  Polsce zapotrzebowanie na energię elektryczną ma wynosić 204,5 TWh, z czego z odnawialnych źródeł energii powinno pochodzić 15%, czyli przynajmniej 30,675 TWh. 3. Wisła – potencjalne źródło energii odnawialnej Polska jest krajem nizinnym, w  którym zasoby hydroenergetyczne rzek są stosunkowo niewielkie. Jest to  wynik uwarunkowań klimatycznych charakteryzujących się niskimi i nierównomiernie rozłożonymi opadami atmosferycznymi. Średni opad roczny wynosi zaledwie ok. 600 mm, co plasuje Polskę pod tym względem na trzecim od końca miejscu w Europie.

Udział Udział w produkcji w produkcji ze źródeł globalnej [%] odnawialnych [%]

Produkcja energii [GWh/rok]

Sumaryczna moc instalowana [MW]

elektrownie na biomasę

3,708

53,18

5788

126,0

elektrownie wodne

1,871

26,84

2922

554,4

elektrownie wiatrowe

1,160

16,63

1822

1180,3

elektrownie na biogaz

0,233

3,34

363

82,9

6,98

100

10895

1943,6

Razem:

Tab. 1. Struktura produkcji energii elektrycznej w Polsce w 2010 roku


J. Kosiński, W. Zdulski | Acta Energetica 2/15 (2013) | translation 38–47

Wyżej przytoczone wielkości wskazują, że Wisła może, a nawet powinna być wykorzystana energetycznie w  znacznie większym stopniu niż ma to  miejsce obecnie. Zastosowanie jej do  celów energetycznych wiąże się z  koniecznością budowy stopni wodnych. W  świetle istniejących uwarunkowań hydrologicznych budowa zbiorników retencyjnych w  Polsce jest

Lp.

Przekrój

km rzeki

Spad

Moc instalow.

Średnia produkcja roczna

[–]

[–]

[–]

[km]

[m]

[MW]

[GWh/rok]

Kaskada Środkowej Wisły

Kaskada Górnej Wisły

Odcinek Wisły

Kaskada Dolnej Wisły

Zgodnie z definicją pojęcie „zasoby wodne” oznacza zgromadzoną ilość wody, możliwą do  wykorzystania w  przyszłości na  określonym obszarze. Teoretycznie w  Polsce na  jedną osobę przypada 1580 m3 wody na  rok, jest to  wskaźnik 3 razy mniejszy od średniej europejskiej i 4,5 razy mniejszy od  przeciętnej dla świata. Realne zasoby wodne Polski w okresach suchych wynoszą zaledwie ok. 250 m3/rok/osobę. Poziom tego wskaźnika jasno dowodzi, jak niezbędne jest retencjonowanie wody. Warto przy tym podkreślić, że  wskaźnik dostępu do  wody niższy od 1500 m3/rok/osobę uważany jest powszechnie za bardzo mały i  wywołuje poważne perturbacje w  gospodarowaniu zasobami wodnymi. Według obliczeń przeprowadzonych w latach 60. XX wieku, opartych na metodyce Światowej Rady Energetyki, teoretyczny potencjał energetyczny polskich rzek szacuje się na  23 TWh/rok. Niestety, jest to  potencjał, który nie zawsze da się technicznie wykorzystać. Według obliczeń Alfonsa i Mariana Hoffmannów oraz Jerzego Tymińskiego, technicznie istnieje możliwość wykorzystania potencjału hydroenergetycznego na poziomie ok. 12–14 TWh/rok. Jednakże również ten potencjał można uznać za teoretyczny, ponieważ w  wielu przypadkach nakłady finansowe, związane z jego wykorzystaniem, są niewspółmierne do  spodziewanych korzyści. Uzasadniony ekonomicznie potencjał energetyczny szacowany jest, zależnie od  źródła, na  ok. 8–8,5 TWh/rok. Potencjał ten jest nierównomiernie rozłożony na  obszarze kraju. Około 80% tego potencjału niesie Wisła, przy czym na  dolnej Wiśle skupia się prawie 52% ekonomicznego potencjału hydroenergetycznego, na  górnej 7%, a na środkowej ok. 22%. W  świetle powyższego mogłoby się wydawać, że  produkcja energii w  elektrowniach wodnych w 2010 roku, w ilości 2,922  TWh (tab. 1), wykorzystywała ok.  36% tego potencjału. Niestety, rok 2010 był rokiem korzystnym dla energetyki wodnej (dużo opadów), natomiast wyliczony potencjał odnosi się do  roku średniego. Według różnych szacunków zaledwie niewielka część potencjału energetycznego rzek jest wykorzystywana do produkcji energii. Eksperci z Europejskiego Centrum Energii Odnawialnej podkreślają, że w Polsce wykorzystuje się zaledwie 11% potencjału grawitacyjnego cieków wodnych, co stawia nas na ostatnim miejscu w Europie, dla porównania Niemcy korzystają z  nich w  80%, Norwegia w  84%, zaś Francja niemal w  100%. Istnieją zatem jeszcze znaczne rezerwy energii wodnej, a jej głównym nośnikiem w  Polsce jest Wisła. Według różnych szacunków posiada ona ekonomicznie uzasadniony potencjał energetyczny rzędu 6,5 TWh/rok, czyli ok. 80% całego hydroenergetycznego potencjału polskich rzek.

Łącznie

1

Dwory

5

4,3

2,4

10,6

2

Okleśna

31

6,4

5,0

22,6

3

Kraków

82

3,5

2,4

10,8

4

Brzegi

92

3,5

2,4

11,0

5

Niepołomice

102

3,6

2,6

12,0

6

Witów

145

4,0

3,6

16,5

7

Karsy

169

4,0

8,0

36,2

8

Pawłów

181

3,5

6,8

29,9

9

Szczucin

196

3,5

7,0

30,6

10

Otałęż

209

3,5

7,2

31,7

11

Połaniec

221

3,9

8,2

35,7

12

Osiek

236

3,9

9,0

39,4

13

Machów

250

3,8

9,5

41,3

14

Koćmierzów

263

4,0

10,6

45,9

15

Chwałowice

284

5,0

21,0

94,7

16

Popów

308

6,6

32,0

141,5

17

Józefów

322

4,0

16,0

69,7

18

Jarentowice

341

4,4

19,0

83,0

19

Nasiłów

362

4,8

22,0

95,0

20

Gołąb

386

5,5

26,0

117,5

21

Staszów

405

4,7

23,0

103,0

22

Świerże

423

4,6

23,0

100,0

23

Magnuszew

439

3,8

18,0

79,2

24

Mniszew

452

3,2

14,0

59,8

25

Konary

463

3,4

17,0

70,7

26

Góra Kalwaria

476

4,0

22,0

95,6

27

Świder

490

4,0

22,0

95,8

28

Siekierki

508

4,6

27,0

119,7

29

Buraków

525

4,6

27,0

121,0

30

Cząstków

546

4,6

27,0

121,0

31

Wyszogród

582

7,0

72,0

316,0

32

Zakrzewo

602

4,8

44,0

193,7

33

Płock

629

4,8

45,0

197,0

34

Włocławek

679

9,0

100,0

446,0

35

Nieszawa

707

5,5

55,0

244,0

36

Toruń

734

4,6

45,0

198,0

37

Solec Kujawski

765

6,6

75,0

331,0

38

Zławieś

785

4,0

36,0

165,5

39

Świecie

812

4,6

46,0

202,0

40

Grudziądz

841

6,8

80,0

350,0

41

Gniew

878

6,8

80,0

355,0

42

Pałczewo

920

5,6

62,0

275,0

Kaskada Górnej Wisły

55,4

84,7

374,2

Kaskada Środkowej Wisły

66,8

356,0

1567,2

70,1

740,0

3273,2

192,3

1180,7

5214,6

Kaskada Dolnej Wisły Cała Wisła

Tab. 2. Koncepcja kaskadyzacji Wisły według inż. Tadeusza Tillingera (1945)

bardzo wskazana. Niestety, dotychczasowa zabudowa energetyczna Wisły była chaotyczna i wynikała jedynie z lokalnych, często nagłych potrzeb gospodarczych.

W 1955 roku oddano pierwszą elektrownię na górnej Wiśle, w miejscowości Przewóz, realizację której wymusiła konieczność dostarczenia wody na potrzeby budowanej

49


J. Kosiński, W. Zdulski | Acta Energetica 2/15 (2013) | translation 38–47

Rys. 2. Koncepcja zabudowy hydrotechnicznej Wisły do 2000 roku, źródło: Wisła. Monografia rzeki, praca zbiorowa pod red. A. Piskozuba, Warszawa 1982

Rys. 3. Profil podłużny kaskady rzeki Wisły, źródło: Wisła. Monografia rzeki, praca zbiorowa pod red. A. Piskozuba, Warszawa 1982

wówczas Nowej Huty. W 1961 roku oddana została do eksploatacji elektrownia wodna w Skawinie, pracująca na zrzucie podgrzanej wody z Elektrowni Cieplnej „Skawina”, która wykorzystuje spiętrzenie wody na stopniu w  Łączanach. Trzecia elektrownia wodna na Wiśle powstała w Krakowie-Dąbiu dzięki zjawisku bardzo silnej erozji dna Wisły, które zagrażało stabilności mostów krakowskich. Jednocześnie prowadzone były intensywne prace przy realizacji trzech stopni Kaskady Górnej Wisły, tj. stopni Dwory, Smolice i  Kościuszko. Prace te miały zakończyć odcinek przyszłej drogi wodnej, łączącej Śląsk z Nową Hutą. Początkowo przy stopniach tych nie planowano budowy elektrowni wodnych, jednak w ostatnich latach również te stopnie, a także stopień Łączany,

50

zostały wykorzystane energetycznie. Łącznie na istniejących stopniach na górnej Wiśle produkuje się obecnie energię rzędu 75 GWh/rok. Jak wspomniano, budowa zbiorników retencyjnych w Polsce jest bardzo wskazana. Mówi się o tym wprost w dokumencie „Koncepcja przestrzennego zagospodarowania kraju 2030”. Stojąc zatem przed alternatywą budowy zbiorników o  różnych pojemnościach, priorytetem winno być uzyskanie jak największej pojemności. To oznacza konieczność kompleksowego spojrzenia na Wisłę w kontekście jej hydrologicznego, energetycznego i gospodarczego znaczenia dla kraju i  opracowanie rozwiązań, które w sposób optymalny zagospodarują potencjał królowej polskich rzek.

Prace koncepcyjne w tym zakresie prowadzone były od  początku XX wieku. Już w 1912 roku inż. Tadeusz Tillinger zaproponował zabudowę Wisły środkowej i dolnej, co zostało jednak przyjęte bardzo sceptycznie. W  1941 roku prof. Hansen z  Politechniki Gdańskiej zaproponował zabudowę Wisły od  Krakowa do  morza 14 stopniami wodnymi o  spadach od  10 do  15  m. Kolejne opracowanie dotyczyło jedynie Wisły środkowej, która miała zostać zabudowana 18 stopniami wodnymi o  piętrzeniach 2,44–4,60 m z  sumaryczną produkcją energii na  poziomie 1513 GWh/rok. Inne opracowanie, wykonane przez inż. Müncha z  Monachium na  zlecenie Generalnego Gubernatorstwa, obejmowało zabudowę hydrotechniczną górnej Wisły, Dunajca, Wisłoki i Sanu. Po raz pierwszy kompleksowe zagospodarowanie Wisły przedstawił w  1945 roku inż. Tadeusz Tillinger na  łamach „Przeglądu Komunikacyjnego”. Główne parametry tej koncepcji pokazano w tab. 2. Zgodnie z  podziałem hydrograficznym Wisła została podzielona na  trzy odcinki: Wisła górna – od  źródeł do  ujścia Sanu w km 279,7. biegu rzeki, Wisła środkowa – od ujścia Sanu do ujścia Narwi w km 550,5. biegu rzeki, Wisła dolna – od ujścia Narwi do  Bałtyku w  km 941,3. rzeki. Na górnej Wiśle Tillinger zaproponował budowę kaskady 14 stopni o  spadach 3,5–6,4 m. Łącznie Kaskada Górnej Wisły dawać miała 84,7 MW mocy i średnią produkcję 374,2 GWh/rok. Środkowy odcinek Wisły o  długości 270,8 km miał zostać zabudowany kaskadą 16 stopni wodnych o spadach 3,2–6,6 m. Łącznie Kaskada Środkowej Wisły miała dawać 356,0 MW mocy i średnią produkcję rzędu 1567,2 GWh/rok. Wreszcie dolny odcinek Wisły o  długości 390,8 km miał zostać zabudowany kaskadą 12 stopni wodnych o  spadach od  4,0 do 9,0 m. Kaskada Dolnej Wisły miała dać łączną moc 740 MW, a jej średnia produkcja energii miała wynosić 3273,2 GWh/rok. Zgodnie z tą koncepcją Wisła miała zostać zabudowana 42 stopniami o łącznej mocy instalowanej 1,18 GW oraz o  łącznej produkcji w  roku średnim na  poziomie 5,2 TWh. Należy tu wyjaśnić, że w świetle dzisiejszego stanu wiedzy technicznej przedstawione w  koncepcji wielkości dotyczące mocy instalowanych i  średniej produkcji są zaniżone. Wynika to z faktu, że do obliczeń Tillinger przyjmował przełyk instalowany w wysokości podwojonego przepływu średniego w  rzece, obecnie przyjmuje się wartości większe. W miarę prowadzonych analiz dotyczących energetycznego zagospodarowania Wisły, w  poszukiwaniu najlepszych rozwiązań i kompromisów pomiędzy spodziewanymi efektami i  uwarunkowaniami, wynikającymi z lokalizacji obiektów, koncepcje zabudowy Wisły ulegały różnym modyfikacjom. Jedna z  koncepcji zaprezentowana została na rys. 2. W  połowie XX w. powstawały kolejne warianty kompleksowej zabudowy kaskadowej Wisły, opracowywane głównie przez BSiPE Energoprojekt i  CBS i  PBW Hydroprojekt (rys. 2), stanowiły one materiały dla Komitetu Gospodarki Wodnej PAN założeń perspektywicznego planu gospodarki wodnej w kraju.


J. Kosiński, W. Zdulski | Acta Energetica 2/15 (2013) | translation 38–47

Lp.

Przekrój

km rzeki

Spad

Moc instalow.

Średnia produkcja roczna

[–]

[–]

[–]

[km]

[m]

[MW]

[GWh/rok]

Kaskada Dolnej Wisły

Odcinek Wisły

1

Wyszogród

586,00

8,0

174

483

2

Płock

626,00

6,7

126

407

3

Włocławek

674,85

8,9

160,2

646

4

Ciechocinek

711,00

8,5

162

483

5

Solec Kujawski

757,80

7,5

145

413

6

Chełmno

801,75

8,0

159

440

7

Opalenie

864,00

10,0

206

720

8

Tczew

904,65

12,0

206

561

69,6

1338,2

4153

Kaskada Dolnej Wisły Tab. 3. Kaskada Dolnej Wisły, źródło: opracowanie Energoprojektu (1990)2

Ostatnią, najlepiej dopracowaną koncepcją była zabudowa dolnego odcinka Wisły, zwana Kaskadą Dolnej Wisły. Główne parametry energetyczne poszczególnych stopni tej kaskady pokazano w tab. 3. Kaskada ta miała się składać z ośmiu stopni o spadach 6,7–12 m o mocach 126–206 MW i  średniej produkcji 413–720 GWh/rok. Podstawowe parametry poszczególnych stopni tej kaskady przedstawiono w  tab. 3. Z energetycznego punktu widzenia kaskada ta ma największe znaczenie, posiada bowiem ok. 65% potencjału energetycznego całej Wisły i  ok. 52% ekonomicznych zasobów hydroenergetycznych Polski. Fakt ten spowodował, że  w  1962 roku przystąpiono do  realizacji stopnia wodnego na Wiśle we Włocławku, pierwszego na odcinku dolnej Wisły. W  roku 1976 kierownictwo powołanego do  życia resortu energetyki i  energii atomowej ukierunkowało rozwój krajowej hydroenergetyki na stworzenie bazy mocy regulacyjnej i szczytowej w systemie. Dało to  asumpt do  wystąpienia tegoż resortu do  rządu w  1977 roku z  propozycją przystąpienia do jak najszybszej realizacji całej kaskady elektrowni wodnych na  dolnej Wiśle. 16 czerwca 1978 roku XII Plenum Komitetu Centralnego PZPR podjęło ważną dla rozwoju hydroenergetyki uchwałę w  sprawie kompleksowego zagospodarowania i wykorzystania Wisły. Na podstawie decyzji nr 25 Prezydium Rządu z  16 lutego 1979 roku, w  sprawie rozwoju energetyki wodnej w  okresie do  1990 roku realizację Kaskady Dolnej Wisły zostało powierzone resortowi energetyki i energii atomowej, a 1 kwietnia 1979 roku został powołany zakład Elektrownie Wodne Kaskady Dolnej Wisły w budowie. Zakład ten przystąpił nawet do  budowy drugiego po Włocławku stopnia wodnego w  Ciechocinku. Ukończenie tego obiektu planowano na  1988 rok. Ostatecznie, po zakończeniu budowy Kaskady Dolnej Wisły, do  krajowego systemu elektroenergetycznego miało zostać włączonych osiem elektrowni wodnych o  sumarycznej mocy ok. 1340 MW i średniej rocznej produkcji rzędu 4150 GWh.

Realizacja zabudowy energetycznej całej Wisły według najnowszych koncepcji i szacunków powinna umożliwić uzyskanie mocy powyżej 2 GW i  średniej rocznej produkcji rzędu 6,4 TWh. Rozkład tych wielkości na  poszczególnych odcinkach rzeki pokazano w tab. 4. Odcinek Wisły

N [MW]

A [GWh]

Kaskada Górnej Wisły

155

560

Kaskada Środkowej Wisły

554

1746

Kaskada Dolnej Wisły

1338,2

4153

Razem Wisła

2047,2

6459

Tab. 4. Potencjał hydroenergetyczny Wisły

Plany te zostały przerwane na skutek kryzysu gospodarczego w  latach 80. XX wieku oraz narastającej histerii pseudoekologów, którym żaden z  późniejszych rządów nie był w stanie lub nie chciał się przeciwstawić. Sprawie energetycznej zabudowy Wisły nie przysłużyło się również zadekretowanie obszarów chronionych Natura 2000, które obejmują dolinę praktycznie całej Wisły. 4. Czy warto energetycznie wykorzystać Wisłę ? We d ł u g w y ż e j pr z e d s t aw i ony c h szacunków potencjał energetyczny Wisły wynosi ok. 6,4 TWh/rok (w  tym średnia produkcja we  Włocławku na  poziomie 646 GWh/rok). W  2011 roku zapotrzebowanie na energię elektryczną kraju wynosiło ok. 163 TWh. Oznacza to, że  cały ekonomicznie uzasadniony potencjał Wisły, w  stosunku do  prognozowanych potrzeb energetycznych w 2020 roku, stanowi nieco ponad 3% i  nieco ponad 20% w  zakresie energii ze  źródeł odnawialnych. Powstaje zatem pytanie, czy warto kontynuować energetyczną zabudowę Wisły, uzyskując zaledwie częściowe pokrycie potrzeb energii? Odpowiedź na  to  pytanie dają następujące argumenty:

Argument 1. Budowa kaskady stopni wodnych na  Wiśle to  olbrzymi wydatek i Polski prawdopodobnie nie stać na to, aby w krótkim czasie zrealizować budowę całej kaskady Wisły. Z  drugiej jednak strony należy uwzględnić fakt, że koszty budowy zwracają się bardzo szybko i że inwestycja może i  powinna być rozłożona w  czasie. Wówczas stosunkowo niewielkim wysiłkiem można by wybudować całą kaskadę Wisły. Dobitnie uzasadnia to  przykład stopnia wodnego we  Włocławku, pracującego od  42  lat. Na przestrzeni zaledwie pierwszych sześciu lat wyprodukowana energia elektryczna na tym stopniu w pełni zwróciła całe nakłady wyłożone przez państwo na  wybudowanie kompletnego stopnia (elektrownia, jaz, zapora, śluza). Fakt ten potwierdzają również dzisiejsze szacunki. Zakładając obecną produkcję energii w  elektrowni we  Włocławku (przy braku podparcia kolejnym stopniem wodnym) na  poziomie 750 GWh/rok i  przyjmując cenę energii zgodnie z projektem nowej ustawy o odnawialnych źródłach energii na  poziomie 600 zł/MWh, wartość rocznej produkcji energii wyniesie 450 mln zł. Przyjmując dalej koszt budowy stopnia wodnego na Wiśle na poziomie 2,5–3,0 mld zł, zwrot nakładów nastąpi po okresie odpowiednio 5,5–6,6 roku. Oznacza to, że  w  czasie funkcjonowania elektrowni we  Włocławku przychody uzyskiwane z produkcji energii elektrycznej jedynie tej jednej elektrowni mogły sfinansować budowę kolejnych siedmiu stopni. W  ten sposób dzisiaj mielibyśmy już całą Kaskadę Dolnej Wisły. W  miarę powstawania kolejnych stopni wodnych dochody państwa będą rosły i  będą mogły sfinansować budowę dalszych stopni lub inne ważne cele. Wielkość przychodów po realizacji kolejnych stopni Kaskady Dolnej Wisły pokazano na wykresie (rys. 4). Wykres ten zbudowany został na bazie założenia, że  cena jednostkowa energii będzie wynosiła, zgodnie z  projektem ustawy o  OZE, 600 zł/MWh3. Jak łatwo odczytać z wykresu, po zakończeniu budowy Kaskady Dolnej Wisły sumaryczne przychody ze sprzedaży energii elektrycznej będą rzędu 2,6 mld zł/rok. Zakładając, że  budowa każdego stopnia wodnego Kaskady Dolnej Wisły będzie kosztowała ok. 3 mld zł i  finansowanie będzie równo rozłożone w  czasie, a  okres budowy będzie wynosił średnio pięć lat, budowa kolejnego stopnia (Ciechocinka) będzie w ymagała zainwestowania 600 mln zł/rok. Przeznaczając przychody ze  sprzedaży energii elektrycznej wyprodukowanej we  Włocławku na  finansowanie nowej budowli, przy cenie energii 600 zł/MWh (zgodnie z projektem ustawy o  OZE), kwota ta zmniejszy się do  ok. 150 mln zł/rok (są to nakłady spoza sektora energetycznego, zwane nakładami zewnętrznymi). Po pięciu latach, gdy zostanie oddany do  eksploatacji stopień w  Ciechocinku, produkcja energii na obu stopniach łącznie przyniesie średnie przychody w roku rzędu

2

W wielu opracowaniach podaje się, że produkcja na stopniu we Włocławku wynosi 720–750 GWh/rok. Należy jednak pamiętać, że jest to produkcja elektrowni we Włocławku przy braku podparcia stopnia Włocławek stopniem położonym poniżej, co oznacza większy spad. Realizacja kolejnego stopnia poniżej Włocławka spowoduje podniesienie poziomu wody dolnej i w efekcie utratę części produkcji we Włocławku. Jest to niekorzystne pod względem efektów ekonomicznych, ale bezwzględnie konieczne ze względów technicznych m.in. z uwagi na wyjście ze strefy pracy turbin w warunkach kawitacyjnych. 3 Przed uruchomieniem kolejnego stopnia średnia produkcja w elektrowni we Włocławku wynosi 750 GWh/rok. Po wybudowaniu stopnia w Ciechocinku produkcja energii spadnie do poziomu 646 GWh/rok na skutek zmniejszenia spadu (podniesienie poziomu wody dolnej).

51


J. Kosiński, W. Zdulski | Acta Energetica 2/15 (2013) | translation 38–47

Rys. 4. Przychody z produkcji energii po wybudowaniu kolejnego stopnia Kaskady Dolnej Wisły

Rys. 5. Narastające przychody i koszty budowy w okresie realizacji Kaskady Dolnej Wisły

750 mln zł, co umożliwi dalsze samofinansowanie się budowy kolejnych stopni Kaskady Dolnej Wisły, a  jednocześnie stopniowy zwrot poniesionych nakładów zewnętrznych na  budowę stopnia w  Ciechocinku. Całkowity zwrot nakładów zewnętrznych powinien nastąpić po pięciu latach, równocześnie z  oddaniem kolejnego stopnia kaskady (Solec Kujawski). Od tego momentu, wraz z  oddawaniem kolejnych stopni, przychody będą sukcesywnie rosły do poziomu 2,6 mld zł/rok po zakończeniu budowy Kaskady Dolnej Wisły. Mechanizm ten przedstawia wykres (rys. 5). Na wykresie linia koloru czerwonego pokazuje łączne przychody ze sprzedaży energii elektrycznej w czasie, od chwili rozpoczęcia budowy kolejnego stopnia (Ciechocinek). Linią koloru niebieskiego pokazano łączne koszty inwestycji kaskady w czasie, natomiast linią koloru zielonego przychody pomniejszone o  koszty budowy kaskady. Łatwo zauważyć, że zwrot kosztów zewnętrznych poniesionych na budowę drugiego stopnia nastąpi już po pięciu latach od  momentu oddania Ciechocinka do  eksploatacji. Dalsza realizacja kaskady będzie nie tylko samofinansująca, ale jednocześnie pozwoli na  generowanie przychodów, które będą mogły być wykorzystane na przyspieszenie energetycznej zabudowy Wisły lub na inne ważne cele państwa. Niestety, do tej pory ani rząd, ani politycy nie są zainteresowani tą wyjątkowo opłacalną

52

inwestycją. Od ponad 40 lat energia Wisły jest prawie w  całości marnotrawiona, a kolejnych rządów RP, niezależnie od opcji politycznej, sprawa ta nie interesuje. W ten sposób środki na budowę kolejnych stopni i  potencjalne dochody państwa „odpływają” do Bałtyku. Czy Polskę stać na takie marnotrawstwo? Argument 2. W  odróżnieniu od  pozostałych źródeł energii, hydroenergetyka stanowi niewyczerpalne, samoodnawialne, duże, tanie w  eksploatacji, ekologicznie czyste i  pewne źródło energii. Nie można jednocześnie wszystkich tych cech przypisać innym źródłom energii dostępnej obecnie na  terenie kraju. Obiekty hydroenergetyczne na Wiśle będą służyć naszemu krajowi bardzo długo i przez cały ten czas „paliwo” do produkcji energii elektrycznej jest nie tylko samoodnawialne, ale również jest dostarczane siłami samej natury. To oznacza, że koszty tego paliwa i jego transportu są zerowe. Porównując hydroenergetykę z energetyką opartą na paliwach kopalnych, ta pierwsza nie zanieczyszcza środowiska emisjami (CO2, CO, NOx, SOx i In.) ani innymi odpadami (żużel, popioły). Wykorzystuje jednocześnie zasoby odnawialne, oszczędzając dla przyszłych pokoleń zasoby kopalne (zasada racjonalnego korzystania ze  środowiska!). Sprawność przemian energii pierwotnej w  energię elektryczną w  elektrowniach

wodnych dochodzi, a nawet przekracza 90%, podczas gdy w  elektrowniach cieplnych dochodzi zaledwie do  ok. 40% (w  kogeneracji z  produkcją ciepła do  60%). Hydroenergetyka nie wymaga transportu paliwa do miejsca przeznaczenia ani wywożenia odpadów (żużli i popiołów), nie generuje też zanieczyszczeń środowiska (emisje związane z transportem). Nie licząc kosztów inwestycji i  nie uwzględniając korzyści dodatkowych, takich jak np. bezpieczeństwo przeciwpowodziowe (powodzie opadowe, roztopowe, zatorowe i  śryżowe), retencja wody, rozwój gospodarczy, międzynarodowa droga wodna, koszt wytworzenia jednostki energii w  energetyce opartej na  paliwach kopalnych jest wielokrotnie wyższy niż analogiczny koszt w  hydroenergetyce, co wynika zarówno z kosztów samego paliwa i jego transportu, jak i kosztów środowiskowych (m.in. emisje, odpady, ścieki itd.). Te cechy jednoznacznie wskazują, że  energetyka wodna jest zdecydowanie korzystniejsza od tej opartej na spalaniu paliw kopalnych, należy zatem, w  miarę możliwości, dążyć do  zamiany tej ostatniej na  energetykę wodną. Jedną z  ważnych cech energetyki wodnej jest jej dyspozycyjność w  czasie, gdy zachodzi konieczność regulacji mocy w krajowej sieci elektroenergetycznej (KSE). W takich przypadkach zamiast utrzymywać w  gotowości ruchowej moce wytwórcze (gorąca rezerwa) i ponosić z tego powodu znaczne straty środowiskowe i surowcowe, zdecydowanie lepiej uruchomić zapasy mocy elektrowni wodnych. Porównując energetykę wodną z wiatrową, można zauważyć wiele podobieństw dotyczących zerowych kosztów paliwa i  jego transportu do elektrowni. Zasadniczą wadą energetyki wiatrowej jest jednak to, że jest ona nieprzewidywalna, co spowodowane jest okresami bezwietrznymi. Ta cecha oznacza, że moce zainstalowane w elektrowniach wiatrowych należy dublować przez inne, pewne źródła energii, np. energetyką wodną czy energetyką opartą na  spalaniu surowców kopalnych itp. Łatwo to stwierdzić na  podstawie produkcji uzyskiwanej z 1 MW mocy zainstalowanej. W energetyce wodnej z  1 MW średnio uzyskuje się ok. 5270 MWh/rok, podczas gdy w wiatrowej zaledwie 1540 MWh/rok, a  zatem prawie 3,4  razy mniej. Energetyka wiatrowa w odróżnieniu od energetyki wodnej wyjątkowo agresywnie zakłóca krajobraz, podczas gdy energetyka wodna, tworząc zbiorniki wodne, krajobraz raczej porządkuje, dając piękne widoki i miejsca do rekreacji, wypoczynku i sportu. Również w porównaniu z energetyką opartą na spalaniu biomasy (lub innych przemianach biochemicznych), pomimo jej znacznego potencjału, energetyka wodna wypada korzystniej. Wprawdzie produkcja energii z biomasy ma zerowy udział w bilansie emisji CO2 do atmosfery i paliwo jest odnawialne – podczas, gdy energetyka wodna ma paliwo samoodnawialne – ale wymaga znacznych nakładów pracy w  celu wyprodukowania biomasy, zebrania z  pól i  dostarczenia do  miejsca wytworzenia energii. Biorąc to  pod uwagę, bilans emisji CO2 energetyki opartej na biomasie nie jest już zerowy. Kolejnymi istotnymi wadami jest znaczna ingerencja w środowisko, co związane jest z  koniecznością stworzenia odpowiednio dużego areału upraw energetycznych,


J. Kosiński, W. Zdulski | Acta Energetica 2/15 (2013) | translation 38–47

zanieczyszczania środowiska (woda i gleby) na skutek nawożenia chemicznego, a przede wszystkim konieczność dostarczenia znacznych ilości wody dla szybkiego wzrostu roślin. Wady te, szczególnie ta ostatnia, w  świetle bardzo ograniczonych zasobów wodnych w Polsce, jednoznacznie przemawiają na korzyść rozwoju energetyki wodnej przed energetyką z biomasy. W  skali potrzeb krajowych, na  obecnym etapie wiedzy i  technologii, elektroenergetyka słoneczna nie stanowi konkurencji dla energetyki wodnej ani dla żadnej innej. Wynika to  zarówno z  faktu jedynie okresowego jej występowania (w  ciągu dnia), stosunkowo niskiego nasłonecznienia w Polsce, małej gęstości energii przypadającej na  jednostkę powierzchni, a  przede wszystkim z powodu bardzo dużych kosztów instalacji do jej pozyskiwania. Podobnie jak energetyka wiatrowa, a w przeciwieństwie do energetyki węglowej, wodnej i z biomasy, nie ma możliwości gromadzenia energii słonecznej w większych ilościach. Argument 3. Jeżeli ma być utrzymana rola elektrowni wodnych w krajowym systemie elektroenergetycznym, powinny one mieć zainstalowane wysokie moce, co wiąże się z możliwie wysokimi spadami oraz możliwością pracy w  systemie przewałowym. Z  punktu widzenia potrzeb regulacyjnych krajowego systemu elektroenergetycznego olbrzymią zaletą wielkiej kaskady hydroenergetycznej na Wiśle – począwszy od elektrowni w Korczynie, aż po elektrownię Piekło, koło Tczewa (25 stopni o sumarycznej mocy 2000–2100 MW i średniej rocznej produkcji 6,1–6,4 TWh) – jest to, że  elektrownie te będą mogły pracować w  systemie pracy przewałowej, stanowiąc niejako jedną wielką elektrownię szczytowo-regulacyjną, wykorzystywaną także w celach interwencyjnych. Niezależnie od  powyższego, elektrownie wodne kaskady Wisły, ze względu na swoje parametry ruchowe oraz moc osiągalną, będą mogły świadczyć usługi systemowe dla krajowego systemu elektroenergetycznego, takie jak: • automatyczną regulację częstotliwości i mocy (ARCM) • automatyczną regulację napięcia (ARNE) • usługę systemową black start (rozruch dużych elektrowni systemowych po black out) • pracę na sieć wydzieloną (praca wyspowa). Dla przykładu, obecnie istniejąca elektrownia wodna we  Włocławku świadczy usługi black start dla elektrowni systemowych PAK oraz Bełchatów. Zwiększenie mocy regulacyjnej przez budowę kolejnych elektrowni wodnych spowoduje zwiększenie bezpieczeństwa krajowego systemu elektroenergetycznego przez zapewnienie pewnych źródeł rozruchowych, co w obliczu prognozy zmian klimatycznych staje się priorytetem. Potencjał zespołu elektrowni wodnych kaskady na Wiśle będzie mógł zostać wykorzystywany również do  pracy wyspowej, regulacji napięcia i  zasilania rezerwowego dla wybranych obiektów przemysłowych czy użyteczności publicznej, np. szpitali czy chemicznych zakładów przemysłowych, dla których pewność zasilania jest bezwzględnie 4 5 6

konieczna, często może bowiem decydować o życiu ludzkim. Argument 4. Energetyczna zabudowa Wisły, oprócz umożliwienia korzystania z czystej ekologicznie energii, stwarza możliwości kompleksowego, gospodarczego rozwoju kraju oraz poprawy bezpieczeństwa publicznego. Powstanie drogi wodnej łączącej Śląsk i inne ośrodki przemysłowe zlokalizowane wzdłuż Wisły z  Bałtykiem, zapewnienie bezpieczeństwa powodziowego obszarów wzdłuż Wisły, zapewnienie wody dla rolnictwa (w tym również zapobieganie suszy), wyeliminowanie erozji koryta Wisły i  związanych z  tym zagrożeń dla bezpieczeństwa publicznego i środowiska, miejsca pracy związane z wodą (turystyka, rekreacja, utrzymanie obiektów) i drogą wodną (porty, centra logistyczne, obsługa taboru pływającego, utrzymanie i obsługa drogi wodnej), przeniesienie znacznej części transportu lądowego na wodny, co wiąże się z ograniczeniem emisji, to tylko niektóre elementy tych możliwości. A wszystko to z korzyścią zarówno dla ludności, dla kraju i dla środowiska. Poza tym zabudowa energetyczna Wisły i  stworzona w  ten sposób droga wodna E40 wpisuje się zarówno w program konwencji AGN, podpisanej przez większość krajów Unii Europejskiej, jak również „Polityki energetycznej Polski do roku 2030” oraz w program „Koncepcji przestrzennego zagospodarowania kraju 2030”, o  czym mowa w  punkcie pierwszym niniejszego artykułu. Podsumowując ten rozdział, należy stwierdzić, że  kaskadowa zabudowa Wisły związana z  zagospodarowaniem jej energetycznego potencjału, powstaniem międzynarodowej drogi wodnej, retencją zasobów wodnych, bezpieczeństwem powodziowym (spłaszczenie fal powodziowych, eliminacja miejsc zatorogennych), ograniczeniem zanieczyszczeń środowiska (emisje pochodzenia energetycznego i  transportowego), wyeliminowaniem degradacji doliny Wisły na skutek erozji, rozwojem gospodarczym i  całym szeregiem innych wymiernych i  niewymiernych korzyści dla społeczeństwa, środowiska i gospodarki kraju, stanowi niezwykle ważny (nadrzędny) interes publiczny, a jako taki winna stanowić priorytet dla rządu RP i być bezwzględnie i pilnie zrealizowana. 5. Grzechy główne przeciw gospodarczemu wykorzystaniu Wisły Jak wspomniano już wcześniej, plany energetycznej zabudowy Wisły, w tym również realizacja Kaskady Dolnej Wisły, przerwane zostały na  skutek kryzysu gospodarczego w  latach 80. XX wieku oraz narastającej propagandy pseudoekologów, którym żaden z dotychczasowych rządów nie był w stanie lub nie chciał się przeciwstawić. Należy to uznać nie tylko za poważny błąd i brak odpowiedzialności za rozwój gospodarki narodowej, bezpieczeństwo energetyczne i  publiczne kraju, ale również za działalność sprzeczną co najmniej z  przepisami Prawa wodnego, które w art. 2 ust.1 nakazują właścicielowi wody, którym jest skarb

państwa4, zarządzanie zasobami wodnymi w  celu: „zaspokajania potrzeb ludności, gospodarki, ochrony wód i  środowiska związanego z  tymi zasobami w  szczególności w zakresie: (…) ochrony przed powodzią i suszą, zapewnienia wody na potrzeby rolnictwa oraz przemysłu, zaspokojenia potrzeb związanych z  turystyką, sportem oraz rekreacją, tworzenia warunków dla energetycznego, transportowego oraz rybackiego wykorzystywania wód”5. Nie można zaniechań kolejnych rządów tłumaczyć dążeniem do  zachowania dobrego stanu środowiska. Zgodnie bowiem z  Prawem wodnym: „Gospodarowanie wodami uwzględnia zasadę wspólnych interesów i  jest realizowane przez współpracę administracji publicznej, użytkowników wód i  przedstawicieli lokalnych społeczności tak, aby uzyskać maksymalne korzyści społeczne”6. W świetle tych przepisów uleganie kolejnych rządów żądaniom skrajnych organizacji ekologicznych, nie stanowiących nawet „przedstawicieli lokalnych społeczności”, a  wręcz działających na niekorzyść tych społeczności, jest wyrazem słabości władz, dyskryminacji tych społeczności i jawnym łamaniem prawa. Po wprowadzeniu w życie przepisów Natura 2000 i  podobnych, które obejmują praktycznie całą dolinę Wisły, w  sytuacji, gdy kolejne rządy ulegają naciskom ze  strony skrajnych organizacji ekologicznych (w kręgach specjalistów potocznie zwanych ekoterrorystami), wydaje się, że  dalsza hydroenergetyczna zabudowa Wisły jest mało realna. Jej realizacja będzie możliwa po zweryfikowaniu przepisów i przy odpowiedzialnych działaniach rządu zgodnych z interesem kraju. W części organizacji ekologicznych, o skrajnych poglądach, lansowany jest m.in. pomysł likwidacji istniejącej od  42 lat elektrowni wodnej we Włocławku, poprzez rozebranie zapory i likwidację zbiornika włocławskiego. Realizacja tego szalonego pomysłu wiązałaby się automatycznie z zaniechaniem budowy kolejnych stopni na  Wiśle. Pomijając olbrzymie koszty likwidacji stopnia (wg różnych szacunków byłby to  wydatek rzędu 2–3-krotnie wyższy od  kosztów budowy nowego stopnia na Wiśle), przyniosłoby to bardzo istotne straty dla gospodarki krajowej w  różnych dziedzinach. Za takie pieniądze można by wybudować 2–3 kolejne stopnie Kaskady Dolnej Wisły, które łącznie z Włocławkiem dawałyby produkcję energii zielonej w  ilości blisko 1,5–2 TWh/rok, o wartości od 1,0 do 1,25 mld zł/rok. Sama rezygnacja z produkcji energii w elektrowni Włocławek oznaczać będzie, że w każdym roku stracimy zieloną energię o  wartości ok. 450 mln zł (szacunek na  podstawie ceny jednostkowej energii na  poziomie 600 zł/MWh, zgodnie z projektem ustawy o OZE). Oznaczałoby to zgodę na olbrzymie marnotrawstwo zarówno najkorzystniejszej dla środowiska energii ze źródeł odnawialnych, jakim jest hydroenergetyka, jak również rezygnację z  olbrzymich korzyści gospodarczych, społecznych i środowiskowych, jakie może przynieść krajowi zabudowa Wisły. Powtórzmy zatem postawione wyżej pytanie: Czy Polskę stać na  takie

Prawo wodne, ustawa z 18 lipca 2001 roku, art. 10 ust.1. Tamże, art. 1 ust. 1, punkty 4–7. Tamże, art. 1 ust. 3.

53


J. Kosiński, W. Zdulski | Acta Energetica 2/15 (2013) | translation 38–47

marnotrawstwo? I postawmy jeszcze jedno pytanie: Kto poniesie odpowiedzialność za takie sprzeczne z  interesem narodowym decyzje lub zaniechanie działań? Na zakończenie warto jeszcze wskazać na cel działania pseudoekologicznych organizacji. Praktycznie każda działalność gospodarcza, podejmowana zarówno przez państwo, jak i  przez podmioty prywatne, jest przez te organizacje oprotestowywana. Dotyczy to również źródeł energii. Do tej pory znane są wystąpienia tych organizacji przeciwko energetyce opartej na  surowcach kopalnych (zanieczyszczenia środowiska, emisje, budowa kopalni i  związana z  tym zmiana stosunków wodnych i krajobrazu), hydroenergetyce, zarówno małej, jak i dużej (zniszczenie rzek, środowiska wzdłuż rzek, zagrożenia dla migracji organizmów wodnych i lądowych), energetyce atomowej (niebezpieczeństwo dla społeczeństwa i środowiska spowodowane promieniowaniem), energetyce z biomasy (zagrożenia dla środowiska, fetor, zagrożenia wybuchem metanu), a  ostatnio również przeciwko energetyce wiatrowej (hałas, wibracje, zagrożenia dla ptaków i dla ludzi). Jedyną nieoprotestowaną do tej pory jest energetyka słoneczna. Fakt ten należy przypisać jedynie temu, że  jest ona do tej pory praktycznie niezauważalna na polskim rynku. Jej znaczący w skali kraju rozwój i związane z tym procesy (m.in. zajętość terenu, zmiany w krajobrazie), niewątpliwie wywoła protesty pseudoekologów. W tej sytuacji należy w ogóle zrezygnować z produkcji energii elektrycznej i cofnąć się w  rozwoju do  czasów średniowiecza albo stawić czoło problemom i rozwijać energetykę zgodnie z potrzebami kraju, jego społeczeństwa i zasadą racjonalnego korzystania ze środowiska. 6. Podsumowanie i wnioski 1. Wisła ma znaczny potencjał energii zielonej i  skupia ok. 80% całego hydroenergetycznego potencjału kraju. 2. Zabudowa Wisły i wykorzystanie jej potencjału gospodarczego – w  świetle możliwych do uzyskania korzyści społecznych, środowiskowych, gospodarczych i bezpieczeństwa publicznego – stanowi nadrzędny interes publiczny, a  jako taka winna być priorytetem dla działań rządu RP. 3. Hydroenergetyka w porównaniu z energetyką na  bazie innych źródeł energii jest źródłem najbardziej korzystnym zarówno dla środowiska, jak i możliwości podniesienia bezpieczeństwa publicznego (np. powodziowego, energetycznego) i rozwoju gospodarczego kraju. 4. Energetyczne zagospodarowanie Wisły jest zgodne z  najważniejszymi dokumentami strategicznymi Polski i  Unii Europejskiej w zakresie m.in. produkcji

54

energii ze źródeł odnawialnych, ochrony środowiska (powietrza, wody, gleb), retencjonowania wody, stworzenia drogi wodnej E40. 5. Obszary chronione Natura 2000, nieuzasadnione protesty organizacji ekologicznych o  skrajnych poglądach, słabość państwa i  sprzeczna z  interesem narodowym oraz przepisami Prawa wodnego działalność kolejnych rządów są przyczyną olbrzymiego marnotrawstwa zarówno energetycznych zasobów naturalnych, jak i  wszystkich potencjalnych korzyści gospodarczych i społecznych związanych z rozwojem gospodarki wodnej (bezpieczeństwo powodziowe, ochrona środowiska, miejsca pracy itd. itp.). 6. Dla rozwoju gospodarki wodnej i związanego z nią energetycznego zagospodarowania Wisły należy skorygować przepisy dotyczące obszarów Natura 2000 oraz ograniczyć wpływ skrajnych organizacji ekologicznych na decyzje gospodarcze. 7. Właściwe podejście do  hydroenergetycznej zabudowy Wisły w krótkim czasie daje możliwość zwrotu kosztów budowy drugiego stopnia na Wiśle oraz samofinansowanie się budowy kolejnych stopni kaskady Wisły, dając przy tym rosnące przychody Państwa w miarę oddawania kolejnych stopni. Bibliografia 1. Brenda Z., Fundacja „Kaskada Dolnej Wisły” – realizacja głównych zadań, konferencja: 25 lat eksploatacji stopnia wodnego Włocławek z  elektrownią, Włocławek 1995. 2. Jaśkiewicz J. i in., Sto lat rozwoju energetyki wodnej na ziemiach polskich, oprac. monograficzne, grudzień 1997. 3. Gabryś H.L., Elektroenergetyka w Polsce roku 2012 w  świetle bilansu energii za 2011 rok i  nie tylko, Energetyka, marzec-kwiecień 2012 [online], www.energetyka.eu. 4. Gajewski R., Potencjał rynkowy biomasy z przeznaczeniem na cele energetyczne, Polska Izba Biomasy, 2011. 5. Gostomczyk W., Rola i znaczenie biomasy energetycznej w  rozwoju zrównoważonym, Politechnika Koszalińska 2012. 6. Kosiński J., Ochrona przeciwpowodziowa – co mógłby Włocławek, Gospodarka Wodna 2012, nr 11. 7. Kosiński J., Zdulski W., Energetyka wodna – stan obecny, perspektywy rozwoju, ekologia, Cieplne Maszyny Przepływowe – Turbomachinery, Zeszyt Naukowy 2003, nr 124, Politechnika Łódzka. 8. Kułagowski W., Hydroenergetyka w Polsce – stan obecny, perspektywy rozwoju, Towarzystwo Elektrowni Wodnych, 2000.

9. Malinowski R., Informacja o warunkach realizacji Kaskady Dolnej Wisły, praca studialna, Biuro Studiów i  Projektów Energetycznych „Energoprojekt” Warszawa, 1990. 10. Malinowski R., Założenia techniczno-ekonomiczne rozwoju polskiej hydroenergetyki do  2020 roku, BSiPE. Energoprojekt w  Warszawie, Warszawa 1990. 11. Matuszek W., Odnawialne źródła energii, Elektrownie Szczytowo-Pompowe SA, Elektroenergetyka 2005, nr 1. 12. Miciuła K., Potencjał biomasy na  cele energetyczne, Uniwersytet Szczeciński, 2011. 13. Piskozub A. i in., Wisła. Monografia rzeki, Wydawnictwo Komunikacji i Łączności, Warszawa 1982. 14. Zdulski W., 25 lat eksploatacji Elektrowni Wodnej Włocławek, konferencja: 25 lat eksploatacji stopnia wodnego „Włocławek” z  elektrownią, Włocławek 1995. 15. Zdulski W. i  in., Elektrownia Wodna we Włocławku, folder, ZE Toruń SA, 1995. 16. Zdulski W. i  in., Elektrownia Wodna we  Włocławku, folder, Elektrownia Wodna we Włocławku sp. z o.o., 1999. 17. Żółciak T., Gminy chętnie blokują elektrownie wiatrowe, Dziennik Gazeta Prawna, 10 stycznia 2013. 18. Koncepcja przestrzennego zagospodarowania kraju 2030, Ministerstwo Rozwoju Regionalnego, Warszawa 2012. 19. Polityka energetyczna Polski do 2030 roku, dokument przyjęty przez Radę Ministrów 10 listopada 2009 roku. 20. Rocznik hydrologiczny wód powierzchniowych, Wisła, IMGW, Wydawnictwo Geologiczne, 1982. 21. Kaskada, kwartalniki wydawane pod egidą Fundacji „Kaskada Dolnej Wisły” z lat 1993–1997, 2001. 22. Kaskada Dolnej Wisły – wstępna analiza ekonomiczna – synteza, BSiPE Energoprojekt Warszawa, Hydroprojekt Warszawa sp. z o.o., Warszawa 1993. 23. Informacja o Wiśle, referaty z konferencji w Nieszawie, Warszawa 1997. 24. Program bezpieczeństwa powodziowego w dorzeczu Wisły Środkowej – założenia, materiały konferencyjne, Warszawa 2011. 25. Miesięczne raporty z  funkcjonowania KSE i rynku bilansującego [online], www. pse-operator.pl. 26. Odnawialne źródła energii – szanse i koszty [online], www.EurActiv.pl. 27. Energia ze  źródeł odnawialnych w 2011 roku, Główny Urząd Statystyczny, Warszawa 2012.


J. Kosiński, W. Zdulski | Acta Energetica 2/15 (2013) | translation 38–47

Jędrzej Kosiński

dr inż. Elektrownia Wodna we Włocławku e-mail: jedrzej.kosinski@energa-hydro.pl Absolwent Politechniki Wrocławskiej (1976). Inżynier budownictwa, specjalność inżynieria wodna. Pracował w Centralnym Biurze Studiów i Projektów Budownictwa Wodnego „Hydroprojekt” we Włocławku (od 1979). Następnie podjął pracę w Wojewódzkim Biurze Planowania Przestrzennego we Włocławku (1993–2000). Od 2000 roku pracuje w elektrowni wodnej we Włocławku na stanowisku głównego specjalisty hydrotechnika. Ostatnio zatrudniony jako doradca techniczny ENERGA SA do spraw budowy nowego stopnia na Wiśle poniżej Włocławka. Posiada uprawnienia budowlane w zakresie budownictwa hydrotechnicznego. Jest członkiem honorowym Towarzystwa Rozwoju Małych Elektrowni Wodnych.

Wacław Zdulski

mgr inż. Energa SA, doradca techniczny ds. budowy II stopnia na Wiśle e-mail: wzdulski@wp.pl Absolwent Politechniki Łódzkiej (1973). Inżynier elektryk, specjalność elektroenergetyka przemysłowa. Pracę zawodową rozpoczął w Cukrowni Chełmża w Chełmży (1973–1977). W latach 1977–1998 pracował w Zakładzie Energetycznym Toruń – Elektrownia Wodna we Włocławku, gdzie pełnił obowiązki kierownicze. W latach 1998–2007 piastował stanowisko prezesa firmy Elektrownia Wodna we Włocławku sp. z o.o., a następnie doradcy zarządu tej spółki. Obecnie na emeryturze. Od sierpnia 2011 roku zatrudniony w ENERGA SA, a od listopada 2012 roku w ENERGA Invest SA jako doradca techniczny do spraw budowy II stopnia na Wiśle. Posiada uprawnienia w zakresie elektrycznym.

55


A. Bolt, P. Jerzyło | Acta Energetica 2/15 (2013) | 56–63

Determinants of inland navigation on the Vistula from Warsaw to Gdańsk Authors Adam Bolt Patrycja Jerzyło

Keywords the Vistula, inland navigation, inland ports, hydrotechnical structure

Abstract Waterborne transport is the cheapest, the safest and the least harmful to the natural environment. Restoring regular waterway cargo transport will require revitalisation of the existing trans-shipment and logistics infrastructure for commercial inland ports and building new. Transport policy makers must remember that waterborne transport is the most ecological type of transport. It produces only 10% of the gases emitted to the atmosphere by equivalent road transport. Its energy intensity constitutes 30% of the energy intensity of road transport. This article addresses the issues related to inland navigation on the lower Vistula, presenting the river as a waterway, along with its quality and general conditions for navigation. It describes the arrangement and condition of water infrastructure, with particular focus on river ports and the inland waterway fleet.

DOI: 10.12736/issn.2300-3022.2013204

1. Introduction The transport system is one of the basic components of every country’s economic infrastructure. The following transport subsystems are crucial for the economy: road, railway, pipeline, sea and inland waterway transport. Harmonious cooperation of those subsystems according to the principles of contemporary logistics permits proper economic development of regions or a country. Despite its good natural and geographic conditions, Poland’s inland navigation is of minor significance in the national transport system. Intensively developing means of bulk transport, representing mostly rail and road transport, have inhibited the development of waterway transport. In European Union countries and in other developed countries, such as the USA, Canada or Russia, inland waterway transport is treated as equal to other types of transport. This is connected with the numerous advantages of inland waterway transport, i.e.: low environmental pollution, low energy intensity, low noise emission, considerable area savings, durability of means of transport and the infrastructure, considerable space for cargo, and small number of collisions and the related costs of rectifying their consequences. Inland waterway transport is the only option for large cargo which needs special means of transport and transport routes, as it does not require traffic for other users to be limited. Inland waterway transport is reliable, it gives the certainty that the cargo will be delivered on time, and it has the biggest reserves and capability of taking some load off road transport. 56

Historically, the waterway transport connecting the industrial south of the country with its centre and with sea ports has been one of the most important factors behind the need to develop the lower Vistula (dolna Wisła).

2. Arrangement and condition of waterway infrastructure The transport infrastructure of every waterway consists of linear features (the transportation route) with such structures as weirs, locks, canals, hydrotechnical fire protection structures, and of point features, i.e. ports and trans-shipment facilities. The dilapidated condition and deterioration of those structures results mostly from lack of maintenance, renovation or modernisation works. This often leads to damage to or destruction of bank reinforcements and flood banks, to river or canal beds filling with silt, damage to locks, their closing mechanisms and drives, and abandonment of river engineering works. Waterborne transport requires three basic technical elements to function: • a waterway of an appropriate class • ports with the necessary capacity • a fleet whose size and shape corresponds to the navigation conditions of the waterway, the technical conditions in ports and the requirements of the cargo. The general condition of a shipping route and the realistic navigation possibilities on the river are as follows:


A. Bolt, P. Jerzyło | Acta Energetica 2/15 (2013) | 56–63

• t he section from Dęblin at river kilometre 390 to Warsaw at kilometre 498 has fragmentary structures; the river channel is branched, with many side branches, sandbars, lateral erosions and other unfavourable morphological forms • the section from river kilometre 498 to 526 is engineered in over 60% (Warsaw city section) • the section from river kilometre 526 to 620 (the town of Płock) is engineered partially or completely near bridges; however, it has numerous sandbars and side branches and the channel is branched • at non-engineered sections, there is intensive lateral erosion, which causes the riverbed to run wild. Hydrotechnical structures used for inland navigation have many other functions. They regulate the course of the river (Fig.  1), contribute to the development of tourism, and help improve the quality of water (for instance the turbines of hydropower plants improve water aeration). Furthermore, water structures prevent desertification and serve as flood protection.

Photo 1. Groynes on the lower Vistula, photo: P. Jerzyło

A. Inland ports Inland ports are the basic elements of transport services, in addition to two other factors in waterway transport: the waterway and the fleet. Inland ports are where inland waterway transport begins or ends, and where cargo is transferred from an overland or sea means of transport to an inland waterway means of transport, from an inland waterway to an overland means of transport or from waterborne to waterborne transport. Gdańsk Port is the crucial sea port for waterway transport on the Vistula (Wisła). Two areas with naturally diversified operational parameters have been identified there: the internal port, situated along the Martwa Wisła river and the port canal, and the Northern Port (Polish: Port Północny), with direct access to the Gulf of Gdańsk. The internal port has a container terminal, a base and terminal for passenger ferries and for ro-ro ships, a base for cars and citrus fruit, a base for the handling of sulphur and other bulk cargo, a base for phosphorite trans-shipment. Other 1 2

wharves, due to the devices and infrastructure installed there, are universal. The Northern Port functions using piers, wharves and trans-shipment platforms situated directly in the Gulf of Gdańsk. This part of the port has specialised bases for trans-shipment of energy raw materials: liquid fuels, coal and liquid gas. Additionally, the Northern Port has a modern Deepwater Container Terminal (DCT). The overall length of wharves in Gdańsk Port is 17,651.92 m (including 6475.40 m of trans-shipment wharves). Of these wharves 15,732.92 m are operational (including 5445.40 m of trans-shipment wharves). Gdańsk Port offers regular transport connections to 14 countries: Argentina, Belgium, Colombia, Denmark, Finland, Germany, Lithuania, Russia, Spain, Sweden, Trinidad and Tobago, the UK, Venezuela. Container feeder connections1 with hubs2 in Western Europe and regional connections within the Baltic Sea are of primary importance. We can observe rapid development of a direct China connection with the largest container ships in the world, which justifies the belief that Gdańsk may become a Baltic hub. As to the supply base, the port is served by motor vehicle and road transport. If the parameters of the lower section of the Vistula (Wisła) improve to make it a class IV waterway, we may expect the share of inland navigation in Gdańsk Port’s supply transportation to gradually increase as well. Assuming that its share is to grow to about 10% in 2025, the volume of inland waterway transport to and from sea ports is estimated to reach about 3 million tonnes and to constitute the vast majority of the forecast transport on the lower Vistula (dolna Wisła). All the Vistula (Wisła) ports can be divided according to their purpose into commercial, industrial, winter, fishing and other ports. Major ports can have all these functions but one of them is usually dominant. As far as the roles of particular types of ports are considered, commercial ports are definitely of prime importance. They are the ones that directly participate in the process of moving cargo from one mode of transport to another. Inland ports should: • ensure versatile services for the fleet, cargo and the people working on ships • connect a waterway with other types of transport. These tasks are complex and they require preparing proper infrastructure (areas, wharves) and suprastructure (equipping docks, wharves and port roads with proper technical measures and buildings). Integral elements of the infrastructure of waterways include inland ports and trans-shipment facilities – they developed together with the trade which used rivers as transportation routes. Many of the ports currently in use were built or rebuilt at the beginning of the 20th century. Some have been modernised since then but lack of proper renovation works led to decapitalisation and dereliction of many structures. The situation is similar when it comes to trans-shipment equipment, which is rarely fixed, often obsolete and characterised by poor efficiency.

Feeder ships are smaller delivery container ships. Hub – a base port for containers in transoceanic connections.

57


A. Bolt, P. Jerzyło | Acta Energetica 2/15 (2013) | 56–63

The basic shortcoming of those ports is lack of infrastructure to handle container cargo transport. This applies not only to trans-shipment equipment but also to storage yards, access roads and other elements required to handle intermodal infrastructure. Inland ports do not have the status of public ports. They are the property of inland waterway transport ship owners and of riverside municipalities, who lease them to interested business entities. Due to poor technical conditions, the trans-shipment capacity of ports and of inland trans-shipment facilities is not fully utilised, and the size of the trans-shipment operations they perform is determined by the current volume of inland waterway transport. The analysed area has the following river ports [2]: • ports in Warsaw: - The Port of WZEK (Warszawskie Zakłady Eksploatacji Kruszywa, river kilometre 506.8) - Czerniakowski Port (river kilometre 511). It became operational in 1904. On the premises of the port there is the registered office of the Warsaw Rowing Society (Warszawskie Towarzystwo Wioślarskie), and in its southern part are the barracks of the Municipal Police. Czerniakowski Port has not been deepened for 40 years. Downward erosion of the river channel, along with silt deposition in the port, has resulted in a situation where the port dock partially dries out in low-water periods, which prevents even canoeists from using the water. A design of a marina to be located in this site has been developed recently - Praski Port. Closed down in 1980, it covers an area of about 36 ha - Żerański Port (river kilometre 520.3). It is situated at the Żerań Power Plant, near the mouth of the Żerański Canal. Its construction works commenced before World War I. It became operational in 1963 and it is in use to this day. Covering an area of about 260 ha, the port consists of several docks • The port in Płock (Radziwie). Initially it was to be used for transportation purposes; today it is not used.

• The port in Nowy Duninów • The port in Włocławek. It has 300 m of trans-shipment wharves, 6000 m2 of storage yards and 3400 m2 of warehouses. The port is 3–4 m deep

Photo 2. Inland port in Płock, photo: P. Jerzyło

Photo 4. Inland port in Chełm, photo: P. Jerzyło (referred to as Fig. 2a)

58

Photo 3. River port in Włocławek, photo: P. Jerzyło

• River ports in Toruń. Toruń has six harbours in four river ports. The Timber Port (Polish: Port Drzewny): 70.76 ha, on the biggest branch of the Vistula (Wisła) near Toruń, formed naturally, it has four harbours and recreational areas. The Winter Port (Polish: Port Zimowy): dug out artificially, the area of the port dock is about 5 ha, the biggest harbour for barges and boats in Toruń. The port of AZS (Academic Sports Association, Polish: Akademicki Związek Sportowy) and the Construction Port (Port Budowlany). The overall trans-shipment length of wharves in Toruń is 126 m; the area of storage yards is 4000 m2, the area of warehouses is 1500 m2, and the depth is 5 m. • Chełmno Port. The length of the wharf is 86.5 m, and the depth of the port ranges from 1.0 m to 1.6 m


A. Bolt, P. Jerzyło | Acta Energetica 2/15 (2013) | 56–63

• Grudziądz Port. The wharf is 300 m long, while the depth ranges from 0.4 to 0.6 m • Korzeniewo Port • The port in Tczew • Tczew, a passenger and sailing harbour. Situated at the Vistula (Wisła) boulevards. The harbour for passenger ships is a permanent jetty on steel poles, with a mooring line 102 m long. The bank under the jetty is an escarpment reinforced with gabion mattresses. Protrusion of the jetty towards the river current permits ships no longer than 125 m to moor • Przegalina Port. A small river port next to a lock of the same name. Other elements of the river infrastructure – wharves [2]: • Włocławek (river kilometre 688). The trans-shipment length of the wharves is 60.8 m, while the depth along the wharves is 1.2–1.7 m. The area of the adjacent storage yards – 2500 m2 • Toruń (river kilometre 730). The trans-shipment length of the wharves is 15 m; the area of storage yards is 7000 m2, while the depth is 2–2.5 m • Toruń (river kilometre 735). The trans-shipment length of the wharves is 120 m; the area of storage yards is 3000 m2, while the depth is 2–2.5 m • Solec Kujawski (river kilometre 763). The trans-shipment length of the wharf is 60 m; the area of storage yards is 3000 m2, while the depth is 2–2.5 m • Bydgoszcz (river kilometre 773.27). The trans-shipment length of the wharf is 246 m, while the depth is 1.2–1.5 m • Bydgoszcz (river kilometre 774.9). The area of storage yards is 3000 m2, while the depth is 2–2.5 m • Głogówko (river kilometre 807). The trans-shipment length of the wharves is 60 m; the area of storage yards is 1200 m2, while the depth is 1.2–1.5 m • Grudziądz (river kilometre 834.9). The length of the wharf is 550 m; the area of storage yards is 1000 m2, while the depth is 0.4–0.6 m. The following shipyards are situated within the section of the Vistula (Wisła) under discussion [2]: • Przedsiębiorstwo Budownictwa Wodnego w Warszawie S.A. (Żerań Shipyard). The enterprise focuses on specialised hydrotechnical construction works and on environmental protection in general as well as on ecological engineering. • Centromost – Stocznia Rzeczna sp. z o.o. (River Shipyard of Płock). Since 2004, manufacturing activities have been performed on a small part of the former premises of the shipyard. They involve building tankers. The sizes of the structures built at the shipyard are limited by the size of the lock in Włocławek barrage: the maximum length is 115 m, and the maximum width is 11.45 m. The height of the structures built cannot exceed 7 m due to the bridges on the waterway. Despite those limitations, the shipyard has built vessels with dimensions exceeding the threshold values. Those ships were built at the shipyard as components, and then assembled

outside the Włocławek lock. In the direct vicinity, there is a silo for 30,000 tonnes of grain. • Stocznia Tczew sp. z o.o. It specialises in construction and renovation of ships, boats and yachts. The company also offers manufacture and sale of sailing equipment and instruments. • Stocznia WISŁA sp. z o.o. A side slipway makes it possible to build ships up to 40 m long. Assembly stands at the shipyard wharves permit building vessel steel structures up to 28 m tall, weighing no more than 600 tonnes. The shipyard has four wharves: Kaszubskie (length 74 m, minimum depth 2.2 m), Motławskie (length 215 m, minimum depth 2.2 m), Krakowieckie (length 99 m, minimum depth 2.5 m), and Bałtyckie (length 155 m, minimum depth 3.1 m). B. Inland fleet The technical concepts of the Polish inland fleet currently in use were developed in the late 1950s and the early 1960s as some of the most cutting-edge solutions in Europe of that time [5]. The development of ships was inhibited in the 1990s as a result of considerably reduced investment devoted to that purpose, which prevented any works on further qualitative changes in waterway transport, and led to systematic drops in the size of the fleet and to its progressive decapitalisation. Of the three basic systems of inland waterway cargo transport, the push system is dominant, while the next group of cargo ships consists of motor barges. The inland navigation fleet, built mostly in the 1970s, is obsolete, i.e. worn out technically and economically.

Photo 5. A barge-pusher assembly entering the lock in Biała Góra, photo: P. Jerzyło

Taking out traditional loans to purchase new vessels considerably increases the debt of ship owners and yields small material effects in carriage potential. This is why ship owners usually decide to maintain the necessary number of ships operational by increasing repair and modernisation works.

59


A. Bolt, P. Jerzyło | Acta Energetica 2/15 (2013) | 56–63

3. The Vistula as a waterway – the present conditions Inland waterways are inland surface waters by which, due to the hydrological conditions and water devices, inland navigation ships can transport people and cargo3. Inland waterways are divided into classes [Tab. 1] [Tab. 2], and – depending on the class – they are divided into waterways of4: • regional significance • international significance. The lower Vistula (dolna Wisła) is a 390 km section from the mouth of the Narew (river kilometre 551) to the mouth of the Vistula (Wisła) (river kilometre 941) [3]. The lower Vistula (dolna Wisła) includes the Warsaw agglomeration with Zegrzyński reservoir and the Żerański canal. The catchment area of the lower Vistula (dolna Wisła) is 34,300 km2. Together with the tributary of the Bug and the Warta rivers, the Narew River is the largest tributary of the Vistula (Wisła), essentially changing the discharge in the main channel. Just below the mouth of the Narew, there is the Modlin gauging station. The lower Vistula (dolna Wisła) is a 390 m long section of the Vistula (Wisła) waterway from the mouth of the Narew to the mouth of the Vistula (Wisła). The waterway of the lower Vistula (dolna Wisła) can be divided into three sections [6]:

Waterway

of regional importance

of international importance

Waterway class

• from the mouth of the Narew river to Silno, 167 km long • from Silno to the Nogat river, 168 km long • below the Nogat, 55 km long. The first section has yet to be fully engineered. The bottom of the channel is made of sands, which travel when the water level is higher and the current reaches greater velocities. As a result, sandbanks and sandbars are formed, which limits the depth for ships and makes the shipping route unstable. These sandbanks and sandbars can be even a few hundred metres long. The Włocławek barrage (Fig. 5) had a favourable impact on the navigation conditions between Płock and Włocławek; the section is a class Va waterway in terms of depth. The 35-kilometre long section below the barrage in Włocławek is characterised by changeable navigation conditions, which is mostly due to the operation of the hydropower plant. Between the Narew River and Płock the water is 0.5–2.5 m deep. The second section of the lower Vistula (dolna Wisła), from Silno to the Nogat, was completely engineered during the Prussian occupation, but due to insufficient ongoing renovation works some river engineering structures went into decline. As a result, appropriate navigation depths are not obtained there. This is also the consequence of improperly performed river engineering works, involving inappropriate development of the route and application of too large a width of the channel (375 m).

Motor vessels and barges

Push trains

general characteristics

general characteristics

maximum length

maximum width

maximum draft

capacity

length

width

draft

capacity

Minimum clearance under bridges above the highest navigable water level (wwż)

T(t)

L(m)

B(m)

d(m)

T(t)

H(m)

L(m)

B(m)

d(m)

Ia

24

3.5

1

Ib

41

4.7

1.4

180

II

57

7.5–9.0

1.6

500

III

67–70

8.2–9.0

1.6–2.0

700

118–132

8.2–9.0

1.6–2.0

1000–1200

4

IV

80–85

9.5

2.5

1000-1500

85

9.5

2.5–2.8

1250–1450

5.25 or 7.00

Va

95–110

11.4

2.5–2.8

1500--3000

95–110

11.4

2.5–3.0

1600–3000

172–185

11.4

2.5–3.0

3200–4000

Vb

3 3 3

5.25 or 7.00

Tab. 1 Polish classification of inland waterways, source: Journal of Laws of 2002, No. 77, item 695

Name of inland waterway

Length [km]

Waterway class

from the mouth of the River Przemsza to the connection to the Łączański Channel

37.5

IV, under construction

from the mouth of the Łączyński Channel in Skawina to the barrage in Przewóz

34.3

III

from the barrage in Przewóz to the mouth of the River Sanna

203

Ib

from the mouth of the River Sanna to Płock from Płock to the barrage in Włocławek from the barrage in Włocławek to the mouth of the River Tążyna

324.8

Ib

55

Va

43

Ib

from the mouth of the River Tążyna to Tczew

190.5

II

from Tczew to the border with internal sea waters

32.7

III

Tab. 2 Division of inland waterways in Poland into classes – the Vistula, source: Journal of Laws of 2002, No. 77, item 695

3 4

Journal of Laws of 2012, No. 0, item 145. Journal of Laws of 2002, No. 77, item 695.

60


A. Bolt, P. Jerzyło | Acta Energetica 2/15 (2013) | 56–63

Photo 6. The Włocławek barrage, view from the lower water, photo: P. Jerzyło

The third section of the lower Vistula (dolna Wisła) waterway, from the Nogat to the mouth of the Vistula (Wisła), is also fully engineered. The width of the river engineering route applied there (250 m) ensures that the depths on sandbars do not drop to below 1.60 m. Only near Piekło, over a 5 km section, the depths decrease on sandbars to about 1.30 m. From the navigation perspective, the Przekop Wisły (Vistula Channel) is a problem in its own right. The river is linked with Gdańsk port via a lock at Przegalina, but so far it has no direct connection with the North Port. It is connected with the Vistula Lagoon via the lock in Gdańska Głowa and the Szkarpawa River, or via the Nogat River.

4. Transport potential of the lower Vistula After World War II, navigation on the Vistula (Wisła) kept decreasing, and today it is almost completely dead. This happened due to its low competitiveness when compared to rail transport and motor vehicle transport, even though the carriage of bulk cargo is usually much cheaper in inland waterway transport than in rail and motor vehicle transport. Other, somewhat natural reasons for the disappearance of waterborne transport on the Vistula (Wisła) include insufficient depths, non-renovated, damaged hydrotechnical structures (groynes, perpendicular structures) which will not serve their river engineering function, insufficient headroom under bridges, and lack of logistics base (modernised multimodal ports adapted to receive bulk cargo and containerised cargo). In the meantime, water transport can be observed to be developing in many rivers and canals of Europe. The disappearance of transport on the Vistula (Wisła) is the outcome of the lack of a modern waterway, which cannot be provided via traditional engineering of the river. Modern inland navigation on the Vistula (Wisła) needs hydrotechnical infrastructure in the whole lower reaches from the Narew River to the

5

Baltic Sea. One barrage alone does not meet this basic condition. The waterway on the middle Vistula (środkowa Wisła) – from Sandomierz to Warsaw – and on the lower Vistula (dolna Wisła) as an independent shipping route is of no major economic significance. However, its integration with the system of European waterways via connection with the waterways of Lithuania, Belarus, Ukraine, Germany and the Czech Republic would definitely bring economic benefits to the country, coming from transit charges and from trade with neighbouring and other countries. When compared to other countries of the EU and beyond, Poland is behind as to the management of its poor water resources, and its methods of managing water have led to the deterioration of infrastructure and to loss of economic and social benefits arising from river transportation. The mixed conditions on all of our waterways, and sometimes even their failure to meet the minimum parameters of the established classes at many sections, has negative effects on their functioning (blocked routes), leading to the decline of ports, companies etc. Since those parameters vary, it is hard to manage economically and ecologically efficient navigation over greater distances, which practically limits it mainly to local carriage. Years of neglect in water management, resulting from the lack of funds, lead to increasingly severe decline in rivers and waterway engineering structures, in the summer making river navigation impossible for many days, even in the navigation season, and in winter hindering ice-breaking activities and causing additional flood hazard. Too low a capacity of reservoirs and inadequate management and investment in waterways cause even those unfavourable parameters to drop, as in dry years waterway depths drop well below the values set for particular classes. Public interest in the matter of waterway transport and in using the Vistula (Wisła) for transport purposes has considerably increased. The reasons behind this include the rapid growth of container transport, changing the image of sea ports, and the need for sea ports to expand access from land. It all began with the idea to revitalise the E70 waterway, resulting in a strategy of six marshals of the northern voivodeships which helped develop the tourism infrastructure. However, all long-term analyses and deliberations led back to the “Kaskada Wisły concept (meaning the Vistula Cascade). Its new version, to be implemented gradually after the development of a complete plan of the stages of works arising from sustainable development of the regions directly connected with the Vistula (Wisła), ought to result in achieving status of international waterways E40 and E70 and in the signing of the AGN5. The resumption of transport operations on the Vistula (Wisła) from Gdańsk to Warsaw seems to be the most realistic [1]. This stage ought to arise from improved transport access to the sea ports of Gdańsk and Gdynia by water and from the need to launch multimodal hubs connected with the A1 motorway and the E65 highway. However, it must be emphasised that the reason

AGN – signed on 19 January 1996 in Geneva – is the European Agreement on Main Inland Waterways of International Importance. It is the basic document determining directions for the development of inland waterways in Europe, and its objective was to provide a legal framework which would establish a coordinated plan to develop and build a network of inland waterways of international importance; the plan was based on agreed infrastructural and operational parameters. The network included in the AGN is divided into nine main waterway transport routes over 27,000 km long and it interconnects ports of 37 European countries.

61


A. Bolt, P. Jerzyło | Acta Energetica 2/15 (2013) | 56–63

in this case is related not only to transport but also to economic needs. Depending on the variant implemented, the river engineering infrastructure must be rebuilt and regular works must be undertaken to maintain at least a class II waterway. Additionally, construction of the necessary large hydrotechnical structures, such as a barrage in Nieszawa, must be commenced. From the point of view of navigation, the Nieszawa project could be followed by a barrage in Solec Kujawski, which would bring additional energy and considerably improve the navigability of the waterway to Gdańsk. Simultaneously, commercial infrastructure ought to be built, river ports should be prepared to handle trimodality, i.e. cargo trans-shipment from waterborne transport to rail and road transport. Initially, ports in Tczew, Solec Kujawski (for Bydgoszcz and Toruń), Płock and Warsaw (Żerań) are essential. At further stages, a lock must be built in Dębe. These investments are not beyond the country’s investment possibilities. During further development of the navigation infrastructure, use of the hydropower potential of the Vistula (Wisła) ought to play an increasing role. It must be remembered that Warsaw is the main destination of inland navigation on the Vistula (Wisła). Building a barrage in Wyszogród (which gives the most electricity) and the Northern Barrage (Polish: Stopień Północny) in Warsaw will improve the water conditions and the possibility of effectively utilising waterways within the Warsaw hub. This means consistent implementation of the tasks related to enhancing the navigability of the Vistula (Wisła) above Warsaw. Beginning works on modern inland waterway transport requires subsidy for preparatory and research works. Investments must be completed according to the procedures and environmental requirements of the European Union, which requires the necessary programmes ordered by the government to be launched. The good practices and environmentally-friendly solutions currently applied in the European Union, permitting harmonious sustainable development with man, the environment, and the economy forming a well-functioning whole, may in this case overcome the harmful stereotypes that have considerably contributed to the present condition of the water infrastructure and inland waterway transport.

6. Summary The increased public interest in waterborne transport and its use for transportation purposes on the Vistula (Wisła) arises largely from the development of the country’s transport infrastructure and from the needs arising from the processes shaping sustainable economic development of regions, including changes in the transport, distribution and trade methods, in the demand for water and in the use of hydropower resources. The idea of using the waterway of the Vistula (Wisła) is promising, and it entails not only thorough transformations in the nationwide transport infrastructure but also changes in the way of managing and administering waterways. The present economic development and the growing cargo transport make it necessary to seek an alternative to road transport. Costs connected with maintenance of waterways and with hydrotechnical structures are comparable to costs 62

of road investments, which is why utilisation of a river as a natural corridor needs to be considered. Launching new shipping lines and developing sea ports requires an operator’s support in the form of determining feasible actions (for the nearest and more distant future) to be taken by regional and central authorities to provide access to ports, to keep this access efficient, and to develop the container transport already commenced from the Far East to the port in Gdańsk. The latter is particularly important due to the fact container freight represents one of the main types of sea cargo which will keep developing stably, proportionately to GDP growth, in both a near and a more distant time horizon. This gives a credible guarantee of return on investment in the transport of this freight. Work on the concept and programme of revitalisation of waterways performed by local government bodies and NGOs indicate the possible directions of development and make it possible to assess the existing condition, but they cannot be the basis for a realistic economic programme regarding the use of the Vistula’s (Wisła) water resources for economic purposes, including waterborne transport. The priority task, to be completed first, is to develop a government programme for economic use of waterways which should cover a period at least until 2030 and set out the economic tasks to be performed together with other water users and environments working for the protection of natural resources. The basic problem is to make the decision to launch a programme for construction of international waterways in Poland and to sign the AGN. The decision will make it possible to commence realistic conceptual works, to design an international waterway of at least class IV on the Vistula (Wisła), and to determine how to make economic use of the river. This applies largely to utilisation of energy resources, as well as to flood protection and to water supply for developing agglomerations and farming. Those decisions are crucial because the country’s transport infrastructure keeps growing rapidly and adjacent areas are being developed, which poses a real threat that wherever a structure with inappropriate parameters crosses a watercourse or a canal, economic losses will be inevitable. REFERENCES

1. Błażejczyk J., Zadania i etapy realizacji dla projektu Kaskady Dolnej Wisły. Informacja dla Mazowsza [Tasks and Implementation Stages for the lower Vistula Cascade Project. Information for Masovia], Kappa System sp. z o.o, 20 September 2012. 2. ECORYS, Program rozwoju infrastruktury transportu wodnego śródlądowego w Polsce, część 1: Analiza funkcjonowania transportu wodnego śródlądowego oraz turystyki wodnej w Polsce, [Infrastructure Development Programme for Inland Waterway Transport in Poland, part 1: Analysis of the Functioning of Inland Waterway Transport and Water Tourism in Poland], Warsaw 2011. 3. Jerzyło P., Strategia rozwoju drogi wodnej – wymagana głębokość toru wodnego [Waterway Development Strategy – the Required Shipping Route Depth], Nowe trendy w naukach inżynieryjnych 2


A. Bolt, P. Jerzyło | Acta Energetica 2/15 (2013) | 56–63

[New Trends in Engineering Studies], Creative Science – Monograph 2012, Cracow 2012, pp. 148–156. 4. Regulation of the Council of Ministers on classification of inland waterways of 7 May 2002 (Journal of Laws of 2002, No. 77, item 695). 5. Rusak M., Żegluga i porty na Wiśle [Navigation and Ports on the Vistula], Konferencja Naukowo-Techniczna “Zagospodarowanie

dolnej Wisły” [Scientific and Technical Conference “Making use of the lower Vistula”], Włocławek, 18–19 September 1978. 6. Woś K., Żegluga śródlądowa – szanse rozwoju [Inland Navigation – Development Opportunities], Szczecin 2010.

Adam Bolt Gdańsk University of Technology e-mail: adam.bolt@wilis.pg.gda.pl Author of over 260 publications, projects, expert and other opinions, studies and reports. Building surveyor in civil engineering & construction without restrictions. Holder of a building, design and construction licence in civil engineering & construction. Member of the Polish Chamber of Civil Engineers, expert of the Association of Water and Irrigation Engineers and Technicians (Polish: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Wodnych i Melioracyjnych). Representative of the Polish Committee for Standardization in CEN/TC 189 on geosynthetics in Brussels. Organiser and co-organiser or many scientific conferences and seminars.

Patrycja Jerzyło Gdańsk University of Technology e-mail: patrycja.jerzyło@wilis.pg.gda.pl Doctoral student, assistant at the Geotechnics, Geology and Maritime Engineering Department, Faculty of Civil and Environmental Engineering. Graduate of navigation at the Faculty of Navigation, Maritime University of Szczecin. Author of 12 publications in peer-reviewed journals. Preparing a dissertation entitled “Optimization of the fairway of the international E70 watercourse at the Vistula mouth – Brda mouth, including the safety analysis of the navigation and ecological conditioning”.

63


A. Bolt, P. Jerzyło | Acta Energetica 2/15 (2013) | translation 56–63

This is a supporting translation of the original text published in this issue of “Acta Energetica” on pages 56–63. When referring to the article please refer to the original text. PL

Uwarunkowania żeglugi śródlądowej na Wiśle od Warszawy do Gdańska Autorzy

Adam Bolt Patrycja Jerzyło

Słowa kluczowe

Wisła, żegluga śródlądowa, porty śródlądowe, zabudowa hydrotechniczna

Streszczenie

Transport wodny jest najtańszy, najbezpieczniejszy i najmniej uciążliwy dla środowiska naturalnego. Przywrócenie regularnej żeglugi towarowej pociągnie za sobą rewitalizację istniejącej i budowę nowej infrastruktury przeładunkowo-logistycznej śródlądowych portów handlowych. Kreując politykę transportową, trzeba pamiętać, że transport wodny jest najbardziej ekologicznym rodzajem transportu. Wytwarza zaledwie 10% emisji gazów wydalanych do atmosfery przez równoważny transport kołowy. Jego energochłonność to 30% energochłonności transportu kołowego. W artykule została poruszona tematyka związana z żeglugą śródlądową na dolnej Wiśle. Zaprezentowana została Wisła jako droga wodna, jej jakość oraz opis ogólnych uwarunkowań żeglugowych. Przedstawiono opis układu i stanu infrastruktury wodnej ze szczególnym uwzględnieniem portów rzecznych i floty śródlądowej.

1. Wprowadzenie Jednym z podstawowych składników infrastruktury gospodarczej każdego kraju jest jego system transportowy. Zasadnicze znaczenie dla życia gospodarczego mają następujące podsystemy transportowe: drogowy, kolejowy, rurociągowy, morski oraz wodny śródlądowy. Harmonijne współdziałanie tych podsystemów na  zasadach współczesnej logistyki pozwala na właściwy rozwój gospodarczy regionów lub kraju. Pomimo korzystnych w  Polsce warunków naturalnych i  uwarunkowań geograficznych żegluga śródlądowa ma znikome znaczenie w systemie transportowym kraju. Intensywny rozwój środków masowego transportu, głównie kolejowego i  samochodowego, spowodowały zahamowanie rozwoju transportu drogami wodnymi. W  krajach Unii Europejskiej oraz innych rozwiniętych państwach, takich jak USA, Kanada lub Rosja, transport śródlądowy jest traktowany równorzędnie w  stosunku do  innych rodzajów transportu. Wynika to z licznych zalet transportu śródlądowego, jakimi są: małe zanieczyszczenie środowiska, mała energochłonnść, mała emisja hałasów, duża oszczędność w zajmowaniu dodatkowej powierzchni terenu, trwałość środków transportu i  infrastruktury, duża przestrzeń ładunkowa oraz mała liczba kolizji i związane z tym kosztów usuwania ich następstw. W  przypadku ładunków wielkogabarytowych, które wymagają zastosowania specjalnych środków transportu oraz wytyczenia tras przejazdu, transport śródlądowy jest jedynym możliwym do  zastosowania. W  trakcie przejazdu nie wymaga ograniczenia ruchu dla innych użytkowników. Transport śródlądowy jest niezawodny, daje pewność dostarczenia ładunku na określony termin dostawy, ma największe rezerwy i możliwości przejęcia części ładunków od transportu drogowego. Jednym z  najistotniejszych, historycznych czynników, wywołujących potrzebę zabudowy dolnej Wisły, był i  jest transport wodny wiążący przemysłowe południe kraju z jego centrum i portami morskimi.

64

2. Układ oraz stan infrastruktury drogi wodnej Elementami infrastruktury transportowej każdej drogi wodnej są obiekty liniowe (szlak transportowy), posiadający obiekty, takie, jak m.in.: jazy, śluzy, kanały żeglugowe, hydrotechniczne budowle ochrony przeciwpowodziowej oraz obiekty punktowe: porty, przeładownie. Zaniedbania oraz niszczenie tych obiektów wynikają głównie z  zaniechania prac konserwacyjnych i remontowo-modernizacyjnych. Procesy te prowadzą często do uszkodzenia lub zniszczenia ubezpieczeń brzegowych i  wałów przeciwpowodziowych, zamulania koryta rzek lub kanałów, uszkodzeń śluz, zamknięć i urządzeń napędowych, zaniechania robót związanych z regulacją. Funkcjonowanie transportu wodnego wymaga trzech podstawowych elementów technicznych: • drogi wodnej o odpowiedniej klasie • portów o niezbędnej przepustowości • floty zgodnej wielkością i  kształtem z  warunkami nawigacyjnymi na  drodze wodnej, warunkami technicznymi w  portach oraz wymaganiami narzuconymi przez ładunek. Ogólny stan szlaku żeglownego oraz realne możliwości żeglugowe na  rzece przedstawiają się następująco: • odcinek od Dęblina w km 390 do Warszawy w  km 498 posiada zabudowę fragmentaryczną; koryto rzeki jest rozczłonkowane z licznymi odgałęzieniami bocznych odnóg, przemiałami, erozjami bocznymi i innymi niekorzystnymi formami morfologicznymi w nim powstającymi • odcinek od km 498 do km 526 jest uregulowany w  ponad 60% (odcinek miejski Warszawy) • odcinek od km 526 do km 620 (miejscowość Płock) jest uregulowany fragmentarycznie lub docelowo w rejonie mostów; występują jednakże liczne przemiały, odgałęzienia boczne, koryto rzeczne jest rozczłonkowane • na odcinkach nieuregulowanych z dużym natężeniem występuje erozja brzegowa, powodująca dziczenie koryta rzeki.

Budowle hydrotechniczne służące żegludze śródlądowej spełniają wiele innych funkcji. Regulują bieg rzeki (fot. 1), wpływają na  rozwój turystyki, przyczyniają się do  polepszenia stanu jakości wód (m.in. turbiny elektrowni wodnych poprawiają napowietrzanie wody). Obiekty wodne zapobiegają także procesowi pustynnienia obszarów oraz spełniają funkcję przeciwpowodziową.

Fot. 1. Ostrogi na dolnej Wiśle, fot. P. Jerzyło

a. Porty śródlądowe Porty śródlądowe są podstawowym elementem usług transportowych, obok dwóch innych czynników śródlądowego transportu wodnego: drogi wodnej i taboru. W  portach śródlądowych zaczyna się lub kończy śródlądowy transport wodny, tutaj następuje faza przemieszczania ładunku z lądowego lub morskiego środka transportu na wodny śródlądowy, z wodnego śródlądowego na lądowy bądź z wodnego na wodny. Zasadniczym portem morskim mającym znaczenie dla żeglugi na  Wiśle jest Port Gdańsk. Wyodrębniono w nim dwa obszary o zróżnicowanych w sposób naturalny parametrach eksploatacyjnych: port wewnętrzny usytuowany wzdłuż Martwej Wisły i kanału portowego oraz Port Północny z  bezpośrednim dostępem do  Zatoki Gdańskiej. W  porcie wewnętrznym znajdują się: terminal kontenerowy, baza i terminal dla promów pasażerskich oraz statków ro-ro,


A. Bolt, P. Jerzyło | Acta Energetica 2/15 (2013) | translation 56–63

bazy przeładunku samochodów osobowych i  owoców cytrusowych, baza do  obsługi siarki oraz innych ładunków masowych, baza przeładunku fosforytów. Pozostałe nabrzeża z racji zainstalowanych urządzeń i infrastruktury mają uniwersalny charakter. Port Północny funkcjonuje, wykorzystując pirsy, nabrzeża i  pomosty przeładunkowe zlokalizowane bezpośrednio w  akwenach wodnych Zatoki Gdańskiej. W  tej części portu znajdują się specjalistyczne bazy przeładunku surowców energetycznych: paliw płynnych, węgla oraz gazu płynnego. W Porcie Północnym zlokalizowany jest również nowoczesny głębokowodny terminal kontenerowy DCT. Ogólna długość nabrzeży w Porcie Gdańsk wynosi 17 651,92 m (w  tym 6475,40 m nabrzeży przeładunkowych). Do eksploatacji nadaje się 15 732,92 m nabrzeży (w tym 5445,40 m nabrzeży przeładunkowych). Port Gdańsk oferuje regularne połączenia żeglugowe do 14 krajów: Argentyny, Belgii, Danii, Finlandii, Hiszpanii, Holandii, Kolumbii, Litwy, Niemiec, Rosji, Szwecji, Trynidadu i  Tobago, Wenezueli, Wielkiej Brytanii. Główną rolę odgrywają kontenerowe połączenia feederowe1 z  hubami2 w Europie Zachodniej oraz regionalne połączenia w  ramach Bałtyku. Obserwujemy właśnie bardzo szybki rozwój bezpośredniego połączenia z Chinami, obsługującego największe statki kontenerowe świata, dające podstawę sądzić, że Gdańsk może stać się hubem na  Bałtyku. Od strony zaplecza gospodarczego port obsługiwany jest przez transport samochodowy i drogowy. Przyjmując założenie, że  do  2025 roku zostaną poprawione parametry dolnego odcinka Wisły do  IV klasy żeglugowej, można przypuszczać, że stopniowo będzie rósł udział żeglugi śródlądowej także w przewozach zapleczowych portu w  Gdańsku. Przy założeniu, że  udział ten wzrośnie do poziomu około 10% w 2025 roku, szacuje się, że przewozy żeglugą śródlądową w relacji z portami morskimi wyniosą ok. 3 mln ton i będą stanowić znaczącą większość prognozowanych przewozów dolną Wisłą. Wszystkie porty na Wiśle można podzielić pod względem przeznaczenia na: handlowe, przemysłowe, zimowiska, rybackie i  inne. Większe porty mogą spełniać wszystkie funkcje, ale jedna z nich zazwyczaj dominuje. Z  punktu widzenia funkcji, jakie poszczególne rodzaje portów spełniają, bezsprzecznie na plan pierwszy wysuwają się porty handlowe. One to biorą bezpośredni udział w procesie przemieszczenia ładunku z jednego środka przewozowego na drugi. Porty śródlądowe powinny: • zapewniać wszechstronną obsługę floty, ładunku i ludzi pracujących na statkach • wiązać drogę wodną z pozostałymi rodzajami transportu. Są to  zadania kompleksowe i  wymagają przygotowania odpowiedniej infrastruktury (tereny, nabrzeża) i suprastruktury (wyposażenie akwenów i nabrzeży oraz dróg portowych w  odpowiednie środki techniczne i budynki). Integralnym elementem infrastruktury dróg wodnych są porty i  przeładownie śródlądowe, które rozwijały się równocześnie wraz z rozwojem handlu, dla którego rzeki 1 2

stanowiły szlaki transportowe. Znaczna część obecnie eksploatowanych portów była budowana lub odbudowywana na początku XX w. Od tego czasu niektóre porty zmodernizowano, jednak brak odpowiednich remontów spowodował, że  wiele budowli jest zdekapitalizowanych i zdewastowanych. Podobny jest stan urządzeń przeładunkowych, które na ogół nie są stacjonarne i wiele z nich jest przestarzałych oraz odznacza się niską wydajnością. Podstawowym mankamentem tych portów jest brak infrastruktury, nadającej się do obsługi transportu ładunków w kontenerach. Dotyczy to nie tylko urządzeń przeładowczych, lecz także placów składowych, dróg dojazdowych oraz innych elementów obsługi intermodalnej. Porty śródlądowe nie posiadają statusu portów publicznych. Są własnością armatorów śródlądowych oraz nadrzecznych gmin, które je wynajmują zainteresowanym podmiotom gospodarczym. Z powodu złego stanu technicznego zdolność przeładunkowa portów i przeładowni śródlądowych nie jest w  pełni wykorzystana, zaś wielkość wykonywanych przez nie przeładunków wyznaczana jest aktualnym poziomem przewozów wodnych śródlądowych. Na analizowanym obszarze znajdują się następujące porty rzeczne [2]: • porty w Warszawie: - Port WZEK (Warszawskie Zakłady Eksploatacji Kruszywa, km 506,8) - Port Czerniakowski (km 511). Oddano go do  użytku w  1904 roku, obecnie w obrębie portu siedzibę ma Warszawskie Towarzystwo Wioślarskie, a  w  południowej jego części znalazły się zaś baraki Straży Miejskiej. Port Czerniakowski nie był pogłębiany od  40 lat. Erozja denna koryta rzeki wraz ze  zjawiskiem osadzania mułu w  porcie doprowadziły do tego, że podczas niżówki basen portu częściowo wysycha, co uniemożliwia korzystanie z  wody nawet kajakarzom. Ostatnio powstał projekt mariny zlokalizowanej w tym miejscu. - Port Praski. Zlikwidowany w 1980 roku, zajmuje obszar o powierzchni ok. 36 ha. - Port Żerański (km 520,3). Zlokalizowany jest przy Elektrociepłowni Żerań, przy ujściu Kanału Żerańskiego. Budowany był już przed I wojną światową. Oddano go do użytku w 1963 roku i używany jest do  dziś. Zajmuje obszar o  powierzchni ok. 260 ha, port składa się z kilku basenów. • Port w Płocku (Radziwie). Pierwotnie miał służyć do celów transportowych, obecnie jego funkcje nie są wykorzystywane. • Port w Nowym Duninowie. • Port we Włocławku. Dysponuje nabrzeżami o  długości przeładunkowej wynoszącej 300 m, placami składowymi o powierzchni 6000 m2 oraz magazynami o powierzchni 3400 m2. Głębokość portu to 3–4 m. • Porty rzeczne w Toruniu. W Toruniu znajduje się sześć przystani na  terenie czterech portów rzecznych. Port Drzewny: powierzchnia 70,76 ha, największa odnoga Wisły w okolicach Torunia, ukształtowany naturalnie, posiada cztery przystanie oraz tereny rekreacyjne. Port Zimowy:

Fot. 2. Port śródlądowy w Płocku, fot. P. Jerzyło

Fot. 3. Port rzeczny we Włocławku, fot. P. Jerzyło

Fot. 4. Port śródlądowy w Chełmie, fot. P. Jerzyło

• • • • •

wykopany sztucznie, powierzchnia basenu portowego to ok. 5 ha, największa przystań barek i łodzi w Toruniu. Port AZS (Akademickiego Związku Sportowego) i Port Budowlani. Ogólna długość przeładunkowa nabrzeży w  Toruniu wynosi 126  m; powierzchnia placów składowych 4000 m2, powierzchnia magazynów 1500 m2, a głębokość 5 m. Port Chełmno. Długość nabrzeża wynosi 86,5 m, a  głębokość portu waha się pomiędzy 1,0 m a 1,6 m Port Grudziądz. Nabrzeże mierzy 300 m, zaś głębokość portu waha się pomiędzy 0,4 a 0,6 m. Port Korzeniewo. Port w Tczewie. Tczew, przystań pasażersko-żeglarska. Zlokalizowana w ciągu bulwarów nadwiślańskich. Przystań dla statków pasażerskich wykonana jest jako stały pomost na  palach stalowych, dysponuje linią cumowniczą o długości 102 m. Brzeg pod pomostem wykonany został jako skarpa umocniona materacami gabionowymi. Wysunięcie pomostu w stronę nurtu rzeki

Federami (ang. feeder) nazywane są mniejsze kontenerowce dowozowe. Hub – port bazowy dla kontenerów w relacjach transoceanicznych.

65


A. Bolt, P. Jerzyło | Acta Energetica 2/15 (2013) | translation 56–63

pozwala cumować statkom o  długości całkowitej nieprzekraczającej 125 m. • Port Przegalina. Niewielki port rzeczny obok śluzy o tej samej nazwie. Inne obiekty infrastruktury rzecznej – nabrzeża [2]: • Włocławek (km 688). Długość przeładunkowa nabrzeży wynosi 60,8 m, zaś głębokość wzdłuż nabrzeży 1,2–1,7 m. Powierzchnia przylegających placów składowych – 2500 m2. • Toruń (km 730). Długość przeładunkowa nabrzeża wynosi 15 m; powierzchnia placów składowych 7000 m2, a głębokość 2–2,5 m. • Toruń (km 735). Długość przeładunkowa nabrzeża wynosi 120 m; powierzchnia placów składowych 3000 m2, a głębokość 2–2,5 m. • Solec Kujawski (km 763). Długość przeładunkowa nabrzeża wynosi 60  m; powierzchnia placów składowych 3000 m2, a głębokość 2–2,5 m. • Bydgoszcz (km 773,27). Długość przeładunkowa nabrzeża wynosi 246 m, a głębokość 1,2–1,5 m. • Bydgoszcz (km 774,9). Powierzchnia placów składowych to 3000 m2, a głębokość 2–2,5 m. • Głogówko (km 807). Długość przeładunkowa nabrzeży wynosi 60 m; powierzchnia placów składowych 1200 m2, a głębokość 1,2–1,5 m. • Grudziądz (km 834,9). Długość nabrzeża wynosi 550 m; powierzchnia placów składowych 1000 m2, a głębokość 0,4–0,6 m. W omawianym fragmencie Wisły zlokalizowane są następujące stocznie [2]: • Przedsiębiorstwo Budownictwa Wodnego w  Warszawie SA (Stocznia Żerań). Obszarem działalności przedsiębiorstwa jest wykonywanie specjalistycznych robót budowlanych z  zakresu budownictwa hydrotechnicznego oraz szeroko rozumianej ochrony środowiska i  inżynierii ekologicznej. • Centromost – Stocznia Rzeczna sp. z o.o. (Płocka Stocznia Rzeczna). Od 2004 roku działalność produkcyjna odbywa się w niewielkiej części dawnego terenu stoczni. Buduje się tam zbiornikowce. Rozmiary wykonywanych przez stocznię obiektów ograniczone są wielkością śluzy stopnia wodnego we  Włocławku: długość maksymalna 115 m i szerokość maksymalna 11,45 m. Wysokość wykonywanych obiektów, z  uwagi na  mosty na  drodze wodnej, nie może przekroczyć 7 m. Mimo tych ograniczeń stocznia budowała jednostki, których rozmiary przekraczały podane wielkości graniczne. Jednostki te powstawały w  elementach w  stoczni, a  następnie montowane były w całość poza śluzą we Włocławku. Obok zlokalizowany jest elewator zbożowy mogący pomieścić 30 tys. ton ziarna. • Stocznia Tczew sp. z o.o. Specjalizuje się w budowie i remoncie statków, łodzi oraz jachtów. Oferta przedsiębiorstwa obejmuje również produkcję i sprzedaż wyposażenia i przyrządów żeglarskich. • Stocznia WISŁA sp. z  o.o. Slip boczny umożliwia budowę jednostek o długości 3 4

66

Dz.U. 2012 roku, nr 0, poz. 145. Dz.U. 2002 roku, nr 77, poz. 695.

do  40 m. Stanowiska montażowe na  nabrzeżach stoczni pozwalają na budowę stalowych konstrukcji okrętowych o wysokości do 28 m i masie jednostkowej do 600 ton. Stocznia posiada cztery nabrzeża: Kaszubskie (długość 74 m, głębokość minimalna 2,2 m), Motławskie (dł. 215 m, gł. min. 2,2 m), Krakowieckie (dł. 99 m, gł. min. 2,5 m) oraz Bałtyckie (dł. 155 m, gł. min. 3,1 m). b. Flota śródlądowa Koncepcje technicznie eksploatowanej obecnie polskiej floty śródlądowej zostały wypracowane na  przełomie lat 50. i  60. ubiegłego wieku, będąc wówczas jednymi z  najnowocześniejszych w  Europie [5]. Zahamowanie rozwoju jednostek pływających nastąpiło w latach 90. ubiegłego wieku, wskutek znacznego zmniejszenia na ten cel nakładów inwestycyjnych, co spowodowało nie tylko powstrzymanie prac nad dalszymi zmianami jakościowymi w  technice przewozów wodnych śródlądowych, ale również systematyczny spadek liczby taboru pływającego oraz jego postępującą dekapitalizację. Z trzech podstawowych systemów przewozowych ładunków w  transporcie wodnym śródlądowym dominuje system pchany, natomiast drugą grupę statków towarowych stanowią barki motorowe. Tabor żeglugi śródlądowej, w  większości wybudowany w latach 70. ubiegłego wieku, jest przestarzały, tzn. zużyty technicznie i moralnie.

Dolna Wisła obejmuje odcinek liczący 390  km od  ujścia Narwi (km 551) do  ujścia Wisły do  morza (km 941) [3]. Do dolnej Wisły można zaliczyć aglomerację warszawską ze zbiornikiem zegrzyńskim i Kanałem Żerańskim. Powierzchnia dorzecza dolnej Wisły wynosi 34,3 tys. km2. Narew łącznie z  dopływem Bugu i  Wkry jest największym dopływem Wisły, zmieniającym w  sposób zasadniczy natężenie przepływu w  głównym korycie rzeki. Tuż poniżej ujścia Narwi znajduje się przekrój wodowskazowy Modlin. Wisła dolna to  odcinek drogi wodnej Wisły od ujścia Narwi do ujścia do morza, o  długości 390 km. Drogę wodną dolnej Wisły można podzielić na trzy odcinki [6]: • od ujścia Narwi do Silna, długości 167 km • od Silna do Nogatu, długości 168 km • poniżej Nogatu, długości 55 km. Pierwszy odcinek nadal nie jest w  pełni uregulowany. Dno koryta jest zbudowane z  piasków, które przemieszczają się przy wyższych stanach wody i większych prędkościach nurtu. W  związku z  tym tworzą się łachy i  przemiały, które w  rezultacie wpływają na  ograniczenie głębokości żeglugowych oraz na  brak stałości szlaku żeglugowego. Długości łach i  przemiałów osiągają kilkaset metrów. Wybudowany stopień wodny Włocławek (fot. 6) wpłynął korzystnie na warunki żeglugowe na trasie Płock – Włocławek; odcinek ten odpowiada pod względem głębokości klasie żeglugowej Va. Natomiast odcinek poniżej stopnia wodnego we Włocławku, o długości 35 km, ma zmienne warunki nawigacyjne, co jest spowodowane głównie pracą elektrowni wodnej. Na odcinku Narew – Płock głębokości wynoszą 0,5–2,5 m. Drugi odcinek Wisły dolnej, od  Silna do  Nogatu, został całkowicie uregulowany w czasach zaboru pruskiego, jednak

Fot. 5. Zestaw pchany wpływający do śluzy w Białej Górze, fot. P. Jerzyło

Zaciąganie tradycyjnych kredytów na zakup nowych statków powoduje znaczny wzrost zadłużenia firm armatorskich i  przynosi małe efekty rzeczowe w potencjale przewozowym. Dlatego armatorzy na ogół decydują się utrzymać w eksploatacji niezbędną liczbę statków za pomocą zwiększonego zakresu ich remontów i modernizacji. 3. Wisła jako droga wodna – stan aktualny Śródlądowe drogi wodne to  śródlądowe wody powierzchniowe, na których, z uwagi na  warunki hydrologiczne oraz urządzenia wodne, możliwy jest przewóz osób i towarów statkami żeglugi śródlądowej3. Śródlądowe drogi wodne dzielą się na klasy (tab. 1, tab. 2), w zależności od klasy, dzielą się na drogi wodne o znaczeniu4: • regionalnym • międzynarodowym.

Fot. 6. Stopień wodny Włocławek widok od strony wody dolnej, fot. P. Jerzyło

wskutek niedostatecznych remontów bieżących niektóre budowle regulacyjne uległy znacznej dewastacji. W  rezultacie nie uzyskuje się tu odpowiednich głębokości żeglugowych. Wynika to również z nieprawidłowo przeprowadzonej regulacji, polegającej na niewłaściwym rozwinięciu trasy oraz zastosowaniu za dużej szerokości koryta (375 m). Trzeci odcinek drogi wodnej Wisły dolnej, od Nogatu do ujścia do morza, jest również całkowicie uregulowany. Zastosowana tu szerokość trasy regulacyjnej (250 m)


A. Bolt, P. Jerzyło | Acta Energetica 2/15 (2013) | translation 56–63

Statki z napędem i barki

Droga wodna

o znaczeniu regionalnym

o znaczeniu międzyna-rodowym

Zestawy pchane

Minimalny charakterystyki ogólne charakterystyki ogólne Klasa prześwit pod szerozanudrogi mostami długość kość rzenie ładowszerozanu- ładow- ponad wwż wodmaksydługość maksy- maksy- -ność kość rzenie -ność nej malna malna malne L(m)

B(m)

d(m)

Ia

24

3,5

1

T(t)

Ib

41

4,7

1,4

180

II

57

7,5–9,0

1,6

500

L(m)

B(m)

d(m)

T(t)

H(m) 3 3 3

1,6–2,0

1000– 1200

9,5

2,5–2,8

1250– 5,25 lub 7,00 1450

1500-95–110 3000

11,4

2,5–3,0

1600– 3000

172–185

11,4

2,5–3,0

3200– 4000

III

67–70

8,2–9,0

1,6–2,0

700

IV

80–85

9,5

2,5

10001500

Va

95–110

11,4

2,5–2,8

Vb

118–132 8,2–9,0 85

4

5,25 lub 7,00

Tab. 1. Polska klasyfikacja śródlądowych dróg wodnych, źródło: Dz.U. z 2002 roku, nr 77, poz. 695

Nazwa śródlądowej drogi wodnej

Długość [km]

Klasa drogi wodnej

od ujścia rzeki Przemszy do połączenia z Kanałem Łączańskim

37,5

IV w budowie

od ujścia Kanału Łączańskiego w miejscowości Skawina do stopnia wodnego Przewóz

34,3

III

203

Ib

od stopnia wodnego Przewóz do ujścia rzeki Sanny od ujścia rzeki Sanny do miejscowości Płock

324,8

Ib

od miejscowości Płock do stopnia wodnego Włocławek

55

Va

od stopnia wodnego Włocławek do ujścia rzeki Tążyny

43

Ib

od ujścia rzeki Tążyny do miejscowości Tczew

190,5

II

od miejscowości Tczew do granicy z morskimi wodami wewnętrznymi

32,7

III

Tab. 2. Podział śródlądowych dróg wodnych w Polsce na klasy – Wisła, źrodło: Dz.U. z 2002 roku, nr 77, poz. 695

sprawia, że  głębokości na  przemiałach nie spadają poniżej 1,60 m. Jedynie pod miejscowością Piekło, na  odcinku 5 km, głębokości te zmniejszają się na  przemiałach do ok. 1,30 m. Z punktu żeglugowego problem sam w sobie stanowi Przekop Wisły. Rzeka jest powiązana z  portem gdańskim przez śluzę w Przegalinie, natomiast nie ma jeszcze bezpośredniego połączenia z Portem Północnym. Z Zalewem Wiślanym jest natomiast połączona przez śluzę w  Gdańskiej Głowie oraz rzekę Szkarpawę lub przez Nogat. 4. Potencjalne możliwości transportowe dolnej Wisły Po II wojnie światowej żegluga na  Wiśle systematycznie zmniejszała się, aż wreszcie dziś prawie całkowicie zamarła. Powodem tego była jej mała konkurencyjność w  stosunku do  przewozów koleją i  transportu samochodowego, chociaż koszt przewozów ładunków masowych jest na  ogół dużo tańszy w transporcie wodnym śródlądowym niż w kolejowym i samochodowym. Inne, niejako naturalne przyczyny zaniku transportu wodnego na Wiśle to: niewystarczające głębokości, nieremontowana, niszczona zabudowa hydrotechniczna (ostrogi, tamy poprzeczne), która nie spełni swojej 5

funkcji w  regulacji koryta rzeki, niewystarczające prześwity pod mostami, brak zaplecza logistycznego (zmodernizowanych portów multimodalnych przystosowanych do odbioru ładunków masowych i w kontenerach). Tymczasem daje się zaobserwować rozwój transportu wodnego na  wielu rzekach i kanałach Europy. Zanik transportu na  Wiśle jest konsekwencją braku nowoczesnej drogi wodnej, której nie jest w stanie zapewnić tradycyjna regulacja tej rzeki. Myśląc o  nowoczesnej żegludze śródlądowej na  Wiśle, należy przyjąć, że powinna być zabudowana hydrotechnicznie na całym dolnym swym biegu od Narwi do Bałtyku. Częściowa zabudowa w postaci jednego stopnia nie spełnia tego podstawowego warunku. Droga wodna na  Wiśle środkowej (od  Sandomierza do Warszawy) i dolnej, jako samoistny szlak żeglugowy, nie ma większego znaczenia gospodarczego. Natomiast włączenie jej w system dróg europejskich poprzez połączenie z drogami Litwy, Białorusi i Ukrainy oraz Niemiec i Czech, przyniosłoby krajowi niewątpliwe korzyści gospodarcze, pochodzące z opłat tranzytowych oraz z wymiany handlowej nie tylko z krajami ościennymi. Polska, w  porównaniu z  innymi krajami UE i  nie tylko, staje się coraz bardziej

zapóźniona w  zagospodarowaniu ubogich zasobów wodnych kraju, a sposoby gospodarowania infrastrukturą wodną doprowadziły do dewastacji tej infrastruktury oraz utraty gospodarczych i społecznych korzyści wynikających z transportu rzecznego. Zróżnicowanie warunków na  wszystkich naszych drogach wodnych, a nawet niespełnianie przez nie na wielu odcinkach minimalnych parametrów w ramach ustalonych klas wywołuje negatywne skutki w ich funkcjonowaniu (blokowanie tras), powodując upadek portów, firm itd. Zróżnicowanie parametrów tych dróg wodnych utrudnia prowadzenie efektywnej ekonomicznie i ekologicznie żeglugi na większe odległości, praktycznie ograniczając ją głównie do przewozów lokalnych. Wieloletnie zaniedbania w  gospodarce wodnej, wynikające z braku środków finansowych, prowadzą do  coraz dotkliwszej degradacji w  zabudowie regulacyjnej rzek i  dróg wodnych, latem uniemożliwiając żeglugę przez wiele dni, nawet w  sezonie żeglugowym, a  zimą utrudniając akcję łamania lodu i powodując dodatkowe zagrożenie powodziowe. Zbyt mała pojemność zbiorników retencyjnych i niewystarczający stopień zagospodarowania i zainwestowania w drogi wodne powodują, że nawet te niekorzystne dla żeglugi parametry nie są utrzymywane, powodując, że  w  latach suchych głębokości na  szlakach wodnych spadają znacznie poniżej wartości przewidzianych dla poszczególnych klas. Zauważyć należy gwałtowny wzrost zainteresowania opinii publicznej sprawą transportu wodnego i  wykorzystania do  celów transportowych właśnie Wisły. Jednym z czynników jest gwałtowny wzrost przewozów kontenerowych, który zmienia wizerunek portów morskich i  ich potrzeby rozszerzenia dostępu od strony lądu. Zaczęło się od koncepcji rewitalizacji drogi wodnej E70, uwieńczonej opracowaniem strategii sześciu marszałków województw północnych, która przyczyniła się do  rozwoju infrastruktury turystycznej. Jednak wszystkie długookresowe analizy i rozważania prowadzą do powrotu do koncepcji Kaskady Wisły. Ta nowa wersja powinna być wprowadzana stopniowo po opracowaniu całościowego planu etapów prac wynikających z zrównoważonego rozwoju regionów bezpośrednio związanych z Wisłą, doprowadzając w efekcie do osiągnięcia statusu międzynarodowych dróg wodnych E40 i E70 i podpisania konwencji AGN5. Najbardziej realny wydaje się etap wznowienia działalności transportowej na Wiśle od  Gdańska do  Warszawy [1]. Etap ten powinien wynikać z poprawy dostępu transportowego do  portów morskich Gdańska i  Gdyni drogą wodną oraz konieczności uruchomienia węzłów multimodalnych powiązanych z  autostradą A1 oraz linią magistralną E65. Należy jednak podkreślić, że powodem w tym przypadku są nie tylko potrzeby transportowe, ale również inne potrzeby gospodarcze. W  zależności od  przyjmowanego wariantu realizacji, niezbędna jest odbudowa obiektów infrastruktury regulacyjnej rzeki, jak również

AGN – podpisana 19 stycznia 1996 roku w Genewie – jest europejskim porozumieniem w sprawie głównych śródlądowych szlaków wodnych o znaczeniu międzynarodowym. To podstawowy dokument wskazujący na kierunki rozwoju sieci dróg wodnych śródlądowych w Europie, którego celem było: wprowadzenie ram prawnych, które ustalą skoordynowany plan rozwoju i budowy sieci śródlądowych dróg wodnych o międzynarodowym znaczeniu, oparty na uzgodnionych parametrach infrastrukturalnych i eksploatacyjnych. Sieć ujęta w konwencji AGN podzielona jest na dziewięć głównych wodnych ciągów transportowych o długości ponad 27 tys. km i łączy między sobą porty 37 krajów europejskich.

67


A. Bolt, P. Jerzyło | Acta Energetica 2/15 (2013) | translation 56–63

pojęcie regularnych prac utrzymaniowych szlaku wodnego minimum II klasy oraz rozpoczęcie budowy niezbędnych dużych obiektów hydrotechnicznych, jakim jest przykładowo budowa stopnia wodnego w  Nieszawie. Z  punktu widzenia żeglugi kolejnym po Nieszawie mógłby być stopień w Solcu Kujawskim, przynoszący dodatkową energię, a jednocześnie w sposób zasadniczy udrażniający drogę wodną do Gdańska. Jednocześnie powinna nastąpić budowa infrastruktury gospodarczej, porty rzeczne powinny być przygotowane do  obsługi tri modalności, czyli przeładowania z  transportu wodnego na kolejowy i drogowy. Na początku kluczowe są porty w  Tczewie, Solcu Kujawskim (obsługa Bydgoszczy i  Torunia), Płocku i  Warszawie (Żerań). W kolejnych etapach niezbędna jest budowa śluzy w Dębem. Nie są to inwestycje, które przekraczałyby możliwości inwestycyjne kraju. W  dalszej rozbudowie infrastruktury żeglugowej coraz większą rolę odgrywać powinno wykorzystanie potencjału hydroenergetycznego Wisły. Należy pamiętać, że  głównym celem żeglugi śródlądowej na  Wiśle jest Warszawa. Wybudowanie stopnia wodnego w  Wyszogrodzie (daje największą ilość energii elektrycznej) oraz Stopnia Północnego w Warszawie poprawi warunki wodne i możliwości efektywnego wykorzystania dróg wodnych w  obrębie węzła warszawskiego. Oznacza to konsekwentną realizację zadań związanych z udrożnieniem Wisły powyżej Warszawy. Rozpoczęcie prac nad nowoczesnym śródlądowym transportem wodnym wymaga dofinansowania prac przygotowawczych i  badawczych. Inwestycje muszą zostać zrealizowane zgodnie z  procedurami i  wymaganiami środowiskowymi obowiązującymi w  Unii Europejskiej wymaga to  uruchomienia niezbędnych programów zamawianych przez rząd. Obecnie stosowane w  Unii Europejskiej dobre praktyki oraz przyjazne środowisku rozwiązania, pozwalające na  harmonijny zrównoważony rozwój, gdzie człowiek, środowisko, gospodarka stanowią dobrze funkcjonujący organizm, mogą w  tym przypadku pomóc przełamać szkodliwe stereotypy, które przyczyniły się w  dużym stopniu do obecnego stanu infrastruktury wodnej i transportu śródlądowego.

5. Podsumowanie Wzrost zainteresowania społecznego sprawą transportu wodnego i  wykorzystania go do celów transportowych na Wiśle wynika w dużym stopniu z rozwoju infrastruktury transportowej kraju i potrzeb spowodowanych procesami kształtującymi zrównoważony rozwój gospodarczy regionów, w tym zmian zachodzących w sposobie transportu, dystrybucji i  handlu, w  zapotrzebowaniu na wodę i wykorzystaniu zasobów energetyki wodnej. Koncepcja wykorzystania drogi wodnej Wisły jest przyszłościowa i wiąże się z gruntownymi przekształceniami związanymi nie tylko z ogólnopolską infrastrukturą transportową, ale też ze  zmianami w sposobie zarządzania i administrowania drogami wodnymi. Wydaje się, że  obecny rozwój gospodarczy i  rosnące przewozy towarowe wymagają szukania alternatywy dla transportu drogowego. Koszty związane z  utrzymaniem dróg wodnych i  budowlami hydrotechnicznymi są porównywalne z  kosztami inwestycji drogowych, dlatego powinno się brać pod uwagę wykorzystanie naturalnego korytarza transportowego, jakim jest rzeka. Uruchomienie nowych linii żeglugowych i rozwój portów morskich wymagają wsparcia operatora przez nakreślenie możliwych do realizacji, w najbliższej i  dalszej przyszłości, działań władz regionalnych i  centralnych w  celu zapewnienia dostępu do  portów i  podtrzymania jego operatywności oraz rozwoju zapoczątkowanego już transportu kontenerów z Dalekiego Wschodu do  portu w  Gdańsku, tym bardziej że fracht kontenerowy jest jednym z  głównych rodzajów ładunków transportu morskiego, który będzie się rozwijał stabilnie, proporcjonalnie do wzrostu PKB, w  bliższej i  dalszej perspektywie. Stwarza to wiarygodną gwarancję zwrotu ponoszonych nakładów inwestycyjnych na transport tego frachtu. Prowadzone prace koncepcyjne i  programowe nad rewitalizacją dróg przez organa samorządowe i  organizacje pozarządowe wskazują możliwe kierunki rozwoju oraz pozwalają na ocenę stanu istniejącego, ale nie mogą być podstawą realnego programu gospodarczego w  zakresie wykorzystania zasobów wodnych Wisły do  celów gospodarczych, w tym transportu wodnego. Zadaniem priorytetowym, które powinno być zrealizowane w  pierwszej kolejności, jest opracowanie programu rządowego

w  zakresie gospodarczego wykorzystania dróg wodnych w perspektywie co najmniej do 2030 roku, z określeniem zadań gospodarczych, które muszą być realizowane wspólnie z  innymi użytkownikami wody oraz środowiskami zajmującymi się ochroną zasobów naturalnych. Problemem podstawowym jest decyzja podjęcia programu budowy międzynarodowych dróg wodnych w Polsce oraz podpisanie umowy AGN. Decyzja ta pozwoli na  rozpoczęcie realnych prac koncepcyjnych i opracowanie projektu międzynarodowej drogi wodnej co najmniej klasy IV na  Wiśle wraz rozstrzygnięciem sposobu wykorzystania gospodarczego tej rzeki. Dotyczy to w dużym stopniu wykorzystania zasobów energetycznych, jak i ochrony przeciwpowodziowej oraz zaopatrzenia rozwijających się aglomeracji i rolnictwa w wodę. Należy podkreślić ważność i  niezbędność tych decyzji z powodu szybko rozwijającej się infrastruktury transportowej kraju oraz zabudowy terenów przyległych, co stwarza realne zagrożenie, że  każde przekroczenie cieku czy kanału budowlami o  nieodpowiednich parametrach będzie powodowało nieuniknione straty gospodarcze. Bibliografia 1. Błażejczyk J., Zadania i  etapy realizacji dla projektu Kaskady Dolnej Wisły. Informacja dla Mazowsza, Kappa System sp. z o.o, 20 września 2012. 2. ECORYS Program rozwoju infrastruktury transportu wodnego śródlądowego w Polsce, część 1: Analiza funkcjonowania transportu wodnego śródlądowego oraz turystyki wodnej w  Polsce, Warszawa 2011. 3. Jerzyło P., Strategia rozwoju drogi wodnej – wymagana głębokość toru wodnego, Nowe trendy w naukach inżynieryjnych 2, Creative Science – Monografia 2012, Kraków 2012, s. 148–156. 4. Rozporządzenie Rady ministrów z dnia 7 maja 2002 roku w sprawie klasyfikacji śródlądowych dróg wodnych (Dz.U. 2002, nr 77, poz. 695). 5. Rusak M., Żegluga i  porty na  Wiśle, Konferencja Naukowo-Techniczna „Zagospodarowanie dolnej Wisły”, Włocławek, 18–19 września 1978. 6. Woś K., Żegluga śródlądowa – szanse rozwoju, Szczecin 2010.

Adam Bolt

dr hab. inż. prof. nadzw. PG Politechnika Gdańska e-mail: adam.bolt@wilis.pg.gda.pl Ma na swoim koncie ponad 260 publikacji, projektów, ekspertyz, opinii, opracowań, raportów. Rzeczoznawca budowlany o specjalności konstrukcyjno-budowlanej bez ograniczeń. Posiada uprawnienia budowlane, projektowe i wykonawcze w specjalności konstrukcyjno-budowlanej. Członek Polskiej Izby Inżynierów Budownictwa, rzeczoznawca Stowarzyszenia Inżynierów i��Techników Wodnych i Melioracyjnych. Przedstawiciel Polskiego Komitetu Normalizacyjnego w CEN/TC 189 ds. geosyntetyków w Brukseli. Organizator i współorganizator wielu konferencji i seminariów naukowych.

Patrycja Jerzyło

mgr inż. Politechnika Gdańska e-mail: patrycja.jerzylo@wilis.pg.gda.pl Zatrudniona na stanowisku asystent-doktorant w Katedrze Geotechniki, Geologii i Budownictwa Morskiego Wydziału Inżynierii Lądowej i Środowisk. Absolwentka kierunku nawigacja na Wydziale Nawigacyjnym Akademii Morskiej w Szczecinie. Autorka 12 publikacji w czasopismach recenzowanych. Przygotowuje pracę doktorską pt.: „Optymalizacja toru wodnego międzynarodowych dróg wodnych E70 i E40 na odcinku ujście Wisły – ujście Brdy, z uwzględnieniem analizy bezpieczeństwa żeglugi i uwarunkowań ekologicznych”.

68


J. Żelazo | Acta Energetica 2/15 (2013) | 69–76

Environmental considerations of development of the Lower Vistula River

Author Jan Żelazo

Keywords lower Vistula River, condition of the riverbed, environment, environmental impact, cooperation with naturalists, compromise solutions

Abstract For a long time, the Vistula River has been transformed and developed in order to better fulfil its economic functions. In spite of these changes, the river has very precious natural values, due to which it is covered by area legal protection, dominated by the Natura 2000 network. Environmental requirements related to Natura 2000 conservation and resulting from the Water Framework Directive – confirmed in Polish law (Environmental Protection Law, Water Law) – constitute part of the EU strategy within the scope of water management. Thus, they need to be considered in measures related to river transformation. This significantly reduces investment opportunities and complicates the process of investment preparation. Fuller diagnosis of the environmental condition including the impact of changeability of hydrological, hydraulic and morphological considerations on protected nature resources is necessary for reasonable conservation of Natura 2000 network areas, carrying out investment in these areas, as well as for conducting measures compensating possible harmful interference with the environment. The need for economic functions of the Vistula River and simultaneous necessity to consider environmental protection requirements, indicates the need to carry out compromise solutions of river development. This study presents some more important conditions of reaching such solutions.

DOI: 10.12736/issn.2300-3022.2013205

Introduction Just like other large rivers, the Vistula River (Wisła) performs important economic functions and has played a  significant role in development for hundreds of years. That is why for a  long time economic functions of rivers have been formed by opinions on opportunities and visions of their exploitation, necessary transformations and development. Such a role of rivers has resulted in the implementation of engineering works adjusting rivers to  navigational functions, or in their development to use the energy potential. In recent decades, it has been proved that rivers and valleys have not only undisputable economic functions, but also very precious – sometimes unique – environmental values strictly related to  their naturalness [4, 7, 10]. Therefore, environmental expectations against concerning rivers and valleys are clearly contrary to  economic needs. The economy requires independence from the randomness of phenomena and conditions occurring in rivers, as well as the possibility of shaping them according to  needs, while the environment expects maintenance of natural conditions, which is strictly connected with limited human interference.

This study aims to present issues concerning implementation of undertakings related to development of the Vistula River (Wisła) with modern considerations resulting from expectations of environmental protection.

Current status of development of the lower Vistula River Hydrographically, the Vistula River (Wisła) is divided into three sections: upper – from the Przemsza River mouth to  the San River mouth, middle – from the San River mouth to the Narew River mouth, and lower – from the Narew River mouth to  the sea mouth. The development status of particular sections is different [9, 12]. The upper Vistula River (górna Wisła) (section approx. 280 km long) is approx. 60% engineered. A part of this section (approx. 70 km) constitutes the waterway of the upper Vistula River (górna Wisła) from Oświęcim to Kraków, built in the years 1949–2002, with navigational conditions enabling transport of barges with a capacity of 1,000 tons. The middle Vistula River (Wisła Środkowa), on the section approx. 270 km long, flows freely and is partially engineered. This part of the Vistula River (Wisła) is characterised with the greatest naturalness of the 69


J. Żelazo | Acta Energetica 2/15 (2013) | 69–76

river and has the highest ecological and landscape values. On the lower section of the Vistula River (Wisła), approx. 390 km long, the floodplain has been limited with levees, while there are numerous engineering structures in the riverbed as elements of systematic engineering or local development. Currently, there are no long river sections where the river can freely develop its course over the flood plain [2]. Therefore, the status of the lower Vistula River (dolna Wisła) results from various actions and processes (both anthropogenic and natural) and it cannot be defined as “natural status”, even in reference to sections with only a small degree of technical interference. Having regard to  the level of technical interference, Zygmunt Babiński [2] classified the lower Vistula River (dolna Wisła) as follows: a) non-engineered section – above Włocławek reservoir; b) – Włocławek reservoir; c) from the barrage in Włocławek to the Tążyna River mouth (718 km) – engineered state; d) – engineered, below the Tążyna River mouth. From the Narew River mouth to the backflow of the barrage in Włocławek, engineering structures occur sporadically. We find local changes in the geometry of horizontal arrangement caused by the impact of wing dams, steering wheels and reshuffles closing lateral arms of the riverbed. Bank reinforcements occur only on some sections of cut banks at risk of intensive erosion. Many engineering structures are in bad technical condition and do not perform their functions properly. This generates unwanted changes in morphology of the riverbed and consequently increases the flood risk. As an example, we may mention the condition of the Vistula River (Wisła) riverbed near Raków (598–600 km), where a dam was destroyed in a lateral arm and the Vistula River (Wisła) transformed it into the main riverbed [21]. Another 50 km constitutes a backwater caused by the barrage in Włocławek, resulting in significant changes of hydraulic, morphological and natural conditions of this section of the Vistula River (Wisła) (Fig. 1).

V [m/s]

average speed width of the water table average depth

B [m]

0.6

2500

0.5

2000

0.4

1500

12

10 8

0.3

1000

0.2

500

0.1 0

0 km 675

h [m]

665

655

645

635

625

6 4 2 0

615

Fig. 1. Variability of the width, depth and average speed along Włocławek reservoir [8]

Decline in speed along the reservoir (from approx. 0.6 m/s at the beginning to approx. 0.05–0.1 m/s at the dam) causes deposits of bed load in the reservoir basin. It is estimated [8] that since 1971 approx. 80 mln m3 of deposits have settled, decreasing the reservoir’s initial volume by approx. 19% and unfavourably affecting flood safety. Bed load deposition in the reservoir basin hampers 70

ice flow and encourages jams. Therefore, relevant dredging works (in the reservoir and in the backflow section) are necessary to  provide flood safety. From the barrage in Włocławek to  the Tążyna River mouth (near Ciechocinek), the Vistula River (Wisła) is partially engineered. Unsystematic engineering works were completed in the 1960s. Since then, constructed development has been subject to  progressive degradation. On this section, the riverbed is significantly diverse; its width is variable, and also river bars and islands occur. Riverbed degradation is intensified by advanced linear erosion below the dam in Włocławek, caused by interruption of the continuity of bed load movement. The scale of this phenomenon is affected by the fact that the barrage functions as an individual weir, not as an element of a cascade system (as the concept planned). If that were the case, completely different hydraulic conditions (determining bed load transport) would dominate in the riverbed. Bed dredging resulting from erosion is so big that engineering structures do  not perform the functions foreseen in the project. Another section of the lower Vistula River (Wisła) (from the Tążyna River mouth) is engineered. The route has been formed as gentle bends, while the riverbed’s width has been limited by structures to 300–375 m [1]. The status of the engineering structures is unsatisfying. Many wing dams are destroyed, fostering bank erosion. In the riverbed, numerous trims and river bars in the form of diagonal sandbanks may be observed, which fosters technical degradation of the riverbed and decreases its capacity. Deposition of bed load picked up from the Vistula River (Wisła) riverbed below the dam in Włocławek constitutes an important element in the formation of morphology of this river section. It was engineered in the past for the needs of navigation, but currently the possibility of navigation is significantly limited due to the condition of this structure and diversity of the riverbed morphology.

Issues connected with area environmental protection of the lower Vistula River Rivers and river valleys constitute the richest and the most diverse ecosystems. They perform a special connecting function (ecological corridors), enabling migration of water and land organisms [5, 6, 16]. They constitute a key landscape element necessary to preserve and maintain many species of plants and animals. The following indicators decide the ecological values of rivers and valleys: • Diverse river landscape, formed by irregular meanders and various riverbed forms, as well as by the mosaic of morphological structures, swamps and greenery on floodplains. Because of the dynamics of flowing water and development of greenery, these elements are subject to  multidirectional transformations in time • Rich in species and population fauna in the water mass flowing through the riverbed, in reservoirs of slower flow and stagnant water and in substrate (lower fauna: small crustaceans, snails, insect larva). Fauna dependent on water and related to morphological diversity of the riverbed is also abundant • Appropriate conditions for the existence of riparian forests in river valleys constituting the most abundant forest environment of Central Europe in view of the amount of birds and mammals


J. Żelazo | Acta Energetica 2/15 (2013) | 69–76

• O ccurrence in river valleys of what are known as old waters (stagnant or slowly flowing) in oxbow lakes, ponds and various types of depressions, partially flooded when water levels rise due to rainfall, and then gradually uncovered, thereby creating the mosaic of humidity-diversified sites that is attractive for fauna. In spite of multiyear and diverse measures, the natural environment of the riverbed and valley of the lower Vistula River (dolna Wisła) has high values and is subject to  multidimensional conservation in many places. It is connected with the relatively great naturalness of the river, as systematic engineering works have been performed only in certain sections. It is manifested in diversification of the basic parameters of the riverbed: horizontal arrangement, erosion curve and cross sections. This results in the creation of abiotic conditions in the Vistula River (Wisła) bed attractive for the development of various organisms and ensuring a  high level of biological diversity [6]. Due to high natural values, the Vistula River (Wisła) has been broadly covered with area environmental protection. Many reserves and landscape parks have been created, while long sections of rivers and valleys (practically the whole of the lower Vistula River (Wisła)) have been qualified for conservation within the European ecological network Natura 2000. The Bird Directive1 and Habitats Directive2 constituted the conservation basis. The most precious elements for nature conservation under the Natura 2000 network include dynamically changing banks, oxbow lakes and lateral riverbeds, islands in the form of sandbanks or permanently planted with vegetation, remains of riparian forests and willows. Locally present valuable avifauna constitutes the main object of conservation, as here are nesting places of many rare bird species, some threatened with extinction. These places partially correspond with high-rank ecological corridors. Striving for harmonious co-existence of human beings and nature constitutes the assumption of the Natura 2000 network. Substantially, various types of activities can be undertaken in the network areas, unless they affect adversely the condition of a protected area. However, the directives mentioned, as well as the 16 April 2004 Environmental Protection Law, introduce significant limitations in carrying out investment undertakings. On the areas covered by protection of the Natura 2000 network: • it is forbidden to take actions that could significantly worsen the condition of natural habitats and of fauna and flora habitats, as well as those that could have significant adverse impact on species for which a conservation area has been indicated • planned undertakings not related directly to protection of the Natura 2000 network, which could have significant impact on these areas, require an environmental impact assessment to be conducted on the principles defined in the relevant act of 3 October 2008.

1 2 3

When requirements of overriding public interest – including social or economic requirements – support it and there are no alternative solutions, investment that may adversely affect natural habitats and fauna and flora habitats protected by the Natura 2000 area is permitted. Environmental compensation necessary to provide the cohesion and proper functioning of the Natura 2000 area network constitutes an additional condition. In these areas, there are no limitations concerning activities related to maintenance of devices and facilities for flood safety and agricultural, forestry, hunting, fishery, business activities, as well as amateur fishing, unless they threaten maintenance of natural habitats or adversely affect fauna and flora species, for conservation of which the Natura 2000 area has been determined. Therefore, conservation status within the Natura 2000 network must be considered in planning and carrying out maintenance works and investment operations on this river section. The necessity of conducting an environmental impact assessment (EIA) for investment operations on protected areas constitutes a significant obligation. This results from the EIA Act3 and concerns the majority of civil engineering operations, as they are included in the group of investments that may have significant adverse environmental impact. A review of materials concerning the Natura 2000 areas on the lower Vistula River (dolna Wisła) proves that information on the functioning of these areas in the context of conservation requirements is poor. Databases (General Directorate for Environmental Protection, Regional Directorate for Environmental Protection) include only wildlife inventory information. However, this information is insufficient for analyses of functioning of the entire protected area, planning, agreeing on and possibly implementing such investment operations that are not harmful for proper functioning of this area. This requires broad and reliable information on co-dependency of protected natural elements and formation of river, valley, hydrological and hydraulic conditions, as well as on their variability. Knowledge about tolerance of protected natural elements for changes in abiotic conditions (in the case of rivers and valleys, this is a  frequent and normal phenomenon, resulting from natural processes in rivers) is incredibly important. This knowledge constitutes the condition for planning design solutions satisfying the needs of environmental protection. Descriptions including morphological, hydrological and hydraulic conditions are very general and superficial for the majority of areas, which makes it impossible to conduct analyses of environmental dependency on these conditions. In addition, it does not enable the formulation of requirements concerning possible (acceptable) transformations of the riverbed or operational activities in particular areas, providing for maintenance of environmental elements protected within the Natura 2000 scheme. There is no information on the scope and range of protective measures, particularly in connection with provision of flood safety and implementation of economic functions. The

Directive of the European Parliament and Council 2009/147/EC of 30 November 2009 on the conservation of wild birds. Directive of the Council 92/43/EEC of 21 May 1992 on the conservation of natural habitats and of wild fauna and flora. The 3 October 2008 Act on Providing Access to Information concerning the Environment and Environmental Protection, Participation of the Public in Environmental Protection and on Environmental Impact Assessments.

71


J. Żelazo | Acta Energetica 2/15 (2013) | 69–76

lack of these materials hampers, sometimes even makes impossible, the design of reasonable undertakings related to development of the Vistula River (Wisła). It seriously hampers planning of compensatory measures resulting from the Environmental Protection Law. Difficulties in preparation of dredging works in the backflow of Włocławek reservoir illustrate this problem. One of the places where intensive alluvial sedimentation occurs is a  section of the right arm of the Vistula River (Wisła) near Kępa Ośnicka (at 624.5–630 km), protected under the Natura 2000 network. In order to improve flowing conditions in the riverbed and create conditions enabling the work of icebreakers (necessary for flood security), dredging works should be conducted over several kilometres, in the form of a semi-circular gutter approx. 400 m wide. Fig. 2 presents the forecast of the results of these works. The undertaking has been classified as having significant impact on the Natura 2000 area, so it can be implemented where superior public interest requires and there is no alternative solution. Implementation of relevant environmental compensation is also a  condition. The investor encountered a  significant problem in the form of agreeing on the type and scope of compensatory measures, as well as their implementation and conducting monitoring of environmental effects. More complex recognition of the relation between the riverbed morphology and environmental stability of the protected area, particularly recognition of the impact of changes (natural and resulting from human pressure on the functioning of this area) and definition of non-damaging scope of these changes, seems to be crucial in solving such problems. In addition, this recognition will also enable more reliable assessment of whether planned operations have significant adverse impact on protected organisms, habitats and functioning of a completely protected area. This example shows that thorough analysis of proceedings related to  environmental protection on the Vistula River (Wisła) under the Natura 2000 network is required. This protection cannot come at the expense of increased flood risk. Many years of experience connected with exploitation of Włocławek reservoir indicate clearly the possibility of jams and catastrophic floods. It should be restated that dredging works in this reservoir and in its backflow have been undertaken several times in the past and have not resulted in significant changes in environmental resources. The impression can be given that when environmental impact assessment is uncertain, there is no full confidence concerning the necessity of environmental compensation or the ways of its implementation, the providence rule is applied to the broader extent. This standard, although right in its assumption in reference to  measures affecting safety or concerning investments with high economic significance (e.g. navigational or energetic exploitation of a  river), should be applied with due thoroughness and care.

The need to introduce environmentally friendly solutions Transformations of riverbeds consist of riverbed engineering, ordering floodplains or constructing barrages, change river 72

dredging result 58,20

current condition

m n.p.m.

58,00 57,80 57,60 57,40 57,20 57,00

621 622 623 624 625 626 627 628 629 630 631 632 km

Fig. 2. Forecast effects of dredging works in Włocławek reservoir basin at SSQ flow [8]

morphology, hydraulic and hydrological conditions. Thereby, they affect the environment. Limitation of the diversification of depth and speed, as well as of size of morphological river structures constitutes the condition of life being the basis of development and diversification of organisms. It usually leads to radical depletion of habitats and species related to them. Levees – the most important means of protection against floods on plains – decrease river valley water retention, change the natural water outflow regime, reduce the scope and time of floods, which is assessed adversely from the environmental point of view. Structures that constantly raise water levels hamper migration of organisms or make it impossible. Sections distinguished because of river fragmentation may necessarily transform into loosely connected, separate ecosystems. Construction of e.g. the barrage in Włocławek caused radical limitation (almost decline) of migratory fish population. Riverbed partition introduces disturbance in river bed load transport, which usually has adverse environmental impact. When erosion is significantly intense, the water table declines, while it rises at accumulation, which changes the previous humidity conditions and may lead to radical transformation of previous biotopes. If those biotopes enabled the existence of valuable biocenoses or ecosystems, certain loss of environmental resources would occur. Obviously, humidity changes create conditions in which new ecosystems, biocenoses or habitats may come into being. However, these will be new natural systems, usually characterised by different populations of organisms and often less valuable than those existing in that area before anthropogenic transformation. The awareness of an investment’s significant environmental impact related to  river development has become an impulse to search for new, less environmentally inconvenient solutions, as well as to supplement legal regulations with provisions determining or indicating ways of proceeding to limit this impact. It has been strongly emphasised in the Water Framework Directive (WFD), which – as the imperative of water policy – indicates sustainable use of water resources and protection of water and water-dependent ecosystems as one of priorities. The Water Law Act refers to the main premise of the WFD. While referring e.g. to  maintenance of inland surface water, it states


J. Żelazo | Acta Energetica 2/15 (2013) | 69–76

that this maintenance “cannot interfere with the existing good ecological condition of these waters and conditions resulting from water conservation”4, while when speaking of use of these waters, it states that “it cannot worsen the ecological condition of waters and water-dependent ecosystems, as well as waste of water, hydropower, nor cause any damages”5. Article 63, section 1 is very important. It states as follows: “While designing, performing and maintaining water installations, the sustainable development principle should be obeyed, particularly maintenance of good ecological condition of waters and biocenoses specific for them, the need of maintenance of existing land relief and biological relations in water environment and floodplains”. It is an exceptionally important provision, both due to  environmental protection and to design solutions, as well as the possibility of their implementation. It constitutes an unambiguous message for all links in the investment process in water management: investor, designer, contractor and administrative units. However, it should be stated that this provision is more a recommendation than implementation desideratum. It is variously understood, as interpretation of both “sustainable development” and “good ecological condition” is not precise and standardised enough. To some extent, thus, it is reference to the sensitivity of specialists for environmental issues. In addition, the Environmental Protection Law establishes important requirements related to  environmental protection: “Newly constructed or modernised building structure, set of structures or installation cannot be put into use unless they meet the environmental protection requirements”6. These requirements include e.g.: • performance of technical means protecting the environment and required by regulations or determined in administrative decisions • application of relevant technological solutions • obtaining required decisions defining the scope and conditions of environmental exploitation. Professional materials and documents include important suggestions concerning planning water investments in relation with environmental protection. ICOLD (The International Commission on Large Dams) report of 1995 may be such an example. This report recognises the need to form water resources in accordance with sustainable development principles. It emphasises the need to search for compromise solutions. Ecological and social issues must be examined and considered starting from pre-design studies, through all stages of designing, carrying out and operating hydrotechnical structure. Information on a planned reservoir (barrage on the river) – reliable and complete – should be passed on to broad circles of persons interested in carrying out the investment, as well as to its opponents The examples presented show that the Water Law and other legal regulations clearly indicate the need for considering environmental protection interest in planning water investments, as well as the need for applying pro-ecological solutions.

4 5 6

It should be noticed that although some provisions concerning environmental protection in planning water economy investments can be treated as recommendations or guidelines, their rank is high, as consideration of requirements in investment operations is the subject of procedural assessment under EIA procedure. According to  valid regulations, the environmental impact assessment is conducted within the framework of procedure to issue the decision on environmental considerations and to  issue the decision on the construction permit. Investments planned in the Natura 2000 areas also require an environmental impact assessment. The majority of investment undertakings within the scope of water management are subject to this procedure, while many of them are obliged to  conduct a  report on planned environmental impact. In practice, a significant part of the environmental impact reports submitted in the EIA procedure is far from statutory requirements, which results in issuing a negative decision or longer process of investment preparation. The most frequent shortcomings of reports include too superficial environmental characteristics of the investment-related area, modest proposals of variant solutions and analysis of these variants, insufficiently thorough identification and characteristics of impacts and unsatisfying propositions concerning reduction of planned project arduousness. Having regard to  environmental protection considerations, the following possible scenarios in programming investments to develop rivers can be indicated: • The investment is necessary, as irrefutable safety or economic aspects prove it, e.g. repair of levees. Such operations will require very thorough and convincing justification. Then, environmental protection issues become secondary • Resignation from carrying out the investment due to exceptionally high natural values of a river or valley, e.g. resignation from protection of a  fragment of river valley against floods. This concerns cases when potential ecological losses – resulting from planned operations – appear to  be larger than possible economic profits • Water investment can be carried out – usually to  a  limited extent – under the condition of considering the most important environmental protection needs. It is a solution meeting the requirements of sustainable development – compromise between economic expectations and environmental protection postulates • Investments are carried out to improve the ecological condition of waters. These are projects in the area of renaturalisation and revitalisation. Their scope will probably extend, as they are related to implementation of the Water Framework Directive. The above-mentioned economic functions of the lower Vistula River (dolna Wisła), as well as others [9], indicate unambiguously that resignation from investment operations on this section of the Vistula River (Wisła) is impossible. These projects need

Water Law, Act of 18 July 2011, Article 24. Water Law, Act of 18 July 2011, Article 31, section 2. Environmental Protection Law, Act of 27 April 2011, Article 46, section 1.

73


J. Żelazo | Acta Energetica 2/15 (2013) | 69–76

to consider requirements resulting from the implemented spatial environmental protection system, mainly in the form of Natura 2000 areas. Therefore, development of the lower Vistula River (dolna Wisła) will take place according to the third compromise scenario. However, one should bear in mind that this simple and apparently logical compromise solution is not easy to  achieve. The reasons are different, substantial, economic or social, and resulting from different visions of satisfying needs and development presented by various sectors (e.g. water economy experts and naturalists). Examples of other European countries – e.g. carrying out investments related to navigational and energetic use of rivers – prove that economic functions of rivers can be implemented with maintenance of their most precious natural values.

The need of cooperation, trust and exchange of experiences Information presented in this study unambiguously shows that the lower Vistula River (dolna Wisła) has precious natural values covered by legal protection. According to valid regulations, this must be taken into account when planning its use for economic purposes. It is impossible to resign from economic functions of the Vistula River (Wisła) or limit them radically; therefore, solutions must be searched for through reasonable compromise. Resignation from prevalence of a specific river function for the benefit of recognising its multifunctionality constitutes the basic condition of such a compromise, i.e. it is impossible to implement the Vistula River (Wisła) environmental protection without considering its important and diverse economic functions. Moreover, the opposite applies, it is impossible to  form a  navigational concept without regard to the protection of natural resources. Experiences of other countries, as well as some Polish instances such as the concept of the middle Vistula River (Wisła Środkowa) development of 1998, show that developing concept works with participation of naturalists is the best way to achieve a compromise solution. Such a constructive cooperation should start at the stage of concept creation and last for the whole period of preparation and performance of the investment. Currently, naturalists usually do not create concepts, but review them or participate in the EIA procedure. These forms of activity, although justified and bringing results, are insufficient, if their purpose is searching for optimal solutions. Another very important condition of achieving compromise solutions related to  the Vistula River (Wisła) development includes good recognition of economic needs and natural characteristics in relation to  hydrological, hydraulic and morphological conditions of rivers, as well as the impact of changes of these conditions on the state of natural resources. Reliable and valid knowledge from this scope should be the basis of both environmental protection programs and investment concepts. It should be added that planning operations related to  the Vistula River (Wisła) development or provision of appropriate level of flood protection is not simple due to the specificity of this river – high dynamics of changes, randomness of phenomena, and uncertainty of forecasts. Thus, it requires high qualifications, including knowledge of river processes. Sometimes, it happens that 74

solutions which are unreasonable from the point of view of knowledge about river formation processes are enforced or imposed on designers – probably in good faith. Measures related to the Vistula River (Wisła) near Raków (59–600 km) can be one such example. Kępa Antonińska Island, splitting the riverbed into two arms, was on that section. Dams limited water flow in the lateral (right) arm in the past, while wing dams constructed upstream of the island directed the current to the central, wide part of the riverbed, where water accumulated in the bed load, creating sandy mounds, sandbanks and islands. That diverse morphology of the Vistula River (Wisła) riverbed, particularly young islands, appeared to  be very attractive for nature. That riverbed fragment was protected in the form of a reserve. However, structures controlling the current direction were destroyed, causing concentration of flow in a  lateral riverbed (larger decline and smaller flow obstruction than along the central part of the riverbed), which then formed the main channel of the Vistula River (Wisła). Intensive bank erosion (width of the lateral arm increased from approx. 120 to  approx. 200 m) and the current and the levee coming to  within 15–20 m of each other were the results. A  design concept of protecting the bank against erosion was developed, assuming that morphological conditions important for the reserve should not be significantly changed. The concept expected reconstruction of dams limiting flow in the lateral arm (with ordinate at the SNQ level) and reconstruction of wing dams that will redirect the current towards the central channel. Short wing dams (20–30 m long) were proposed to  protect eroded banks. They were supposed to reduce the flow speed near the bank and create very valuable biotopes on fields between wing dams. Naturalists did not approve those solutions. Ornithologists indicated a solution consisting in reinforcement of eroded banks with a  seawall could be approved (Fig. 3). At the initial design stage, such a  solution was considered, because it satisfied the requirement of providing temporary safety of a levee. However, it was abandoned due to potential adverse environmental impact. Because of the approved solution, the river course would be straightened over a section of 2–3 km, which does not meet modern requirements of river engineering, due to the need of applying environmentally friendly solutions, and causes concentration of water flow in a lateral arm. This would result in reduced morphodynamical activity in the middle part of the riverbed constituting the main factor of morphological structure formation (banks,

structures not approved by naturalists structures approved by naturalists

levee

Vistu la Riv er

new direcon of the current

Fig. 3. Concepts of the Vistula River development near Raków


J. Żelazo | Acta Energetica 2/15 (2013) | 69–76

river bars). This will create favourable conditions for plant succession on young islands, which is contrary to the reserve needs.

REFERENCES

Summary

1. Banach M., Dynamika brzegów dolnej Wisły [Dynamics of Banks of the Lower Vistula River], Stanisław Leszczycki Institute of Geography and Spatial Organization Polish Academy of Sciences, Dokumentacja Geograficzna [Geographical Documentation] 1998, book 9. 2. Babiński Z., Charakterystyka równiny zalewowej dolnej Wisły [Characteristics of the Lower Vistula River Floodplain], Przegląd Geograficzny [Geographical Review] 1990, issue 62, pp. 1–2, 95–120. 3. Bojarski A. et al., Przekształcenia w inżynierii i gospodarce wodnej – problemy i zadania do rozwiązania [Transformations in Water Engineering and Management – Problems and Tasks to be Solved], Gospodarka Wodna [Water Management] 2006, issue 6. 4. Bukaciński D. et al., Liczebność i rozmieszczenie ptaków wodnych gniazdujących na Wiśle środkowej – zmiany w latach 1973–1993 [Population and Distribution of Water Birds Nesting on the Middle Vistula River], Notatki Ornitologiczne 1994 [Ornithological Notes], Vol. 35, pp. 1–2. 5. Gacka-Grzesikiewicz E. (ed.), Korytarz ekologiczny doliny Wisły [Ecological Corridor of the Vistula River Valley], IUCN, Warszawa 1995. 6. Kajak Z., Natural and recreational values of the Vistula river valley from the point of view of the need to create a Vistula River Valley Park, 1989. 7. Kajak Z., Stan i potrzeby ochrony Wisły i jej doliny [Condition and Need of Protection of the Vistula River and its Valley] [in:] Monograph: Ochrona przyrody i środowiska w dolinach nizinnych rzek Polski [Environmental Protection in Plain Valleys of Polish Rivers], Kraków 1993. 8. Magnuszewski A., Analiza wpływu akumulacji rumowiska w strefie oddziaływania zbiorników na bezpieczeństwo powodziowe w regionie. Określenie kryteriów wyboru miejsc przeprowadzenia prac pogłębiarskich [Analysis of the Impact of Bed Load Accumulation in the Reservoir Impact Zone on Flood Safety in the Region. Determination of Criteria to Choose Places of Performing Dredging Works], Ekspertyza dla Programu Bezpieczeństwa Powodziowego w Regionie Wodnym Środkowej Wisły [Expertise for the Program of Flood Safety in the Water Region of the Middle Vistula River], 2012. 9. Majewski W., Ogólna charakterystyka Wisły i jej dorzecza [General Characteristics of the Vistula River and its Basin], Acta Energetica 2013, No. 2/15. 10. Matuszkiewicz J., Geobotaniczna analiza potrzeb i możliwości działań dla ochrony roślinności i krajobrazu doliny środkowej Wisły [Geobotanical Analysis of Needs and Options of Measures for Protection of Greenery and Landscape of the Middle Vistula River Valley] [in:] Monograph: Ochrona przyrody i środowiska w dolinach nizinnych rzek Polski [Environmental Protection in Plain Valleys of Polish Rivers], Kraków 1993. 11. Nawrocki P., Nieznański P., Żelazo J., Możliwości oraz sposoby rozwiązywania zagadnień problemowych i konfliktowych w gospodarce i inżynierii wodnej. [Options and Ways of Solving Problematic and Conflict Issues in Water Management and Engineering] HYDROTECHNIKA XI, Ustroń 2009. 12. Nocoń H., Niektóre zagadnienia regulacji Wisły środkowej [Some Issues of the Middle Vistula River Engineering], Gospodarka Wodna [Water Management] 1971, issue 7.

1. The lower Vistula River (dolna Wisła) is connected with business activities just like other large rivers. It has been transformed for a  long time to  serve economic functions better. River engineering in the 19th century and construction of the barrage in Włocławek prove that. It is necessary to  conduct maintenance works and relevant investment undertakings in order to perform economic functions and the need of guaranteeing appropriate protection against flood 2. Despite various transformations of the riverbed, the section of the lower Vistula River (dolna Wisła) has precious natural values, which became the basis of area environmental protection, with Natura 2000 performing the main role. Valid legal regulations connected with Natura 2000 areas on the lower Vistula River (dolna Wisła) introduce severe limitations in investment operations and significantly complicate the process of planning and carrying out investment 3. Areas of legal environmental protection on the Vistula River (Wisła) are characterised by very a dynamic pace of change in abiotic conditions. This is related to changes of the riverbed and valley condition, including morphological riverbed structures, resulting from natural processes in rivers occurring under the impact of flowing water. In these conditions, the description of natural resources reflecting actual conditions requires recognition of the course of these changes and their relation to protected environmental resources. It is necessary to develop reasonable conservation programmes, as well as to select adequate technical measures, essential to implement the river’s economic functions, assess environmental results of these measures and to take needed compensatory measures to  reduce possible adverse impact. Such recognitions are necessary also to improve credibility of environmental impact prognoses concerning planned measures 4. Performance of works related to  maintenance and development of the Vistula River (Wisła), as well as efficient conservation of the most precious natural values of this river, is impossible without systematic and constructive cooperation of water management experts and naturalists. The following conditions of such cooperation can be indicated as necessary: • willingness and ability of cooperation and search for optimal solutions • good professional preparation, skill of objective assessment of problems and respect for knowledge and competence of other people • development of systemic solutions providing for creative participation of naturalists in the preparation of investment concepts; previous participation of naturalists as concept reviewers is decidedly insufficient. This will allow involvement of very active persons in the process of development and create the possibility of informing public opinion why some water management investments cannot be carried out.

75


J. Żelazo | Acta Energetica 2/15 (2013) | 69–76

13. International Commission of Large Dams Report, Water Dams and Environment, transl. H. Fiedler-Krukowicz, 1995. 14. Rotko J., Ochrona przed powodzią na obszarach NATURA 2000 [Flood Protection on NATURA 2000 Areas], Gospodarka Wodna [Water Management] 2006, issue 6. 15. Różański A., Przekształcenia łożysk rzek naszych, a ochrona przyrody [Transformations of Our Riverbeds and the Environmental Protection], Water Management 1937, May-June, pp. 127–139. 16. Tomiałojć L., Dyrcz A., Przyrodnicza wartość dużych rzek i ich dolin w Polsce w świetle badań ornitologicznych [Environmental Value of Large Rivers and Their Valleys in Poland in the Light of Ornithological Research] [in:] Monograph: Ochrona przyrody i środowiska w dolinach nizinnych rzek Polski [Environmental Protection in Plain Valleys of Polish Rivers], Kraków 1993. 17. The 18 July 2001 Water Law (Journal of Laws 2001.115.1229 as amended). 18. The 16 April 2004 Environmental Protection Law (Journal of Laws of 2004.92.880, as amended). 19. The 3 October 2008 Act on Providing Access to Information concerning the Environment and Environmental Protection, Participation of the Public in Environmental Protection and on Environmental Impact Assessments (Journal of Laws 2008.199.1227). 20. Environmental Protection Law, Act of 27 April 2011 (Journal of Laws 2001. 62.627, as amended).

21. Wierzbicki J., Przyrodnicze, gospodarcze i hydrotechniczne przesłanki regulacji rzek [Environmental, Economic and Hydrotechnical Premises of River Engineering], conference materials: Water Management Development Strategy, Vol. 3, Zakopane-Kościelisko 1995. 22. Żbikowski J., Żelazo J., Ochrona środowiska w budownictwie wodnym [Environmental Protection in Civil Engineering], information materials, Ministry of the Environment, Warszawa 1993. 23. Żelazo J., Analiza potrzeb i możliwości realizacji inwestycji wodnych w aspekcie wymagań ochrony środowiska [Analysis of Needs and Options of Implementation of Water Investments in the Aspect of Environmental Protection Requirements] [in:] Monograph: Środowiskowe aspekty gospodarki wodnej [Environmental Aspects of Water Management], Environmental Protection Committee Polish Academy of Sciences, Faculty of Environmental Engineering and Geodesy of the Wrocław University of Environmental and Life Sciences 2005, pp. 275–293. 24. Żelazo J., Analiza warunków przepływu i możliwości zabezpieczenia przed erozją prawego brzegu Wisły, w rejonie km 599–600 [Analysis of Flow Conditions and Options of Protecting the Right Bank of the Vistula River against Erosion in the Region of km 599–600], Zeszyty Naukowe Infrastruktura i Ekologia Terenów Wiejskich PAN 2007 [Scientific Studies Infrastructure and Ecology of Village Areas Polish Academy of Sciences 2007], issue 4/2.

Jan Żelazo Warsaw University of Life Sciences e-mail: jan_zelazo@sggw.pl He works in the Water Engineering Department at the Faculty of Construction and Environmental Engineering of the Warsaw University of Life Sciences. His researches focus on issues of river engineering and environmental protection, including morphodynamical processes in riverbeds (bed load movement conditions, riverbed deformations, flow resistances), principles of designing and performing environmentally friendly engineering works (considering environmental protection requirements), basis of river renaturalisation and engineering protective means and water environment recultivation, impact of water management on the environment and options of reducing adverse impact. His scientific output in the scope of riverbed hydraulics, river engineering, flood protection, application of engineering means in environmental protection and environmental impact assessments, includes more than 160 scientific publications and more than 120 unpublished scientific studies, expert opinions and projects. His more important achievements include development of formulae determining terminal velocities of bed load movement in rivers (breaking velocity, mass bed load movement velocity and permissible speed), development of dependencies for flow resistance in natural riverbeds (considering diversification of the horizontal arrangement and riverbed morphology), development of natural river engineering principles – engineering considering environmental protection requirements, as well as development of river renaturalisation design.

76


J. Żelazo | Acta Energetica 2/15 (2013) | translation 69–76

This is a supporting translation of the original text published in this issue of “Acta Energetica” on pages 69–76. When referring to the article please refer to the original text. PL

Uwarunkowania przyrodnicze zagospodarowania dolnej Wisły Autor

Jan Żelazo

Słowa kluczowe

dolna Wisła, stan koryta, środowisko przyrodnicze, oddziaływanie na środowisko, współpraca z przyrodnikami, rozwiązania kompromisowe

Streszczenie

Wisła od dawna była przekształcana i zabudowywana w celu stworzenia pełniejszych możliwości realizacji jej funkcji gospodarczych. Mimo tych zmian rzeka ma bardzo cenne walory przyrodnicze, co stało się podstawą objęcia ich obszarową ochroną prawną, w której dominującą rolę odgrywa sieć Natura 2000. Wymagania środowiskowe związane z ochroną Natura 2000 i wynikające z Ramowej Dyrektywy Wodnej – potwierdzone w polskich aktach prawnych (ustawa o ochronie przyrody, ustawa Prawo wodne) – są elementem strategii UE w zakresie gospodarowania wodami i muszą być uwzględniane w działaniach związanych z przekształcaniem rzek. To istotnie ogranicza możliwości inwestycyjne oraz komplikuje proces przygotowania inwestycji. Do racjonalnej ochrony obszarów objętych siecią Natura 2000, realizacji inwestycji na tych obszarach, a także prowadzenia działań kompensujących ewentualne szkodliwe ingerencje w środowisko przyrodnicze niezbędne są pełniejsze rozpoznania stanu środowiska, obejmujące wpływ na chronione zasoby przyrody zmienności warunków hydrologicznych, hydraulicznych i morfologicznych. Potrzeba realizacji gospodarczych funkcji Wisły i jednocześnie konieczność uwzględnienia wymagań ochrony przyrody wskazują na potrzebę realizowania rozwiązań kompromisowych w zagospodarowaniu rzek. Niektóre ważniejsze warunki dochodzenia do takich rozwiązań przedstawiono w opracowaniu.

Wprowadzenie Wisła, podobnie jak inne duże rzeki, pełni ważne funkcje gospodarcze i  od  setek lat odgrywała dużą rolę w kreowaniu rozwoju. To zdecydowało, że  przez długi okres poglądy o  możliwościach i  wizjach wykorzystania rzek, koniecznych ich przekształceniach i zabudowie kształtowały ich gospodarcze funkcje. Efektem takiej roli rzek są zrealizowane roboty regulacyjne, przystosowujące rzeki do funkcji żeglugowych czy też ich zabudowa w celu wykorzystania potencjału energetycznego. W  ostatnich dziesięcioleciach udokumentowano, że rzeki i doliny, obok niekwestionowanych funkcji gospodarczych, mają bardzo cenne – niekiedy unikatowe – walory przyrodnicze, które ściśle związane są z ich naturalnością [4, 7. 10]. Oczekiwania przyrodnicze wobec rzek i  dolin pozostają więc w  wyraźnej sprzeczności z  potrzebami gospodarczymi, gospodarka wymaga uniezależnienia się od  losowości zjawisk i warunków występujących w rzekach oraz możliwości ich kształtowania stosownie do  potrzeb, przyroda zaś oczekuje zachowania warunków naturalnych, co ściśle wiąże się z  ograniczeniem ingerencji człowieka. Celem opracowania jest przybliżenie problemów dotyczących realizacji przedsięwzięć związanych z zagospodarowaniem Wisły we współczesnych uwarunkowaniach, wynikających z oczekiwań ochrony środowiska przyrodniczego. Aktualny stan zagospodarowania dolnej Wisły Pod względem hydrograficznym Wisłę dzieli się na trzy odcinki: górny – od ujścia Przemszy do  ujścia Sanu, środkowy – od  ujścia Sanu do  ujścia Narwi i  dolny – od  ujścia Narwi do  ujścia do  morza. Stan zagospodarowania poszczególnych odcinków jest różny [9, 12]. Górna Wisła (odcinek o długości ok. 280 km), jest uregulowana w  ok. 60%. Część tego odcinka (ok. 70 km) to droga wodna górnej Wisły

od  Oświęcimia do  Krakowa, wybudowana w latach 1949–2002, mająca warunki żeglugowe umożliwiające transport barek o  ładowności 1000 ton. Wisła środkowa na odcinku długości ok. 270 km jest rzeką swobodnie płynącą, częściowo uregulowaną. Ta część Wisły cechuje się największą naturalnością koryta i  posiada najwyższe walory ekologiczne i  krajobrazowe. Na dolnym odcinku Wisły, długości ok. 390 km, dolina zalewowa ograniczona została wałami przeciwpowodziowymi, a w korycie występują liczne budowle regulacyjne jako elementy regulacji systematycznej lub zabudowy o znaczeniu lokalnym. Nie ma obecnie dłuższych odcinków rzeki, na  których koryto może się swobodnie rozwijać w poziomie zalewowym [2]. Aktualny stan dolnej Wisły jest więc skutkiem różnych działań oraz procesów (antropogenicznych i naturalnych) i nie można go określać jako „stan naturalny”, nawet w odniesieniu do  odcinków o  niewielkim stopniu ingerencji technicznej. Uwzględniając stopień ingerencji technicznej, Zygmunt Babiński [2] wydzielił na  dolnej Wiśle: a) odcinek nieuregulowany – powyżej zbiornika Włocławek; b) – zbiornik Włocławek; c) od stopnia we Włocławku do ujścia Tążyny (718. km) – w stadium regulacji, d) – uregulowany, poniżej ujścia Tążyny. Od ujścia Narwi do  cofki stopnia we Włocławku budowle regulacyjne występują sporadycznie. Znajdujemy lokalne zmiany geometrii układu poziomego, spowodowane oddziaływaniem ostróg, kierownic, a także przetasowań zamykających boczne ramiona koryta. Umocnienia brzegów występują jedynie na niektórych, zagrożonych intensywną erozją, odcinkach brzegów wklęsłych. Wiele z budowli regulacyjnych jest w  złym stanie technicznym i  nie pełni właściwie swoich funkcji. Generuje to niepożądane zmiany w morfologii koryta, a w efekcie zwiększa zagrożenie powodziowe. Przykładem jest stan koryta Wisły w  rejonie Rakowa (598.–600. km), gdzie w wyniku zniszczenia przetamowania

w  bocznym ramieniu Wisła przekształciła je w  koryto główne [21]. Kolejne 50 km to spiętrzenie wody spowodowane stopniem we  Włocławku, co spowodowało istotne zmiany w  warunkach hydraulicznych,

V [m/s]

prędkość średnia szerokość zw. wody głębokość średnia

B [m]

0.6

2500

0.5

2000

0.4

1500

12

10 8

0.3

1000

0.2

500

0.1 0

0 km 675

h [m]

665

655

645

635

625

6 4 2 0

615

Rys. 1 Zmienność szerokości oraz głębokości i prędkości średniej wzdłuż zbiornika włocławskiego [8]

morfologicznych i  przyrodniczych tego odcinka Wisły (rys. 1). Zmniejszenie prędkości wzdłuż zbiornika (od  ok. 0,6 m/s na  początku do  ok. 0.05– 01m/s przy zaporze) powoduje zatrzymanie rumowiska w czaszy zbiornika. Ocenia się [8], że od 1971 roku w zbiorniku osadziło się ok. 80 mln m3 osadów, co zmniejszyło jego początkową objętość o  ok. 19% oraz niekorzystnie wpływa na stan bezpieczeństwa powodziowego. Depozycja rumowiska w  czaszy zbiornika powoduje utrudnienia w  spływie lodów i  sprzyja powstawaniu zatorów. Z  tego względu niezbędne są stosowne prace bagrownicze (w zbiorniku i  na  odcinku cofkowym), w  celu zapewnienia bezpieczeństwa powodziowego. Od stopnia we Włocławku aż do ujścia Tążyny (rejon Ciechocinka) koryto Wisły jest częściowo uregulowane. Niesystematyczne prace regulacyjne zakończono w latach 60., a  zrealizowana zabudowa podlega postępującej degradacji. Na tym odcinku koryto jest znacznie zróżnicowanie, jego szerokość jest zmienna, występują odsypiska i wyspy. Degradacja koryta jest spotęgowana

77


J. Żelazo | Acta Energetica 2/15 (2013) | translation 69–76

intensywną erozją liniową poniżej zapory we Włocławku, spowodowaną przerwaniem ciągłości ruchu rumowiska. Wpływ na skalę tego zjawiska ma fakt, że stopień funkcjonuje jako pojedyncza budowla piętrząca, a  nie jako element sytemu kaskady (jak przewidywała koncepcja), w wyniku której w korycie byłyby zupełnie inne warunki hydrauliczne, decydujące o  transporcie rumowiska. Pogłębienie dna wskutek erozji jest tak duże, że budowle regulacyjne nie spełniają funkcji przewidzianych w  projekcie regulacji. Pozostały odcinek dolnej Wisły (od ujścia Tążyny) jest uregulowany. Trasę regulacyjną ukształtowano w formie łagodnych łuków, a szerokość koryta ograniczono budowlami do  300–375 m [1]. Aktualny stan budowli regulacyjnych jest niezadowalający. Wiele ostróg jest zniszczonych, co sprzyja erodowaniu brzegów. W korycie można zaobserwować liczne przegłębienia oraz odsypiska w  formie skośnych łach, co sprzyja degradacji technicznej koryta i  zmniejsza jego przepustowość. Istotnym czynnikiem w  kształtowaniu morfologii tego odcinka rzeki jest odkładanie rumowiska wynoszonego z koryta Wisły poniżej zapory we Włocławku. Ten odcinek rzeki, mimo że  został on w  przeszłości uregulowany na potrzeby żeglugi, obecnie, z uwagi na stan budowli i zróżnicowanie morfologii koryta, możliwości żeglugowe są istotnie ograniczone. Problemy związane z obszarową ochroną przyrody dolnej Wisły Rzeki i  doliny rzeczne należą do  najbogatszych i  najbardziej różnorodnych ekosystemów i  pełnią szczególną funkcję łącznikową (tzw. korytarze ekologiczne), umożliwiającą migrację organizmów wodnych i  lądowych [5, 6, 16]. Stanowią kluczowy element krajobrazu niezbędny do zachowania i utrzymania wielu gatunków roślin i zwierząt. O wartościach ekologicznych rzek i dolin decydują m in.: • Zróżnicowany krajobraz rzeczny, tworzony przez nieregularne meandry i różne formy koryta oraz przez mozaikę struktur morfologicznych, mokradeł i  roślinności na  terenach zalewowych. Elementy te na  skutek dynamiki płynącej wody i  rozwoju roślinności ulegają w  czasie wielokierunkowym przekształceniom. • Bogata gatunkowo i populacyjnie fauna w masie wody płynącej korytem, w akwenach spowolnionego przepływu i  wody stojącej oraz w substracie (niższa fauna: małe skorupiaki, ślimaki, larwy owadów). Bogata jest również fauna uzależniona od  wody i  związana z  różnorodnością morfologiczną koryta. • Odpowiednie warunki do istnienia w dolinach rzecznych lasów łęgowych, które należą do  najbogatszych w  ptaki i  ssaki środowisk leśnych Europy Środkowej. • Występowanie w dolinach rzecznych tzw. starych wód (stojących lub wolno płynących) w starorzeczach, oczkach wodnych i różnego rodzaju obniżeniach, częściowo zatapianych podczas wezbrań, a następnie stopniowo odsłanianych, tworzących 1 2

3

78

w  ten sposób atrakcyjną dla fauny mozaikę zróżnicowanych wilgotnościowo stanowisk. Środowisko przyrodnicze koryta i  doliny dolnej Wisły, mimo wieloletnich i  różnorodnych działań, ma wysokie walory i  w  wielu miejscach podlega wielowymiarowej ochronie. Jest to związane ze stosunkowo dużą naturalnością rzeki, gdyż jedynie odcinkowo zrealizowane zostały systematyczne roboty regulacyjne. Przejawia się w  zróżnicowaniu podstawowych parametrów koryta: układu poziomego, profilu podłużnego i  przekrojów poprzecznych. Dzięki temu w  korycie Wisły tworzą się warunki abiotyczne atrakcyjne dla rozwoju różnych organizmów i zapewniające wysoki poziom różnorodności biologicznej [6]. Z  uwagi na  wysokie walory przyrodnicze na  Wiśle szeroko wprowadzono obszarową ochronę przyrody. Utworzono wiele rezerwatów przyrodniczych, parki krajobrazowe, a  długie odcinki rzeki i  doliny (praktycznie cały odcinek dolnej Wisły) zakwalifikowano do  ochrony w  ramach europejskiej sieci ekologicznej Natura 2000. Podstawą ochrony były tzw. Dyrektywa ptasia1 oraz tzw. Dyrektywa siedliskowa2. Najcenniejszymi elementami dla ochrony przyrody w  ramach sieci Natura 2000 są dynamicznie zmieniające się brzegi, starorzecza i  boczne koryta, wyspy w  formie piaszczystych łach lub trwale porośniętych roślinnością zielną pozostałości lasów łęgowych i  zarośla wierzbowe. Głównym celem ochrony jest występująca tu cenna awifauna, gdyż są to miejsca gnieżdżenia się wielu rzadkich i zagrożonych wyginięciem gatunków ptaków, a w części pokrywają się z  korytarzami ekologicznymi o  wysokiej randze. Założeniem sieci Natura 2000 jest dążenie do harmonijnego współistnienia człowieka i przyrody. Zgodnie z zasadą, na obszarach sieci można podejmować różnego rodzaju działalność, jeśli nie wpływa ona niekorzystnie na  stan chronionego obszaru. Jednakże przywołane dyrektywy, a  także ustawa z 16 kwietnia 2004 roku o ochronie przyrody, wprowadzają duże ograniczenia w realizacji przedsięwzięć inwestycyjnych. Na obszarach objętych ochroną sieci Natura 2000: • zabrania się podejmowania działań mogących w  znaczący sposób pogorszyć stan siedlisk przyrodniczych oraz siedlisk gatunków roślin i  zwierząt, a także znacząco niekorzystnie wpłynąć na  gatunki, dla których ochrony obszar wyznaczono • planowane przedsięwzięcia, które nie są bezpośrednio związane z ochroną obszaru Natura 2000, a które mogą na te obszary znacząco oddziaływać, wymagają przeprowadzenia postępowania w  sprawie oceny oddziaływania na  środowisko, na zasadach określonych w odpowiedniej ustawie z 3 października 2008. W  sytuacjach, gdy przemawiają za tym konieczne wymogi nadrzędnego interesu publicznego – w tym wymogi o charakterze społecznym lub gospodarczym – i nie ma rozwiązań alternatywnych, dopuszcza się

możliwość realizacji przedsięwzięcia, które może mieć negatywny wpływ na siedliska przyrodnicze oraz gatunki roślin i zwierząt, chronione przez wyznaczony obszar Natura 2000. Dodatkowym warunkiem jest wykonanie kompensacji przyrodniczej niezbędnej do  zapewnienia spójności i  właściwego funkcjonowania sieci obszarów Natura 2000. Na obszarach tych nie podlega ograniczeniu działalność związana z utrzymaniem urządzeń i obiektów służących bezpieczeństwu przeciwpowodziowemu oraz działalność gospodarcza, rolna, leśna, łowiecka i rybacka, a także amatorski połów ryb, jeżeli nie zagrażają one zachowaniu siedlisk przyrodniczych, nie wpływają w sposób istotny negatywnie na gatunki roślin i zwierząt, dla których ochrony został wyznaczony obszar Natura 2000. Wynika z tego, że status ochrony w ramach sieci Natura 2000 musi być wzięty pod uwagę w planowaniu i realizacji robót utrzymaniowych i działań inwestycyjnych na tym odcinku rzeki. Istotnym zobowiązaniem jest konieczność przeprowadzenia postępowania w sprawie OOŚ (ocena oddziaływania na  środowisko, ang. environmental impact assessment) dla działań inwestycyjnych na  chronionych obszarach. Wynika to  z  ustawy o  OOŚ3 i  dotyczy zdecydowanej większości działań z  zakresu inżynierii wodnej, gdyż te są zaliczane do grupy inwestycji mogących mieć znaczący, niekorzystny wpływ na środowisko. Przegląd materiałów dotyczących obszarów Natura 2000 na  dolnej Wiśle dowodzi, że  informacje o  funkcjonowaniu tych obszarów w kontekście wymagań ochrony są skromne. W bazach danych (Generalna Dyrekcja Ochrony Środowiska, Regionalna Dyrekcja Ochrony Środowiska) można w  zasadzie znaleźć jedynie informacje przedstawiające wyniki inwentaryzacji przyrodniczej. Są to jednak informacje niewystarczające, aby analizować funkcjonowanie całego chronionego obszaru oraz planować, uzgadniać i  ewentualnie realizować takie działania inwestycyjne, które nie będą szkodliwe dla właściwego funkcjonowania tego obszaru. Do tego niezbędne są szerokie i  rzetelne informacje o  współzależności chronionych elementów przyrodniczych i  ukształtowania rzeki, doliny, warunków hydrologicznych i  hydraulicznych oraz zmienności. Niezwykle ważna jest wiedza o tolerancji chronionych elementów przyrodniczych na  zmiany warunków abiotycznych, co w przypadku rzek i dolin jest zjawiskiem częstym i normalnym, a wynikającym z naturalnych procesów zachodzących w rzekach. Ta wiedza jest warunkiem projektowania rozwiązań projektowych spełniających potrzeby ochrony środowiska przyrodniczego. Charakterystyki m.in. warunków morfologicznych, hydrologicznych i  hydraulicznych dla większości obszarów często są bardzo ogólne i powierzchowne, co uniemożliwia prowadzenie analiz zależności stanu środowiska przyrodniczego od  tych warunków. Nie daje także możliwości sformułowania wymagań dotyczących możliwych (dopuszczalnych) przekształceń koryta, czy działań

Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2009/147/WE z 30 listopada 2009 roku w sprawie ochrony dzikiego ptactwa. Dyrektywa Rady 92/43/EWG z 21 maja 1992 roku w sprawie ochrony siedlisk przyrodniczych oraz dzikiej fauny i flory. Ustawa z  3 października 2008 roku o  udostępnianiu informacji o  środowisku i  jego ochronie, udziale społeczeństwa w  ochronie środowiska oraz o  ocenach oddziaływania na środowisko.


J. Żelazo | Acta Energetica 2/15 (2013) | translation 69–76

eksploatacyjnych na  poszczególnych obszarach zapewniających utrzymanie we właściwym stanie elementów przyrodniczych chronionych w ramach Natura 2000. Brakuje informacji dotyczących zakresu i propozycji realizacji działań ochronnych, w  szczególności w  połączeniu z  zapewnieniem bezpieczeństwa powodziowego i spełnieniem funkcji gospodarczych. Brak tych materiałów utrudnia, a niekiedy uniemożliwia racjonalne projektowanie przedsięwzięć związanych z zagospodarowaniem Wisły. Również bardzo poważnie utrudnia to  planowanie działań kompensacyjnych, wynikających z ustawy o ochronie przyrody. Ilustracją tych problemów są trudności związane z  przygotowaniem robót bagrowniczych w cofkowej części zbiornika włocławskiego. Jednym z  miejsc, gdzie następuje intensywna sedymentacja osadów jest odcinek prawego ramienia Wisły w rejonie Kępy Ośnickiej (na 624,5–630 km), objęty ochroną w  ramach sieci Natura 2000. Dla poprawy warunków przepływu w  korycie oraz stworzenia warunków umożliwiających pracę lodołamaczy (niezbędną dla bezpieczeństwa powodziowego) powinny być zrealizowane prace bagrownicze na długości kilku kilometrów, w  postaci kinety szerokości ok. 400 m. Prognozę skutków wykonania tych prac przedstawiono na  rys. 2. Przedsięwzięcie zostało zakwalifikowane jako mające znaczący wpływ na  obszar Natura 2000, co oznacza, że  może być realizowane, gdy wymaga tego nadrzędny interes publiczny i  nie ma rozwiązania alternatywnego. Warunkiem jest także wykonanie odpowiedniej kompensacji przyrodniczej. Zasadniczym problemem, z którym spotkał się inwestor, jest uzgodnienie rodzaju i  zakresu działań kompensacyjnych, a  także sposobu realizacji tych działań i prowadzenia monitoringu skutków przyrodniczych. Pełniejsze rozpoznanie związku między morfologią koryta a stabilnością przyrodniczą chronionego obszaru, w  szczególności zaś rozpoznanie wpływu zmian, naturalnych i  będących skutkiem antropopresji na  funkcjonowanie obszaru i  określenie nieszkodliwego zakresu tych zmian, wydaje się kluczowe przy rozwiązywaniu tego typu problemów. Rozpoznanie pozwoli także na  bardziej wiarygodną ocenę, czy planowane działania mają znaczący niekorzystny wpływ na chronione organizmy, siedliska i  funkcjonowanie całego chronionego obszaru. Przykład ten pokazuje także, że potrzebna jest wnikliwa ocena postępowania związanego z  realizacją ochrony przyrody na Wiśle w ramach sieci Natura 2000. Ochrona ta nie może odbywać się kosztem zwiększenia ryzyka powodziowego. Wieloletnie doświadczenia, związane z eksploatacją zbiornika włocławskiego, wyraźnie wskazują na  możliwość powstawania zatorów i wystąpienia powodzi o katastrofalnych skutkach. Warto przypomnieć, że prace bagrownicze w tym zbiorniku i  w  jego części cofkowej były podejmowane w  przeszłości kilkakrotnie i  nie spowodowały znaczących zmian w zasobach środowiska przyrodniczego. Można odnieść wrażenie, że  w  sytuacji, w  której ocena 4 5

6

efekt bagrowania 58,20

stan aktualny

m n.p.m.

58,00 57,80 57,60 57,40 57,20 57,00

621 622 623 624 625 626 627 628 629 630 631 632 km

Rys. 2. Prognozowane skutki robót bagrowniczych w czaszy zbiornika włocławskiego, przy przepływie SSQ [8]

skutków przyrodniczych jest niepewna bądź z  brakiem pełnego przekonania co do  konieczności wprowadzenia kompensacji przyrodniczej lub sposobów realizacji tej kompensacji, stosuje się w rozszerzonym zakresie zasadę przezorności. Norma ta, słuszna w  swym założeniu w  odniesieniu do działań mających wpływ na bezpieczeństwo czy dotyczących inwestycji o ważnym znaczeniu gospodarczym (np. żeglugowe lub energetyczne wykorzystanie rzeki), powinna być stosowana z  należytą wnikliwością i troską. Potrzeba wprowadzania rozwiązań przyjaznych środowisku Przekształcenia koryt rzecznych, polegające na regulacji koryta, porządkowaniu terenów zalewowych czy budowie piętrzeń, zmieniają morfologię rzeki, warunki hydrauliczne i  hydrologiczne, przez co wpływają na  stan środowiska przyrodniczego. Ograniczenie zróżnicowania głębokości i  prędkości, a  także liczebności morfologicznych struktur rzecznych jest warunkiem życia będącego podstawą rozwoju i zróżnicowania organizmów, zazwyczaj prowadzi do drastycznego zubożenia siedlisk i związanych z nimi gatunków. Wały przeciwpowodziowe, najważniejszy środek ochrony przed powodziami na terenach nizinnych, zmniejszają retencję dolinową, zmieniają naturalny reżim odpływu wód, zmniejszają zasięg i  czas zalewów, co z przyrodniczego punktu widzenia oceniane jest niekorzystnie. Budowle stale piętrzące wodę powodują utrudnienie lub uniemożliwienie migracji organizmów. Wydzielone w  wyniku fragmentacji rzeki odcinki z  konieczności przekształcić się mogą w  luźno ze  sobą związane, odrębne ekosystemy. Wybudowanie np. stopnia we  Włocławku spowodowało radykalne ograniczenie populacji (prawie zanik) ryb wędrownych. Przegrodzenie koryta wprowadza zaburzenia w  transporcie rumowiska rzecznego, co zazwyczaj ma także niekorzystne skutki przyrodnicze. Przy znacznym nasileniu erozji następuje obniżenie poziomu wody, a  przy akumulacji jego podniesienie, co zmienia dotychczasowe warunki wilgotnościowe, a  może prowadzić do radykalnego przekształcenia dotychczasowych biotopów. Jeśli biotopy te umożliwiały egzystencję cennych biocenoz lub ekosystemów, nastąpi ewidentna strata zasobów przyrody. Oczywiście zmiany uwilgotnienia tworzą warunki, w których mogą

powstawać nowe ekosystemy, biocenozy czy siedliska. Będą to jednak nowe zespoły przyrodnicze, zazwyczaj cechujące się innymi populacjami organizmów i  często mniej cenne niż istniejące na  tym terenie przed przekształceniem antropogenicznym. Świadomość o  znaczącym wpływie inwestycji związanych z  zagospodarowaniem rzek na  środowisko przyrodnicze stała się impulsem do poszukiwania nowych, mniej uciążliwych dla środowiska rozwiązań, a  także do  uzupełnienia przepisów prawnych o  zapisy określające lub wskazujące sposoby postępowania, aby ten wpływ ograniczyć. Zostało to mocno podkreślone w  Ramowej Dyrektywie Wodnej (RDW), która jako imperatyw polityki wodnej wskazuje zrównoważone wykorzystywanie zasobów wodnych, a  jako jeden z  priorytetów ochronę wód i ekosystemów od wód zależnych. Do głównego przesłania RDW nawiązuje ustawa Prawo wodne. Odnosząc się na przykład do utrzymywania śródlądowych wód powierzchniowych, stwierdza, że  utrzymanie to  „nie może naruszać istniejącego dobrego stanu ekologicznego tych wód oraz warunków wynikających z ochrony wód”4, a mówiąc o korzystaniu z wód, stwierdza, że „nie może powodować pogorszenia stanu ekologicznego wód i ekosystemów od nich zależnych, a  także marnotrawstwa wody, marnotrawstwa energii wody, ani wyrządzać szkód”5. Bardzo istotny jest art. 63, ust. 1, w  którym stwierdza się: „Przy projektowaniu, wykonywaniu oraz utrzymywaniu urządzeń wodnych należy kierować się zasadą zrównoważonego rozwoju, a w szczególności zachowaniem dobrego stanu ekologicznego wód i charakterystycznych dla nich biocenoz, potrzebą zachowania istniejącej rzeźby terenu oraz biologicznych stosunków w środowisku wodnym i na obszarach zalewowych”. Jest to  zapis niezwykle ważny, zarówno z  uwagi na  ochronę środowiska przyrodniczego, jak sposób rozwiązań projektowych, a także możliwości ich realizacji. Stanowi jednoznaczne przesłanie do  wszystkich ogniw procesu inwestycyjnego w  gospodarce wodnej: inwestora, projektanta, wykonawcy robót oraz jednostek administracyjnych. Stwierdzić jednak należy, że  zapis ten posiada charakter bardziej zalecenia niż dezyderatu realizacyjnego. Bywa on różnie rozumiany, gdyż interpretacja zarówno „rozwoju zrównoważonego”, jak i  „dobrego stanu ekologicznego” nie są dostatecznie precyzyjne i  ujednolicone. W  pewnym stopniu jest to więc odwołanie do wrażliwości specjalistów na problemy przyrody. Istotne wymagania związane z ochroną środowiska stawia także ustawa Prawo ochrony środowiska, która stanowi, że: „Nowo zbudowany lub zmodernizowany obiekt budowlany, zespół obiektów lub instalacja nie mogą być oddane do  użytku, jeżeli nie spełniają wymagań ochrony środowiska”6. Wymaganiami tymi jest m.in.: • wykonanie wymaganych przepisami lub określonych w decyzjach administracyjnych środków technicznych chroniących środowisko

Prawo wodne, ustawa z 18 lipca 2001 roku, art. 24. Prawo wodne, ustawa z 18 lipca 2001 roku, art. 31, ust. 2. Ustawa z  3 października 2008 roku o  udostępnianiu informacji o  środowisku i  jego ochronie, udziale społeczeństwa w  ochronie środowiska oraz o  ocenach oddziaływania na środowisko.

79


J. Żelazo | Acta Energetica 2/15 (2013) | translation 69–76

• zastosowanie odpowiednich rozwiązań technologicznych • uzyskanie wymaganych decyzji określających zakres i  warunki korzystania ze środowiska. Ważne sugestie dotyczące planowania inwestycji wodnych w  powiązaniu z  ochroną środowiska można znaleźć w  materiałach i  dokumentach branżowych. Przykładem jest Raport ICOLD z 1995 roku (ang. The International Commission on Large Dams, czyli Międzynarodowa Komisja Wielkich Zapór). Raport uznaje potrzebę kształtowania zasobów wodnych zgodnie z  zasadami zrównoważonego rozwoju. Podkreśla się w nim potrzebę poszukiwania rozwiązań kompromisowych. Problematyka ekologiczna i społeczna musi być rozpatrywana i  uwzględniana począwszy od  studiów przedprojektowych, przez wszystkie etapy projektowania, realizacji i  eksploatacji budowli hydrotechnicznej, a  informacja o  planowanym zbiorniku (stopniu na rzece) – rzetelna i pełna – powinna być przekazywana szerokim kręgom zainteresowanych realizacją inwestycji, a  także jej przeciwnikom. Przedstawione przykłady świadczą, że Prawo wodne i  inne regulacje prawne wyraźnie wskazują potrzebę uwzględniania interesów ochrony środowiska przyrodniczego w  planowaniu inwestycji wodnych oraz stosowania rozwiązań proekologicznych. Należy zauważyć, że  mimo iż niektóre z  zapisów dotyczących ochrony przyrody w  programowaniu inwestycji gospodarki wodnej można traktować jako zalecenia lub wskazówki, to  ich ranga jest wysoka, gdyż uwzględnienie wymagań w  działaniach inwestycyjnych podlega proceduralnej ocenie, w ramach postępowania w sprawie OOŚ. Zgodnie z  obowiązującymi regulacjami ocenę oddziaływania przedsięwzięcia na środowisko przeprowadza się w ramach postępowania w  sprawie wydania decyzji o środowiskowych uwarunkowaniach oraz w  sprawie wydania decyzji o  pozwoleniu na budowę. Przeprowadzenia oceny oddziaływania na  środowisko wymagają także inwestycje planowane na obszarach Natura 2000. Zdecydowana większość przedsięwzięć inwestycyjnych z zakresu gospodarowania wodami podlega tej procedurze, a dla wielu istnieje obowiązek sporządzenia raportu o  oddziaływaniu planowanego przedsięwzięcia na środowisko. Praktyka pokazuje, że znaczna część raportów o oddziaływaniu inwestycji na środowisko, przedkładanych w postępowaniach w sprawie OOŚ, odbiega od  ustawowych wymagań, co skutkuje wydaniem decyzji odmownej lub wydłużeniem procesu przygotowania inwestycji. Do najczęstszych mankamentów raportów należą zbyt pobieżne charakterystyki przyrodnicze obszaru związanego z inwestycją, skromne propozycje rozwiązań wariantowych i  analizy tych wariantów, niedostatecznie wnikliwa identyfikacja i  charakterystyka oddziaływań oraz niezadawalające propozycje dotyczące zmniejszenia uciążliwości planowanych przedsięwzięć. Uwzględniając uwarunkowania wynikające z ochrony przyrody, można wskazać następujące możliwe scenariusze w  programowaniu inwestycji służących zagospodarowaniu rzek: • Realizacja inwestycji jest niezbędna, przemawiają za tym niepodważalne względy

80

bezpieczeństwa czy gospodarcze, np. naprawa wałów przeciwpowodziowych. Działania takie wymagać będą bardzo wnikliwego i  przekonującego uzasadnienia. Problemy ochrony środowiska stają się wtedy drugorzędne. • Zaniechanie realizacji inwestycji z uwagi na  wyjątkowo wysokie walory przyrodnicze rzeki lub doliny, np. zaniechanie ochrony fragmentu doliny rzecznej przed zalewami. Dotyczy to przypadków, kiedy potencjalne straty ekologiczne – będące skutkiem planowanych działań – okazują się większe niż ewentualne zyski gospodarcze. • Inwestycja wodna może być realizowana – zazwyczaj w ograniczonym zakresie – pod warunkiem uwzględnienia najważniejszych potrzeb ochrony przyrody. Jest to  rozwiązanie spełniające wymagania zrównoważonego rozwoju, kompromis pomiędzy oczekiwaniami gospodarczymi a postulatami ochrony przyrody. • Inwestycje są realizowane w celu poprawy ekologicznego stanu wód. To przedsięwzięcia z zakresu renaturyzacji i rewitalizacji, a ich zakres prawdopodobnie będzie się rozszerzał, gdyż są one związane z  implementacją Ramowej Dyrektywy Wodnej. Zasygnalizowane wyżej funkcje gospodarcze dolnej Wisły, a  także inne [9], jednoznacznie wskazują, że niemożliwe jest zaniechanie działań inwestycyjnych na tym odcinku Wisły. W  przedsięwzięciach tych muszą być uwzględnione wymagania wynikające z  wprowadzonego przestrzennego sytemu ochrony przyrody, głównie w postaci obszarów Natura 2000. Wynika z  tego, że zagospodarowanie dolnej Wisły będzie się odbywać zgodnie z trzecim scenariuszem, kompromisowym. Trzeba jednak mieć świadomość, że to proste, i jak się wydaje, logiczne rozwiązanie kompromisowe nie jest łatwe do osiągnięcia. Powody są różne, zarówno merytoryczne, ekonomiczne czy społeczne, jak i wynikające z różnych wizji realizacji potrzeb i rozwoju przedstawiane przez różne branże (np. specjalistów gospodarki wodnej i  przyrodników). Przykłady innych krajów europejskich – np. realizacja inwestycji związanych z żeglugowym i energetycznym wykorzystaniem rzek – dowodzą, że funkcje gospodarcze rzek mogą być realizowane z zachowaniem najcenniejszych ich walorów przyrodniczych. Potrzeba współpracy, zaufania i wymiany doświadczeń Przedstawione w opracowaniu informacje, jednoznacznie wskazują, że dolna Wisła ma cenne walory przyrodnicze, które zostały objęte ochroną prawną, co zgodnie z obowiązującymi regulacjami musi być wzięte pod uwagę przy planowaniu jej wykorzystania w celach gospodarczych. Ponieważ niemożliwa jest rezygnacja z gospodarczych funkcji Wisły lub ich radykalne ograniczenie, więc rozwiązań należy poszukiwać na  drodze racjonalnego kompromisu. Podstawowym warunkiem takiego kompromisu jest rezygnacja z dominacji określonej funkcji rzeki na rzecz uznania jej wielofunkcyjności, czyli nie można na przykład realizować ochrony środowiska przyrodniczego Wisły, nie uwzględniając jej ważnych i różnorodnych funkcji gospodarczych oraz odwrotnie, nie można tworzyć koncepcji żeglugowych,

nie bacząc na  ochronę zasobów przyrody. Doświadczenia innych krajów, a  także niektóre polskie przykłady, jak opracowanie koncepcji zagospodarowania Wisły środkowej z 1998 roku, pokazują, że najlepszą drogą do  osiągnięcia kompromisowego rozwiązania jest realizacja prac koncepcyjnych przy udziale przyrodników. Taka konstruktywna współpraca powinna rozpocząć się na  etapie tworzenia koncepcji i  trwać przez cały okres przygotowania i realizacji inwestycji. Obecnie przyrodnicy najczęściej nie tworzą koncepcji, lecz je recenzują lub uczestniczą w postępowaniu w sprawie OOŚ. Oczywiście te formy aktywności, choć zasadnie i przynoszące efekty, są dalece niewystarczające, jeśli celem ma być poszukiwanie rozwiązań optymalnych. Kolejnym bardzo ważnym warunkiem dochodzenia do  rozwiązań kompromisowych, związanych z  zagospodarowaniem Wisły, jest dobre rozpoznanie potrzeb gospodarczych i charakterystyk przyrodniczych w  powiązaniu z  warunkami hydrologicznymi, hydraulicznymi i morfologicznymi rzeki, a  także wpływem zmian tych warunków na stan zasobów przyrodniczych. Rzetelna i  aktualna wiedza z  tego zakresu powinna być podstawą, zarówno programów ochrony przyrody, jak i  programowania koncepcji inwestycyjnych. Należy dodać, że  programowanie działań związanych z zagospodarowaniem Wisły czy zapewnieniem odpowiedniego poziomu zabezpieczenia przed powodzią, z uwagi na specyfikę tej rzeki – dużą dynamikę zmian, losowość zjawisk, niepewność prognoz, nie jest proste i wymaga wysokich kwalifikacji, w tym znajomości procesów zachodzących w  rzekach. Zdarzają się przypadki wymuszania czy narzucania projektantom – prawdopodobnie w dobrej wierze – rozwiązań, które z  punktu widzenia wiedzy o  procesach korytotwórczych nie są racjonalne. Przykładem mogą być działania związane z Wisłą w rejonie Rakowa (598.–600. km). Na tym odcinku stała wyspa Kępa Antonińska dzieląca koryto na dwa ramiona. Przepływ wody w bocznym (prawym) ramieniu ograniczony został w przeszłości przetamowaniami, a wybudowane przed wyspą ostrogi kierowały nurt w  centralną, szeroką część koryta, gdzie woda odkładała rumowisko, tworząc piaszczyste ławice, łachy i  wyspy. Ta zróżnicowana morfologia koryta Wisły, a w szczególności tzw. młode wyspy, okazały się bardzo atrakcyjne dla przyrody i ten fragment koryta objęty został ochroną w postaci rezerwatu. Budowle sterujące kierunkiem nurtu uległy jednak zniszczeniu, co spowodowało koncentrację przepływu w korycie bocznym (większy spadek i mniejsze opory przepływu niż wzdłuż centralnej części koryta), które przejmuje funkcję głównego koryta Wisły. Konsekwencją tego jest intensywna erozja brzegowa (szerokość bocznego ramienia zwiększyła się z  ok. 120 do  ok. 200 m) i zbliżenie się nurtu do wału przeciwpowodziowego na  odległość 15–20 m. Opracowano koncepcję projektową zabezpieczenia brzegu przed erozją, przy założeniu, że  warunki morfologiczne istotne dla funkcjonowania rezerwatu nie powinny ulec istotnym zmianom. Koncepcja przewidywała odbudowę przetamowań ograniczających przepływ w  bocznym ramieniu (z rzędną w poziomie SNQ) oraz odbudowę ostróg, które będą ponownie kierować nurt


J. Żelazo | Acta Energetica 2/15 (2013) | translation 69–76

budowle nieakceptowane przez przyrodników rozwi ązanie akceptowane przez przyrodników

wał przeciwpowodziowy

nowy kierunek nurtu

Rys. 3. Koncepcje zabudowy Wisły w rejonie Rakowa

w  centralną część koryta. Dla zabezpieczenia erodowanego brzegu zaproponowano krótkie ostrogi (20–30 m długości), które zmniejszą prędkość przepływu w pobliżu brzegu, a ponadto stworzą bardzo cenne biotopy w  polach między ostrogami. Te rozwiązania nie zostały zaakceptowane przez przyrodników. Ornitolodzy, jako możliwe do zaakceptowania, wskazali rozwiązanie polegające na  umocnieniu opaską brzegową erodowanego brzegu (rys. 3). Na wstępnym etapie projektowania rozwiązanie takie było rozważane, gdyż jest zadowalające z punktu zapewnienia doraźnego bezpieczeństwa wału, lecz zostało zaniechane z uwagi na potencjalny niekorzystny wpływ na środowisko przyrodnicze. W efekcie wskazanego rozwiązania – zaakceptowanego do realizacji – nastąpi wyprostowanie biegu rzeki na  odcinku 2–3 km, co nie odpowiada współczesnym wymaganiom w regulacji rzek, z uwagi na potrzebę stosowania rozwiązań przyjaznych środowisku, i spowoduje koncentrację przepływu wody w  bocznym ramieniu. Skutkiem będzie zmniejszenie aktywności morfodynamicznej w  środkowej części koryta, będącej głównym czynnikiem kształtowania struktur morfologicznych (ławic, odsypisk). Stworzy sprzyjające warunki do  sukcesji roślinnej na  młodych wyspach, co jest sprzeczne z potrzebami rezerwatu. Podsumowanie 1. Dolna Wisła, podobnie jak inne duże rzeki, jest powiązana z  działalnością gospodarczą. Od dawna była przekształcana, aby lepiej służyć funkcjom gospodarczym. Przejawem tego jest wykonanie regulacji koryta w  XIX wieku, a  także wybudowanie stopnia we  Włocławku. Dla pełnienia funkcji gospodarczych oraz potrzeby zagwarantowania odpowiedniego zabezpieczenia przed wielkimi wodami, niezbędne jest prowadzenie robót utrzymaniowych, a  także stosownych przedsięwzięć inwestycyjnych. 2. Mimo różnorodnych przekształceń koryta odcinek dolnej Wisły posiada cenne walory przyrodnicze, które stały się podstawą wprowadzenia obszarowej ochrony przyrody, w  czym główną rolę odgrywa Natura 2000. Obowiązujące wymagania prawne, związane z  funkcjonowaniem obszarów Natura 2000 na  dolnej Wiśle, wprowadzają poważne

ograniczenia w  działaniach inwestycyjnych oraz znacznie komplikują proces programowania i realizacji inwestycyji. 3. Obszary prawnej ochrony przyrody położone na  Wiśle cechują się bardzo dużą dynamiką zmian warunków abiotycznych. Jest to związane ze zmianami stanu koryta i doliny, w tym tzw. morfologicznych struktur korytowych, co jest wynikiem naturalnych procesów zachodzących w  rzekach pod wpływem płynącej wody. W  tych warunkach do  opisu zasobów przyrodniczych, odzwierciedlającego rzeczywiste warunki, niezbędne jest rozpoznanie przebiegu tych zmian oraz ich związku z  chronionymi zasobami środowiska przyrodniczego. Jest to  niezbędne do  opracowania racjonalnych programów ochrony, a  także do  wyboru adekwatnych działań technicznych, niezbędnych do  realizacji gospodarczych funkcji rzeki, oceny przyrodniczych skutków tych działań oraz podjęcia potrzebnych przedsięwzięć kompensacyjnych w  celu ograniczenia ewentualnych niekorzystnych oddziaływań. Rozpoznania takie niezbędne są także do  podniesienia wiarygodności prognoz oddziaływania na  środowisko planowanych działań. 4. Realizacja prac związanych z  utrzymaniem i zagospodarowaniem Wisły, a także skuteczna ochrona najcenniejszych walorów przyrodniczych tej rzeki nie jest możliwa bez systematycznej i konstruktywnej współpracy specjalistów z zakresu gospodarki wodnej i przyrodników. Jako niezbędne warunki takiej współpracy można wskazać: • chęć i umiejętność współpracy i poszukiwania rozwiązań optymalnych • dobre przygotowanie zawodowe, umiejętność obiektywnej oceny problemów i szanowanie wiedzy i kompetencji innych • wypracowanie rozwiązań systemowych, zapewniających kreatywny udział przyrodników w  przygotowaniu koncepcji inwestycyjnych; dotychczasowy udział przyrodników jako recenzentów koncepcji jest zdecydowanie niewystarczający. Pozwoli to włączyć ludzi bardzo aktywnych w proces rozwoju oraz stworzy możliwość wyjaśnienia opinii publicznej, dlaczego niektóre inwestycje gospodarki wodnej nie mogą być realizowane.

Bibliografia 1. Banach M., Dynamika brzegów dolnej Wisły, Instytut Geografii i Przestrzennego Zagospodarowania im. Stanisława Leszczyckiego PAN, Dokumentacja Geograficzna 1998, z. 9. 2. Babiński Z., Charakterystyka równiny zalewowej dolnej Wisły, Przegląd Geograficzny 1990, nr 62, s. 1–2, 95–120. 3. Bojarski A. i in., Przekształcenia w inżynierii i  gospodarce wodnej – problemy i  zadania do  rozwiązania, Gospodarka Wodna 2006, nr 6. 4. Bukaciński D. i in., Liczebność i rozmieszczenie ptaków wodnych gniazdujących na  Wiśle środkowej – zmiany w  latach 1973–1993, Notatki Ornitologiczne 1994, tom. 35, s. 1–2. 5. Gacka-Grzesikiewicz E. (red.), Korytarz ekologiczny doliny Wisły, IUCN, Warszawa 1995. 6. Kajak Z., Natural and recreational values of the Vistula river valley from the point of view of the need to create a Vistula River Valley Park, 1989. 7. Kajak Z., Stan i potrzeby ochrony Wisły i  jej doliny [w:] Monografia: Ochrona przyrody i środowiska w dolinach nizinnych rzek Polski, Kraków 1993. 8. Magnuszewski A., Analiza wpływu akumulacji rumowiska w strefie oddziaływania zbiorników na  bezpieczeństwo powodziowe w regionie. Określenie kryteriów wyboru miejsc przeprowadzenia prac pogłębiarskich, Ekspertyza dla Programu Bezpieczeństwa Powodziowego w  Regionie Wodnym Środkowej Wisły, 2012. 9. Majewski W., Ogólna charakterystyka Wisły i jej dorzecza, Acta Energetica 2013, nr 2/15. 10. Matuszkiewicz J., Geobotaniczna analiza potrzeb i możliwości działań dla ochrony roślinności i krajobrazu doliny środkowej Wisły [w:] Monografia: Ochrona przyrody i środowiska w dolinach nizinnych rzek Polski, Kraków 1993. 11. Nawrocki P., Nieznański P., Żelazo J., Możliwości oraz sposoby rozwiązywania zagadnień problemowych i  konfliktowych w gospodarce i inżynierii wodnej. HYDROTECHNIKA XI, Ustroń 2009. 12. Nocoń H., Niektóre zagadnienia regulacji Wisły środkowej, Gospodarka Wodna 1971, nr 7. 13. Raport ICOLD (Międzynarodowa Komisja Wielkich Zapór), Zapory wodne a środowisko, tłum. H. Fiedler-Krukowicz, 1995. 14. Rotko J., Ochrona przed powodzią na obszarach NATURA 2000, Gospodarka Wodna 2006, nr 6. 15. Różański A., Przekształcenia łożysk rzek naszych a ochrona przyrody, Gospodarka Wodna 1937, maj–czerwiec, s. 127–139. 16. Tomiałojć L., Dyrcz A., Przyrodnicza wartość dużych rzek i ich dolin w Polsce w  świetle badań ornitologicznych [w:] Monografia: Ochrona przyrody i środowiska w dolinach nizinnych rzek Polski, Kraków 1993. 17. Ustawa z 18 lipca 2001 roku Prawo wodne (Dz.U. 2001.115 .1229, wraz ze zm.). 18. Ustawa z  16 kwietnia 2004 roku o ochronie przyrody (Dz.U. z 2004.92.880, wraz ze zm.).

81


J. Żelazo | Acta Energetica 2/15 (2013) | translation 69–76

19. Ustawa z  3 października 2008 roku o udostępnianiu informacji o środowisku i  jego ochronie, udziale społeczeństwa w  ochronie środowiska oraz o  ocenach oddziaływania na  środowisko (Dz.U. 2008.199.1227). 20. Ustawa z  27 kwietnia 2001 roku Prawo ochrony środowiska (Dz.U.2001. 62.627, ze zm.). 21. Wierzbicki J., Przyrodnicze, gospodarcze i  hydrotechniczne przesłanki regulacji Jan Żelazo

rzek, materiały konferencji: Strategia Rozwoju Gospodarki Wodnej, t. 3, Zakopane-Kościelisko 1995. 22. Żbikowski J., Żelazo J., Ochrona środowiska w  budownictwie wodnym, materiały informacyjne, Ministerstwo Ochrony Środowiska, Zasobów Naturalnych i Leśnictwa, Warszawa 1993. 23. Żelazo J., Analiza potrzeb i  możliwości realizacji inwestycji wodnych w aspekcie wymagań ochrony środowiska [w:]

Monografia: Środowiskowe aspekty gospodarki wodnej, Komitet Ochrony Przyrody PAN, Wydział Inżynierii Kształtowania Środowiska i Geodezji AR Wrocław 2005, s. 275–293. 24. Żelazo J., Analiza warunków przepływu i możliwości zabezpieczenia przed erozją prawego brzegu Wisły, w  rejonie km 599–600, Zeszyty Naukowe Infrastruktura i Ekologia Terenów Wiejskich PAN 2007, nr 4/2.

prof. dr hab. inż. Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego e-mail: jan_zelazo@sggw.pl Pracuje w Katedrze Inżynierii Wodnej na Wydziale Budownictwa i Inżynierii Środowiska SGGW. Swoje zainteresowania badawcze koncentruje na problemach inżynierii rzecznej i ochrony środowiska, w tym na: procesach morfodynamicznych w korytach rzek (warunki ruchu rumowiska, deformacje koryta, opory przepływu), zasadach projektowania i realizacji robót regulacyjnych przyjaznych naturze (uwzględniających wymagania ochrony środowiska), podstawach renaturyzacji rzek i inżynierskich środkach ochrony oraz rekultywacji środowiska wodnego, wpływie inwestycji gospodarki wodnej na środowisko przyrodnicze i możliwości ograniczenia oddziaływań niekorzystnych. Dorobek naukowy z zakresu hydrauliki koryt rzecznych, regulacji rzek, ochrony przed powodzią, zastosowań inżynierskich środków w ochronie środowiska i ocen oddziaływania na środowisko przedstawił w ponad 160 publikacjach naukowych oraz w ponad 120 nieopublikowanych opracowaniach naukowych, ekspertyzach i projektach. Jako ważniejsze jego osiągnięcia można wskazać: opracowanie wzorów określających prędkości graniczne ruchu rumowiska w rzekach (prędkość zrywająca, masowego ruchu rumowiska i dopuszczalna), opracowanie zależności dla oporów przepływu w korytach rzek naturalnych (uwzględniających zróżnicowanie układu poziomego i morfologii koryta), opracowanie zasad naturalnej regulacji rzek – regulacji uwzględniającej wymagania ochrony środowiska i opracowanie podstaw projektowania renaturyzacji rzek.

82


Z. Babiński, M. Habel | Acta Energetica 2/15 (2013) | 83–90

Hydromorphological conditions of the lower Vistula in the development of navigation and hydropower

Authors Zygmunt Babiński Michał Habel

Keywords fluvial processes, channel pattern, morphodynamics of sandbars, inland navigation, hydropower, lower Vistula

Abstract The article presents general principles of development of the lower Vistula channel in the Holocene period, with a  particular emphasis on the unintentional human interference in the fluvial processes associated with deforestation and cultivation of cereals and root crops. It also characterises the basic hydraulic engineering works in the form of construction of embankments, adjustment of the bed and construction of the Włocławek barrage as factors of deliberate human interference and their impact on channel changes. The article characterises morphological and morphodynamic conditions of the basic bed forms, i.e. sandy and gravel bars and pools determining the possibility of river transport, and its development in time and space (depth of navigable route). Perspectives of multi-directional hydraulic development are presented, including the main cascade developments of the lower Vistula. The article presents the opportunities for a comprehensive use of the waterway, which forms route E40 in the section of the lower Vistula, taking into account sustainable development and compensation in the form of restoration of the valley bottom.

DOI: 10.12736/issn.2300-3022.2013206

Introduction The use of river waters for economic purposes is dependent on the hydromorphological features of their channels, shaped by the climate and human activity. The climate affects the fluvial processes by precipitation (water regime) and air temperature (growth of vegetation in the basin and ice phenomena), phenomena independent of humans. Human activity can have a  direct and indirect impact on changes in river channels. The first case concerns a change in the structure of forests for agricultural fields; such works accelerate the natural water flow (runoff) and increase the supply of load to channels. In the second case we are dealing with deliberate water management, aimed at control of the water regime by all kinds of hydraulic structures, including embankments, adjustment of channels or dams. An additional factor affecting the development of inland navigation is the change in technical conditions of vessels, e.g. an increase in draft of river boats associated with the transition to motor power. However, the river water regime and the transport volume of bed load have a leading role in the conditions of development of water transport and hydropower; those phenomena shape the channel patterns with the system of bed mesoforms of positive sandbars and the opposing negative forms, pools. They determine the parameters of waterways (width and depth of

water routes), durability and functionality of hydraulic structures, including hydropower (reservoir filling time). The purpose of this article is to  present the main stages and general trends in the development of the bottom of the lower Vistula (dolna Wisła) valley on the section from the mouth of the Narew to the mouth of the Vistula (dolna Wisła) to the Baltic Sea (Fig. 1), with particular emphasis on the influence of human economic activity. This applies mainly to changes in the spatial arrangement of the river channel, as well as to  vertical movements of the bottom associated with the process of erosion and deposition of clastic load, mainly bed load. The main purpose is to define the dynamics of bed mesoforms like sandbars and pools, with an indication of possible directions of adaptation in terms of development of international waterway E40, improvement for ferry and road passages, construction of dams, improvement (elimination) of flood conditions while maintaining sustainable development (environmental protection). Furthermore, the article is to  present the possible full utilisation of water in the lower Vistula (dolna Wisła) for economic purposes, including revitalization of the valley floor. The study has been prepared on the basis of the literature and own research in the field of hydromorphological changes occurring in the lower Vistula (dolna Wisła) channel. The analysis 83


Z. Babiński, M. Habel | Acta Energetica 2/15 (2013) | 83–90

Fig. 1. Location plan of the floor of the Vistula River Valley in relation to development of the bed. The Vistula section: 1 – above Płock, unregulated; 2 – below the dam, erosive; 3 – below Silna, regulated in the second half of the 19th century.; 4 – Płock – Włocławek (Włocławek Reservoir with the planned cascade stages); 5 – tributaries; 6 – water gauges; 7 – km of the Vistula course; 8 – bed width

applies in particular to transformations resulting from regulatory work (of channel) and construction of the Włocławek barrage, so it includes the period of the last 150 years.

Hydrological conditions of the waterway The water levels in the lower Vistula (dolna Wisła) are determined mainly by its flows, but occasionally their fluctuations are dependent on pancake ice and ice jamming. In the event of jamming the water level is not a flow function. Therefore, it is wrong to  connect them with the winter and spring, extremely high freshets – for example large flows estimated at 11,000 m3/s (referred to as the 0.1% water) recorded on the walls of Toruń in historical times. The hydrological data show that high levels of the lower Vistula (dolna Wisła) are most common in March and April, less frequent during the late spring and summer. The first are related to early-spring run-off of meltwater, often intensified by pancake ice and ice jamming. The latter are usually short-term and are a result of widespread rainfall. In both cases, flood waves with a relative height of 3–5 m, up to 8 m, are formed. Lower water levels occur primarily in the late autumn and winter (September 84

– November). The annual amplitude of the free surface of water in the lower Vistula (dolna Wisła) may reach 753 cm (in the FordonBydgoszcz profile, period of 1976 to 1980). 46 flood waves were recorded on the lower Vistula (dolna Wisła) in the last 40 years (1970 to 2010). Flow rate above 2400 m3/s is considered a limit value (the permitted flow rate, corresponding to  the bank-full discharge), during which the flood plain is inundated from Włocławek to  Toruń [8]. The value of bankfull discharge applicable in the Vistula (dolna Wisła) below the Włocławek barrage corresponds approximately to the value set by Stanislaw Siebauer (1947) on the basis of multi-annual observations in Toruń, which is 2320 m3/s. In 1970 to  2005 the river had average annual flow rates of 895 m3/s in Włocławek and 1004 m3/s in Toruń. However, in wet years (1971, 1974 to  1975, 1977 to  1982, 1998 to  2002) they were 945 to  1342 m3/s in Włocławek. In dry years (1972, 1984, 1987, 1990 to  1992, 2003 to  2004) those values reached 580 to 790 m3/s. The minimum flow rate of the Vistula (dolna Wisła) at Toruń was 158 m3/s in September 1992. Flow rates (water levels) in the range from average water levels in the year (SW) to the lowest observed water levels (NNW) inclusive are of importance to  the river transport. It should be assumed that water levels in the lower Vistula (dolna Wisła) below SW, on the unregulated section above the reservoir and the erosive section below the dam in Włocławek, are not sufficient for water transport to properly function, and for the regulated section they are conditional to the average minimum levels observed in the period (SNW). The analysis of the duration of water levels in Toruń for selected hydrological years – 1996 (average: h = 330 cm), 2001 (average: h = 319 cm) and 2004 (dry: h = 264 cm) for SW and SNW ranges shows that the three lowest ranges representing SNW have the following total number of days: 87, 75 and 202, respectively, whereas the five lowest ranges (below SW) have the duration: 231, 258 and 305 days (Fig. 2). This means that the section of the lower Vistula (dolna Wisła) in average (wet) years has a similar number of days duration of water levels in particular ranges, but the number of days in particular ranges varies considerably in a dry year. In general, during average and wet years, more than 200 days and approx. 90 days a year are bad for navigation on the unregulated section (SW) and on the regulated section (SNW), respectively. However, in dry years the number is as many as 300 days on the braided and anastomosing section and 200 days on the regulated section. In relation to the area of sandbars, the duration of their emergence on the regulated section is approx. 165 days (almost half a  year), mainly in the winter period. It should be noted, however, that the nature of their emergence is oscillatory, with amplitude higher in Toruń than, for example, in Fordon, which is associated with mitigation of the reservoir impact downstream the Vistula (Wisła). The natural regime of flows in the Vistula (Wisła) above (the reservoir) and below Włocławek is disturbed by the dam, which since 1968 has dammed and retained the Vistula (Wisła) waters in the reservoir with a capacity of 370 million m3. As a result of the over 11-metre high damming in Włocławek, the water levels in the Vistula (Wisła) on the section up to 50–60 km upstream from the dam have a similar value throughout the year, regardless of the


Z. Babiński, M. Habel | Acta Energetica 2/15 (2013) | 83–90

Fig. 3. Course of hourly water levels on the Vistula (Wisła) in Włocławek: 1 – reservoir (headwater), 2 – river below the dam (tailwater), source: data from a digital water level recorder of the Regional Water Management Board in Warsaw – Inspectorate in Włocławek

Fig. 2. The duration of water levels of the Vistula at Toruń in selected hydrological years, source: the data of the Regional Water Management Board in Gdańsk – Inspectorate in Toruń

volume of water inlet. On the other hand, the operation of hydroelectric power plant and interventional operation of the barrage are additionally noticeable below the reservoir in relation to the natural course of hydrological phenomena such as high water and low water (Fig. 3). The reservoir minimally reduces the volume of high water in the Vistula (Wisła) below the dam, but limits very low water levels. When assessing the impact of the dam in Włocławek on the regime of water levels in the Vistula (Wisła), it can be assumed that during low flows the highest fluctuations of hourly water levels occur on the section from the dam to Toruń (a  distance of 60 km) and are from 49 to 20 cm/h [6] there. However, at the most distant point (Tczew) the daily fluctuations in water levels were above 80 cm, while the wave elevation was 91 cm. On this basis it can be concluded that the range of impact of the dam in Włocławek on hydrological conditions, such as hourly fluctuations in water levels, is over 160 km downstream, whereas the impact on daily changes is more than 230 km [6].

– slope of the bed bottom and potential energy – flow) [14]. Generally, each type of channel pattern corresponds to the type and arrangement of bed mesoforms as positive forms – sandbars (shallows, shoals, fords, cataracts) and the opposite – pools (trims). Straight channels are dominated by inclined sandbars, in alternation with pools. Forms typical of meandering rivers are meander sandbars (convex bank) and pools (concave bank), with alternate sandbars (fords) at crossings between the bed arc. The beds of braided rivers are filled with chaotically situated central (middle) sandbars, which form islands when covered by vegetation, with the braided and anastomosing channel pattern. Transition of a  riverbed in the mesoform system from straight through meandering to  braided channel is directly proportional to  the increased (fluvial) transport of bed load and the river energy [14, 1]. Therefore, changes in the transport of bed load caused by fluctuations in the climate and human activity, as well as the geological structure of the channel bottom, have a decisive influence on the types of riverbeds with appropriate bed mesoform systems. This in turn is of leading importance in directions and opportunities for river system management. As stressed by N.E. Kondratiev et al. [9], the testing of bed mesoforms is the way to  discover the fundamental patterns of the proper fluvial process and to understand its logic. This statement has been adopted as the basic idea of the article, indicating that any changes in the system and dynamic of bed mesoforms of the lower Vistula (dolna Wisła) may result in restrictions in hydraulic development, or contribute to its growth.

Morphological conditions of the waterway

Changes in the bottom of the lower Vistula in relation to the economy

The morphological conditions of riverbeds have a decisive influence on the use and possible development of the floors of river valleys. Those in turn – characterised in three generally classified of river patterns: straight, meandering and braided [10, 15], classified more extensively by Russian hydrologists, including as many as seven types, [1, 12, 13, 3, 4, 5] – are dependent on the size of the following: transport of clastic load, mainly bed load; grainsize of channel bed forms and the river energy (kinetic energy

The Vistula (Wisła), as the most important river in Poland, has not been used as a waterway for three centuries, in contrast to the medieval period when it was one of the leading rivers in Europe in this respect. However, after the Second World War, traffic on the river ceased completely, apart from short sections near large cities. Attempts to restore its importance to the economy were made in the mid-twentieth century through cascade development. Unfortunately, this resulted in commissioning of only one 85


Z. Babiński, M. Habel | Acta Energetica 2/15 (2013) | 83–90

cascade in Włocławek in 1970. This contributed to  diversification of the lower Vistula (dolna Wisła) channel into four separate sections (Fig. 1) in a special way, from the mouth of the Narew to the mouth of the Vistula (Wisła) to the Baltic Sea. In addition, the Vistula (Wisła) was abandoned as a  shipping lane with the introduction of steam engines, which meant higher draft of ships, as well as due to shallowing of the river caused by an increased quantity of bed load. In this way the river located in the central part of our continent prevented the connection of a continuous functioning network of inland waterways in Western Europe and Eastern Europe (Fig. 4).

an average width (without clusters) of 685–785 m, an average depth of 1.6–1.8 m, a minimum depth of 0.5 m over shoals, and not exceeding 6 m in pools [1]. The following occur in the period of low water levels: on the one hand the process of lateral erosion of sandbars and clusters, the material from which forms shallow and very dynamic tongue sandbars (high variability of the shipping lane excludes it entirely), on the other hand, with the favourable process of “cutting in” of the riverbed, the shipping lane is improved so that it can be more passable than in the case of the regulated section. Generally, however, a high dynamic of chaotically formed tongue sandbars (up to 8 m/day) limits water transport on this section to the period when water levels are above the average (Fig. 2).

An important factor impeding transport on the Vistula (Wisła) is the problem of sand and gravel bars in the channel, their morphology and morphodynamics associated with the relevant type of channel macro-form. As already mentioned, the current channel of the lower Vistula (dolna Wisła) is divided into four main types: (1) the upper, unregulated, braided and anastomosing section, (2) Włocławek Reservoir, (3) previously braided and anastomosing section, heavily transformed by bottom erosion process, (4) the section regulated at the end of the 19th century (Fig. 1). Additionally, two subtypes can be distinguished as part of the division: backwater zone (2a) and reservoir bowl (2b) in the case of the Włocławek Reservoir, and straight and slightly meandering sections (4a) and pseudo-meander (4b) in the case of the regulated channel.

2. Włocławek Reservoir The first and, so far, the last cascade on the lower Vistula (dolna Wisła) is the dam built from 1962 to 1968 with a damming height of 11.3 m, which forms the largest reservoir in Poland, with an area of 70 km2, a length of 55 km, an average width of 1.3 km, an average depth of 5.5 m and a capacity of 360 million m3 of water (second in Poland). Among many environmental changes resulting from separation of the bed from the dam and from damming of waters, two aspects remain the same: (a) accumulation of bed load in 100% and suspended load in 42% of the reservoir, and (b) permanent process of erosion of the bed below the dam [2]. From the point of view of morphology of the reservoir, it is generally divided into two sections: (2a) upper – as accumulation of bed load, subject to shallowing process and (2b) bottom – accumulation of suspension, subject to  partial resuspension and removal of sediments during passage of flood waves. In the first case, as a result of constant supply of 1.8 million m3 of bed load through the Vistula (Wisła) River per year on average, the reservoir bottom is being shallowed in its backwater, which could lead to removal of an almost 20-km section from river transport in the absence of dredging works. This section of the Vistula (Wisła), which is also conducive to the formation of ice jams (catastrophic jam flood in January 1982), must be dredged, which is currently done insufficiently. Therefore, the backwater part of the reservoir and the braided and anastomosing section located on the above reservoir make this part of the lower Vistula (dolna Wisła) unnavigable and predisposed to flooding (flood: May/June 2010, Świniary). However, the lower part of the reservoir bowl (2b) not only protects against flooding, but also forms a section of at least class IV waterway of international importance. It can be used for navigation for a significant part of the year, except when ice occurs.

1. Unregulated braided and anastomosing section Braided sections (anastomosing sections include islands) of the Vistula (Wisła) are characterised by a chaotic system of various types of sandbars [1], including mainly central, inter-bed and tongue sandbars. In the case of human interference in the fluvial processes (fragmentary regulatory work, bed adjustments, e.g. at Wyszogród) side sandbars, transformed into a new flood plain, appear next to  disappearing central sandbars. In such conditions, the Vistula (Wisła) channel, at average water levels, reaches

3. Erosive section below the Włocławek (dam) Since the construction of the cascade in Włocławek, the section below the dam is subject to intensive bottom erosion. After more than 40 years of its impact, the barrage has deepened the bed in the immediate vicinity of the dam to approx. 4.0 m and widened it over a section reaching as far as Toruń (Fig. 1). The braided and anastomosing river is being transformed into an almost straight bed (with uneven shoreline determined by the geological structure), with a new flood plain [7]. The effects of changes in average

Fig. 4. International waterways E40 and E70 in relation to the inland waterways in Europe

86


Z. Babiński, M. Habel | Acta Energetica 2/15 (2013) | 83–90

water levels are mostly noticeable in Włocławek, where some of the hydrotechnical structures no longer meet their functions, including: the lower outer harbour, boulevard, water intakes for industrial plants, and winter port. The total process of bottom erosion has a negative impact on the hydraulic infrastructure of the riverbed from the beginning of the section regulated in the 19th century. The bed bottom cleaned of sandy formations with numerous clay and rock cataracts (Fig. 5) and diverse bottom surface already completely prevents river transport over this section during average water levels [7]. This process, which is harmful to the economy, can only be stopped by construction of another barrage to support Włocławek Reservoir.

Fig. 5. Bathymetric plan of the rock and clay cataract during average water level on the bottom of the Vistula (Wisła) bed below the dam in Włocłwek (683 km), which prevents river transport: 1 – groynes; 2 – waters; 3 – new flood plain; 4 – islands; 5 – outcrops of formations difficult to be washed out; 6 – directions of main flow streams. Bed condition as at July 2010

4. Section regulated in the 19th century In terms of morphology and morphodynamics of bed mesoforms, the regulated section is divided into two subtypes of channel: (4a) to  the mouth of the Tążyna River – Ciechocinek Lowland (Nizina Ciechocińska) to  Solec Kujawski (768 km) and from Fordon (775 km) to the Baltic Sea as a straight section with an alternating arrangement of inclined sandbars and pools, and (4b) pseudo-meander on two sections from 728 to  732 km in Toruń and from 768 to 775 km at the gorge of the Vistula (Wisła) at Fordon, with parallel arrangement of pool and sandbars. In the case of regulated type 4a sections, many years of studying the dynamics of bed mesoforms in the lower Vistula (dolna Wisła) show that alternate bars, which are common here and are in the range of average levels (SW) and low levels (SNW) in terms of

the height of their surface, reach a length of 800–1200 m and an average width of 300 m. As indicated by the bathymetric calculations (to a depth of 3.5 m), each of the analysed alternate bars contains over 350,000 m3 of sandy and gravel material (Fig.  6). Tongue sandbars with an average length of 450 m, a  width of 200 m and an surface of less than 0.5 m to SNW are formed from eroded inclined alternate sandbars during low water levels. Erosion formations – pools – which accompany alternate sandbars and at the same time are characterised by commensurate size, reach a depth of 5–7 m (measured from the average level), with local dredging up to  12 m. The width of pools (route for convenient transport) varies from 50 to  150  m. The speed of movement of alternate sandbar heads is 0.4 to  2.4  m per day (1.1–1.2 m/day on average), whereas the lowest (corresponding to levels below SNW) and most dynamic tongue sandbars have a speed of 0.6 to 4.3 m/day (1.7–1.8 m per day on average). The alternating and almost harmonious arrangement of post-regulatory sandbars facilitates forecasting the duration of transport by the Vistula (Wisła). On the other hand, as shown by the measurements of transport of bed load – dredging works of 0.15 million tonnes per year during the dry period up to 1.0 million tonnes per year in the wet period, i.e. 0.5 million tonnes per year on average, which lasts more than 240 days for collection of aggregate, may contribute to  unblocking the Vistula (Wisła) channel for transport purposes, including even container transport. This is based mainly on lowering of the pool bottom. However, ice phenomena, which last 87 days on average (no more than 122 days and at least 37 days) on the entire analysed section, may be an additional restriction on transport.

Fig. 6. Bathymetric plan of the straight channel of the Vistula (Wisła) on the Solec Kujawski section, at 760–762 km, with characteristic alternating current, regulated in the 19th century

In the case of a pseudo-meander type (4b) the constant current flows over the entire length at the right bank on the Toruń section, and at the left concave bank near Fordon (Fig. 7). In both cases, river transport may be carried out without interruptions caused by sandbars, as the width of the pool ranges from 50 to 120 m. Only during long low-water periods a single current may be split into two, by intersection of the current along the convex bank. In addition, both currents may be connected, thus forming separate central sandbars similar to straight sections. This may cause difficulties in river transport, although this is highly unlikely. The process of division of meander sandbars during low water levels occurs when the hydrological conditions fail to adapt to an increased meander curvature, making it a pseudo-meander. 87


Z. Babiński, M. Habel | Acta Energetica 2/15 (2013) | 83–90

Fig. 7. Bathymetric plan of the pseudo-meander channel of the Vistula (Wisła) at the Gorge at Fordon on 770–773 km, regulated in the 19th century

Based on the depth analysis of the current it has been found that cataracts [7] similar to those washed in the erosion zone below the reservoir occur in addition to the obstacles to navigation at the point of passages between pools on the regulated section from Ciechocinek Lowland (Nizina Ciechocińska) to  Grudziądz (Fig. 5). Such shallowing of the bottom resistant to erosion in the form of moraine layer and clay (loam), but covered with a thin layer of alluvium (not always) occur, for example, at the following km of the Vistula (Wisła) (zone): 720. (Silno), 735th (Toruń), 765th (Solec Kujawski), 782nd–785th (poniżej Fordonu), 802nd–804th (Chełmno). In the case of progressing bottom erosion downstream the Vistula (Wisła) below Włocławek Reservoir to  the Baltic Sea, in the near future those cataracts will become additional difficulties for navigation on that regulated section, which may even make navigation impossible.

Current directions of development of the Vistula Regardless of whether the cascade development of the lower Vistula (dolna Wisła) will continue, or only the works to protect the section below the dam against further bottom erosion will be carried out, there are attempts being made to  accelerate the process of revitalization of the bottom in the lower Vistula (dolna Wisła), to at least partially restore the importance of the waterway. This applies mainly to the Bydgoszcz Water Junction (Bydgoski Węzeł Wodny), which connects the international waterways E70 (Noteć, Brda and the Bydgoszcz Canal) and E40 (Vistula (Wisła) with Solec Kujawski, located in its vicinity, at a distance of 200 km from the mouth of the Vistula (Wisła) to the Baltic Sea (Fig. 1). This is because a ferry crossing on 763.56 km of the Vistula (Wisła) is already being constructed there, with a regular collection of aggregate from the bed at 759.55–759.85 km and collection planned at 761.15–761.35 km (as a result of improvement of navigation conditions). In addition, construction 88

of a  tourist marina is planned at km 763.45, with a  multimedia container base for river transport from Gdańsk (the Vistula (Wisła) mouth) planned at 768.50 km. For proper operation this comprehensive system of hydraulic structures must be examined in relation to  hydrological phenomena, morphology and morphodynamics of the channel (sandbars – pools) together with its forecast. This applies in particular to ensuring the depth for ferry crossings and container transport associated with the route’s navigability after the passing of flood waves and occurrence of pancake-ice jamming. Taking into account the duration of ice phenomena, floods and low-water periods, whose restrictions on transport may be shortened by dredging works, ferry and container transport as well as tourist transport may be carried out without interference from the Baltic Sea to Solec Kujawski up to 240 days a year. The remaining examined upper section of the lower Vistula (dolna Wisła), with the exception of the bowl of the Włocławek Reservoir, can not be considered suitable for transport, as transport can only operate here during water levels higher than average annual levels, and is affected by an extended period of ice phenomena (unregulated). The Toruń section to the meander at Fordon should also be included in this section, because the impact of the bed erosion process below the dam and the appearance of rock and clay cataracts will also occur here in the near future. The problematic location of the regatta port in Włocławek should undoubtedly be associated with the aforementioned process and its impact on navigation conditions.

River transport and power engineering in the conditions of the Lower Vistula Cascade development As already mentioned above, construction of a  multi-function cascade on the lower Vistula (dolna Wisła) (Fig. 1) will contribute to  ensuring at least a  class IV international waterway (restrictions may result from sizes of locks), and will also allow full energy use of waters in an average amount of 32 km3 per year, which currently flow to the Baltic Sea unproductively. Extension by three dams upstream of the Włocławek Reservoir (today an unregulated braided and anastomosing section) and inclusion of the Warsaw section of the Vistula (Wisła) (Fig. 1), and the adjustment of the Narew (Bug) to  class II, would contribute to  the opening of international waterways E70 and E40, connecting the canal system of Western Europe with Eastern Europe (Fig. 4). It would enable unrestricted container transport from Warsaw to the Baltic Sea (E40), with restrictions to class II in the direction of Antwerp (E70) and from Zegrze Lake (Jezioro Zegrzyńskie) to Belarus (E40), which has already revitalised canals and rivers to enable water transport, for example to the Black Sea. It should be added that any other, incomplete cascade development of the lower Vistula (dolna Wisła) will improve only fragmented water transport, therefore only on the section(s) of reservoir(s) in the areas of cities, with a limited capacity on the Solec Kujawski – Baltic Sea route (Fig. 1). The examined multi-variant hydraulic development of the lower Vistula (dolna Wisła) brings tangible benefits from electricity production. Hydroelectric power plants accompanying each


Z. Babiński, M. Habel | Acta Energetica 2/15 (2013) | 83–90

cascade in the lower Vistula (dolna Wisła) will be able to generate 3000–4000 GWh of electricity in total, with a  total installed capacity of 700–1300 MW. Green electricity and possible continuous production with the preferred peak demand fully justify the need to continue cascade development of the lower Vistula (dolna Wisła). Proper development of the Vistula (Wisła) waters ensures continuous energy production (in contrast to  e.g. wind energy), eliminates negative effects of flooding, including ice and pancake ice jams floods, allows full control of the river outflow regime and, finally, slows down the process of bed erosion below the dams. The proper level of water tables in reservoirs with the minimum fluctuations in their levels (dependent mainly on work of hydroelectric power plants and passage of flood waves) will definitely have a positive impact on the revitalization of the reservoir zones. This is the main factor for compensating the negative effects of inundation of the flood plain, which occurs in the area of reservoirs.

Conclusions Because of temporally and spatially varied bed processes of the lower Vistula (dolna Wisła), mainly in the form of transport of bed loads, morphology and morphodynamics of sandbars and pools, the medieval queen of European rivers is currently without water transport, and the economy has turned away from the river. More than 32 km3 of water per year flows to the Baltic Sea almost unproductively. A class IV water route of international importance (E40) is available only in the Żuławy Loop (Pętla Żuławska) and on the Włocławek Reservoir section. The remaining part, which is however a dominant fragment of the river, is almost unused, with hardly any tourist and cargo traffic. This applies in particular to  the following: the unregulated braided and anastomosing section above the reservoir backwater, and the strongly transformed section below the head dam in Włocławek. In addition, in the first case – the upper section – there are seasonal floods, while in the latter case – below, at the dam – there is a constantly increasing threat to operation (existence) of hydraulic infrastructure, caused by the bed erosion process. Only the possibility of limited container transport on the Solec Kujawski – Baltic route is considered, with regular control of bed load dynamics in the form of sandbars, using proper dredging works. Only a  full cascade development of the lower Vistula (dolna Wisła) ensures navigation conditions necessary for at least class IV International Waterway E40 connecting water transport in Western Europe and Eastern Europe. Certain restrictions in this respect may result from the parameters of locks. Furthermore, such a development of the lower Vistula (dolna Wisła) will bring tangible benefits in obtaining green electricity, completely eliminate the risk of floods on this section of the river, remove the problems with erosive sections below dams, enable the process of revitalization of the reservoir areas as compensation for flooding of zones between reservoir embankments and stabilise the hydrological regime of the Vistula (Wisła) with the ability to irrigate the areas of Kujawy experiencing water deficits. It will become the driving force for economic development of the Vistula (Wisła) region, with cities and villages turning towards the Vistula (Wisła).

REFERENCES

1. Babiński Z., Współczesne procesy korytowe dolnej Wisły [Contemporary fluvial processes of the lower Vistula (dolna Wisła)], Prace Geograficzne 1992, IGiPZ PAN, p. 157. 2. Babiński Z., Wpływ zapór na procesy korytowe rzek aluwialnych [Impact of dams on fluvial processes in alluvial rivers], Wydawnictwo Akademii Bydgoskiej, Bydgoszcz 2002. 3. Chalov R.S., Faktory ruslovych processov i hierarchija ruslovych form [Factors channel processes and hierarchy of channel forms] Geomorfologia 1983, No. 2, pp. 16–26. 4. Chalov R.S., Ruslovedenije: teoria, geografia, praktika, [Fluvial processes: theory, geography, practica], Moskov. Gosud. Univers., Vol. I, Moscow 2007. 5. Chalov R.S., Ruslovedenije: teoria, geografia, praktika, Moskov. Gosud. Univers., Vol. II, Moscow 2011. 6. Habel M., Zasięg oddziaływania stopnia wodnego we Włocławku na wahania stanów wód dolnej Wisły [Range of impact of the barrage Włocławek on fluctuations in water levels of the lower Vistula (dolna Wisła)], Monografie Komitetu Inżynierii Środowiska PAN 2010, Vol. 68. 7. Habel M., Morfodynamika dna doliny dolnej Wisły poniżej zbiornika włocławskiego, maszynopis pracy doktorskiej [Morphodynamics of the bottom of the lower Vistula (dolna Wisła) valley below the Włocławek reservoir, Ph.D. dissertation manuscript], IGiPZ PAN, Warsaw 2011. 8. Instrukcja gospodarowania wodą na stopniu wodnym Włocławek, materiały niepublikowane [Instructions for water management on the barrage Włocławek, unpublished], RZGW, Warsaw 2006. 9. Kondriatiev N.E., Popov I.V., Sniszczenko B.E., Osnovy gidromorfologiczeskoj teorii ruslogo processa [Base of hydromorphological theory of fluvial processes], Gidrometeoizdat, Leningrad 1982. 10. Leopoldt L.B., Wolman M.G., Miller J.P., Fluvial processes in geomorphology, Freeman and Co., San Francisco 1964. 11. Makkavjejev N.I., Ruslo rieki i erozija v jejo baseine [River channel and erosion in its catchment], Izdat. Moskov. Univer., Moscow 1955. 12. Popov I.V., Issledovanije morfologi riek pri reszeni zadacz chozjajstviennogo osvojenija pojm [Research of river morphology – flood plain for economic purposes], Trudy GGI, 74, Leningrad 1960, pp. 22–54. 13. Popov I.V., Zagadki recznogo rusla [Puzzles of river channel], Gidrometeoizdat, Leningrad 1977. 14. Schumm S.A., Evolution and response of the fluvial system sedimentologic implications, SEPM, Special Publ. 1981, No. 31, pp. 19–29. 15. Schumm S.A., Explanation and extrapolation in geomorphology: Seven reasons for geologic uncertainty, Transactions, Japan Geomorph. Union 1985, No. 6(1), pp. 1–18. 16. Siebauer S., Charakterystyczne stany wody i objętości przepływu w przekrojach wodowskazowych rzeki Wisły, Wiadomości Służby Hydrologicznej i Meteorologicznej [Characteristic water levels and flow volumes in water gauge sections of the Vistula (Wisła), Information of the Hydrological and Meteorological Department] 1947, No. 1(1).

89


Z. Babiński, M. Habel | Acta Energetica 2/15 (2013) | 83–90

Zygmunt Babiński Kazimierz Wielki University in Bydgoszcz e-mail: zygmunt.babinski@gmail.com Dean of the Faculty of Physical Education, Health and Tourism at Kazimierz Wielki Academy in Bydgoszcz, Head of the Department of Revitalization of Waterways, long-time Director of the Institute of Geography. Researcher of the Geomorphology and Hydrology Department at the Institute of Geography and Spatial Organization, Polish Academy of Sciences in Toruń (1971–1998). Author of almost 190 scientific works published in Poland, Russia, Mongolia, the Czech Republic, Sweden, Switzerland and the United Kingdom. Participant of three physico-geographical expeditions of the Polish Academy of Sciences to Mongolia in the 1970s and the head of three expeditions in the 1990s and in 2005. Main fields of research: contemporary riverbed processes, the impact of regulatory works and dams on changes in riverbeds, transport of bed load and suspension, water circulation in the area of long-term permafrost, occurrence and seasonal degradation of long-term permafrost, permafrost forms with particular emphasis on pingo forms. Research objects: the bed of the lower Vistula (dolna Wisła) valley – Włocławek Reservoir, Mongolia – the Khangai Mountains. For seven years he has been involved in research in the field of revitalization of waterways. Founder of an engineering course with the same name, unique on the European scale, and originator of the European Centre for Revitalization of Waterways in Bydgoszcz.

Michał Habel Kazimierz Wielki University in Bydgoszcz e-mail: hydro.habel@gmail.com Researcher and lecturer in the Department of Revitalization of Waterways. Author and co-author of 25 scientific articles and 8 implementation works. Co-originator and co-organiser of five conferences on revitalization of waterways, organised since 2007. Author and co-researcher of the project co-funded by the KujawskoPomorskie Marshall’s Office in Toruń, entitled ”Assessment of options for revitalization of navigation functions in the Vistula (Wisła)-Oder waterway, in particular the Bydgoszcz Canal”. Prepared a bilateral agreement between Admiral Makarov State University of Maritime and Inland Shipping in St. Petersburg and Kazimierz Wielki University in Bydgoszcz. Member of the Intercollegiate Association for Erosion, Bed and Estuary Processes in Rivers at Lomonosov Moscow State University and the European Geoscience Union. Major research objects: bed processes on the lower Vistula (dolna Wisła), the Bydgoszcz Canal and the Brda.

90


Z. Babiński, M. Habel | Acta Energetica 2/15 (2013) | translation 83–90

This is a supporting translation of the original text published in this issue of “Acta Energetica” on pages 83–90. When referring to the article please refer to the original text. PL

Uwarunkowania hydromorfologiczne dolnej Wisły w rozwoju żeglugi i hydroenergetyki Autorzy

Zygmunt Babiński Michał Habel

Słowa kluczowe

procesy fluwialne, typy koryt, morfodynamika łach, żegluga śródlądowa, hydroenergetyka, dolna Wisła

Streszczenie

W artykule przedstawiono ogólne prawidłowości rozwoju koryta dolnej Wisły w okresie holocenu, ze szczególnym uwzględnieniem nieświadomej ingerencji człowieka w procesy korytowe, związane z wylesianiem i uprawą zbóż oraz roślin okopowych. Scharakteryzowano podstawowe prace hydrotechniczne w  postaci budowy wałów przeciwpowodziowych, regulacji koryta i budowy stopnia wodnego we Włocławku jako czynników świadomej działalności człowieka i ich wpływ na zmiany koryta. Scharakteryzowano warunki morfologiczne i morfodynamiczne podstawowych form korytowych, tj. łach piaszczysto-żwirowych i plos, warunkujących możliwości istnienia transportu rzecznego, jego rozwoju w czasie i przestrzeni (głębokość szlaku żeglownego). Przedstawiono perspektywy wielokierunkowej zabudowy hydrotechnicznej, w tym głównie skaskadowania dolnej Wisły. Zaprezentowano możliwości kompleksowego wykorzystania drogi wodnej, jaką jest E40 w odcinku dolnej Wisły, z uwzględnieniem zrównoważonego rozwoju i rekompensaty w postaci rewitalizacji dna doliny.

Wprowadzenie Wykorzystanie wód rzecznych do  celów gospodarczych jest zależne od właściwości hydromorfologicznych ich koryt, kształtowanych przez klimat i  działalność człowieka. Klimat wpływa na procesy korytowe poprzez opady atmosferyczne (reżim wód) i  temperaturę powietrza (rozwój roślinności w zlewni i zjawiska lodowe), zjawiska niezależne od człowieka. Działalność człowieka może mieć za to  wpływ pośredni i bezpośredni na zmiany koryt rzecznych. W pierwszym przypadku dotyczy to zmiany struktury zalesienia na rzecz pól uprawnych, które to  prace powodują przyspieszenie ruchu wody w przyrodzie (spływ) i wzrost dostawy rumowiska do  koryt. W  drugim zaś mamy do czynienia ze świadomą gospodarką wodną, zmierzającą do  kontroli reżimu wód poprzez wszelkiego rodzaju zabudowę hydrotechniczną, m.in. wały przeciwpowodziowe, regulację koryt, zapory wodne. Dodatkowym czynnikiem, mającym wpływ na rozwój żeglugi śródlądowej, jest zmiana warunków technicznych obiektów pływających, np. wzrost zanurzenia statków rzecznych wraz z  przejściem na  zasilanie silnikowe. W  sumie jednak wiodącą rolę w  uwarunkowaniach rozwoju transportu wodnego i hydroenergetyki ma reżim wód rzecznych i  wielkość transportu rumowiska wleczonego, które to zjawiska kształtują typy koryt wraz z układem mezoform korytowych w  postaci pozytywnych łach piaszczystych i  im przeciwstawnych form negatywnych, plos. Od nich to zależą parametry dróg wodnych (szerokość i głębokość szlaku wodnego), trwałość i funkcjonalność obiektów hydrotechnicznych z hydroenergetyką włącznie (czas wypełniania zbiornika). Celem artykułu jest przedstawienie głównych etapów i ogólnych trendów w rozwoju dna doliny dolnej Wisły na odcinku od ujścia Narwi do ujścia Wisły do Bałtyku (rys. 1), ze  szczególnym uwzględnieniem wpływu gospodarczej działalności człowieka. Dotyczy to przede wszystkim zmian w układzie przestrzennym koryta, jak również jego pionowych przemieszczeń dna, związanych

z  procesem erozji i  depozycji rumowiska klastycznego, głównie wleczonego. Celem nadrzędnym jest określenie dynamiki mezoform korytowych typu łach i  plos, ze wskazaniem na możliwe kierunki dostosowania ich pod kątem rozwoju międzynarodowej drogi wodnej E40, udoskonalenia dla przejść promowo-drogowych, budowy zapór wodnych, polepszenia (wyeliminowania) warunków przeciwpowodziowych, z zachowaniem zrównoważonego rozwoju (ochrona środowiska). Ponadto artykuł ma przedstawić pokazanie możliwości pełnego wykorzystania wód dolnej Wisły do celów gospodarczych, ze zjawiskiem rewitalizacji dna doliny włącznie. Opracowanie wykonano na podstawie literatury i własnych badań w zakresie zmian hydromorfologicznych, zachodzących w  obrębie koryta dolnej Wisły. Analiza dotyczy w  szczególności przekształceń wynikających z prac regulacyjnych i budowy stopnia wodnego we  Włocławku, a  więc obejmuje okres ostatnich 150 lat. Hydrologiczne uwarunkowania drogi wodnej Stany wody dolnej Wisły kształtowane są w głównej mierze jej przepływami, sporadycznie jednak ich wahania uzależnione są od zatorów śryżowych i śryżowo-lodowych. W  przypadku wystąpienia zatorów stany wody nie są funkcją przepływu. Dlatego wiązanie ich z zimowo-wiosennymi, ekstremalnie wysokimi wezbraniami – w czasach historycznych np. notowanymi na murach miasta Torunia dużymi przepływami szacowanymi na 11 tys. m3/s (tzw. woda 0,1%) – jest błędne. Z  danych hydrologicznych wynika, że  wysokie stany dolnej Wisły występują najczęściej w marcu i kwietniu, rzadziej późną wiosną i  w  lecie. Pierwsze z  nich są związane z  wczesnowiosennym spływem wód roztopowych, potęgowanym często pochodem śryżu i  kry lodowej. Drugie zaś, najczęściej krótkotrwałe, są wynikiem opadów rozlewnych. W obydwu przypadkach tworzą się fale wezbraniowe o wysokości względnej 3–5 m, maksymalnie

Rys. 1. Szkic sytuacyjny dna doliny Wisły na tle rozwoju koryta. Odcinek Wisły: 1 – powyżej Płocka, nieuregulowany; 2 – poniżej zapory, erozyjny; 3 – poniżej Silna, uregulowany w II poł. XIX w.; 4 – Płock – Włocławek (zbiornik włocławski wraz z planowanymi stopniami kaskady); 5 – dopływy; 6 – wodowskazy; 7 – km biegu Wisły; 8 – szerokości koryta

do 8 m. Niższe stany wody występują przede wszystkim na przełomie jesieni i zimy (wrzesień - listopad). Roczne amplitudy położenia zwierciadła wody dolnej Wisły mogą dochodzić do  753 cm (w  profilu FordonBydgoszcz, okres 1976–1980). W ostatnich 40 latach (1970–2010) na dolnej Wiśle zarejestrowano 46 fal powodziowych. Za wartość graniczną uznano przepływ powyżej 2400 m3/s (nazwano przepływem dozwolonym, odpowiadającym stanom wody brzegowej), podczas którego następuje zalanie równiny zalewowej od  Włocławka do  Torunia [8]. Wartość przepływu wody brzegowej, obowiązująca na  Wiśle poniżej stopnia wodnego we  Włocławku,

91


Z. Babiński, M. Habel | Acta Energetica 2/15 (2013) | translation 83–90

odpowiada w przybliżeniu wartości, którą określił na  podstawie wieloletnich obserwacji w Toruniu Stanisław Siebauer (1947), czyli 2320 m3/s. Rzeka we Włocławku w latach 1970–2005 miała średnie roczne przepływy 895 m3/s, a w Toruniu 1004 m3/s. Natomiast w latach wilgotnych (1971, 1974–1975, 1977–1982, 1998–2002) wynosiły one we  Włocławku od  945 do  1342 m3/s. W  latach suchych (1972, 1984, 1987, 1990–1992, 2003–2004) wartości te sięgały od  580 do  790 m3/s. Minimalny przepływ Wisły w  profilu Torunia wyniósł 158 m3/s we wrześniu 1992 roku. Istotne dla transportu rzecznego są przepływy (stany wody) w przedziale od średnich stanów wody w danym roku (SW) do najniższych obserwowanych stanów wody (NNW) włącznie. Należy przyjąć, że  stany (przypływy) dolnej Wisły poniżej SW na odcinku nieuregulowanym powyżej zbiornika i erozyjnym, poniżej zapory we Włocławku, są niewystarczające dla prawidłowo funkcjonującego transportu wodnego, zaś dla uregulowanego – warunkowo do  stanów średnich z  najniższych z  obserwowanych danym okresie (SNW). Z  analizy czasu trwania stanów wody w Toruniu dla wybranych lat hydrologicznych – 1996 (przeciętny: h = 330 cm), 2001 (przeciętny: h = 319 cm) i 2004 (suchy: h = 264 cm), dla przedziałów SW i  SNW – wynika, że  reprezentujące SNW trzy najniższe przedziały mają łączną liczbę dni odpowiednio: 87, 75 i 202, zaś pięć najniższych (poniżej SW) odpowiednio: 231, 258 i 305 dni (rys. 2). Oznacza to, że odcinek dolnej Wisły w  latach średnich (wilgotnych) ma podobną liczbę dni czasu trwania stanów w danych przedziałach, a różni się znacznie w  przypadku liczby dni w  roku suchym. Generalnie, w latach przeciętnych i  wilgotnych, ponad 200 dni w  roku jest niekorzystne dla żeglugi na odcinku nieuregulowanym (SW) i ok. 90 dni na odcinku uregulowanym (SNW). Natomiast w latach suchych aż 300 dni na odcinku roztokowo-anastomozującym i  200 dni na  uregulowanym. W  odniesieniu do  powierzchni łach czas trwania ich wynurzenia w odcinku uregulowanym wynosi ok. 165 dni (prawie połowa roku), głównie w okresie zimowym.

Rys. 2. Czas trwania stanów wody Wisły w Toruniu w wybranych latach hydrologicznych, źródło: dane Regionalnego Zarządu Gospodarki Wodnej w Gdańsk – Inspektorat w Toruniu

92

Należy jednak zaznaczyć, że ich wynurzenie ma charakter oscylacyjny, z większą amplitudą w Toruniu niż np. w Fordonie, co wiąże się z łagodzeniem wpływu zbiornika w dół Wisły. Naturalny reżim przepływów Wisły powyżej (zbiornika) i  poniżej Włocławka zaburzony jest pracą stopnia wodnego, który od  1968 roku piętrzy i  retencjonuje wody Wisły w zbiorniku o pojemności całkowitej 370 mln m3. Na skutek przeszło 11-metrowego spiętrzenia we Włocławku stany wody Wisły w odcinku do 50–60 km w górę rzeki od  stopnia wodnego, niezależnie od  wielkości dopływów wody, mają podobną wartość w  ciągu roku (rys. 3). Z  kolei poniżej zbiornika na tle naturalnego przebiegu zjawisk hydrologicznych, takich jak wezbrania i niżówki, dodatkowo zaznacza się praca hydroelektrowni oraz interwencyjna praca stopnia wodnego (rys.  3). Zbiornik w  minimalnym stopniu łagodzi wielkość wezbrań Wisły poniżej zapory, za to ogranicza bardzo niskie stany wody. Oceniając zasięg wpływu zapor y we  Włocławku na  reżim stanów wody Wisły, można przyjąć, że  podczas niskich przepływów największe wahania godzinnych stanów wody występują na  odcinku od  zapory do  Torunia (dystans 60 km) i wynoszą tu od 49 do 20 cm/h [6]. Jednak w  najodleglejszym posterunku (Tczew) dobowe wahania stanów wody wyniosły przeszło 80 cm, a  elewacja fali alimentacyjnej miała 91 cm. Na tej podstawie można uznać, że  zasięg oddziaływania zapory we  Włocławku na  przebieg warunków hydrologicznych, takich jak cogodzinne wahania stanów wody, sięga przeszło 160 km w dół rzeki, zaś wpływ na dobowe zmiany wynosi przeszło 230 km [6]. Morfologiczne uwarunkowania drogi wodnej Decydujący wpływ, na  wykorzystanie i możliwości zagospodarowania den dolin rzecznych mają warunki morfologiczne ich koryt. Te z kolei, charakteryzowane w formie typów powszechnie klasyfikowanych jako trzy: prostoliniowe, meandrujące i  roztokowe [10, 15], a przez hydrologów rosyjskich bardziej rozbudowanych, bo aż siedmiu [1, 12, 13, 3, 4, 5], są zależne od wielkości: transportu rumowiska klastycznego, głównie wleczonego; średnicy ziaren utworów budujących dno koryta oraz energii rzeki (kinetycznej – spadek dna koryta i potencjalnej – przepływ) [14]. Generalnie każdemu typowi koryta odpowiada rodzaj i układ mezoform korytowych

Rys. 3. Przebieg cogodzinnych stanów wody na Wiśle we Włocławku: 1 – zbiornik (górna woda), 2 – rzeka poniżej stopnia wodnego (dolna woda), źródło: dane z limnigrafu cyfrowego Regionalnego Zarządu Gospodarki Wodnej w Warszawie – Inspektorat we Włocławku

w  postaci form pozytywnych – łach (mielizny, przemiały, brody, progi) i im przeciwstawnych – plos (przegłębienia). W przypadku koryt prostoliniowych dominują łachy skośne, będące w alternacji z plosami. Formami typowymi dla rzek meandrujących są łachy zakolowe (brzeg wypukły) i plosa (brzeg wklęsły), z łachami skośnymi (brody) na  przejściach między łukami koryta. Z  kolei koryta rzek roztokowych wypełnione są bezładnie usytuowanymi łachami centralnymi (środkowymi), które porośnięte roślinnością tworzą wyspy (kępy), z typem koryta roztokowo-anastomozującego. Przejścia koryta rzecznego, wraz z układem mezoform, od  prostoliniowego, poprzez meandrujące, do  roztokowego jest odpowiednio wprost proporcjonalne do wzrostu transportu rumowiska wleczonego i energii rzeki [14, 1]. Tak więc zmiany transportu rumowiska wleczonego, spowodowane fluktuacjami klimatu i działalnością człowieka wraz z budową geologiczną podłoża, mają decydujący wpływ na typy koryt rzecznych, z  odpowiednim dla nich układem mezoform korytowych. To z  kolei ma wiodące znaczenie w  kierunkach i  możliwości zagospodarowania systemu rzecznego. Jak podkreślają N.E. Kondratiev i inni [9], badanie mezoform korytowych jest drogą do odkrycia podstawowych prawidłowości właściwego procesu korytowego i do zrozumienia jego logiki. Stwierdzenie to przyjęto za myśl przewodnią artykułu, oznaczającą, że  każde zmiany w  układzie i  dynamice mezoform korytowych dolnej Wisły mogą powodować ograniczenie w  zabudowie hydrotechnicznej bądź przyczynić się do jej rozwoju. Zmiany dna doliny dolnej Wisły na tle gospodarki Wisła, jako najważniejsza rzeka Polski, już od trzech stuleci nie pełni roli drogi wodnej, w przeciwieństwie do okresu średniowiecza, gdy była wiodącą pod tym względem w Europie. Natomiast już po II wojnie światowej zamarł całkowicie ruch na tej rzece, poza krótkimi odcinkami w obrębie dużych miast. W  połowie XX w. podjęto próby przywrócenia jej znaczenia dla gospodarki poprzez jej kaskadyzację. Niestety, zakończyło się to  oddaniem do  użytku w  1970 roku tylko jednego stopnia wodnego we  Włocławku. To w  szczególny sposób przyczyniło się do  zróżnicowania koryta dolnej Wisły, od  ujścia Narwi do  ujścia Wisły do  Bałtyku, na  cztery odrębne odcinki (rys. 1). Dodatkowo, odwrócenie się od Wisły jako szlaku żeglugowego nastąpiło z chwilą zastosowania silników parowych, które dawały statkom większe zanurzenie, a  także na  skutek spłycenia dna koryta spowodowanego zwiększoną dostawą rumowiska wleczonego do koryta. W ten sposób rzeka, leżąca w  centralnej części naszego kontynentu, uniemożliwiła połączenie stale funkcjonującej sieci śródlądowych dróg wodnych Europy Zachodniej ze Wschodnią (rys. 4). Istotnym czynnikiem utrudniającym szeroko pojęty transport na  Wiśle jest problem piaszczysto-żwirowych łach w korycie, ich morfologia i morfodynamika, związana z  odpowiednim typem makroformy, jaką jest koryto. Jak już wspomniano wyżej, aktualnie koryto dolnej Wisły dzieli się na cztery zasadnicze typy: (1) odcinek


Z. Babiński, M. Habel | Acta Energetica 2/15 (2013) | translation 83–90

rocznie, następuje spłycanie dna zbiornika w  jego cofce, co w  przypadku braku prowadzenia prac bagrowniczych, mogłoby doprowadzić do  wyeliminowania tego prawie 20-km długości odcinka, z  transportu rzecznego. Ten jednocześnie zatorogenny odcinek Wisły (katastrofalna powódź zatorowa w  styczniu 1982 roku) musi być bagrowany, co jednak czyni się obecnie w  niewystarczającym stopniu. Tak więc cofkowa część zbiornika, wraz z wyżej położonym odcinkiem roztokowo-anastomozującym, czyni ten fragment koryta dolnej Wisły nieżeglownym i  do  tego podatnym na powodzie (powódź: maj/czerwiec 2010, Świniary). Tymczasem dolny fragment czaszy zbiornika (2b) zabezpiecza nie tylko przed powodziami, ale tworzy odcinek co najmniej IV klasy drogi wodnej o znaczeniu międzynarodowym. Może być wykorzystany do celów żeglugowych przez znaczną część roku, z wykluczeniem czasu trwania zjawisk lodowych. Rys. 4. Międzynarodowe drogi wodne E40 i E70 na tle dróg śródlądowych Europy

górny, nieuregulowany, roztokowo-anastomozujący, (2) zbiornik włocławski, (3) silnie przekształcany, przez proces erozji wgłębnej, dotychczasowy odcinek roztokowo-anastomozujący, (4) uregulowany pod koniec XIX wieku (rys. 1). W ramach tego podziału wyróżnia się ponadto podtypy, w  przypadku zbiornika włocławskiego strefa cofki (2a) i  czasza zbiornika (2b), zaś koryta uregulowanego (4a) – odcinki prostoliniowe i nieznacznie kręte oraz (4b) pseudozakolowe. 1. Odcinek nieuregulowany roztokowo-anastomozujący Odcinki roztokowe (anastomozujące są z wyspami) Wisły charakteryzuje bezładny układ licznych rodzajów łach [1], w  tym głównie łach centralnych, śródkorytowych, językowych. W przypadku ingerencji człowieka w  procesy fluwialne (fragmentaryczne prace regulacyjne, korekcyjne koryta, np. pod Wyszogrodem) obok zanikających łach centralnych pojawiają się łachy boczne, przekształcane w nową równinę zalewową. Koryto Wisły w tych warunkach, przy średnich stanach wody, osiągnęło przeciętną szerokość (bez kęp) 685–785 m, średnią głębokość 1,6–1,8 m, minimalne głębokości na  tzw. przemiałach 0,5 m, a  w  miejscu plos nieprzekraczającą 6 m [1]. W okresie trwania niskich stanów wody następuje: z  jednej strony proces erozji bocznej łach i kęp, z których materiału tworzą się płytkie i bardzo dynamiczne łachy językowe (duża zmienność trasy żeglugowej całkowicie ją wyklucza), z drugiej zaś, przy sprzyjającym procesie „wcinania” się dna koryta trasy żeglugowej – ją polepsza tak, że może być bardziej drożna niż w  przypadku odcinka uregulowanego. Generalnie jednak duża dynamika bezładnie tworzących się łach językowych (do  8 m/dobę) ogranicza transport wodny na tym odcinku do czasu trwania stanów powyżej średnich (rys. 2). 2. Zbiornik włocławski Pierwszym i jak dotychczas ostatnim stopniem wodnym na dolnej Wiśle jest wybudowana w latach 1962–1968 tama, o wysokości piętrzenia 11,3 m, która utworzyła

największy w  Polsce zbiornik retencyjny o powierzchni 70 km2, długości 55 km, średniej szerokości 1,3 km, średniej głębokości 5,5 m i pojemności 360 mln m3 wody (drugi w Polsce). Spośród wielu zmian środowiska, wynikających z przegrodzenia koryta zaporą i  piętrzenia wód, dwa z  nich pozostają niezmienne: (a) akumulacja rumowiska wleczonego w 100% i rumowiska zawieszonego w 42% w zbiorniku i (b) trwały proces erozji dna koryta poniżej zapory [2]. Z  punktu widzenia morfologii zbiornika dzieli się on generalnie na  dwa odcinki: (2a) górny – jako akumulacyjny rumowiska wleczonego, podlegający procesowi spłycania i  (2b) dolny – akumulacyjny zawiesiny, podlegający częściowej resuspensji i  usuwania osadu podczas przejścia fal wezbraniowych. W pierwszym przypadku, w wyniku stałej „dostawy” przez Wisłę przeciętnie 1,8 mln m3 rumowiska wleczonego

3. Odcinek erozyjny poniżej stopnia wodnego we Włocławku Od momentu wybudowania stopnia wodnego we  Włocławku odcinek poniżej zapory podlega intensywnemu procesowi erozji wgłębnej. Po ponad 40 latach jego oddziaływania spowodował pogłębienie dna koryta w  bezpośrednim sąsiedztwie tamy do ok. 4,0 m i rozprzestrzenienie na odcinku, który sięga już Torunia (rys. 1). Z rzeki roztokowo-anastomozującej tworzy się koryto niemal prostoliniowe (o nierównej linii brzegowej, warunkowanej budową geologiczną), z nowym poziomem zalewowym [7]. Efekty zmian średnich stanów wody zauważalne są najbardziej we  Włocławku, gdzie niektóre z  obiektów hydrotechnicznych przestały spełniać swoje funkcje, w  tym: dolny awanport śluzy, bulwar spacerowy, ujęcia wód dla zakładów przemysłowych, port zimowy. Łącznie proces erozji wgłębnej negatywnie oddziałuje na  infrastrukturę hydrotechniczną dna koryta do  początku odcinka uregulowanego w  XIX wieku.

Rys. 5. Plan batymetryczny progu kamienno-gliniastego dla średniego stanu wody w dnie koryta Wisły poniżej zapory we Włocławku (683 km), uniemożliwiający transport rzeczny: 1 – ostrogi rzeczne; 2 – wody; 3 – nowa równina zalewowa; 4 – kępy; 5 – wychodnie utworów trudno rozmywalnych; 6 – kierunki głównych strumieni przepływu wody . Stan koryta na lipiec 2010 roku

93


Z. Babiński, M. Habel | Acta Energetica 2/15 (2013) | translation 83–90

„Oczyszczone” z utworów piaszczystych dno koryta z licznymi progami ilasto-kamienistymi (rys. 5) i zróżnicowaną powierzchnią dna całkowicie uniemożliwia transport rzeczny na tym odcinku już podczas trwania stanów średnich [7]. Zahamowanie tego szkodliwego dla gospodarki procesu może nastąpić wyłącznie poprzez budowę kolejnego stopnia wodnego, „podpierającego” zbiornik włocławski. 4. Odcinek uregulowany w XIX wieku Odcinek uregulowany, pod względem morfologii i  morfodynamiki mezoform korytowych, dzieli się na  dwa podtypy koryta: (4a) do  ujścia rzeki Tążyny – Nizina Ciechocińska do Solca Kujawskiego (768 km) i od Fordonu (775 km) do Bałtyku jako prostoliniowy z  naprzemianległym układem łach skośnych i  plos oraz (4b) o charakterze pseudozakolowym na dwóch odcinkach od  728 do  732 km w  Toruniu i od 768 do 775 km w przełomie Wisły pod Fordonem, o równoległym względem siebie przebiegu plosa i łachy. W  przypadku odcinków uregulowanych typu 4a wieloletnie badania dynamiki mezoform korytowych dolnej Wisły wykazały, że powszechnie występujące tu łachy skośne, które pod względem wysokości ich powierzchni mieszczą się w strefie stanów średnich (SW) i  średnich niskich (SNW), osiągają długości 800–1200 m i przeciętną szerokość 300 m. Jak wynika z obliczeń batymetrycznych (do głębokości 3,5 m), każda z  badanych łach zawiera w  sobie ponad 350 000 m3 materiału piaszczysto-żwirowego (rys. 6). Podczas niskich stanów wody tworzą się, z wyerodowanych łach skośnych, łachy językowe o  przeciętnej długości 450 m, szerokości do 200 m i powierzchni poniżej 0,5 m do  SNW. Towarzyszące łachom i zarazem współmierne rozmiarami formy erozyjne – plosa osiągają głębokości (mierzone od  stanu średniego) 5–7 m, z lokalnymi przegłębieniami dochodzącymi do 12 m. Szerokość plos (trasa dla dogodnego transportu) waha się od 50 do 150 m. Tempo przemieszczania się czół łach skośnych wynosi od 0,4 do 2,4 m na dobę (przeciętnie 1,1–1,2 m/dobę), a  najniższe (odpowiadające stanom poniżej SNW) i najbardziej dynamiczne łachy językowe – od 0,6 do 4,3 m/dobę (przeciętnie 1,7–1,8 m na dobę). Naprzemianległy i niemal harmonijny układ poregulacyjnych łach skośnych ułatwia prognozę czasu trwania transportu przez Wisłę. Z kolei, jak wykazały pomiary transportu rumowiska wleczonego – prace bagrownicze w  ilości od  0,15 mln ton rocznie w okresie „suchym” do 1,0 mln ton rocznie w  latach wilgotnych, przeciętnie 0,5 mln ton w ciągu roku, który dla poboru kruszywa trwa ponad 240 dni w roku, mogą przyczynić się do udrożnienia koryta Wisły dla celów transportu nawet kontenerowego. Polega ono głównie na obniżeniu dna plos. Dodatkowym jednak ograniczeniem w tym transporcie mogą być zjawiska lodowe, które na  całym analizowanym odcinku trwają przeciętnie 87 dni (najdłużej 122 dni, a najkrócej 37 dni). W przypadku typu pseudozakolowego (4b) stały nurt płynie na  całej długości przy prawym brzegu na odcinku toruńskim, zaś pod Fordonem przy lewym brzegu wklęsłym (rys. 7). W obydwu przypadkach transport rzeczny może przebiegać bez zakłóceń

94

Rys. 6. Plan batymetryczny uregulowanego w XIX w. koryta prostoliniowego Wisły na odcinku Solca Kujawskiego, na 760–762 km, z charakterystycznym naprzemianległym nurtem

Rys. 7. Plan batymetryczny uregulowanego w XIX w. koryta pseudozakolowego Wisły na odcinku tzw. Przełomu pod Fordonem na 770–773 km

spowodowanych przez łachy, bowiem szerokość plosa waha się od  50–120  m. Jedynie podczas długotrwałych niżówek może nastąpić rozdzielenie pojedynczego nurtu na  dwa, poprzez wcięcie się nurtu wzdłuż brzegu wypukłego. Ponadto może następować łączenie się obydwu nurtów, w wyniku czego mogą tworzyć się odrębne łachy centralne, podobne do  odcinków prostoliniowych. Wówczas mogą zaistnieć utrudnienia w  transporcie rzecznym, choć jest to mało prawdopodobne. Proces podziału łachy zakolowej podczas trwania niskich stanów wody wynika z  niedostosowania się warunków hydrologicznych do  zwiększonej krzywizny meandru, co czyni go pseudomeandrem. Na podstawie analizy głębokościowej nurtu stwierdzono, że na uregulowanym odcinku od  Niziny Ciechocińskiej do  Grudziądza, poza utrudnieniami dla żeglugi w miejscu przejść międzyplosowych, występują progi [7] podobne do tych „wymytych” w strefie erozyjnej poniżej zbiornika (rys. 5). Takie spłycenia dna odpornego na  erozję w postaci bruku morenowego i gliny (iłu), jednak przykrytych cienką warstwą aluwiów (nie zawsze), występują np. w  kilometrze Wisły (strefa): 720. (Silno), 735. (Toruń), 765. (Solec Kujawski), 782.–785. (poniżej

Fordonu), 802.–804. (Chełmno). W  przypadku postępującej erozji wgłębnej w  dół Wisły, poniżej zbiornika włocławskiego do Bałtyku, progi te będą w najbliższej przyszłości stanowiły dodatkowe utrudnienia dla żeglugi na tym odcinku uregulowanym, do jej całkowitej eliminacji włącznie. Aktualne kierunki zagospodarowania dolnej Wisły Bez względu na to, czy będzie kontynuowana kaskadowa zabudowa dolnej Wisły, czy będą prowadzone wyłącznie prace zabezpieczające odcinek poniżej zapory przed dalszą erozją wgłębną, w celu przyspieszenia procesu rewitalizacji dna doliny dolnej Wisły podjęte są próby zmierzające choćby do  częściowego przywrócenia znaczenia tej drodze wodnej. Dotyczy to głównie tzw. Bydgoskiego Węzła Wodnego, łączącego międzynarodowe drogi wodne E70 (kanały: Notecki, Brdy i  Bydgoski) z  E40 (Wisła) i  leżącej w  jego sąsiedztwie miejscowości Solec Kujawski, odległej o 200 km od ujścia Wisły do Bałtyku (rys. 1). Tu bowiem jest już w realizacji przejście promowe na 763,56 km Wisły, prowadzi się stały pobór kruszywa z  dna koryta na  759,55–759,85 km i  planuje na  761,15–761,35 km (efekt poprawy warunków żeglugowych). Ponadto


Z. Babiński, M. Habel | Acta Energetica 2/15 (2013) | translation 83–90

projektuje się budowę tzw. mariny dla transportu turystycznego w km 763,45 oraz multimedialną bazę kontenerową na 768,50 km dla transportu rzecznego z Gdańska (ujście Wisły). Ten kompleksowy układ budowli hydrotechnicznych, aby mógł prawidłowo funkcjonować, musi być rozpatrzony na tle zjawisk hydrologicznych, morfologii i morfodynamiki dna koryta (łachy – plosa) wraz z jego prognozą. Dotyczy to w szczególności zagwarantowania głębokości dla przeprawy promu, transportu kontenerowego, powiązanego z  drożnością trasy po przejściu fal wezbraniowych i wystąpienia zatorów śryżowo-lodowych. Biorąc pod uwagę czas trwania zjawisk lodowych, powodzi i niżówek – ich ograniczenia dla transportu mogą być skrócone pracami bagrowniczymi, to okres, podczas którego może odbywać się bez zakłóceń transport promowy, kontenerowy i ruch turystyczny od  Bałtyku do  Solca Kujawskiego, może trwać do 240 dni w roku. Pozostały rozpatrywany odcinek górny dolnej Wisły, z wyłączeniem czaszy zbiornika włocławskiego, nie może być uważany jako drożny dla transportu, bowiem ogranicza się on wyłącznie do czasu trwania stanów wyższych niż średnich rocznych, a  także podlega wydłużonemu okresowi zjawisk lodowych (nieuregulowany). Do tego należy również włączyć odcinek toruński do zakola pod Fordonem, bowiem i tu w najbliższym czasie zaznaczy się wyraźny wpływ procesu erozji wgłębnej poniżej zapory i  pojawienia się progów kamienno-gliniastych. Z  tym procesem i  jego wpływem na  warunki żeglugowe niewątpliwie należy wiązać problematyczną lokalizację portu regatowego we Włocławku. Transport rzeczny i energetyka w warunkach kaskadyzacji dolnej Wisły Jak już wspomniano wyżej, wybudowanie wielofunkcyjnej kaskady dolnej Wisły (rys. 1) przyczyni się m.in. do  zapewnienia co najmniej IV klasy międzynarodowej drogi wodnej (ograniczenia mogą wynikać z rozmiarów śluz), a także umożliwi pełne wykorzystanie energetyczne, dziś bezproduktywnie uchodzących do Bałtyku wód o  przeciętnej ilości 32 km3 rocznie. Przedłużenie o  trzy stopnie w  górę rzeki powyżej zbiornika włocławskiego (dziś odcinek nieuregulowany, roztokowo-anastomozujący) i  włączenie odcinka warszawskiego Wisły (rys. 1), a także regulacja koryta Narwi (Bugu) do klasy II, przyczyniłyby się do uruchomienia międzynarodowych dróg wodnych E70 i E40, połączenia systemu kanałów Europy Zachodniej z  Europą Wschodnią (rys. 4). Możliwy byłby wówczas swobodny transport kontenerowy z  Warszawy do  Bałtyku (E40), z  ograniczeniami do  klasy II w  kierunku Antwerpii (E70) i od Zalewu Zegrzyńskiego do Białorusi (E40), która już dokonała rewitalizacji kanałów i  rzek, umożliwiającej transport wodny m.in. do Morza Czarnego. Należy dodać, że każda inna, niekompletna zabudowa kaskadowa dolnej Wisły usprawni tylko fragmentaryczny transport wodny, a  więc na  odcinku(ach) zbiornika(ów), w strefie miast, z ograniczoną możliwością na trasie Solec Kujawski – Bałtyk (rys. 1).

Rozpatrywana wielowariantowa zabudowa hydrotechniczna dolnej Wisły stanowi wymierne korzyści z  pozyskania energii elektrycznej. Towarzyszące na dolnej Wiśle każdemu stopniowi wodnemu hydroelektrownie są w  stanie wygenerować łącznie 3000–4000 GWh energii elektrycznej, przy łącznej zainstalowanej mocy 700–1300 MW. Ekologicznie czysta energia elektryczna i do tego możliwa ciągła produkcja z preferencją zapotrzebowania szczytowego w pełni uzasadnia potrzebę kontynuacji kaskadowej zabudowy dolnej Wisły. Z  kolei prawidłowe zagospodarowanie wód wiślanych gwarantuje stałą produkcję energii (w przeciwieństwie np. do wiatrowej), wyeliminuje negatywne skutki występowania zjawiska powodzi, także zatorowo-śryżowych, umożliwi pełną kontrolę nad reżimem odpływu rzecznego i wreszcie zahamuje proces erozji wgłębnej koryta poniżej stopni wodnych. Odpowiednie położenie poziomu wód zbiorników wodnych, z minimalnymi wahaniami ich stanów (zależne głównie od pracy hydroelektrowni i  przejść fal wezbraniowych), w zdecydowanie pozytywny sposób wpłyną na rewitalizację stref zawala zbiorników. Jest to główny czynnik rekompensujący negatywne skutki zalewu powierzchni równiny zalewowej, który znajdzie się na obszarze zbiorników. Wnioski Zróżnicowany czasowo i  przestrzennie proces korytowy dolnej Wisły, głównie w  postaci transportu rumowiska wleczonego, morfologii i  morfodynamiki łach i plos, sprawia, że średniowieczna królowa rzek europejskich jest aktualnie pozbawiona transportu wodnego, gospodarka odwróciła się od rzeki. Ponad 32 km3 wody rocznie uchodzi prawie bezproduktywnie do  Bałtyku. Droga wodna o  znaczeniu międzynarodowym klasy IV (E40) jest jedynie dostępna na  fragmencie tzw. Pętli Żuławskiej i na odcinku zbiornika włocławskiego. Pozostała część, stanowiąca jednak dominujący fragment rzeki, jest praktycznie bezużyteczna, nie istnieje na  niej prawie żaden ruch turystyczno-towarowy. Dotyczy to przede wszystkim odcinków: nieuregulowanego roztokowo-anastomozującego powyżej cofki zbiornika i silnie przekształcanego poniżej włocławskiej zapory czołowej. Ponadto, w pierwszym przypadku – górnym, występują sezonowe powodzie, natomiast w drugim – poniżej, zaporowym – istnieje stale pogłębiające się zagrożenie funkcjonowania (istnienia) infrastruktury hydrotechnicznej, powodowane procesem erozji wgłębnej. Jedynie rozpatruje się możliwość ograniczonego transportu kontenerowego na trasie Solec Kujawski – Bałtyk, przy stałej kontroli dynamiki rumowiska wleczonego w postaci łach, jednak przy udziale odpowiednich prac bagrowniczych. Warunki żeglugowe, na miarę co najmniej IV klasy Międzynarodowej Drogi Wodnej E40, z  możliwością połączenia transportu wodnego Europy Zachodniej z  Europą Wschodnią, gwarantuje dopiero pełna kaskadyzacja dolnej Wisły. W  tym względzie pewne ograniczenia mogą wynikać z parametrów śluz. Ponadto taka zabudowa

dolnej Wisły przyniesie wymierne korzyści w pozyskiwaniu czystej ekologicznie energii elektrycznej, całkowicie wyeliminuje zagrożenia powodziowe na  tym odcinku rzeki i  nie będzie już problemów z  odcinkami erozyjnymi poniżej zapór, umożliwi proces rewitalizacji obszarów zawala zbiorników jako rekompensatę za zalanie obszarów międzywala zbiorników, ustabilizuje reżim hydrologiczny Wisły z możliwością nawadniania deficytowego w wodę obszaru Kujaw. Stanie się motorem rozwoju gospodarczego regionu nadwiślańskiego, z efektem „odwrócenia” się miast i wsi w kierunku Wisły. Bibliografia 1. Babiński Z., Współczesne procesy korytowe dolnej Wisły, Prace Geograficzne 1992, IGiPZ PAN, s. 157. 2. Babiński Z., Wpływ zapór na  procesy korytowe rzek aluwialnych, Wydawnictwo Akademii Bydgoskiej, Bydgoszcz 2002. 3. Chalov R.S., Faktory ruslovych processov i  hierarchija ruslovych form, Geomorfologia 1983, nr 2, s. 16–26. 4. Chalov R.S., Ruslovedenije: teoria, geografia, praktika, Moskov. Gosud. Univers., tom I, Moskwa 2007. 5. Chalov R.S., Ruslovedenije: teoria, geografia, praktika, Moskov. Gosud. Univers., tom. II, Moskwa 2011. 6. Habel M., Zasięg oddziaływania stopnia wodnego we  Włocławku na  wahania stanów wód dolnej Wisły, Monografie Komitetu Inżynierii Środowiska PAN 2010, Vol. 68. 7. Habel M., Morfodynamika dna doliny dolnej Wisły poniżej zbiornika włocławskiego, maszynopis pracy doktorskiej, IGiPZ PAN, Warszawa 2011. 8. Instrukcja gospodarowania wodą na  stopniu wodnym Włocławek, materiały niepublikowane, RZGW, Warszawa 2006. 9. Kondriatiev N.E., Popov I.V., Sniszczenko B.E., Osnovy gidromorfologiczeskoj teorii ruslogo processa, Gidrometeoizdat, Leningrad 1982. 10. Leopoldt L.B., Wolman M.G., Miller J.P., Fluvial processes in geomorphology, Freeman and Co., San Francisco 1964. 11. Makkavjejev N.I., Ruslo rieki i  erozija v jejo baseine, Izdat. Moskov. Univer., Moskwa 1955. 12. Popov I.V., Issledovanije morfologi riek pri reszeni zadacz chozjajstviennogo osvojenija pojm, Trudy GGI, 74, Leningrad 1960, s. 22–54. 13. Popov I.V., Zagadki recznogo rusla, Gidrometeoizdat, Leningrad 1977. 14. Schumm S.A., Evolution and response of the fluvial system sedimentologic implications, SEPM, Special Publ. 1981, No. 31, s. 19–29. 15. Schumm S.A., Explanation and extrapolation in geomorphology: Seven reasons for geologic uncertainty, Transactions, Japan Geomorph. Union 1985, No. 6(1), s. 1–18. 16. Siebauer S., Charakterystyczne stany wody i  objętości przepływu w  przekrojach wodowskazowych rzeki Wisły, Wiadomości Służby Hydrologicznej i Meteorologicznej 1947, nr 1(1).

95


Z. Babiński, M. Habel | Acta Energetica 2/15 (2013) | translation 83–90

Zygmunt Babiński

prof. zw. dr hab. Uniwersytet im. Kazimierza Wielkiego w Bydgoszczy e-mail: zygmunt.babinski@gmail.com Dziekan Wydziału Kultury Fizycznej, Zdrowia i Turystyki Akademii Bydgoskiej im. Kazimierza Wielkiego w Bydgoszczy, kierownik Katedry Rewitalizacji Dróg Wodnych, wieloletni dyrektor Instytutu Geografii. Pracownik naukowy Zakładu Geomorfologii i Hydrologii Niżu Instytutu Geografii i Przestrzennego Zagospodarowania PAN w Toruniu (1971–1998). Autor prawie 190 prac naukowych opublikowanych w Polsce, Rosji, Mongolii, Czechach, Szwecji, Szwajcarii i Wielkiej Brytanii. Uczestnik trzech wypraw fizyczno-geograficznych PAN do Mongolii w latach 70. i kierownik trzech wypraw w latach 90. i w 2005 roku. Główne zainteresowania badawcze: współczesne procesy korytowe rzek, wpływ prac regulacyjnych i zapór na zmiany koryt rzecznych, transport rumowiska wleczonego i zawiesiny, obieg wody w strefie występowania wieloletniej zmarzliny, występowanie i sezonowa degradacja wieloletniej zmarzliny, formy zmarzlinowe ze szczególnym uwzględnieniem form typu pingo. Obiekty badawcze: dno doliny dolnej Wisły – zbiornik włocławski, Mongolia – góry Changaj. Od siedmiu lat zaangażowany w badania z zakresu rewitalizacji dróg wodnych. Twórca unikatowego w skali europejskiej kierunku inżynierskiego o tej nazwie, pomysłodawca utworzenia Europejskiego Centrum Rewitalizacji Dróg Wodnych w Bydgoszczy.

Michał Habel

dr Uniwersytet im. Kazimierza Wielkiego w Bydgoszczy e-mail: hydro.habel@gmail.com Pracownik naukowo-dydaktyczny w Katedrze Rewitalizacji Dróg Wodnych. Autor i współautor 25 artykułów naukowych oraz 8 prac wdrożeniowych. Współinicjator i współorganizator pięciu konferencji poświęconych rewitalizacji dróg wodnych, organizowanych od 2007 roku. Autor i współwykonawca projektu dofinansowanego przez Kujawsko-Pomorski Urząd Marszałkowski w Toruniu pt. „Ocena możliwości rewitalizacji funkcji żeglugowych drogi wodnej Wisła – Odra, w szczególności Kanału Bydgoskiego”. Wykonawca umowy dwustronnej między Państwowym Uniwersytetem Floty Rzecznej i Morskiej im. Komandora Makarowa w St. Petersburgu a Uniwersytetem Kazimierza Wielkiego w Bydgoszczy. Członek Międzyuczelnianego Stowarzyszenia Erozji, Procesów Korytowych i Ujściowych Rzek przy Państwowym Moskiewskim Uniwersytecie im. Łomonosowa oraz European Geoscience Union. Główne obiekty badawcze: procesy korytowe dolnej Wisły, Kanału Bydgoskiego i Brdy.

96


A. Kentzer, A. Giziński | Acta Energetica 2/15 (2013) | 97–101

Changes in the quality of water in the lower Vistula River in 1986–2009

Authors Andrzej Kentzer Andrzej Giziński

Keywords quality of water, lower Vistula, Włocławek Reservoir, reduction of pollution

Abstract The results of more than twenty years of own research and state environmental protection authority reports show that from 1986–2009 the quality of water in the lower Vistula, representative of the eastern (right bank) part of Poland, continuously and significantly improved. This improvement was the result of changes in water and sewage management in the Vistula basin. Earlier, in the 1970s, the Vistula was quite heavily polluted, but it has never been the dirtiest river in Europe. It has been shown that Włocławek Reservoir has improved the water quality in the Vistula, substantially reducing all the indicators examined (Tab. 2). The only exception is concentration of oxygen, lower in the reservoir than in the undammed Vistula, but not to such an extent that it would threaten the development of its biocoenosis, which is richer than in the undammed Vistula. Reduction in the nitrogen (by 12.4%) and phosphorus (by 21.5%) load carried by the Vistula in the reservoir is particularly important for protection of the Baltic Sea against excessive eutrophication. This way, Włocławek Reservoir contributes to fulfilment of Poland’s obligations under the Helsinki Convention ratified in 1999.

DOI: 10.12736/issn.2300-3022.2013207

Introduction Comprehensive chemical and biological research on the lower Vistula (dolna Wisła), mainly Włocławek Reservoir, began in the first half of the 1980s. The research was conducted by the Hydrobiology Department of the Institute of Environmental Protection at the NCU (Faculty of Biology and Environmental Protection since 2012) in collaboration with other research units, with only minor interruptions. The research resulted in about 100 theses, including several dozen publications, nine PhD dissertations and one habilitation thesis. The results of research were also presented at many scientific and popular science conferences dedicated to  necessary transformations of the lower Vistula (dolna Wisła). They were also the basis for the expertises prepared for the Sejm of the Republic of Poland [4] and the Marshal of Kujawsko-Pomorskie Voivodeship [5], which estimated the ecological effects of construction of the planned cascade below Włocławek. All the above-mentioned sources and – what is particularly important – the reports of the Provincial Inspectorate for Environmental Protection in Bydgoszcz clearly refute the theses that the Vistula (Wisła) is the most polluted river in Europe and Włocławek Reservoir damages the natural environment

of the Vistula (Wisła), propagated by defenders of the Vistula (Wisła) – journalists, non-governmental organizations, and even some professionals – and harmful to  the Polish economy and environment. The aim of this study is to provide arguments for the absurdity of both of the mentioned theses for the community of power engineers and hydraulic engineers. We add a  new argument to the ones already known and included in various publications – it concerns a substantial reduction in phytoplankton biomass, thus also of the concentration of chlorophyll “a” in Włocławek Reservoir. In the third issue of the series the same team of authors will present the opportunity to broaden and clear the green corridor of the lower Vistula (dolna Wisła), provided by an eco-friendly construction of a cascade in Siarzewo.

Description of the area The Vistula (Wisła) is the longest river in the Baltic Sea basin. Its length is 1047 km, of which 941 km are navigable. It is second after the Neva in terms of the volume of water flowing into the Baltic Sea (Neva – 2400 m3/s, Vistula (Wisła): 1050 m3/s). There are three sections of the river, indicated by the mouths of the largest tributaries, i.e. San and Narew (Fig. 1). 97


A. Kentzer, A. Giziński | Acta Energetica 2/15 (2013) | 97–101

Fig. 1. Włocławek Reservoir

The subject of research, i.e. the lower Vistula (dolna Wisła), is the longest section (391 km), between the mouth of the Narew and the Baltic Sea, with an average flow rate of approx. 900–950 m3/s (including approx. 600 m3/s of tributary from the middle Vistula (środkowa Wisła) and approx. 300 m3/s of tributary from Narew). Even the largest tributaries, i.e. the Brda and Drwęca do  not change the hydrological regime of the lower Vistula (dolna Wisła), as the flow rate at the mouth of those rivers is only 3% of the average flow rate of the river under examination. It should also be noted that, according to the results of our research, neither tributary changes the hydrochemistry of the lower Vistula (dolna Wisła) to any appreciable extent. The lower Vistula (dolna Wisła) is a  typical lowland river with a slight gradient (approx. 0.20‰) and a fairly low flow rate (0.3– 0.9 m/s). Two sections with clearly different anthropogenic transformation can be distinguished in the river. Until construction of Włocławek Reservoir the river was maintained in a condition similar to its natural status from the mouth of the Narew to the Silna (718th  km of the river course), which is the area of the former Russian Partition, whereas below Silna, in the area of the former Prussian Partition, the river is regulated, with solid flood banks constructed in the 19th century. Włocławek Reservoir, which is the main subject of our research, was constructed in 1970 as a result of a dam built at the 675th km of the Vistula (Wisła). This reservoir is the largest in terms of area and the second in terms of capacity in Poland. At normal damming level the reservoir has the following morphological and hydrological features: • Area: ca. 70 km2 • length: ca. 57 km • average width: 1250 m (500–2500 m) • maximum depth: 15 m • average depth: 5.5 m

1

• initial capacity (1970): 408 million m3 • capacity after 30 years of use (2000): 370 million m3 • usable capacity: 55 million m3 • water level fluctuations: 0.8 m • retention time (with Q ≈ 900 m3 ∙ s-1): approx. 5 days (!). The reservoir is of a  typical bed and river nature. Approx. 70% of the current bed is a former river bed. Only 14% of the area of the reservoir consists of shallow flood waters, located mainly along the left bank, whereas the remaining 16% of the reservoir consists of areas which varied between low and high water levels in the Vistula (Wisła) before the dam was built. M. Grześ1 distinguishes two parts of the reservoir: the upper fluvial part, with a flow rate (in the main stream) of approx. 1 m ∙ s-1 and the lower, more limnetic part, in which the flow rate is 0.1–0.4 m ∙ s-1. Both the morphometry and the very short retention time prove that Włocławek Reservoir is not a dam reservoir in the standard, textbook sense. It is a typical cascade or, alternatively, a super-rheolimnic reservoir with a  strong predominance of river features over reservoir and, particularly, lake features [6]. The only typical reservoir feature that distinguishes Włocławek Reservoir from a river is the collection of sediments similar to lake sediments in its lower and middle part. The reservoir stops almost the entire bed load and 30–65% of the suspension carried by the river. It has been calculated that during the first 30 years of its existence, ca. 40 million m3 of sediment was deposited in the reservoir (ca. 1.8 million m3 per year, i.e. 0.5% of the total reservoir capacity). Researchers [7] claim that the race of shallowing of the Włocławek Reservoir is being reduced over the years, as its flow rate is increasing while it becomes shallower and its capacity decreases, therefore the sedimentation rate is also dropping. Ongoing dredging works aimed at protection against floods are also important. 15 million m3 of rock material was removed from the reservoir from 1973 to 1987. According to various calculations, the total loss of the existing technical features of the Włocławskek Reservoir as a  result of excessive shallowing with sediments may occur 300–500 years from now.

Methods The results of physicochemical tests of water presented in this study concern samples collected from 1986/1987 to 2009 near Płock (632nd km of the river course) and below the dam in Włocławek (675th km of the river course). Although the reservoir begins at the 618th km of the river’s course, after tests the station in Płock was considered representative of a free-flowing river. Samples were always collected from the mainstream every month at a  depth of approx. 1 m. Only in the seasons 1998/1999 and 1999/2000 were the samples collected every 10 days. Standard methods were applied to  hydro-chemical and biological analyses. The results were used to determine the phosphorus and nitrogen balance. The data on the volume of water flow recorded at the dam, necessary for balance calculations, were obtained from the Regional Directorate of Water Management (ODGW).

M. Grześ, Zatory i powodzie zatorowe na dolnej Wiśle [Jamming and jam floods on the lower Vistula], Warsaw 1991.

98


A. Kentzer, A. Giziński | Acta Energetica 2/15 (2013) | 97–101

PTOT

Season 1986/1987

Season 1992/1993

Season 1994/1995

Season 1998/1999

Season 1999/2000

Season 2000/2001

0.50 (III)

0.38 (II)

0.27 (II)

0.23 (II)

0.23 (II)

0.21 ((II)

Season 2001/2002

Season 2007

Season 2009

0.17 (I)

0.22 (II)

017 (I)

P-PO4

0.17 (II)

0.13 (II)

0.09 (II)

0.08 (II)

0.06 (I)

0.07 (II)

0.085 (II)

0.06 (I)

0.03 (I)

NTOT

7.60 (III)

6.80 (III)

3.40 (I)

3.12 (I)

2.58 (I)

2.10 (I)

2.80 (II)

2.40 (I)

1.80 (I)

N-NH4

0.80 (III)

0.49 (II)

0.47 (II)

0.46(II)

0.23 (I)

0.44 (II)

0.45 (II)

0.32 (I)

0.14 (I)

N-NO2

O.02 (II)

0.02 (II)

0.02 (II)

0.02 (II)

0.02 (II)

0.017 (II)

0.018 (II)

0.02 (II)

0.02 (II)

N-NO3

0.57 (I)

1.09 (I)

1.35 (II)

1.15 (II)

0.52 (I)

1.01 (I)

1.8 (II)

0.54 (I)

0.17 (I)

9.8 (I)

11.4 (I)

11.2 (I)

9.9 (I)

9.7 (I)

11.7 (I)

10.9 (I)

8.11 (I)

7.4 (I)

02

Tab. 1. Concentration (mg/dm3) of the selected chemical parameters of water in the Vistula at the station in Płock in successive seasons of tests. Quality classes according to the standards in force since 16 March 2004 (five-degree scale) are provided in brackets

Results and discussion Changes in the quality of water in the lower Vistula above Włocławek Reservoir Tab. 1 contains selected chemical parameters to  illustrate the chemical composition of water in the Vistula (Wisła) in nine successive seasons of tests at the station in Płock, i.e. in the upper part of Włocławek Reservoir. The data presented show that water in the Vistula (Wisła) near Płock was polluted in the season 1986/1987. The average concentration of compounds such as total nitrogen, phosphorus and ammonium ion was within quality class III. A gradual improvement in water quality was recorded in subsequent seasons of tests. In seasons 2007 and 2009 most of the physiochemical parameters of the water flowing into the reservoir were within quality class I. The only exception was nitrites, whose average concentration was within quality class II and chlorophyll “a”, which was in quality class IV. A  gradual improvement in the quality of water in the Vistula (Wisła) is also proven in the research carried out by the Provincial Inspectorate for Environmental Protection in Bydgoszcz. The report published in 2001 showed that the lower Vistula (dolna Wisła) was classified as a river with impaired water only because of the coliform count. Further significant improvement in the quality of water in the Vistula (Wisła) is also indicated in the “Report on the condition of the environment in Kujawsko-Pomorskie Voivodeship” published in 2012 by the Provincial Inspectorate for Environmental Protection in Bydgoszcz, which showed the good ecological potential of waters in the Vistula (Wisła) on the section located in Kujawsko-Pomorskie Voivodeship. In addition, none of the analysed physicochemical parameters of the water in the Vistula (Wisła) exceeded the requirements of quality class II. There are two reasons for the striking difference between the actual quality of water in the Vistula (Wisła), confirmed by the results presented in Tab. 1 and in the aforementioned report, and the claims of “most polluted river in Europe”. The first is the fact that defenders of the Vistula (Wisła) usually use information from the 1970s and ‘80s, when the Vistula (Wisła) was indeed quite heavily polluted. The second reason for the extremely negative assessments of Polish surface waters was the three-degree system of evaluation and classification of waters applied until

2004, which was the worst system in Europe, characterised by such strict and unrealistic standards that waters in quality class III, II or even I according to Western European standards were considered “impaired” waters in our country (n.o.n.).

Impact of Włocławek Reservoir on the quality of water in the Vistula A  significant improvement in the quality of water after short-term retention in Włocławek Reservoir was observed in all the test periods (Tab. 2). As expected, there was a  very significant reduction in concentration of suspension. Improvement was also noticeable in relation to  the concentration of suspension, phosphorus and total nitrogen, BOD5, chlorophyll “a” and phytoplankton biomass. The average reductions in water parameters in the Vistula (Wisła) after flowing through the Włocławek Reservoir were as follows: 56% – suspension, 20.05% – phosphorus, 8.2% – nitrogen, 42.6% – BOD5, 46.7% – chlorophyll “a”, and 42% – phytoplankton biomass. Reduction in total phosphorous (P-TOT.) is particularly important in view of the fact that it is a major factor determining excessive eutrophication of surface water [13]. The passage of water through Włocławek Reservoir results not only in changes in the concentration of phosphorus and nitrogen, but also in modification of the proportions of individual forms in which those elements occur in the water [9]. In all seasons of tests the ratio of mineral phosphorus to total phosphorous was 1:3 in the upper part of the reservoir, and 1:2 in the water flowing out from the reservoir. The amount of mineral forms of nitrogen in total nitrogen increased in the same way. The average ratio of mineral nitrogen to total nitrogen was 1:3 in the water flowing in to the reservoir (for all the periods of tests) and 1:2 in the water flowing out from the reservoir. The increase in mineral concentrations of forms of nitrogen and phosphorus in the water flowing out from the reservoir proves the intensification of mineralisation processes occurring in the body of water and sediments. This is undoubtedly associated with the good oxygen conditions prevailing in the reservoir. The only negative impact on the quality of water was the reduction in the amount of oxygen. The decrease in its concentration in the period of tests was 18.1% on average. Oxygen shortages occurred mainly in flood waters. It should be noted, however, that no oxygen shortages which would restrict the development 99


A. Kentzer, A. Giziński | Acta Energetica 2/15 (2013) | 97–101

of an extremely rich fauna have been found during more than 20 years of research in the mainstream part (over 70% of the reservoir area).

Station in Płock

Parameters Suspension (mg ∙ dm-3)

Station in Włocławek

Reduction in concentration

28.9

12.7

56%

(mg ∙ dm-3)

0.264

0.21

20.5%

N TOT (mg ∙ dm-3)

3.62

3.32

8.3%

(mg ∙ dm-3)

8.10

6.64

18.0%

5.4

3.1

42.6%

76.14

35.56

53.3%

39.3

22.8

42.0%

P TOT

O2

BOD5 (mg 02 ∙ dm-3) Chlorophyll “a” (µg ∙ dm-3) Phytoplankton biomass (mg ∙ dm-3)

Tab. 2. Annual average concentration of total phosphorus, total nitrogen, oxygen, BOD5, chlorophyll “a”, and phytoplankton biomass in the Vistula at the tributary to the reservoir (station in Płock) and the outflow (station in Włocławek). The average values of phosphorous, nitrogen and oxygen are presented for 1986/1987 to 2009, suspension for 1992 to 2001, BOD5 for 1998 to 2002, and chlorophyll “a” and phytoplankton biomass for 1998 to 2006

Improvement in the quality of water after it passes through the reservoir is the result of the accumulation of large amounts of suspension or chemical compounds contained in it, in bottom sediment. It has been found (Tab. 3) that over 17 years of research (1992 to 2009) 23,300 tonnes of phosphorus and 125,000 tonnes of nitrogen were accumulated in sediments inside the reservoir. This means that in that period the reservoir reduced the load of phosphorus and nitrogen carried in the Vistula (Wisła) by 21.5% and 12.4%, respectively. The results of the research indicate the role of Włocławek Reservoir in reducing the pollutant load entering Gdańsk Bay and the Baltic Sea.

Parameters

Load flowing in (thousand tonnes)

Load flowing out (thousand tonnes)

Accumulation (thousand tonnes, %)

P TOT

108.3

85

23.3 (21.5%)

N TOT

1007

882

125 (12.4%)

Tab. 3. The total amount of phosphorus and nitrogen accumulated in Włocławek Reservoir (1992 to 2009)

The character of sediment collected in the reservoir is typical for lowland dam reservoirs. Muddy sediments cover the bottom of the reservoir in its lower and middle part, in the mainstream zone and in deeper sections of flood water areas. At some points, the thickness of sediments reaches several metres. It has been calculated that more than 6,000 tonnes of phosphorus and approx. 18,000 tonnes of nitrogen are accumulated in a mere 10-centimetre surface layer of muddy sediments in the reservoir. If this amount of nutrients entered the Baltic Sea, it would substantially 100

accelerate the rate of eutrophication of Gdańsk Bay. So the collection of significant quantities of suspension with nutrients in the reservoir is a beneficial process from the point of view of the purity of water in the Vistula (Wisła) and the Baltic Sea. Like most dam reservoirs, Włocławek Reservoir is a kind of sedimentary trap. Therefore, it functions as a natural treatment plant. Accumulation of suspension and gathering of large quantities of muddy sediments in the reservoir significantly changes the character of chemical processes occurring in water and bottom sediments. Anaerobic conditions occur in the deeper layers of bottom sediments, sometimes also in the bottom water. This promotes the denitrification process, which is considered [1] to be the main mechanism reducing the amount of nitrogen in the aquatic environment. The amount of nitrogen that may be released into the atmosphere as a result of this process may be 11 to 60% per year [12]. It should be assumed that similar self-purification of water in the Vistula (Wisła) would occur in each of the next dam reservoirs. It should be borne in mind, however, that the rate of sediment accumulation in those reservoirs would definitely be lower than in Włocławek Reservoir. REFERENCES

1. Faafeng B., Roseth R., Retention of nitrogen in small streams artificially polluted with nitrate. Hydrobiologia, pp. 113–122. 2. Giziński A. et al., Raport wstępny z wyników badań przeprowadzonych w celu ustalenia przyczyn masowego śnięcia ryb i innych organizmów w Zbiorniku Włocławskim [Preliminary report on the results of tests carried out to determine the causes of mass deaths of fish and other organisms in the Włocławek Reservoir], Toruń 1986, pp. 1–3. 3. Giziński A. et al., Hydrobiological characteristic of the lowland, rheolimnic Włocławek Reservoir on the Vistula (Wisła) River, Ekologia Polska 1989, pp. 359–403. 4. Giziński A., Wpływ zapory we Włocławku i stopnia wodnego w Nieszawie na środowisko, Ekspertyza wykonana na zlecenie Komisji Ochrony Środowiska Sejmu RP [Environmental impact of the dam in Włocławek and cascade in Nieszawa, Expertise prepared for the Environmental Protection Committee at the Sejm of the Republic of Poland], 2000. 5. Giziński A., Głogowska B., Kentzer A., Wpływ stopnia wodnego “Włocławek” i planowanego stopnia wodnego “Nieszawa” na środowisko, ekspertyza wykonana na zlecenie Urzędu Marszałkowskiego w Toruniu [Environmental impact of the “Włocławek” cascade and the planned “Nieszawa” cascade, Expertise prepared for the Marshal’s Office in Toruń], 2001. 6. Giziński A., Falkowska E., Hydrobiologia stosowana: ochrona wód powierzchniowych, Wyższa Szkoła Humanistyczno-Ekonomiczna we Włocławku [Applied hydrobiology: protection of surface waters, University of Humanities and Economics in Włocławek], Włocławek 2003. 7. Kentzer A., Giziński A., Bilans i dynamika nutrientów w zbiorniku włocławskim [Balance and dynamics of nutrients in the Włocławek Reservoir] [in:] Procesy biologiczne w ochronie i rekultywacji nizinnych zbiorników zaporowych [Biological processes in the protection


A. Kentzer, A. Giziński | Acta Energetica 2/15 (2013) | 97–101

and restoration of lowland dam reservoirs], ed. M. Zalewski, Biblioteka Monitoringu Środowiska, Łódź 1995, pp. 85–90. 8. Kentzer A., Hydrochemistry of the Vistula (Wisła) between Płock and Toruń. AUNC, Limnol, 2000, pp. 33–42. 9. Kentzer A., Giziński A., Głogowska B., Wpływ zbiornika włocławskiego na jakość wody Wisły w latach 1986–2002 [Impact of Włocławek Reservoir on the quality of water in the Vistula (Wisła) from 1986 to 2002], Biblioteka Monitoringu Środowiska, Toruń 2004, pp. 209–218. 10. Grześ M., 1991. Zatory i powodzie zatorowe na dolnej Wiśle, mechanizmy i warunki [Jamming and jam floods on the lower Vistula (dolna Wisła), mechanisms and conditions]. IGiPZ PAN, Warsaw. 11. Raport o stanie środowiska województwa kujawsko-pomorskiego w 2000 roku [Report on the condition of the environment in KujawskoPomorskie Voivodeship in 2000], Biblioteka Monitoringu Środowiska, Bydgoszcz 2001.

12. Raport o stanie środowiska województwa kujawsko-pomorskiego w 2012 roku [Report on the condition of the environment in KujawskoPomorskie Voivodeship in 2000], Biblioteka Monitoringu Środowiska, Bydgoszcz 2011. 13. Tomaszek J., Czerwiec E., Znaczenie procesów denitryfikacji dla bilansu azotu w ekosystemach wodnych [Significance of denitrification process for nitrogen balance in aquatic ecosystems] [in:] Procesy biologiczne w ochronie i rekultywacji nizinnych zbiorników zaporowych [Biological processes in the protection and restoration of lowland dam reservoirs], ed. M. Zalewski, Biblioteka Monitoringu Środrodowiska, Łódź 1995, pp. 91–99. 14. Vollenweider R.A., Scientific fundamentals of the eutrophication of lake and flowing waters, with particular reference to nitrogen and phosphorus as factors in eutrophication, OECD, Directorate for Sci. Affairs, Paris, DAS (CSI) 68, 1968, pp. 1–182.

Andrzej Kentzer Nicolaus Copernicus University in Toruń e-mail: akentzer@umk.pl Ecologist – hydrobiologist and hydrochemist. Head of the department of Hydrology at the Faculty of Biology and Environmental Protection of the Nicolaus Copernicus University in Toruń. Obtained his master’s, doctoral and postdoctoral degrees while working at the department of Hydrology at the Institute of Ecology and Environmental Protection. He is the author and co-author of several dozen publications, unpublished master’s theses and studies related to the chemistry and biology of the Włocławek Reservoir. Andrzej Kentzer specialises in researching the effects lakes and dammed reservoirs have on water quality and, in addition, he is an expert in assessing the role of phosphorus compounds on the protection and recultivation of inland waters.

Andrzej Giziński Pens. prof. of University of Nicolaus Copernicus in Toruń e-mail: agizinski@op.pl Ecologist – hydrobiologist. Until September 2003 he was the Head of the Department of Hydrobiology of the Institute at Nicolaus Copernicus University in Toruń, where for almost 30 years he had conducted comprehensive research on the lower Vistula (dolna Wisła), especially Włocławek Reservoir. The results of that research are approx. 100 published and unpublished studies (including nine Ph.D. dissertations) on the ecology of the reservoir. In 2000 he became a member of the team of experts appointed by the Economic Committee of the Council of Ministers “on the construction of Nieszawa-Ciechocinek cascade”, which prepared expertises on this subject for the Sejm of the Republic of Poland.

101


A. Kentzer, A. Giziński | Acta Energetica 2/15 (2013) | translation 97–101

This is a supporting translation of the original text published in this issue of “Acta Energetica” on pages 97–101. When referring to the article please refer to the original text. PL

Zmiany jakości wód dolnej Wisły w latach 1986–2009 Autorzy

Andrzej Kentzer Andrzej Giziński

Słowa kluczowe

jakość wód, dolna Wisła, zbiornik włocławski, redukcja zanieczyszczeń

Streszczenie

Na podstawie wyników ponad dwudziestoletnich badań własnych i raportów państwowych służb ochrony środowiska stwierdzono, że w latach 1986–2009 jakość wody dolnej Wisły, reprezentatywna dla wschodniej (prawobrzeżnej) połowy terytorium Polski, podlegała stałej, znaczącej poprawie. Poprawa ta była efektem porządkowania gospodarki wodno-ściekowej w dorzeczu Wisły. Wcześniej, w latach 70. XX wieku, Wisła była dość silnie zanieczyszczona, ale nigdy nie była najbrudniejszą rzeką Europy. Wykazano, że zbiornik włocławski poprawia jakość wody Wisły, redukując znacząco wszystkie badane wskaźniki (tab. 2). Wyjątkiem jest stężenie tlenu, które w zbiorniku jest niższe niż w niepodpiętrzonej Wiśle, ale w stopniu niezagrażającym rozwojowi jego biocenozy, bogatszej niż w niepodpiętrzonej Wiśle. Szczególnie ważna dla ochrony Bałtyku przed nadmierną eutrofizacją jest redukcja w zbiorniku niesionego Wisłą ładunku azotu (o 12,4%) i fosforu (o 21,5%). W ten sposób zbiornik włocławski przyczynia się do realizacji zobowiązań Polski, wynikających z ratyfikowanej w 1999 roku konwencji helsińskiej.

Wstęp Kompleksowe, chemiczne i  biologiczne badania dolnej Wisły, głównie zbiornika włocławskiego, rozpoczęto w  pierwszej połowie lat 80. XX wieku. Badania prowadził i  prowadzi, we  współpracy z  innymi jednostkami badawczymi, Zakład Hydrobiologii Instytutu Ochrony Środowiska UMK (od 2012 roku: Wydział Biologii i Ochrony Środowiska), z niewielkimi przerwami, do dziś. Efektem tych badań jest ok. 100 prac magisterskich, w tym kilkadziesiąt publikowanych, dziewięć rozpraw doktorskich i jedna rozprawa habilitacyjna. Wyniki badań prezentowano także na  wielu konferencjach naukowych i popularnonaukowych, poświęconych problematyce konieczności przekształceń dolnej Wisły. Były również podstawą ekspertyz wykonanych na zlecenie Sejmu RP [4] i marszałka województwa kujawsko-pomorskiego [5], które prognozowały ekologiczne skutki budowy planowanego stopnia wodnego poniżej Włocławka. Wszystkie wymienione powyżej źródła, a  także – co szczególnie ważne – raporty Wojewódzkiego Inspektoratu Ochrony Środowiska w Bydgoszczy, jednoznacznie obalają głoszone przez obrońców Wisły – dziennikarzy, organizacje pozarządowe, a  nawet niektórych profesjonalistów – szkodliwe dla polskiej gospodarki i przyrody tezy, że Wisła jest najbrudniejszą rzeką Europy i że zbiornik włocławski psuje przyrodę Wisły. Celem niniejszej pracy jest dostarczenie środowisku energetyków i  hydrotechników argumentów świadczących o niedorzeczności obu wymienionych tez. Do argumentów znanych, już publikowanych w  różnych wydawnictwach, dołączamy jeden nowy – dotyczący znacznego ograniczenia biomasy fitoplanktonu, a  tym samym stężenia chlorofilu „a” w zbiorniku włocławskim. Opis terenu Wisła jest najdłuższą rzeką zlewiska Morza Bałtyckiego. Mierzy 1047 km, w tym 941

102

Rys. 1. Zbiornik włocławski

km tzw. biegu żeglownego. Pod względem wielkości dopływu do  Bałtyku jest drugą po Newie (Newa – 2400 m 3/s , Wisła: 1050  m3/s). Wyróżnia się trzy odcinki omawianej rzeki, wyznaczone ujściami największych dopływów, tj. Sanem i Narwią (rys. 1). Obiekt badań, tj. dolna Wisła, to najdłuższy odcinek (391 km), pomiędzy ujściem Narwi i Bałtykiem, o średnim przepływie ok. 900–950 m3/s (w  tym ok. 600 m 3/s to  dopływ z  Wisły środkowej i  ok. 300 m3/s dopływ z  Narwi). Nawet największe dopływy, tj. Brda i Drwęca, nie zmieniają reżimu hydrologicznego dolnej Wisły, gdyż przepływ przy ujściu tych rzek wynosi zaledwie 3% średniego przepływu badanej rzeki. Dodajmy, że  według wyników naszych badań oba wymienione dopływy nie zmieniają także w zauważalnym stopniu hydrochemii dolnej Wisły. Dolna Wisła to  typowa rzeka nizinna, o niewielkim spadku (ok. 0,20 ‰) i o dość niskiej prędkości przepływu (0,3–0,9 m/s).

Można w niej wyróżnić 2 odcinki o wyraźnie odmiennym przekształceniu antropogenicznym. Od ujścia Narwi do  Silna (718. km biegu rzeki), czyli na  terenie byłego zaboru rosyjskiego, do czasu wybudowania zbiornika włocławskiego rzeka zachowała stan zbliżony do  naturalnego, natomiast poniżej Silna, na  terenie byłego zaboru pruskiego, jest rzeką uregulowaną, z wybudowanymi w  XIX w. solidnymi wałami przeciwpowodziowymi . Zbiornik włocławski, będący głównym obiektem naszych badań, powstał w 1970 roku w efekcie przegrodzenia Wisły zaporą zbudowaną na  675 kilometrze biegu rzeki. Jest to  największy pod względem powierzchni i drugi pod względem pojemności zbiornik w Polsce. Przy normalnym poziomie piętrzenia zbiornik ma następujące cechy morfologiczne i hydrologiczne: • powierzchnia: ca 70 km2 • długość: ca 57 km • szerokość średnia: 1250 m (500–2500 m)


A. Kentzer, A. Giziński | Acta Energetica 2/15 (2013) | translation 97–101

• głębokość maksymalna: 15 m • głębokość średnia: 5,5 m • pojemność początkowa (1970): 408 mln m3 • pojemność po 30 latach użytkowania (2000): 370 mln m3 • pojemność użytkowa: 55 mln m3 • wahania poziomu wody: 0,8 m • czas retencji (przy Q ≈ 900 m3 ∙ s-1 ): ok. 5 dni (!). Zbiornik ma typowo korytowy, rzeczny charakter. Ok. 70% obecnego dna stanowi dawne koryto rzeki. Tylko 14% powierzchni zbiornika to  płytkie rozlewiska, zlokalizowane głównie wzdłuż lewego brzegu, a  pozostałe 16% dna zbiornika stanowią obszary, które przed wybudowaniem zapory rozciągały się pomiędzy poziomami niskich i wysokich stanów wody w Wiśle. M. Grześ1 wyróżnił dwie części zbiornika: górną, rzeczną, o prędkości przepływu (w nurcie) ok. 1 m ∙ s-1 oraz dolną, bardziej limniczną, w której prędkość przepływu wynosi 0,1–0,4 m ∙ s-1. Zarówno morfometria, jak bardzo krótki czas retencji świadczą, że zbiornik włocławski nie jest zbiornikiem zaporowym w potocznym, podręcznikowym rozumieniu. Jest to typowy stopień wodny lub – jak kto woli – zbiornik superreolimniczny ze  zdecydowaną przewagą cech rzecznych nad zbiornikowymi, a tym bardziej jeziornymi [6]. Jedyną cechą typowo zbiornikową, różniącą zbiornik włocławski od  rzeki, jest gromadzenie w  jego dolnej i  środkowej części osadów przypominających osady jeziorne. Zbiornik zatrzymuje niemal całe rumowisko wleczone i  30–65% niesionej przez rzekę zawiesiny. Obliczono, że  w  ciągu pierwszych 30 lat istnienia w  zbiorniku zaległo ca 40 mln m 3 osadów (ca 1,8 mln ∙ m3 na rok, czyli 0,5% ogólnej pojemności zbiornika). Badacze [7] podają, że tempo wypłycania się zbiornika włocławskiego z upływem lat maleje, gdyż w miarę wypłycania i  zmniejszania jego objętości rośnie prędkość przepływu, a zatem spada tempo sedymentacji. Nie bez znaczenia są też stale prowadzone prace bagrownicze, których celem jest zabezpieczenie przed powodzią. W  latach 1973–1987 usunięto ze zbiornika ok. 15 milionów m3 materiału skalnego. Całkowita utrata dotychczasowych funkcji technicznych zbiornika włocławskiego, na skutek nadmiernego wypłycenia osadami, może nastąpić, według różnych obliczeń, za 300–500 lat. Metody Wyniki badań fizykochemicznych wody, przedstawione w  niniejszej pracy, dotyczą prób pobieranych w latach 1986/1987–2009 na wysokości Płocka (632. km biegu rzeki) i  poniżej tamy we  Włocławku (675.  km biegu rzeki). Wprawdzie początek zbiornika to 618. km biegu rzeki, ale stanowisko w  Płocku po przeprowadzeniu badań uznano za reprezentatywne dla swobodnie płynącej rzeki. Próby pobierano zawsze z nurtu, w odstępach miesięcznych, z głębokości ok. 1 m. Tylko w sezonach 1998/1999 i 1999/2000 próby pobierano co 10 dni. Do analiz hydrochemicznych i  biologicznych stosowano standardowe metody. Wyniki posłużyły do  dokonania bilansu fosforu i  azotu. Niezbędne do  wyliczeń bilansowych dane dotyczące wielkości przepływu 1

Sezon Sezon Sezon Sezon Sezon Sezon Sezon 1986/1987 1992/1993 1994/1995 1998/1999 1999/2000 2000/2001 2001/2002

PTOT

0,50 (III)

Sezon 2007

Sezon 2009

0,38 (II)

0,27 (II)

0,23 (II)

0,23 (II)

0,21 ((II)

0,17 (I)

0,22 (II)

017 (I)

P-PO4

0,17 (II)

0,13 (II)

0,09 (II)

0,08 (II)

0,06 (I)

0,07 (II)

0,085 (II)

0,06 (I)

0,03 (I)

NTOT

7,60 (III)

6,80 (III)

3,40 (I)

3,12 (I)

2,58 (I)

2,10 (I)

2,80 (II)

2,40 (I)

1,80 (I)

N-NH4

0,80 (III)

0,49 (II)

0,47 (II)

0,46(II)

0,23 (I)

0,44 (II)

0,45 (II)

0,32 (I)

0,14 (I)

N-NO2

O,02 (II)

0,02 (II)

0,02 (II)

0,02 (II)

0,02 (II)

0,017 (II)

0,018 (II)

0,02 (II)

0,02 (II)

N-NO3

0,57 (I)

1,09 (I)

1,35 (II)

1,15 (II)

0,52 (I)

1,01 (I)

1,8 (II)

0,54 (I)

0,17 (I)

9,8 (I)

11,4 (I)

11,2 (I)

9,9 (I)

9,7 (I)

11,7 (I)

10,9 (I)

8,11 (I)

7,4 (I)

02

Tab. 1. Stężenie (mg/dm3) wybranych parametrów chemicznych wody Wisły na stanowisku Płock w kolejnych sezonach badawczych. W nawiasach podano klasy czystości wg norm obowiązujących po 16 marca 2004 roku (skala pięciostopniowa)

wody, notowane na zaporze, otrzymywano od Okręgowej Dyrekcji Gospodarki Wodnej (ODGW). Wyniki i ich omówienie Zmiany jakości wody w dolnej Wiśle powyżej zbiornika włocławskiego Tab. 1. zawiera wybrane parametry chemiczne ilustrujące skład chemiczny wody Wisły w kolejnych, dziewięciu sezonach badań na stanowisku Płock, tj. w górnej części zbiornika włocławskiego. Z prezentowanych danych wynika, że  woda Wisły na wysokości Płocka w sezonie 1986/1987 była zanieczyszczona. Średnie stężenie takich związków jak fosfor i azot całkowity oraz jon amonowy mieściło się w III klasie czystości. W następnych sezonach badawczych notowano stopniową poprawę jakości wody. W  sezonach 2007 i  2009 większość badanych parametrów fizykochemicznych wody dopływającej do  zbiornika mieściła się w granicach I klasy czystości. Wyjątkiem były azotyny, których średnie stężenie mieściło się w II klasie czystości i chlorofil „a” – IV klasa czystości. Na stopniową poprawę czystości wód Wisły wskazują także badania prowadzone przez Wojewódzki Inspektorat Ochrony Środowiska w Bydgoszczy. Z raportu opublikowanego w  2001 roku wynika, że  tylko miano coli powodowało, że dolna Wisła była zaliczana do rzek o wodzie pozaklasowej. Na dalszą znaczącą poprawę jakości wody Wisły wskazuje także opublikowany w 2012 roku przez Wojewódzki Inspektorat Ochrony Środowiska w Bydgoszczy „Raport o stanie środowiska województwa kujawsko-pomorskiego”, który wykazał dobry potencjał ekologiczny wód Wisły na  odcinku województwa kujawsko-pomorskiego. Także wszystkie analizowane parametry fizykochemiczne wody Wisły nie przekraczały wymogów II klasy czystości. Rażąca różnica pomiędzy rzeczywistą jakością wody w Wiśle, potwierdzona wynikami prezentowanymi w  tab. 1 i  w  cytowanym raporcie, a twierdzeniami o „najbrudniejszej rzece w Europie” wynika z dwóch przyczyn. Pierwsza to fakt, że obrońcy Wisły z reguły opierają się na informacjach pochodzących z lat 70. i 80. ubiegłego stulecia, kiedy Wisła była rzeczywiście dość silnie zanieczyszczona. Drugą przyczyną skrajnie negatywnych ocen jakości polskich wód powierzchniowych był obowiązujący do  2004 roku

trzystopniowy, najgorszy w Europie system oceny i klasyfikacji wód z tak wyśrubowanymi, nierzeczywistymi normami, że wody według norm zachodnioeuropejskich zaliczane do III, II, a niekiedy nawet do I klasy czystości, u nas nazywano „pozaklasowymi” (n.o.n.). Wpływ zbiornika włocławskiego na jakość wody Wisły We wszystkich okresach badań notowano wyraźną poprawę jakości wody po krótkotrwałej retencji w  zbiorniku włocławskim (tab. 2). Zgodnie z  oczekiwaniami bardzo znacząca była redukcja stężenia zawiesiny. Poprawa była także widoczna w odniesieniu do stężenia zawiesiny, fosforu i azotu całkowitego, BZT5 oraz chlorofilu „a” i biomasy fitoplanktonu. Średnia redukcja zawiesiny w  wodzie Wisły po przepłynięciu przez zbiornik włocławski wyniosła 56%, fosforu 20,05%, azotu 8,2%, BZT5 42,6%, chlorofilu „a” 46,7%, a  biomasy fitoplanktonu 42%. Redukcja fosforu całkowitego (P-TOT.) jest szczególnie ważna ze względu na to, że jest on głównym czynnikiem decydującym o nadmiernej eutrofizacji wód powierzchniowych [13]. Po przejściu wody przez zbiornik włocławski zmienia się nie tylko stężenie fosforu i azotu, ale także zmieniają się proporcje poszczególnych form, w jakich te pierwiastki występują w wodzie [9]. We wszystkich sezonach badawczych stosunek fosforu mineralnego do fosforu całkowitego w górnej części zbiornika wynosił 1:3, a w wodzie wypływającej ze zbiornika – 1:2. Tak samo wzrastał udział mineralnych form azotu w  azocie całkowitym. W  wodzie dopływającej do  zbiornika średni (dla wszystkich okresów badań) stosunek azotu mineralnego do  całkowitego wynosił 1:3, a w wodzie wypływającej 1:2. Wzrost stężeń mineralnych form azotu i fosforu w wodzie wypływającej ze zbiornika świadczy o  intensyfikacji procesów mineralizacji zachodzących w toni wodnej i w osadach. Jest to niewątpliwie związane z dobrymi warunkami tlenowymi panującymi w zbiorniku. Jedynym negatywnym dla jakości wody skutkiem była redukcja ilości tlenu. Spadek jego stężenia w  okresie badań wyniósł średnio 18,1%. Niedobory tlenu zdarzały się głównie na rozlewiskach. Warto podkreślić, że  w  części nurtowej (ponad 70% powierzchni zbiornika) przez ponad 20 lat badań nie stwierdzono deficytów tlenowych

M. Grześ, Zatory i powodzie zatorowe na dolnej Wiśle, Warszawa 1991.

103


A. Kentzer, A. Giziński | Acta Energetica 2/15 (2013) | translation 97–101

Stanowisko Płock

Stanowisko Włocławek

Zawiesina (mg ∙ dm-3)

28,9

12,7

56%

P TOT (mg ∙ dm-3)

0,264

0,21

20,5%

N TOT (mg ∙ dm-3)

3,62

3,32

8,3%

O2 (mg ∙ dm-3)

8,10

6,64

18,0%

BZT5 (mg 02 ∙ dm-3)

Parametry

Redukcja stężenia

5,4

3,1

42,6%

Chlorofil „a” (µg ∙ dm-3)

76,14

35,56

53,3%

Biomasa fitoplanktonu (mg ∙ dm-3)

39,3

22,8

42,0%

Tab. 2. Średnie roczne stężenia fosforu całkowitego, azotu całkowitego, tlenu, BZT5, chlorofilu „a” i biomasy fitoplanktonu w wodzie Wisły na dopływie do zbiornika (stacja Płock) i wypływie (stacja Włocławek). Przedstawione wartości średnie fosforu, azotu i tlenu dotyczą lat 1986/1987–2009, zawiesiny lat 1992–2001, BZT5 lat 1998–2002, a chlorofilu „a” i biomasy fitoplanktonu lat 1998–2006

ograniczających rozwój niezwykle bogatej fauny pelofilnej. Poprawa jakości wody po przejściu przez zbiornik jest efektem kumulacji w osadach dennych znacznych ilości zawiesiny i zawartych w niej związków chemicznych. Stwierdzono (tab. 3), że  na  przestrzeni 17 lat badań (1992–2009) w osadach zbiornika zostało skumulowane 23,3 tys. ton fosforu i 125 tys. ton azotu. Oznacza to, że zbiornik zredukował w tym okresie ładunek fosforu niesionego Wisłą o 21,5%, a azotu o 12,4%. Wyniki tych badań wskazują na rolę, jaką pełni zbiornik włocławski w  redukcji ładunku zanieczyszczeń docierających do Zatoki Gdańskiej i Bałtyku. Charakter gromadzonych w  zbiorniku osadów jest typowy dla niżowych zbiorników zaporowych. Osady muliste pokrywają dno zbiornika w jego dolnej i środkowej części, w  strefie nurtowej i  w  głębszych partiach stref rozlewiskowych. Miąższość osadów sięga miejscami kilku metrów. Wyliczono, że w zaledwie 10-centymetrowej, powierzchniowej warstwie mulistych osadów zbiornika, skumulowane jest ponad 6 tys. ton fosforu i ok. 18 tys. ton azotu. Gdyby ta ilość biogenów dostała się do Bałtyku, przyspieszyłaby w sposób istotny tempo eutrofizacji Zatoki Gdańskiej. Tak więc gromadzenie się w Zbiorniku znacznych ilości zawiesiny wraz z  zawartymi w  nim biogenami jest z  punktu widzenia czystości wody Wisły i wód Bałtyku procesem korzystnym. Zbiornik włocławski, podobnie jak większość zbiorników zaporowych, jest swoistą pułapką sedymentacyjną. Pełni więc funkcję naturalnej oczyszczalni. Kumulacja zawiesiny i gromadzenie się dużych ilości mulistych osadów w zbiorniku zmienia w istotny sposób charakter procesów chemicznych zachodzących w wodzie i w osadach

104

Ładunek Ładunek wypływa- Kumulacja Parametr dopływający jący ( tys. ton%) ( tys. ton) ( tys. ton) P TOT

108,3

85

23,3 (21,5%)

N TOT

1007

882

125 (12,4%)

Tab. 3. Łączna ilość fosforu i azotu skumulowana w zbiorniku włocławskim (1992–2009)

dennych. W  głębszych warstwach osadów dennych, a niekiedy także w wodzie przydennej, są warunki beztlenowe. Sprzyja to  procesowi denitryfikacji, który [1] uważają za główny mechanizm zmniejszający ilość azotu w środowisku wodnym. Ilość azotu, która może być uwolniona w wyniku tego procesu do atmosfery, może wynosić w  skali roku od  11 do  60% [12]. Należy domniemywać, że podobne procesy samooczyszczania się wody Wisły zachodziłyby w każdym z następnych zbiorników zaporowych. Należy jednak pamiętać, że tempo gromadzenia się osadów w tych zbiornikach będzie wyraźnie mniejsze niż w zbiorniku włocławskim. Bibliografia 1. Faafeng B., Roseth R., Retention of nitrogen in small streams artificially polluted with nitrate. Hydrobiologia, s. 113–122. 2. Giziński A. i in., Raport wstępny z wyników badań przeprowadzonych w celu ustalenia przyczyn masowego śnięcia ryb i innych organizmów w Zbiorniku Włocławskim, Toruń 1986, s. 1–3.

3. Giziński A. i in., Hydrobiological charakteristic of the lowland, rheolimnic Włocławek Reservoir on the Vistula River, Ekologia Polska 1989, s. 359–403. 4. Giziński A., Wpływ zapory we Włocławku i stopnia wodnego w Nieszawie na środowisko, Ekspertyza wykonana na zlecenie Komisji Ochrony Środowiska Sejmu RP, 2000. 5. Giziński A., Głogowska B., Kentzer A., Wpływ stopnia wodnego „Włocławek” i  planowanego stopnia wodnego „Nieszawa” na  środowisko, ekspertyza wykonana na  zlecenie Urzędu Marszałkowskiego w Toruniu, 2001. 6. Giziński A., Falkowska E., Hydrobiologia stosowana: ochrona wód powierzchniowych, Wyższa Szkoła HumanistycznoEkonomiczna we Włocławku, Włocławek 2003. 7. Kentzer A., Giziński A., Bilans i dynamika nutrientów w zbiorniku włocławskim [w:] Procesy biologiczne w ochronie i rekultywacji nizinnych zbiorników zaporowych, red. M. Zalewski, Biblioteka Monitoringu Środowiska, Łódź 1995, s. 85–90. 8. Kentzer A., Hydrochemistry of the Vistula between Płock and Toruń. AUNC, Limnol, 2000, s. 33–42. 9. Kentzer A., Giziński A., Głogowska B., Wpływ zbiornika włocławskiego na jakość wody Wisły w latach 1986–2002, Biblioteka Monitoringu Środowiska, Toruń 2004, s. 209–218. 10. Grześ M., 1991. Zatory i powodzie zatorowe na  dolnej Wiśle, mechanizmy i warunki. IGiPZ PAN, Warszawa. 11. Raport o stanie środowiska województwa kujawsko-pomorskiego w  2000 roku, Biblioteka Monitoringu Środowiska, Bydgoszcz 2001. 12. Raport o stanie środowiska województwa kujawsko-pomorskiego w  2012 roku, Biblioteka Monitoringu Środowiska, Bydgoszcz 2011. 13. Tomaszek J., Czerwiec E., Znaczenie procesów denitryfikacji dla bilansu azotu w  ekosystemach wodnych [w:] Procesy biologiczne w  ochronie i  rekultywacji nizinnych zbiorników zaporowych, red. M. Zalewski, Biblioteka Monitoringu Środrodowiska, Łódź 1995, s. 91–99. 14. Vollenweider R.A., Scientific fundamentals of the eutrophication of lake and flowing waters, with particular reference to nitrogen and phosphorus as factors in eutrophication, OECD, Directorate for Sci.Affairs, Paris, DAS (CSI) 68, 1968, s. 1–182.


A. Kentzer, A. Giziński | Acta Energetica 2/15 (2013) | translation 97–101

Andrzej Kentzer

dr hab., prof. UMK Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu e-mail: akentzer@umk.pl Ekolog – hydrobiolog i hydrochemik. Sprawuje funkcję kierownika Instytutu Zakładu Hydrologii na Wydziale Biologii i Ochrony Środowiska UMK w Toruniu. Magisterium, doktorat i habilitacje uzyskał, pracując w Zakładzie Hydrologii Instytutu Ekologii i Ochrony Środowiska. Jest autorem lub współautorem kilkudziesięciu publikacji oraz niepublikowanych prac magisterskich i ekspertyz dotyczących chemii i biologii zbiornika włocławskiego. Specjalizuje się w badaniach wpływu jezior i zbiorników zaporowych na jakość wody oraz w ocenie roli związków fosforu w ochronie i rekultywacji wód śródlądowych.

Andrzej Giziński

emerytowany prof. zw. Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu e-mail: agizinski@op.pl Ekolog – hydrobiolog. Do września 2003 roku był kierownikiem Zakładu Hydrobiologii Instytutu UMK w Toruniu, niemal od 30 lat prowadził tam kompleksowe badania dolnej Wisły, a zwłaszcza zbiornika włocławskiego. Efektem tych badań jest ok. 100 publikowanych i niepublikowanych opracowań (w tym dziewięciu doktoratów) na temat ekologii zbiornika. W 2000 roku wszedł w skład zespołu ekspertów, powołanego przez KERM „w sprawie budowy stopnia wodnego Nieszawa-Ciechocinek”, który wykonał na zlecenie Sejmu RP ekspertyzy na ten temat.

105


K. Wojewódzka-Król, R. Rolbiecki | Acta Energetica 2/15 (2013) | 106–112

Grounds and opportunities for the development of passenger and cargo shipping on the lower Vistula

Authors Krystyna Wojewódzka-Król Ryszard Rolbiecki

Keywords inland navigation, lower Vistula, cargo transportation, passenger transportation

Abstract Implementation of the objectives defined in the White Paper should prompt us to consider the available opportunities for unlocking the lower Vistula’s potential for transportation, as the river could play an essential role in the context of the burgeoning Gdańsk and Gdynia seaports. In addition, on the basis of European experience, it could help reduce communication problems in the region and serve as an important tourist attraction. This article is an attempt at estimation of the demand for shipping along the lower Vistula, within the framework of which the minimum target is to  restore the capacity of the 1980s: 3.5 to 4 million tons a year. With this end in mind, we should improve navigability and apply instruments for the support of inland navigation, in conformity with the transportation policy of the European Union. In respect of passenger services, the minimum target is to restore the capacity of the period between 1965 and 1985: 2 million passengers a year. A comprehensive and attractive range of services and extension of the tourist season are bound to increase this capacity. Current investments on the initiative of local self-governments – including marinas and tourist amenities – lead to improvement in navigation; they also stimulate the development of other modes of passenger transportation (urban transit and regional transit).

DOI: 10.12736/issn.2300-3022.2013208

Introduction In the EU White Paper 2011, among ten methods for the development of a  competitive and resource-efficient system to enable the reduction of greenhouse gas emissions by 60%, inland navigation is discussed, above all else, in targets no. 3 and 6. The implementation of it leads to enhanced modal share, e.g. by the wider use of energy-saving modes of transportation. Target no. 3 is to  substitute other means, including seas/ oceans and rivers, for roads: • by 2030 – 30% of freight transportation at distance >300 km • by 2050 – over 50% of such transportation. Whereas target no. 6 assumes that all major seaports, together with their facilities, will have been connected by inland waterways1 by 2050, to the extent reasonably possible. Hence, the implementation of the objectives should prompt us to consider the available opportunities for unlocking our waterways’ potential for transportation, including the lower

1

Vistula (dolna Wisła), as the river could play an essential role in facilities management for the burgeoning seaport of Gdańsk.

1. Inland navigation in the context of the sustainable development of transportation One of the primary objectives of transportation policy is the sustainable development of transportation, taking into account its economic efficiency, ecological rationality and social validation (Fig. 1). Inland navigation, due to its numerous advantages, should play an essential role in the process. It is one of the most environmentally friendly modes of transportation, thanks to, among others: • relatively low energy consumption • low emission of air pollutants • relatively low water pollution • opportunity for significant reduction of traffic congestion, by substituting other means for roads

White Paper 2011. Roadmap to a Single European Transport Area – Towards a competitive and resource efficient transport system. European Commission, COM (2011) 144 final, Brussels, 28.3.2011.

106


K. Wojewódzka-Król, R. Rolbiecki | Acta Energetica 2/15 (2013) | 106–112

Fig. 2. The external costs generated by different modes of transportation (€-cents/tkm), source: own work based on Planco data (2007) Fig. 1. The essence of the sustainable development, source: own work

• lower external costs • lower internal costs. Research on the negative impact of different modes of transportation on our environment, carried out in different conditions, produces different results, depending on, among other factors, the size of the fleet and its technical solutions, the type of cargo or the distance. Be that as it may, inland navigation compares favourably at all times. The only thing that may vary is the scale of its advantage. According to the French Agency for Environment and Energy Management (Agence de l’environnement et de la maîtrise de l’énergie – ADEME), a litre of fuel allows a river vessel to  transport a  127-ton cargo a  distance of 1 km. Meanwhile, a road vehicle would be able to transport only 50 tons, a freight train – 97 tons2. The low negative impact of inland navigation on our environment is reflected in its low external costs, which are otherwise significant (accidents, noise, pollution, climate change). The European Environment Agency estimates them at 4% of the EU-15 GDP, up to 14% GDP in the new member states, not to mention the expenses arising from the occupation of land and traffic congestion3. With respect to every mode, according to EU research, the external costs for one thousand ton-kilometres are estimated at: • € 24.12 for transportation by road • € 12.35 for transportation by railroad • less than € 5 for transportation along inland waterways. According to  Planco, the statistical correlation between these costs is similar (Fig. 2). Growth of inland navigation is a  vital element of sustainable development policy. This is due to the fact that this kind of navigation meets all the criteria of the policy: • economic efficiency, thanks to, among others: • reduction of internal and external costs of transportation • increased efficiency of comprehensive water management investments

2 3 4

• increased competitiveness of business entities through reducing transportation problems • accelerated social and economic development of neglected regions, thanks to water-based tourism • ecological rationality thanks to: • little negative impact on our environment • reduction of safety risk by replacing roads with other means; high level of safety in the case of inland navigation • positive impact on the self-cleaning of waters • social validation thanks to: • increased satisfaction of the demand for transportation • better quality of life in the city • reduction of social ills in underdeveloped regions. Neglect of inland navigation, especially ignoring its needs in the process of waterways management, is contradictory to the principle of sustainable development, as it may deprive future generations of the aforementioned benefits in different fields of economy.

2. Inland water transportation in the context of seaports EU seaports have always been important links in the chain of inland navigation (Fig. 3). The benefits resulting from this partnership include: low transportation costs, high efficiency of trans-shipment, increased cargo throughput in seaports and increased transportation capacity of marine vessels, trans-shipment beyond the harbour and on the port shipping lane. In Europe, the position of seaports is even associated with their connection to waterways and their complementary services. These centres that have no connection to the European waterways network, by way of example the French ports, are considered to be inferior, regardless of their convenient location and high level of development. However little the involvement of inland navigation, seaports always benefit from this partnership, as it noticeably impacts their cargo throughputs, e.g. the 7% involvement in the Port of Hamburg means, in practice, 8 million tons of shipping4.

White Paper, European transport policy for 2010: time to decide, Luxemburg 2001. Ten key transport and environment issues for policy markers, European Environment Agency, Copenhagen 2004, p. 23. Just add water, Inland Navigation Europe, Brussels 2009.

107


K. Wojewódzka-Król, R. Rolbiecki | Acta Energetica 2/15 (2013) | 106–112

Fig. 3. The modal share in particular seaports as of 2007, source: Just add water, Inland Navigation Europe, Brussels 2009

Important assets of this mode are the huge load capacity and the large size of the fleet suitable for inland navigation, which allows for the smooth operation of even the largest marine vessels. A big river ship, or a pushed barge, can replace as many as a few hundred vehicles. Accordingly, the role of inland navigation in the context of seaports is considerable. For instance, in Rotterdam – a port of call for the biggest marine vessels – the involvement of river transportation is estimated at 80%. In the past twenty years, seaports have noted increased throughputs, especially container traffic. Since 1990, the trans-shipment of containers in European maritime container terminals has increased several times. Below are grounds for the further development of inland navigation in the form of services complementary to maritime container terminals: • untapped reserves of our waterways’ potential • lack of congestion along inland waterways • high load capacity of vessels suitable for inland navigation • competitive delivery time along waterways • low transportation costs • little negative impact on our environment. Therefore, container transportation along inland waterways has been steadily increasing. Although its involvement in the throughputs of maritime container terminals is greatly varied, it exceeds 30% in some cases. The benefits of environmentally friendly diversification of the modal share are especially visible in such ports as Rotterdam, Antwerp and Amsterdam. Development plans for selected centres envision the continuation of this tendency, even its reinforcement. These changes are very dynamic, for instance in Antwerp. Over the period of time between 2009 and 2010, the role of inland navigation with respect to container shipping grew by 6%. By 2020, it is forecast to have reached 40% (Fig. 4). Similar changes have been taking place in the harbours of Rotterdam (Fig. 5). In similar vein, the authorities of a  few minor seaports, where involvement in the operation of maritime container terminals

5

Materials of Szczecin and Świnoujscie Seaports Authority, 2011.

108

Fig. 4. The modal share of container throughput in Antwerp, source: K. Cuypers, Modal Shift Policy Strategic collaboration and interconnectivity, Strategy & Development, Antwerp Port Authority 2011; H. De Wachter, Container rail transport to and beyond the European hinterland, Antwerp Port Authority, www.tocevents-europe.com (date of access: 20.12.2012) H. De Wachter, Container rail transport to and beyond the European hinterland, Antwerp Port Authority, www.tocevents-europe.com (date of access: 20.12.2012)

Fig. 5. The modal share of container throughput in Rotterdam, source: M. Philips, Key figures Port of Rotterdam, 2012; M. Philips, S. Smokovec, Current capacities and future developments of the Port of Rotterdam, October 30, 2008, ZSSK Cargo ‘Trade year 2009, www.zscargo.sk (date of access: 20.12.2012), the Port of Rotterdam’s materials, http://www. portofrotterdam.com/en/Port/port-statistics/Pages/containers.aspx (date of access: 20.12.2012)

is still insignificant, plan on gradually increasing the use of this mode, even if its effects are marginal.

3. Demand for cargo transportation on the lower Vistula In Poland, where – traditionally – inland navigation has played an important role in Szczecin and Świnoujście, its involvement constituted, at most, 25% in the best period for these seaports. Currently, its involvement has decreased to ca. 11%5. In Gdańsk seaport, it has always been low, while today it could be best


K. Wojewódzka-Król, R. Rolbiecki | Acta Energetica 2/15 (2013) | 106–112

described as occasional. New European trends in the sustainable development of transportation prompt us to consider opportunities and needs for unlocking the lower Vistula’s (dolna Wisła) potential for inland navigation, as the river connects the burgeoning seaports with their complementary services. It is also in the vested interest of the Deepwater Container Terminal Gdańsk (DCT), the plans for which envision dynamic increase in its throughputs, estimated at 4 million TEU (after the planned expansion). Hence, the DCT’s status as the hub for Central and Eastern Europe will be put at risk if the investments are not accompanied by the development of complementary transportation services. In future, a  greater and greater portion of the cargo throughput – at present, operated by Short Sea Shipping – will be transferred to the complementary transportation services (inland navigation), which are planned, among others, by Eastern European seaports in competition with Gdańsk DCT. Research on the demand for transportation along the lower Vistula (dolna Wisła) was carried out using a mixed method that includes: • analysis of European trends, which Poland, as a member state, is obliged to follow • calculations of experts in the field of inland navigation, who assess the potential demand accommodated by inland waterways operators • experts’ calculations based on information collected from leading business entities located along the Vistula (Wisła) waterway, hypothetically interested in this waterway’s future. Taking into account the three methods above for evaluating demand, it can be concluded that: • the structure of products, arising from the demand for transportation along the lower Vistula (dolna Wisła), includes the shipping of materials for the building industry (e.g. gravel and sand), energy raw materials, bulk cargoes, metal products, containers, sensitive cargoes, chemical products, cargoes from distribution centres and cargoes used to coordinate procurement of the city (waste, paper, vehicles) • main transportation services along the lower Vistula (dolna Wisła): • operation of Gdańsk and Gdynia seaports • local transit near big cities. On the assumption that the parameters defined in the Regulation of the Council of Ministers from 20066 are restored, the minimum target is to return to the capacity from before this sector became neglected, that is 23 million tons, of which the lower Vistula (dolna Wisła) accommodated between 3.5 and 4 million tons7. Improving navigation with reference to the parameters defined in the cited document, on a par with relevant investments and transportation policy instruments analogous to the instruments in other member states of the EU, might cause the transportation

6 7 8 9

capacity to grow in a short period of time to approx. 4.5 million tons, provided that the lower Vistula (dolna Wisła) becomes a class IV river8. The predicted values correlate with the ones presented by Platina9, on whose authority the lower Vistula (dolna Wisła) will have achieved the level of 1 to  5 million tons by 2025 (Fig.  6). Setting the transportation capacity level higher than the minimum level predicted by Platina is necessitated by, above all else, the accelerated development of the DCT based in Gdańsk Port as the hub for Central and Eastern Europe.

Fig. 6. Prospects for transportation along inland waterways in 2025, source: Platina. Inventory of available knowledge on strategic inland waterway projects (PLATINA is funded by the Directorate General on Energy and Transport of the European Commission under the 7th Framework Programme for Research and Technological Development), Design by Faydherbe/De Vringer PLATINA streamlined maps by Rijnen Design, February 2011

4. Demand for passenger transportation on the lower Vistula Passenger navigation along inland waterways is differentiated on the basis of these waterways’ purpose: • tourism or • transportation From the tourism aspect, inland navigation takes three forms: • recreation (canoe trips, rowing, sailing, motor boat cruises, rafting), known for long, at present enjoying a revival • pleasure cruises, duration of which does not exceed one day, without the active participation of tourists • “to-and-fro” cruises with intermediate ports of call, tourists have the opportunity to be accommodated aboard hotel ships.

Rozporządzenie Rady Ministrów z 7 maja 2002 roku w sprawie klasyfikacji śródlądowych dróg wodnych, Dz.U. 2002, nr 77, poz. 695 [The Regulation of the Council of Ministers from May 7th 2002 on the classes of inland waterways, Poland’s Journal of Laws, 2002, No. 77, item 695]. L. Hofman, W. Rydzkowski, Ekonomika transportu wodnego śródlądowego [Inland Water Transportation Economics]. WKiŁ, Warszawa 1987, p. 27. K. Wojewódzka-Król, R. Rolbiecki, A. Gus-Puszczewicz, Analiza popytu na przewozy ładunków i pasażerów drogą wodną E70 [Analysis of the demand for passenger and cargo shipping along the E70 waterway], Marshal’s Office, Gdańsk 2011. Platina. Inventory of available knowledge on strategic Island waterway Project (PLATINA is funded by the under the 7th Framework Programme for RTD), Design by Faydherbe/De Vringer PLATINA streamlined maps by Rijnen Design, www.naiades.info, February 2011.

109


K. Wojewódzka-Król, R. Rolbiecki | Acta Energetica 2/15 (2013) | 106–112

Apart from tourism, inland navigation plays an important role in the transportation of passengers. We distinguish between these three groups: • ferry rides • urban transit (individual and mass communication) • regional transit. Ferries, alternatively called “floating bridges” are slowly becoming a  thing of the past due to  the development of modern transportation infrastructure (roads, railroad, bridges, tunnels). Urban transit by water has long been popular, under especially favourable conditions, among labourers commuting to shipyards and harbours. However, privatization of this sector, together with the rise of the automotive industry, led to the gradual decline in these services. At present, in light of increasing traffic congestion, for the sake of the sustainable development of transportation in the city, it is extremely important that these services be restored. In large urban agglomerations that have access to inland waterways, water buses have lately reappeared as services complementary to mass communication. As mentioned earlier, waterways, often running through big cities, help to reach neighbourhoods off-limits to vehicular traffic. Another form of passenger services is regional transit, which involves travelling across different regions, hence its tourism and recreational values. The term ‚regional transit’ applies to  those services where routes (inland/coastal) are shorter, or more competitive (in terms of the journey time), than the routes by car/train. In the summer season, it frequently becomes a tourist attraction in itself. The prospects for unlocking the potential of Polish inland waterways for tourism are based on geographical and natural as well as on social and economic factors. The list of geographical and natural factors which stimulate the development of Polish inland waterways includes: • vast network of waterways available for tourism, due to low and varied requirements for waterways with tourism potential • location of many inland waterways in attractive tourist destinations • unique character of selected water trails and hydraulic structures. The list of social and economic factors which stimulate the development of Polish inland waterways includes: • steady growth of interest in water-based tourism due to the increasing wealth and mobility of Polish citizens • benefits related to the economic stimulation of regions in the vicinity of waterways with the potential for tourism • local governments’ interest in concepts of tourism infrastructure development along inland waterways. On the assumption that we  restore the parameters defined in the already cited Regulation of the Council of Ministers 2002, the minimum target is, as in the case of freight transportation, to  return to  the capacity of the year 1980, that is 9.4 million passengers in Poland. Along the lower reaches, passenger transportation constituted ca. 25%, which translated into 2 million passengers between 1965 and 198510.

10 L. Hofman, W. Rydzkowski, op. cit., p. 39.

110

Below is a list of factors that can influence the rise of these figures, together with the already discussed beneficial development trends of the tourism industry and passenger transportation: • contemporary development trends in water-based tourism • new concepts of the comprehensive tourism offer, including inland navigation as a vital link of this offer’s chain • the trend for outdoor recreation, favourable to the development of water sports • climate change favourable to tourism at large • great involvement of local governments in the promotion of modern water-based tourism • local governments’ involvement in investments in the development of tourism infrastructure, which creates ideal conditions for the expansion of tourism services • as for the existing statistics, the absence of such transportation services as: cruises by yacht, small boat chartered by a family or a group of tourists, by canoe or by other vessel • positive, or at least little negative, impact of water-based tourism on our environment. Below is a  list of factors that limit transportation along inland waterways, together with the above-mentioned conditions on the inland waterways, especially the factors that limit long-distance cruises (aboard hotel ships) and those that limit the activity of private ship owners (unpredictability of navigation conditions): • adverse changes in the shipbuilding industry, which accelerate the decline in commuting • limited access to  transportation in selected regions with potential for water-based tourism • price structure in different modes of transportation, a  result of inconsistent policies on the support of passenger services, which puts inland shipping in an unfavourable position when compared to transportation by road/railroad. Be that as it may, these unfavourable circumstances are mitigated by the development of urban and regional transit or by the development of the infrastructure which attracts many tourists. Such investments as, among others: • marinas, including one for 100 yachts in Sopot, put into service in 2011 • existing marinas in Gdańsk and Gdynia, located in the most attractive tourist destinations of these cities • mooring piers on the Szkarpawa River, on both sides of the drawbridge in Drewnica, put into service in July 2011, subsequent facilities of this sort planned to be built along the E70 International Waterway • marinas on the Noteć in Drawsko and Czarnków, constructed within the framework of the Great Waterway Loop of Greater Poland (Wielka Pętla Wielkopolski), which became operational in 2011 • investments scheduled in Lubusz (lubuskie), Greater Poland (wielkopolskie), Kuyavia-Pomerania (kujawsko-pomorskie) and Pomeranian Voivodeships (pomorskie) will lead to a substantial increase in the demand for passenger transportation along inland waterways.


K. Wojewódzka-Król, R. Rolbiecki | Acta Energetica 2/15 (2013) | 106–112

Together with the development of the tourism industry, with the emergence of a comprehensive and attractive range of services and the extension of the tourist season, the chances increase that we will achieve a level of passenger services higher than the minimum target (Fig. 7). On the following assumptions: • we  will restore the majority of passenger services from the 1980s; according to  the calculations related to  passenger services along the lower Vistula (dolna Wisła), keeping in mind the conditions already discussed, it must be estimated at 2 million passengers a year • with the addition of the existing marinas and passenger harbours, taking into account the sea marinas located in the vicinity of Gdańsk Bay, passengers of yachts and canoes, it must be estimated at ca. 0.4 million passengers11. • scheduled investments: marinas for passenger ships above 15 m, marinas for tourist vessels up to 15 m as well as marinas for small tourist vessels and canoes will allow for an increase of a minimum of 0.3 million passengers, if the sailing season lasts for 60 days12 the demand for transportation services along the lower Vistula (dolna Wisła) can be estimated at 2.7 million passengers a year. One should be aware that the projected values do not include coastal routes: Gdańsk, Gdynia, Sopot – the Hel Peninsula (Półwysep Helski) and between these cities (approx. 0.5 million passengers a year).

Fig. 7. The demand for passenger transportation, source: Own work based on: K. Wojewódzka-Król, R. Rolbiecki, A. Gus-Puszczewicz, Analiza popytu na przewozy ładunków i pasażerów drogą wodną E70, [Analysis of the demand for passenger and cargo shipping along the E70 waterway], Urząd Marszałkowski (Marshal’s Office), Gdańsk 2011

5. Conditions of inland navigation along the lower Vistula The development of inland navigation along the lower Vistula (dolna Wisła) will be, similarly to  other waterways, contingent on the whole range of complementary actions that create real opportunities to present an offer competitive to the remaining modes of transportation and compliant with European standards. Permanent improvement of navigation along the Polish waterways demands a  radical shift in the policy on this mode of

transportation. Creating reliable prospects for the development of the inland waterways network is a prerequisite for the development of the industry, also a prerequisite for business entities’ interest in this mode of transportation. Another decisive factor behind navigation conditions on the Polish waterways are organizational and legal conditions. The absence of inland navigation from the agenda of our transportation minister hinders the formulation of a consistent policy on transportation. It also hinders the creation of a sustainable modal share compliant with the guidelines of the common EU transportation policy. Yet another decisive factor behind this mode is the introduction of such principles of sustainable development as to  allow us to develop inland waterways in Poland. Thus far, the correct idea of nature conservation, not implemented properly sometimes, has been an obstacle to the sustainable development of transportation. It is, therefore, vital to make sweeping changes in order that the Polish transportation policy follow EU trends and actively create demand. And only such an approach will be able to impact the role of inland navigation and cause relevant investments to be profitable. REFERENCES

1. L. Hofman, W. Rydzkowski, Ekonomika transportu wodnego śródlądowego, [Inland Water Transportation Economics], Warszawa 1987. 2. Just add water, Inland Navigation Europe, Brussels 2009. 3. Materials of Szczecin and Świnoujscie Seaports Authority, 2011. 4. Platina, Inventory of available knowledge on strategic inland waterway projects (PLATINA is funded by the Directorate General on Energy and Transport of the European Commission under the 7th Framework Programme for Research and Technological Development), Design by Faydherbe/De Vringer PLATINA streamlined maps by Rijnen Design, www.naiades.info, February 2011. 5. Rozporządzenie Rady Ministrów z 7 maja 2002 roku w sprawie klasyfikacji śródlądowych dróg wodnych, Dz.U. 2002, nr 77, poz. 695 [The Regulation of the Council of Ministers from May 7th 2002 on the classes of inland waterways, Poland’s Journal of Laws, 2002, No. 77, item 695]. 6. Ten key transport and environment issues for policy markers. European Environment Agency, Copenhagen 2004. 7. White Paper, European transport policy for 2010: time to decide, Luxemburg 2001. 8. White Paper 2011, Roadmap to a Single European Transport Area – Towards a competitive and resource efficient transport system, European Commission, COM (2011) 144 final, Brussels, 28.3.2011. 9. K. Wojewódzka-Król, R. Rolbiecki, A. Gus-Puszczewicz, Analiza popytu na przewozy ładunków i pasażerów drogą wodną E9 [Analysis of the demand for passenger and cargo shipping along the E70 waterway], Marshal’s Office, Gdańsk 2011.

that the season lasts for 60 days and there are 5 people aboard the yacht, 13 marinas . 10 yachts daily (that is ca. ¼ of the mooring spaces in the existing marinas) = 650 people daily . 60 days = 39,000 people. 12 Por.: K. Wojewódzka-Król, R. Rolbiecki, A. Gus-Puszczewicz, op. cit. 11 Assuming

111


K. Wojewódzka-Król, R. Rolbiecki | Acta Energetica 2/15 (2013) | 106–112

Krystyna Wojewódzka-Król University of Gdańsk e-mail: krystyna@panda.bg.univ.pl An employee of the Transportation Policy Department in the Faculty of Economics of Gdańsk University. Research interests: transportation infrastructure, transportation policy, inland navigation

Ryszard Rolbiecki University of Gdańsk e-mail: rychur@panda.bg.univ.gda.pl An employee of the Transportation Policy Department in the Faculty of Economics of Gdańsk University. Research interests: inland navigation, transportation infrastructure development, economic analyses of transportation companies.

112


K. Wojewódzka-Król, R. Rolbiecki | Acta Energetica 2/15 (2013) | translation 106–112

This is a supporting translation of the original text published in this issue of “Acta Energetica” on pages 106–112. When referring to the article please refer to the original text. PL

Przesłanki i możliwości rozwoju przewozów towarowych i pasażerskich na dolnej Wiśle Autorzy

Krystyna Wojewódzka-Król Ryszard Rolbiecki

Słowa kluczowe

transport wodny śródlądowy, dolna Wisła, przewozy ładunków, przewozy pasażerów

Streszczenie

Realizacja celów zawartych w Białej Księdze powinna skłaniać do rozważenia możliwości szerszego wykorzystania transportowego dolnej Wisły, która mogłaby odgrywać istotną rolę w obsłudze dynamicznie rozwijających się portów morskich w Gdańsku i Gdyni. Ponadto, jak wykazują doświadczenia europejskie, ta droga wodna mogłaby łagodzić problemy komunikacyjne regionu i stanowić ważną atrakcję turystyczną. W artykule podjęto próbę oszacowania potrzeb przewozowych dolnej Wisły. W zakresie przewozu ładunków jako cel minimum przyjęto przywrócenie poziomu przewozów realizowanych na tej drodze wodnej w latach 80. ubiegłego wieku: 3,5–4 mln ton rocznie. Realizacja tego celu wymaga poprawy warunków nawigacyjnych i zastosowania instrumentów wspierania żeglugi śródlądowej, zgodnych z europejską polityką transportową. W odniesieniu do przewozów pasażerskich celem minimum jest przywrócenie przewozów z okresu 1965–1985: 2 mln pasażerów rocznie. Atrakcyjna, kompleksowa oferta turystyczna i wydłużenie sezonu turystycznego spowodowałyby wzrost przewozów na tej drodze wodnej. Realizowane obecnie na dolnej Wiśle inwestycje samorządowe – m.in. mariny, przystanie, zaplecze turystyczne – stymulują rozwój żeglugi turystycznej i innych form przewozów pasażerskich (komunikacji miejskiej i przewozów regionalnych).

Wstęp W  Białej Księdze UE z  2011 roku wśród dziesięciu sposobów tworzenia konkurencyjnego i  zasobooszczędnego systemu transportowego – umożliwiającego ograniczenie emisji gazów cieplarnianych o 60% – transport wodny śródlądowy został ujęty przede wszystkim w celu trzecim i szóstym, zmierzających do optymalizacji funkcjonowania wielogałęziowych łańcuchów logistycznych, m.in. poprzez większe wykorzystanie bardziej energooszczędnych gałęzi transportu. Cel trzeci przewiduje przeniesienie z transportu samochodowego na  inne gałęzie transportu, w  tym na  transport wodny śródlądowy: • do 2030 roku – 30% przewozów ładunków na odległościach większych niż 300 km • do  2050 roku – ponad 50% tego typu przewozów. W  celu szóstym natomiast zakłada się zapewnienie do  2050 roku połączenia najważniejszych portów morskich z zapleczem, o ile to możliwe transportem wodnym śródlądowym1. Realizacja celów Białej Księgi powinna zatem skłaniać do  rozważenia możliwości szerszego wykorzystania transportowego śródlądowych dróg wodnych w  Polsce, w tym dolnej Wisły, która mogłaby odgrywać istotną rolę w obsłudze zapleczowej dynamicznie rozwijającego się portu morskiego w Gdańsku. 1. Transport wodny śródlądowy w świetle idei zrównoważonego rozwoju transportu Jednym z  podstawowych celów polityki transportowej jest zrównoważony rozwój transportu, uwzględniający ekonomiczną

efektywność, ekologiczną racjonalność i społeczną zasadność (rys. 1).

Rys. 1. Istota zrównoważonego rozwoju, źródło: opracowanie własne

Transport wodny śródlądowy, ze  względu na liczne zalety, powinien w tym procesie odegrać istotną rolę. Jest on jedną z najbardziej przyjaznych dla środowiska gałęzi transportu, ze względu m.in. na: • relatywnie małe zużycie energii • niską emisję zanieczyszczeń powietrza • relatywnie niewielkie zanieczyszczenie wód • możliwość znacznego zmniejszenia kongestii na drogach w wyniku przejęcia przewozów transportu samochodowego • niższe koszty zewnętrzne • niższe koszty transportu. Badania degradacyjnego wpływu różnych gałęzi transportu na  środowisko, realizowane w różnych warunkach, dają odmienne wyniki – w  zależności m.in. od  wielkości taboru i  jego rozwiązań technicznych,

rodzaju ładunku czy odległości przewozu – jednak zawsze są one korzystne dla transportu wodnego śródlądowego. Inna jest jedynie skala tej przewagi. Według Francuskiej Agencji ds. Środowiska i  Zarządzania Energią (ADEME) 1 litr paliwa pozwala przemieścić statkiem rzecznym na  odległość 1 km aż  127 ton ładunku, podczas gdy samochodem jedynie 50 ton, a koleją 97 ton2. Niewielki degradacyjny wpływ transportu wodnego śródlądowego na środowisko znajduje odzwierciedlenie w  niskich kosztach zewnętrznych tej gałęzi transportu. Koszty zewnętrzne degradacyjnego wpływu transportu na środowisko – wypadków, hałasu, zanieczyszczenia, zmian klimatycznych – są znaczne i  szacowane przez European Environment Agency na 4% PKB w EU-15 do  14% PKB w  nowych krajach UE, nie licząc kosztów zajęcia terenu i  kosztów kongestii3. W  poszczególnych gałęziach transportu, według badań unijnych, krańcowe koszty zewnętrzne na 1000 tonokilometrów szacowane są na: • 24,12 € w transporcie drogowym • 12,35 € w transporcie kolejowym • poziomie nieprzekraczającym 5 € w transporcie wodnym śródlądowym. Według badań Planco relacje tych kosztów są podobne (rys. 2). Rozwój żeglugi śródlądowej w różnych sferach jej działalności jest istotnym elementem zrównoważonego rozwoju. Spełnia bowiem wszystkie kryteria takiego rozwoju: • ekonomiczną efektywność dzięki m.in.: - zmniejszeniu kosztów transportu oraz kosztów zewnętrznych transportu - zwiększeniu efektywności kompleksowych inwestycji wodnych

1

White Paper 2011. Roadmap to a Single European Transport Area – Towards a competitive and resource efficient transport system. European Commission, COM(2011) 144 final, Brussels, 28.3.2011. White Paper, European transport policy for 2010: time to decide, Luxemburg 2001. 3 Ten key transport and environment issues for policy markers, European Environment Agency, Copenhagen 2004, s. 23. 2

113


K. Wojewódzka-Król, R. Rolbiecki | Acta Energetica 2/15 (2013) | translation 106–112

Rys. 2. Koszty zewnętrzne generowane przez różne gałęzie transportu (€-centy/tkm), źródło: opracowanie własne na podstawie danych Planco (2007)

- z w i ę k s z e n i u k o n k u r e n c y j n o ś c i podmiotów gospodarczych poprzez rozwiązanie problemów transportowych - przyspieszeniu rozwoju społeczno-gospodarczego regionów zaniedbanych dzięki rozwojowi turystyki wodnej • ekologiczną racjonalność dzięki: - zmniejszeniu degradacyjnego wpływu na środowisko - zmniejszeniu zagrożenia bezpieczeństwa w transporcie poprzez ograniczenie kongestii na  drogach i  wysoki poziom bezpieczeństwa w żegludze śródlądowej - korzystnemu wpływowi na samooczyszczanie wód • społeczną zasadność dzięki: - zwiększeniu stopnia zaspokojenia potrzeb przewozowych - poprawie jakości życia w miastach - łagodzeniu problemów społecznych w regionach słabo rozwiniętych. Zaniechanie rozwoju transportu wodnego śródlądowego, a  zwłaszcza nieuwzględnianie potrzeb żeglugi w procesie zagospodarowania śródlądowych dróg wodnych, jest sprzeczne z  zasadą zrównoważonego rozwoju, może bowiem odebrać przyszłym pokoleniom szanse na  osiągnięcie wspomnianych korzyści w różnych dziedzinach gospodarki.

Istotnym atutem transportu wodnego śródlądowego jest duża ładowność i masowość floty rzecznej, pozwalająca na  sprawną obsługę nawet największych statków morskich. Jeden duży statek rzeczny lub zestaw pchany może bowiem zastąpić nawet kilkaset samochodów. W  efekcie udział transportu wodnego śródlądowego w obsłudze portów morskich jest znaczny, w  Rotterdamie, przyjmującym największe statki morskie, wynosi np. prawie 80% .

2. Transport wodny śródlądowy w obsłudze portów morskich Obsługa portów morskich w  krajach UE zawsze była podstawową sferą zastosowania transportu wodnego śródlądowego (rys. 3), wynikającą z licznych korzyści, jakie niesie ta współpraca, m.in. niskie koszty transportu, wysoka wydajność prac przeładunkowych i związane z tym korzyści w postaci wzrostu przepustowości portu oraz zdolności przewozowej statków morskich, możliwość przeładunku poza portem, na redzie. Ranga portów morskich w Europie wręcz łączona jest z  możliwością powiązań drogami wodnymi z zapleczem. Porty, które nie mają powiązań z europejską siecią dróg wodnych, jak na przykład porty francuskie, uważane są za drugorzędne pomimo znakomitego położenia i  zagospodarowania. Nawet bowiem niewielki udział żeglugi w obsłudze portów morskich w istotny sposób wpływa na przepustowość portów, np. 7-proc. udział w porcie Hamburg oznacza w praktyce przewozy rzędu 8 mln ton4.

Rys. 3. Struktura gałęziowa transportu zapleczowego wybranych portów morskich w 2007 roku, źródło: Just add water, Inland Navigation Europe, Brussels 2009

4

114

W ostatnim dwudziestoleciu porty morskie notowały dynamiczny wzrost obrotów, w tym zwłaszcza obrotów kontenerowych. Od 1990 roku przeładunki kontenerowe największych w Europie portów kontenerowych wzrosły kilkukrotnie. Do głównych przesłanek wzrostu roli transportu wodnego śródlądowego na zapleczu kontenerowych portów morskich zalicza się: • istnienie znacznych rezerw przepustowości dróg wodnych • brak kongestii na śródlądowych drogach wodnych • dużą ładowność statków rzecznych • konkurencyjny czas transportu drogami wodnymi • niskie koszty transportu • mały degradacyjny wpływ na środowisko. Dlatego też udział przewozów kontenerowych w  żegludze śródlądowej stale rośnie, a  jej udział w obsłudze kontenerowych obrotów portów morskich jest, co prawda, bardzo zróżnicowany, jednak w  niektórych przypadkach przekracza 30%. Efekty przyjaznych dla środowiska zmian struktury gałęziowej systemów transportowych są szczególnie widoczne w takich portach, jak Rotterdam, Antwerpia czy Amsterdam, a plany rozwoju niektórych portów przewidują kontynuację tej tendencji i nawet jej przyspieszenie. W Antwerpii zmiany są bardzo dynamiczne,

Just add water, Inland Navigation Europe, Brussels 2009.

Rys. 4. Struktura gałęziowa obsługi obrotów kontenerowych w Antwerpii, źródło: K. Cuypers, Modal Shift Policy Strategic collaboration and interconnectivity, Strategy & Development, Antwerp Port Authority 2011; H. De Wachter, Container rail transport to and beyond the European hinterland, Antwerp Port Authority, www.tocevents-europe.com (dostęp: 20.12.2012)


K. Wojewódzka-Król, R. Rolbiecki | Acta Energetica 2/15 (2013) | translation 106–112

Rys. 5. Struktura gałęziowa obsługi obrotów kontenerowych w Rotterdamie, źródło: M. Philips, Key figures Port of Rotterdam, 2012; M. Philips, S. Smokovec, Current capacities and future developments of the Port of Rotterdam, October 30, 2008, ZSSK Cargo ‘Trade year 2009, www.zscargo.sk (dostęp: 20.12.2012), materiały portu Rotterdam, http://www.portofrotterdam.com/en/Port/port-statistics/Pages/containers.aspx (dostęp: 20.12.2012)

na  przestrzeni lat 2009–2010 udział transportu wodnego śródlądowego w  obsłudze przewozów kontenerowych wzrósł aż o 6%, a w roku 2020 planuje się osiągnąć 42-proc. udział tej gałęzi (rys. 4). Podobne zmiany zachodzą na  zapleczu portu Rotterdam (rys. 5). Również niektóre mniejsze porty morskie, w  których obecnie udział transportu wodnego śródlądowego w  obsłudze przewozów kontenerowych jest niewielki, planują stopniowy wzrost przewozów tej gałęzi, choć efekty w tych portach będą dużo niższe. 3. Popyt na przewozy ładunków w rejonie dolnej Wisły W  Polsce, w  której tradycyjnie transport wodny śródlądowy odgrywał ważną rolę w  obsłudze portów Szczecin Świnoujście – w  najlepszym okresie obsługując 25% obrotów tych portów, udział tej gałęzi zmniejszył się obecnie do ok. 11%5. W porcie Gdańsk, w którym udział tej gałęzi zawsze był niewielki, obecnie przewozy te są incydentalne. Nowe europejskie tendencje zrównoważonego rozwoju transportu skłaniają jednak do rozważenia potrzeby i możliwości rozwoju żeglugi śródlądowej na dolnej Wiśle, która jest połączeniem dynamicznie rozwijających się portów morskich z zapleczem. Wymaga tego również interes dynamicznie rozwijającego się terminalu kontenerowego w porcie Gdańsk (DCT), w którym po planowanej obecnie rozbudowie prognozuje się dynamiczny wzrost obrotów do 4 mln TEU. Pozycja DCT jako hubu Europy Środkowej i  Wschodniej może być jednak poważnie zagrożona, jeżeli inwestycjom portowym nie będzie towarzyszył rozwój transportu zapleczowego. W przyszłości bowiem coraz większa część obrotów portowych – obsługiwanych obecnie przez transport morski bliskiego zasięgu – kierowana będzie na zaplecze. Porty konkurencyjne z Europy Wschodniej w swoich planach uwzględniają rozwój połączeń z zapleczem. Badania popytu na  przewozy na  dolnej

Wiśle przeprowadzono metodą mieszaną, obejmującą: • analizę tendencji europejskich, które Polska jako członek Unii Europejskiej zobowiązana jest respektować • szacunki ekspertów związanych w branżą żeglugi śródlądowej, oceniających możliwości realizacji potencjalnego popytu przez armatorów żeglugi śródlądowej • szacunki ekspertów przeprowadzone na  podstawie informacji uzyskanych z  wybranych, wiodących podmiotów gospodarczych, zlokalizowanych w  rejonie drogi wodnej Wisły, potencjalnie zainteresowanych w  przyszłości korzystaniem z drogi wodnej. Uwzględniając wymienione trzy metody badań popytu, można stwierdzić, że: • struktura asortymentowa popytu

na transport dolną Wisłą obejmuje przewozy materiałów budowlanych (w  tym piasek i  żwir), surowców energetycznych, ładunków wielkogabarytowych, wyrobów z metali, kontenerów, ładunków wrażliwych na  transport, ładunków chemicznych, ładunków paletyzowanych, ładunków z  centrów dystrybucji, w celu zaopatrzenia miast (śmieci, papier, samochody) • główne relacje przewozu w rejonie dolnej Wisły to: - obsługa portów morskich Gdańska i Gdyni - przewozy lokalne w rejonach większych miast. Celem minimum, przy założeniu, że  przywrócone zostaną określone w Rozporządzeniu Rady Ministrów z 2002 roku6 parametry na śródlądowych drogach wodnych, jest przywrócenie poziomu przewozów realizowanych w Polsce na śródlądowych drogach wodnych przed okresem ich zaniedbania, tj. 23 mln ton ładunków, z czego na dolną Wisłę przypadało 3,5–4 mln ton7. Poprawa warunków nawigacyjnych w stosunku do stanu określonego w przywołanym dokumencie oraz realizacja niezbędnych inwestycji towarzyszących i  zastosowanie analogicznych jak w innych krajach UE instrumentów polityki transportowej może spowodować w krótkim okresie wzrost wielkości przewozów do  ok. 4,5 mln  ton, pod warunkiem uzyskania na dolnej Wiśle parametrów IV klasy8. Prognozowane wielkości są zbieżne z  prognozami zaprezentowanymi przez Platina9, w których dla dolnej Wisły przewidziano w perspektywie do 2025 roku przewozy rzędu 1–5 mln ton (rys. 6). Przyjęcie wyższego poziomu przewozów niż minimalny w prognozie Platina jest podyktowany potrzebami przede wszystkim dynamicznie

Rys. 6. Prognoza przewozów drogami wodnymi śródlądowymi w 2025 roku, źródło: Platina. Inventory of available knowledge on strategic Island waterway Project (PLATINA is funded by the under the 7th Framework Programme for RTD), Design by Faydherbe/De Vringer PLATINA streamlined maps by Rijnen Design, www.naiades.info, February 2011

5

Materiały Zarządu Portów Szczecin Świnoujście, 2011. Rozporządzenie Rady Ministrów z 7 maja 2002 roku w sprawie klasyfikacji śródlądowych dróg wodnych, Dz.U. 2002, nr 77, poz. 695. L. Hofman, W. Rydzkowski, Ekonomika transportu wodnego śródlądowego. WKiŁ, Warszawa 1987, s. 27. 8 K. Wojewódzka-Król, R. Rolbiecki, A. Gus-Puszczewicz, Analiza popytu na przewozy ładunków i pasażerów drogą wodną E70, Urząd Marszałkowski, Gdańsk 2011. 9 Platina. Inventory of available knowledge on strategic Island waterway Project (PLATINA is funded by the under the 7th Framework Programme for RTD), Design by Faydherbe/ De Vringer PLATINA streamlined maps by Rijnen Design, www.naiades.info, February 2011. 6 7

115


K. Wojewódzka-Król, R. Rolbiecki | Acta Energetica 2/15 (2013) | translation 106–112

rozwijającego się DCT w porcie gdańskim jako hubu Europy Środkowej i Wschodniej. 4. Popyt na przewozy pasażerów w rejonie dolnej Wisły Przewozy pasażerskie żeglugą śródlądową mogą mieć charakter przewozów: • turystycznych lub • komunikacyjnych. Rynek przewozów turystycznych śródlądowymi drogami wodnymi składa się z trzech segmentów: • przewozów rekreacyjnych, znanych od  dawna, lecz obecnie przeżywających swój renesans (spływy kajakowe, wioślarstwo, żeglarstwo, rejsy motorowodne, spływy tratwą) • przewozów wycieczkowych, podczas których turysta jest tylko pasażerem, a czas rejsu nie przekracza jednego dnia • pr z e woz ów tu r y st yc z nych t am i  z  powrotem z  zawijaniem do  portów pośrednich (ang. cruise transport, niem. Kreuzfahrt), w czasie których turysta ma możliwość mieszkania na statkach z miejscami hotelowymi. Oprócz przewozów turystycznych ważną sferą zastosowania transportu wodnego śródlądowego w  przewozach pasażerskich są przewozy typu komunikacyjnego, które obejmują trzy grupy : • przewozy promowe, • przewozy miejskie (komunikacja zbiorowa i indywidualna – taksówki wodne) • przewozy regionalne. Przewozy promowe, tzw. ruchome mosty, wraz z  rozwojem infrastruktury drogowej i  kolejowej i  tendencją do  budowy połączeń stałych (mostów i  tuneli) są formą zanikającą. Przewozy miejskie od dawna były realizowane w  szczególnie sprzyjających warunkach jako przewozy pracowników do stoczni i portów, jednak zmiany systemów finansowania przewozów pasażerskich, a  jednocześnie dynamicznie rozwijająca się motoryzacja spowodowały, że  w  wielu krajach zaczęły również zanikać. Obecnie, w warunkach narastającej kongestii, stworzenie warunków do ich reaktywacji jest niezwykle ważne dla zrównoważonego rozwoju transportu w miastach. Aktualnie w  dużych aglomeracjach miejskich, posiadających dostęp do  śródlądowych dróg wodnych, pojawiają się jako uzupełnienie komunikacji zbiorowej – koncepcja tramwajów wodnych. Jak wcześniej wspomniano, drogi wodne, przebiegające często przez centra dużych miast, umożliwiają dotarcie do  dzielnic często zamkniętych dla ruchu kołowego. Kolejną formą przewozów pasażerskich są przewozy regionalne o  charakterze komunikacyjnym, choć często jednocześnie mające walory przewozów turystycznych czy wypoczynkowych. Są to  przede wszystkim przewozy w  takich relacjach, w  których droga wodna śródlądowa lub przybrzeżna jest krótsza od  kołowej czy kolejowej lub zapewnia konkurencyjny czas przewozu. W okresie letnim przewozy takie są dodatkową atrakcją turysty. Przesłanki szerszego wykorzystania śródlądowych dróg wodnych w  Polsce w  przewozach 10 L.

turystycznych wynikają zarówno z  czynników geograficzno-przyrodniczych, jak i społeczno-ekonomicznych. Do czynników geograficzno-przyrodniczych, sprzyjających turystycznej aktywizacji śródlądowych dróg wodnych w Polsce, przede wszystkim należą: • rozwinięta sieć dróg wodnych dostępna dla turystyki, ze  względu na  niewielkie i  bardzo zróżnicowane wymagania stawiane drogom wodnym o  znaczeniu turystycznym • położenie znacznej części śródlądowych dróg wodnych w  rejonach atrakcyjnych turystycznie • unikatowość niektórych szlaków wodnych i budowli hydrotechnicznych. Do podstawowych społeczno-ekonomicznych przesłanek zagospodarowania śródlądowych dróg wodnych z punktu widzenia przewozów turystycznych należą: • systematyczny wzrost zainteresowania podróżami turystycznymi wynikający z ogólnego wzrostu zamożności i mobilności społeczeństwa • korzyści związane z  aktywizacją gospodarczą regionów położonych w sąsiedztwie wykorzystywanych turystycznie szlaków wodnych • zainteresowanie samorządów przygotowaniem koncepcji rozwoju infrastruktury turystycznej w rejonie śródlądowych dróg wodnych. Zakładając, że przywrócone zostaną parametry śródlądowych dróg wodnych, przewidziane w cytowanym już Rozporządzeniu Rady Ministrów z  2002 roku, można analogicznie jak w  przypadku przewozów ładunków przyjąć, że  celem minimum jest przywrócenie wielkości przewozów z 1980 roku, tj. 9,4 mln pasażerów w Polsce. W rejonie dolnej Wisły przewozy pasażerskie stanowiły ok. 25% i  kształtowały się w  latach 1965–1985 na  poziomie 2 mln pasażerów10. Czynnikami, które mogą wpłynąć na zwiększenie tych wielkości, obok wcześniej omówionych ogólnych korzystnych tendencji rozwoju turystyki i  przewozów pasażerskich, są: • współczesne tendencje rozwoju turystyki wodnej • nowe koncepcje kompleksowej oferty turystycznej, włączające żeglugę śródlądową jako istotne ogniwo oferty turystycznej • moda na aktywny wypoczynek, sprzyjająca rozwojowi sportów wodnych • korzystne dla turystyki wodnej zmiany klimatu • ogromne zaangażowanie samorządów w  propagowanie nowoczesnej turystyki wodnej • zaangażowanie samorządów w realizację inwestycji stanowiących istotną bazę zagospodarowania turystycznego, co stwarza doskonałe warunki do zaoferowania szerokiego wachlarza usług turystycznych • brak w  dotychczasowych statystykach takich przewozów, jak: podróże jachtem, wyczarterowanymi małymi statkami dla rodzin czy grup osób oraz innymi małymi statkami i kajakami • pozytywny lub przynajmniej brak

negatywnego wpływu rozwoju turystyki wodnej na otoczenie. Czynnikami, które ograniczają przewozy, obok wspomnianego wcześniej stanu śródlądowych dróg wodnych, utrudniającego realizację przewozów na  większe odległości (statkami z miejscami hotelowymi) oraz korzystanie z dróg wodnych prywatnych właścicieli różnych typów statków (nieprzewidywalność warunków nawigacyjnych), są: • niekorzystne zmiany w przemyśle stoczniowym, wpływające na zanik oferty przewozów do pracy • ograniczona dostępność transportowa niektórych regionów atrakcyjnych dla turystyki wodnej • struktura cen za przewozy różnymi gałęziami transportu, będąca efektem niespójnej polityki wspierania niektórych przewozów pasażerskich, stawiająca żeglugę śródlądową w niekorzystnej sytuacji w stosunku do konkurencyjnych przewozów drogowych czy kolejowych. Te niekorzystne zjawiska są jednak niwelowane poprzez rozwój przewozów miejskich i  regionalnych oraz realizowane lub planowane atrakcyjne zagospodarowanie turystyczne, które przyciąga wielu turystów. Takie inwestycje jak m.in.: • przystanie, żeglarskie, w tym nowoczesna efektowna marina na 100 jachtów, oddana w Sopocie w 2011 roku • istniejące już mariny w Gdańsku i Gdyni, zlokalizowane w najbardziej atrakcyjnych miejscach miast • pomosty cumownicze na  rzece Szkarpawie po obu stronach mostu zwodzonego w Drewnicy, oddane w lipcu 2011 roku i kolejne planowane tego typu obiekty na MDW E70 • przystanie żeglarskie na  rzece Noteć w  Drawsku oraz Czarnkowie, realizowane w ramach Aktywizacji Wielkiej Pętli Wielkopolskiej, oddane w lipcu 2011 roku • inwestycje planowane w  województwie lubuskim, wielkopolskim, kujawsko-pomorskim, pomorskim spowodują, że  można liczyć na  znaczny wzrost popytu na przewozy pasażerskie drogami wodnymi. Wraz z  rozwojem turystyki, pojawieniem się atrakcyjnej kompleksowej oferty turystycznej i  wydłużeniem sezonu turystycznego wzrasta szansa na  osiągnięcie większych przewozów pasażerskich niż przyjęte w celu minimum (rys. 7). Przyjmując następujące założenia: • przywrócona zostanie większość przewozów pasażerskich realizowanych w  latach 80. ubiegłego wieku, wg szacunków wielkość przewozów pasażerskich na dolnej Wiśle, uwzględniając przedstawione uwarunkowania, oszacowana może być na  2 mln pasażerów rocznie • kalkulując dodatkowo nieujętą w  statystykach obsługę w  istniejących przystaniach, portach pasażerskich i marinach, uwzględniając mariny morskie zlokalizowane w  rejonie Zatoki Gdańskiej, pasażerów jachtów i kajaków szacowaną na ok. 0,4 mln pasażerów11 • planowane inwestycje: przystanie dla

Hofman, W. Rydzkowski, op. cit., s. 39. założeniu, że sezon trwa 60 dni, a na jachcie przewożonych jest przeciętnie 5 osób, 13 przystani . 10 jachtów dziennie (jest to ok. ¼ miejsc postojowych w istniejących marinach) = 650 osób dziennie . 60 dni = 39 tys. osób.

11 Przy

116


K. Wojewódzka-Król, R. Rolbiecki | Acta Energetica 2/15 (2013) | translation 106–112

mające na celu dostosowanie do tendencji unijnych polskiej polityki transportowej, oraz aktywne kreowanie popytu. I  tylko takie podejście może wpłynąć na zmianę roli transportu wodnego śródlądowego i opłacalność inwestycji podejmowanych w tym celu.

Rys. 7. Popyt na przewozy pasażerów dolną Wisłą, źródło: Opracowanie własne na podstawie: K. Wojewódzka-Król, R. Rolbiecki, A. Gus-Puszczewicz, Analiza popytu na przewozy ładunków i pasażerów drogą wodną E70, Urząd Marszałkowski, Gdańsk 2011

statków pasażerskich powyżej 15 m, przystanie dla jednostek turystycznych do 15 m oraz przystanie dla małych jednostek turystycznych i  kajaków pozwolą na  obsłużenie dodatkowo minimum 0,3  mln pasażerów przy 60-dniowym sezonie żeglugowym12 popyt na  przewozy pasażerskie w  rejonie dolnej Wisły można oszacować na 2,7 mln pasażerów rocznie. Należy mieć świadomość, że  szacowany popyt nie obejmuje również przewozów przybrzeżnych, realizowanych w  relacjach Gdańsk, Gdynia, Sopot – Półwysep Helski i  między tymi miastami, szacowanych na ok. 0,5 mln pasażerów rocznie. 5. Uwarunkowania rozwoju żeglugi na dolnej Wiśle Możliwości rozwoju transportu wodnego śródlądowego na  dolnej Wiśle będą, podobnie jak i na innych drogach wodnych, uzależnione od  realizacji całego zespołu działań wspierających, które stworzą realną szansę na  przedstawienie oferty zgodnej ze  standardami europejskimi, konkurencyjnej w  stosunku do  innych gałęzi transportu. Trwała poprawa stanu dróg wodnych w Polsce

wymaga radykalnej zmiany polityki transportowej w odniesieniu do tej gałęzi transportu. Stworzenie wiarygodnych perspektyw rozwoju infrastruktury śródlądowych dróg wodnych jest warunkiem rozwoju branży, ale również zainteresowania podmiotów gospodarczych korzystaniem z tej gałęzi transportu, czyli warunkiem popytu. Ważny czynnik determinujący stan żeglugowego wykorzystania dróg wodnych w Polsce stanowią uwarunkowania organizacyjno-prawne. Wyłączenie z  zakresu działania ministra transportu zagadnień śródlądowych dróg wodnych utrudnia prowadzenie spójnej polityki odnoszącej się do  infrastruktury transportowej kraju oraz kształtowanie zrównoważonej struktury gałęziowej przewozów stosownie do wytycznych wspólnej polityki transportowej UE. Ważnym elementem determinującym rozwój tej gałęzi transportu jest wprowadzenie takich zasad zrównoważonego rozwoju, które pozwoliłyby na  rozwój śródlądowych dróg wodnych. Dotychczas bowiem często słuszna idea ochrony przyrody, nie zawsze właściwie realizowana, była w  konsekwencji barierą zrównoważonego rozwoju transportu. Niezbędne więc będą wszechstronne zmiany,

Bibliografia 1. Hofman L., Rydzkowski W., Ekonomika transportu wodnego śródlądowego, Warszawa 1987. 2. Just add water, Inland Navigation Europe, Brussels 2009. 3. Materiały Zarządu Portów Szczecin Świnoujście, 2011. 4. Platina, Inventory of available knowledge on strategic Island waterway Project (PLATINA is funded by the under the 7th Framework Programme for RTD), Design by Faydherbe/De Vringer PLATINA streamlined maps by Rijnen Design, www. naiades.info, February 2011. 5. Rozporządzenie Rady Ministrów z 7 maja 2002 roku w sprawie klasyfikacji śródlądowych dróg wodnych, Dz.U. 2002, nr 77, poz. 695. 6. Ten key transport and environment issues for policy markers. European Environment Agency, Copenhagen 2004. 7. White Paper, European transport policy for 2010: time to decide, Luxemburg 2001. 8. White Paper 2011, Roadmap to a Single European Transport Area – Towards a competitive and resource efficient transport system, European Commission, COM(2011) 144 final, Brussels, 28.3.2011. 9. Wojewódzka-Król K., Rolbiecki R., Gus-Puszczewicz A., Analiza popytu na  przewozy ładunków i  pasażerów drogą wodną E70, Urząd Marszałkowski, Gdańsk 2011.

Krystyna Wojewódzka-Król

prof. zw. dr hab. Uniwersytet Gdański e-mail: krystyna@panda.bg.univ.pl Pracownik Katedry Polityki Transportowej na Wydziale Ekonomicznym Uniwersytetu Gdańskiego. Zainteresowania naukowe: infrastruktura transportu, polityka transportowa, transport wodny śródlądowy.

Ryszard Rolbiecki

prof. UG. dr hab. Uniwersytet Gdański e-mail: rychur@panda.bg.univ.gda.pl Pracownik Katedry Polityki Transportowej na Wydziale Ekonomicznym Uniwersytetu Gdańskiego. Zainteresowania naukowe koncentrują się na problematyce transportu wodnego śródlądowego, rozwoju infrastruktury transportu oraz szeroko rozumianej tematyce analizy ekonomicznej przedsiębiorstw transportowych.

12 Por.:

K. Wojewódzka-Król, R. Rolbiecki, A. Gus-Puszczewicz, op. cit.

117


M. Sztobryn et al. | Acta Energetica 2/15 (2013) | 118–124

Floods and droughts on the lower Vistula Authors Marzenna Sztobryn Marianna Sasim Beata Kowalska

Keywords lower Vistula, floods, droughts, water levels

Abstract The study analyses floods and droughts on the lower Vistula based on the data (water levels and flow rates) recorded in stations of the Institute of Meteorology and Water Management – National Research Institute (IMGW-PIB) in Warsaw, Kępa Polska, Toruń and Tczew. It also includes the causes of flooding and drought in the lower Vistula with the hydrological characteristics from the years 1951–2010. The variability in maximum and minimum annual and monthly flow rates has been analysed for the aforementioned period as well. In addition, the authors have analysed changes in the shape of the flood wave after passing through the reservoir and cascade in Włocławek based on the hydrograph of May and June 2010. It has been found that the flood wave is flattened and extended. This phenomenon is favourable from the point of view of flood actions.

DOI: 10.12736/issn.2300-3022.2013209

Introduction Three characteristic parts can be distinguished on the lower Vistula (dolna Wisła): above the reservoir in Włocławek (represented by the stations in Warsaw and Płock/Kępa Polska), below the reservoir in Włocławek (Toruń and Tczew) and below Tczew, parts under strong influence of the sea (Świbno). The Vistula (Wisła) below Tczew consists of the river section and an artificial canal called the Vistula (Wisła) Cutting (Przekop Wisły) (below Przegalina). The main risks at the Vistula (Wisła) Cutting are jam and storm floods. Flood waves created in the upper sections of the river result in an increase in water levels; however, a real risk can arise only in the event of coinciding flood wave and freshet caused by storm or ice jamming. Although droughts, the hydrological low-water periods caused by meteorological phenomena in the basin of the Lower and middle Vistula (środkowa Wisła), also reduce water levels in the mouth section of the river, they do not pose as high a risk as floods. The hydrological characteristics of the river between Warsaw and Tczew show similarities between respective sections; a change in the shape of the flood wave can be observed only when the flood wave passes through the reservoir and cascade in Włocławek.

Data characteristics Long-term observations (flow rates and water levels) from IMGW-PIB water gauge stations (1951–2010) are used in the study. Observations and measurements – despite changes in observation techniques and their frequency – are characterised by uniformity and valid ISO certification. However, in such 118

a long period changes were inevitable, forced by natural phenomena, e.g. destruction of a  water gauge during flooding, and by external factors, e.g. hydraulic engineering reconstruction or development of towns and cities. Those apply mainly to the water gauges in Warsaw (and an additional gauge in Warsaw Nadwilanówka) and in Płock (transferred to Kępa Polska). Parallel measurements were carried out in the stations for a period of at least 2 years, for the sake of uniformity of measurement series or any comparisons. Tab. 1 shows the basic hydrological characteristics for the water levels recorded in the analysed stations, as well as the information on zero elevations of water gauges and the heights of alarm and warning levels. In addition, the study includes the maximum levels recorded in the analysed stations during the flood of 2010. The levels reached at the stations in Warsaw Nadwilanówka and Kępa Polska during the flood of 2010 were the highest ever recorded (referred to as the absolute maximum), and the water level recorded at the station in Warsaw in 2010 was lower than the level in 1960 by only 7 cm. In Toruń and Tczew those were the highest levels observed in the twentieth century (absolute maximums recorded at those stations come from the nineteenth century, thus before the Vistula (Wisła) Cutting was made). The absolute maximums of the twentieth century, or even the alarm levels, were not exceeded only in Świbno – because of the influence of the sea. A description of the influence of the sea on the flow of flood wave is included in a separate publication [4]. In the following part, the paper analyses the maximum and minimum annual and monthly flow rates for three periods:


M. Sztobryn et al. | Acta Energetica 2/15 (2013) | 118–124

Station

km of the river Zero elevation course [Kr]

Alarm level

Warning level

Absolute maximum

Absolute maximum date

Water level observed during the flood of 2010

Date of maximum during the flood of 2010

Absolute Absolute minimum minimum date

Gdańsk Świbno

938.7

–5.083

680

600

767

16/03/1956

615

11/06/2010

413

10/02/1897

Tczew

907.9

–0.559

820

700

1 210

20/03/1816

1 040

25/05/2010

166

16/06/1930

Toruń

734.7

31.96

650

530

979

1/03/1871

848

23/05/2010

110

1/12/1892

740

23/05/2010

134

1/09/1992

Kępa Polska/Płock

606.5

57.25

450

420

670

18–19/03/1979/ 10/01/1982

Warsaw

513.3

76.08

650

600

787

31/06/1960

780

22/05/2010

68

3/09/1992

Warsaw Nadwilanówka

504.1

76.68

800

750

917

23/06/1970

947

22/05/2010

168

5/08/2007

Tab. 1. Basic hydrological characteristics of the analysed stations

before construction of the cascade in Włocławek (1951–1967), after the construction of the cascade (1968–2010) and for the whole period examined (1951–2010).

Flood risk in the Vistula basin The cause of flood risk in the Vistula (Wisła) basin may be heavy rainfalls, melting snow cover, sludge and ice jamming, storm flooding in the mouth section of the Vistula (Wisła). Freshet rarely covers the entire river basin. On the other hand, there have often been freshets covering large areas of the basin – a few to several thousand square kilometres. It should be noted that flood risk in the Middle and lower Vistula (dolna Wisła) can be caused not only by phenomena occurring in the middle and lower part of the basin [2]. Floods occurring in the upper Vistula (górna Wisła) basin, caused by intense rainfall in Southern and South-Eastern Poland, may also be dangerous. Waves formed in the mountain tributaries, then in the upper Vistula (górna Wisła) when moving down, cause a risk over the entire length of the Vistula (Wisła), up to its estuary on the Baltic Sea. General characteristics of risks • the upper Vistula (górna Wisła) basin Water in the upper Vistula (górna Wisła) poses the highest risk during freshets caused by precipitation. Freshets caused by thaw occur rarely, mainly due to  specific meteorological conditions prevailing in the mountains and in the foothills in the late winter and spring. Water from snow melting freezes at night because of positive air temperatures in the daytime and negative temperatures at night. The 0 isotherm is gradually reaching higher and higher parts of mountain basins, so the area of snow melt is increasing, thus extending the duration of flow of meltwater. The entire snow melt process is slow and gradual. Rainfalls in the southern part of Poland are usually associated with depressions in Southern Europe, fed by air flowing from over the Adriatic or the Black Sea region. It is characteristic that the precipitations causing the highest flood waves in the region are usually the second or third precipitation series. They are preceded by less intense precipitation, usually associated with a cool front and polar maritime air. Particularly high precipitation occurs in the foothills, in the upper Vistula (górna Wisła) basin, which is associated with the orographic effect caused by the Carpathians.

The vast majority of rivers in South-Eastern Poland have their sources in the mountains (the Carpathians and the Świętokrzyskie Mountains). Those are the rivers of mountain or foothill regime, characterised by a  strong current, numerous shoals over the entire width of the river, gorges and relatively shallow depths. River gradients are significant and the flow is dynamic, at high rates. A vary rapid increase in water level can be observed during freshets. The duration of flood waves is short, from several to a dozen or so hours, and depends on the duration of precipitation. High dynamics of flood flows results in considerable damage caused by rivers. • the middle Vistula (środkowa Wisła) basin Freshets caused by both precipitation and thaw may occur in the middle Vistula (środkowa Wisła) basin. Intense rainfall in the upland areas may be associated with depressions coming from above the Atlantic and accompanying fronts or depressions from over South-Eastern Europe, saturated with moisture from the Mediterranean or the Black Sea. They reach as far as Eastern Poland, Belarus and Western Ukraine. In addition, the upland character of the ground is conducive to convective movements, thus leading to intense rainfalls. The rivers with sources at, or flowing through the KrakowskoCzęstochowska Upland, Kielecko-Sandomierska Upland and Lublin Upland are rivers of foothill regime, i.e. the water level and river valley are characterised by substantial gradient, high flow rate and low depth. The time from the occurrence of precipitation to  formation of a flood wave is not very long, approx. several dozen hours. Waves of freshet caused by precipitation are dynamic, with significant increases in their level. Snow cover in the uplands of Eastern Poland lasts for a  long period and is usually characterised by considerable thickness. It disappears quite quickly and often suddenly during the thaw, which is affected by inflow of warm air masses and rainfalls, even if they are not very intense. At these times, the rivers in the region are fed with a  large amount of water, and their nature is favourable to sudden freshets. • the lower Vistula (dolna Wisła) basin The lowland strip in Northern Poland is mainly at risk of flooding caused by thaw or thaw and precipitation. Large floods caused by precipitation, which would cover the whole region, are very rare. However, there are many local floods caused by torrential rains. 119


M. Sztobryn et al. | Acta Energetica 2/15 (2013) | 118–124

Usually, more snow lingers in the area of the lower Vistula (dolna Wisła) basin, where frosts are also stronger. During the thaw period, with an inflow of warm air from the south and even the occurrence of low precipitation, snow melts very intensively, and meltwater feeds the rivers. A  particularly dangerous situation may occur in the lower sections of the Vistula (Wisła) and the Bug, where the water flowing from the upper part of the basin often encounters obstacles in the form of ice jamming (heat advection over the southern parts of the basin accelerates melting, while there may still be negative temperatures in the northern areas). As a result, the water level increases and bursts the banks. Precipitation in the lower Vistula (dolna Wisła) basin is generally associated with a developing depression over the Atlantic Ocean and the movement of its fronts to the eastern part of Europe. This results in frontal precipitation of various durations. Large floods caused by precipitation are very rare. Smaller floods occur within one or a  few adjacent basins, but also not often. Local floods caused by torrential rains are much more frequent. The strip from the area of Toruń to the eastern border is particularly vulnerable to such floods. The rivers of the lower Vistula (dolna Wisła) basin are characterised by a lowland regime. They are generally characterised by very low gradients; they flow slowly in wide, well-developed valleys, and wash out banks to a small extent. They are fed with plenty of water in the spring, when the snow is melting. Freshets in lowland rivers may last for a long period, while freshets caused by precipitation, melting or melting and precipitation last for several days and weeks, respectively. Ice phenomena and their impact on water levels Various forms of ice appear in rivers in the winter, when there are significant drops in air temperature – initially sludge and stranded ice, then permanent ice cover. The time of freezing of rivers and the duration of ice phenomena depend on the geographical location of the basin and the winter’s character. However, rivers in the south-eastern (mountain tributaries of the Vistula (Wisła)), north-western and western parts of Poland usually freeze early, in November and December. Ice phenomena last approx. 90 days and 40 days a year on average in the lower Vistula (dolna Wisła) basin and the middle Vistula (środkowa Wisła) basin, respectively. Ice phenomena disappear usually in March, but may be prolonged to April in the north-east. Formation of ice phenomena is generally accompanied by increases in water level; there are also local sludge jams. Freshets and local increases occur also in the periods of formation of ice cover, often above the warning and alarm levels. Disappearance of ice phenomena, mainly stranded ice and ice cover, results in the forming of an ice floe, which is often stopped on obstacles when flowing along the river banks and causes increases in water level. There are local ice jams and accompanying fluctuations and increases in water level. Analysis of maximum annual flow rates The primary parameter characterising the hydrological river regime is its flow rate. The greatest flood risk occurring in one year is represented by the value of the maximum annual flow rate. 120

Fig. 1. Maximum annual flow rates at the following stations: Warsaw, Kępa Polska/Płock, Toruń, Tczew (1951–2010)

Fig. 1 shows the maximum annual flow rates at stations located above the reservoir in Włocławek: in Warsaw and Kępa Polska/ Płock, as well as below the reservoir, in Toruń and Tczew. In the years 1951–2010 the maximum annual water flow rates in Warsaw were in the range of 1080 m3/s in 1990 to 5940 m3/s in 2010. Flow rates in Kępa Polska varied from 1680 m3/s in 1990 to 6980 m3/s in 2010. In accordance with the above, it can be seen that in both stations the lowest values of annual maximums and absolute maximums occurred in 1990 and 2010, respectively. The maximum annual flow rates at stations in Toruń and Tczew, below the reservoir in Włocławek, were also correlated in time and were 6650 m3/s for Toruń in 2010 and 6490 m3/s for Tczew, also in 2010. The lowest maximum annual flow rates in Toruń and Tczew were recorded in 1984 and were 1500 m3/s and 1600 m3/s, respectively. The highest flow rate in the lower Vistula (dolna Wisła) was observed at the station in Kępa Polska – 6980 m3/s. Analysis of maximum monthly flow rates Another parameter which characterises flood in rivers is the values of maximum monthly flow rates. Fig. 2 shows the maximum monthly water flow rates at the four stations mentioned above in 1950–2010, divided into the years

Fig. 2. Maximum monthly flow rates at the following stations: Warsaw, Kępa Polska/Płock, Toruń, Tczew (1951–2010)


M. Sztobryn et al. | Acta Energetica 2/15 (2013) | 118–124

1951–1967 and 1968–2010. The analysed flow rates show a large variation in the 12-month period at each station. The maximum monthly flow rate between 1951 and 2010 occurred in May in Warsaw, and in June in other stations. The lowest maximum monthly flow rates were observed at the following stations: Warsaw, Toruń and Tczew in December, Kępa Polska in October.

observed in Toruń and Tczew were very high, but still lower than in 1962. Flood of 2010 Many years of experience of forecasters and hydrologists of IMGW-PIB indicate the impact of the cascade in Włocławek on flood wave hydrographs observed at stations located below the cascade. In order to check whether that claim is true, we have analyzed the changes in water levels at stations in Warsaw, Toruń and Tczew during the flood of 2010 (Fig. 5). The flood of 2010 was caused by heavy rainfall in the upper Vistula (górna Wisła) basin. A detailed description of the flood is included in the monograph [3].

Fig. 3. Maximum monthly flow rates at the following stations: Warsaw, Kępa Polska/Płock, Toruń, Tczew (1951–1967)

In most of the stations, the maximum monthly flow rates from 1951–1967 were observed in June, with the exception of Warsaw (July). The lowest of the maximum monthly flow rates at stations in Warsaw, Toruń and Tczew were reported in October, and in November at the station in Kępa Polska/Płock (Fig. 3).

Fig. 5. Changes in water levels recorded at IMGW-PIB stations located along the lower Vistula during the flood of 2010

First peak Station

Value

Second peak Time of occurrence

Station

Value

Time of occurrence

Warsaw

780

22/05/2010, 10.00 a.m.

Warsaw

743

8/06/2010, 11.00 p.m.

Kępa Polska

739

23/05/2010, 2.00 a.m.

Kępa Polska

660

10/06/2010, 12.00 a.m.

Toruń

848

23/05/2010, 6.00 p.m.

Toruń

790

10/06/2010, 1.00 p.m.

Tczew

1042

25/05/2010, 10.00 a.m.

Tczew

986

12/06/2010, 7.00 a.m.

Tab. 2. The values of peak flood waves with the time of occurrence in the lower Vistula during the flood of 2010 Fig. 4. Maximum monthly flow rates at the following stations: Warsaw, Kępa Polska/Płock, Toruń, Tczew (1968–2010)

From 1968–2010 the maximum monthly water levels at all stations occurred in May, while the lowest of the maximum monthly flow rates at stations in Warsaw, Toruń, Tczew, and Kępa Polska were observed in December (Fig. 4). Occurrence of the maximum annual flow rates in Warsaw and Kępa Polska coincides with the period of the disastrous flood in spring 2010. However, it should be noted that during this flood, the absolute maximums in Warsaw and Kępa Polska were clearly not accompanied by absolute maximums at the stations located below the reservoir in Włocławek. Flow rates

During the flood in May–June 2010, the absolute maximums of water levels in the 20th century were exceeded at stations in Warsaw Nadwilanówka, Kępa Polska, Toruń and Tczew (Tab. 1). Tab. 2 shows the values of peak flood waves with the time of occurrence. The durations of levels above the alarm level during the first peak were 72 hours in Warsaw, 249 hours in Toruń and 279 hours in Tczew. Those durations were much shorter in the case of the second peak: 96 hours in Warsaw, 180 hours in Toruń and 138 hours in Tczew. This comparison and the analysis of the peak wave (Fig. 5) indicate that, after passing through the reservoir and cascade in Włocławek, the value of absolute increase in water 121


M. Sztobryn et al. | Acta Energetica 2/15 (2013) | 118–124

levels is reduced, and the duration of water levels above the alarm levels is increased. The increase rate for water levels during the first peak was 7 cm/h in Warsaw (counting from 4 UTC on 20 May to the peak), while the fastest increase rate for levels (to 8 UTC on 21 May) exceeded 12 cm/h. In Toruń those values were 6 cm/h and 7.6 cm/h, respectively. The increase values recorded in Tczew were similar to those observed in Toruń: 5.5 cm/h and 8.4 cm/h. The increase rates for water levels before reaching the peak were calculated during the second peak; they were as follows: 3.3 cm/h in Warsaw, 2.3 cm/h in Toruń and 2.4 cm/h in Tczew. During both peaks the increase in water levels before reaching the peak was higher for the station located above Włocławek than for the stations situated below it. Values in Tczew, slightly higher in comparison with Toruń, are an effect of the distance to the sea. To sum up, based on the analysis of the flood of 2010 it can be concluded that the shape of flood waves below Włocławek differs from the shape of waves above, where the increase rate and the absolute increase value of water levels are higher. However, the period of risk, measured by the duration of water levels above the alarm levels is definitely longer in the stations located below the cascade. This means that the flood wave is flattened and extended while passing through the reservoir and cascade in Włocławek. This phenomenon is favourable from the point of view of flood actions.

Droughts from the hydrological point of view it is very important to analyse low levels of water, hydrological low-water periods, which are caused by atmospheric and soil drought due to  the absence or deficiency of precipitation in the basin. In Poland droughts occur usually where there is not enough precipitation during the growing season, and very warm and dry air flows in to the country. If the preceding period was characterised by deficiency of precipitation, we call this an atmospheric drought. The result of a long-lasting atmospheric drought is a soil and hydrological drought. During a  soil drought the top soil layer dries out and plants cease to grow or even wither away. The result of a hydrological drought is a hydrological low-water period. At this time, rivers are no longer fed with water from precipitation and the level of surface water is reduced, often below the level adopted as the minimum to  maintain riverine ecosystems. A  long duration of low water level and flow rate (below the adopted limit value, e.g. average low flow rate, SNQ) is called a hydrological low-water period. Two types of low-water periods are distinguished in Poland: summer low-water periods, often extending to the autumn period, then called summer and autumn low-water periods, and winter low-water periods. Summer low-water periods, preceded by atmospheric and soil drought, begin when the rivers are fed solely or almost solely by groundwater. Occurrence of winter low-water periods is associated with the appearance of ice phenomena on rivers and longer periods of a negative air temperature, when runoff is stopped, and the flow of groundwater is very limited. Duration of low-water is very diverse and ranges from 20 days (the period adopted as the minimum in the definition) to  200 122

days, which is rather rare. Low-water levels of 3–4 months have occurred many times. Low-water levels typically appear in the summer period (June–July), sometimes extending to the autumn (September– October). Early winter and winter low-water levels are primarily typical for mountain rivers. However, there are some exceptions, e.g. a long-term winter low-water period in 1954, which covered almost the entire country, did not affect the mountain tributaries of the Vistula (Wisła) and some mountain tributaries of the Oder. The end of a  summer low-water period is associated with substantial precipitation. Precipitation at medium level or slightly exceeding the norm causes a short-term increase of water level in the rivers, but they do not restore the water resources in the basin. Only large and long-term precipitation, particularly in the autumn and winter period, can compensate for water shortages. The end of winter low-water period is usually rapid, as a result of an increase in the air temperature and runoff of meltwater. General characteristics of the most serious droughts Recently, the first half of the 1990s and the years 2003 and 2006 were very dry. The drought of 1992 was in particular severe, disastrous in many areas. It was characterised by many weeks of heat, shortage of precipitation, dried up soil (reduced yields, no feed, resulting in increase in food prices), an increase in the number of fires (tens of thousands of hectares of forest were burnt). The hydrological effects of the drought of 1992 were extremely low flow rate and water level in rivers (at many stations the water level fell below the previously observed values), a very low level of groundwater (in the south the level of groundwater dropped by 100 and more centimetres below the average), insufficient amount of water in farm wells. There was a real risk of complete emptying of the Sulejów Reservoir in Pilica, which supplies water to Lódź and Tomaszów Mazowiecki. Analysis of minimum annual flow rates The paper analyses the variability in the minimum annual flow rates at stations located above the reservoir in Włocławek: in Warsaw and Kępa Polska/Płock and below the reservoir, in Toruń and Tczew (Fig. 6). In the examined period (1951–2010) the minimum annual water flow rates in Warsaw were in the range of 108 m3/s in 1960 to 333 m3/s in 1981. Minimum annual flow rates in Kępa Polska

Fig. 6. Minimum annual flow rates at the following stations: Warsaw, Kępa Polska/Płock, Toruń, Tczew (1951–2010)


M. Sztobryn et al. | Acta Energetica 2/15 (2013) | 118–124

varied from 162 m3/s in 1962 to 552 m3/s in 1981. It should be noted that in both stations the maximum values of the annual minimums occurred in the same year – 1981. The minimum annual flow rates at stations in Toruń and Tczew, below the reservoir in Włocławek, were from 218 m3/s in 1992 to 662 m3/s in 1981 for Toruń, and from 264 m3/s in 1960 to 754 m3/s in 1981 for Tczew. In the section of the Vistula (Wisła) under discussion, the lowest flow rate was observed at the station in Warsaw; it was equal to 108 m3/s (1960). 1981 was characterised by the occurrence of the highest of the minimum annual flow rates at all four stations. The occurrence of the minimum annual flow rates in Kępa Polska in 1962 and in Toruń in 1992 emphasizes the reduction of water resources during the drought observed in those years. Analysis of minimum monthly flow rates The minimum monthly rates show a  large variation in the 12-month period at each station. Fig. 7 shows the minimum monthly water flow rates at the four above-mentioned stations in 1950–2010, divided into the years 1951–1967 and 1968–2010. In 1951–2010 the absolute minimum flow rates at 3 examined stations were recorded in December, and were as follows: 108 m3/s for Warsaw, 162 m3/s for Kępa Polska and 264 m3/s for Tczew. The absolute monthly minimum of 218 m3/s in Toruń was recorded in September. The following highest values in those sets were recorded: 260 m3/s for Warsaw in May, 420 m3/s for Kępa Polska, also in May, 464 m3/s for Toruń in April and 504 m3/s for Tczew in May.

Fig. 8. Minimum monthly flow rates at the following stations: Warsaw, Kępa Polska/Płock, Toruń, Tczew (1951–1967)

Fig. 9. Minimum monthly flow rates at the following stations: Warsaw, Kępa Polska/Płock, Toruń, Tczew (1968–2010)

flow rate of 147 m3/s in Warsaw was recorded in January. The highest of the minimum monthly flow rates occurred in May (Warsaw and Kępa Polska), in April (Toruń) and in January (Tczew). Those flow rates were as follows: 271 m3/s in Warsaw, 420 m3/s in Kępa Polska, 464 m3/s in Toruń and 566 m3/s in Tczew.

Summary

Fig. 7. Minimum monthly flow rates at the following stations: Warsaw, Kępa Polska/Płock, Toruń, Tczew (1951–2010)

Fig. 8 shows the minimum monthly flow rates at the following stations: Warsaw, Kępa Polska/Płock, Toruń, Tczew (1951–1967). At all the examined stations the minimum flow rates occurred in December, and were as follows: 108 m3/s in Warsaw, 162 m3/s in Kępa Polska, 234 m3/s in Toruń and 264 m3/s in Tczew. The highest of the minimum annual flow rates occurred in April, and were as follows: 314 m3/s in Warsaw, 638 m3/s in Kępa Polska, 709 m3/s in Toruń and 720 m3/s in Tczew. Fig. 9 shows the minimum monthly flow rates at the following stations: Warsaw, Kępa Polska/Płock, Toruń, Tczew (1968–2010). At two stations the minimum monthly flow rates occurred in September and were as follows: 238 m3/s in Kępa Polska, 218  m3/s in Toruń, 266 m3/s in Tczew. The minimum monthly

In this work we have shown the causes of floods and droughts on the lower Vistula (dolna Wisła). We have analysed variation in the maximum and minimum monthly and annual flow rates in the years 1951–2010. The occurrence of the maximum annual flow rates in Warsaw and Kępa Polska coincides with the period of the disastrous flood of spring 2010. In this flood, the absolute maximums in Warsaw and Kępa Polska were not accompanied by absolute maximums at the stations located below the reservoir in Włocławek. Flow rates observed in Toruń and Tczew were very high, but still lower than in 1962 (before construction of the cascade in Włocławek). Comparison of hydrographs observed in May and June 2010 at stations in Warsaw, Toruń and Tczew shows the impact of the reservoir in Włocłwek on the flood wave shape. The shape of the flood wave below Włocławek differs from the wave shape above the cascade, where the increase rate and the absolute increase value of water levels are higher. However, the period of risk, measured by the duration of water levels above the alarm levels is definitely longer in the stations located below the cascade. The flood wave is flattened and extended while passing through the reservoir and cascade 123


M. Sztobryn et al. | Acta Energetica 2/15 (2013) | 118–124

in Włocławek. This phenomenon is favourable from the point of view of flood actions. A  typical season for the appearance of low-water levels is the summer period (June–July), sometimes extended to the autumn (September–October). The duration of low-water is very diverse and ranges from 20 days (the period adopted as the minimum in the definition) to  200 days, which is rather rare. Low-water levels of 3–4 months have occurred many times. Analysis of the frequency of occurrence of the minimum annual flow rates shows that most flow rates in Warsaw are in the range of 200–300 m 3/s (46.67%), while at the stations in Kępa Polska, Toruń and Tczew the minimum annual flow rates are usually in the range of 300–400 m 3/s: 50%, 45% and 38.3%, respectively.

floods in the Middle and lower Vistula basin] [in:] Dorzecze Wisły – monografia powodzi maj–czerwiec 2010 [Vistula basin – monograph of the flood in May – June 2010], ed. M. Maciejewski, M. Ostojski, T. Walczykiewicz, Warsaw 2011. 3. Sztobryn M., Krzysztofik K., Sytuacja hydrologiczno-meteorologiczna w ujściowym odcinku Wisły [Hydrological and meteorological situation in the mouth section of the Vistula] [in:] Dorzecze Wisły – monografia powodzi maj–czerwiec 2010 [Vistula basin – monograph of the flood in May–June 2010], ed. M. Maciejewski, M. Ostojski, T. Walczykiewicz, Warsaw 2011. 4. Sztobryn M. i in., Wpływ morza na odpływ wielkich wód Wisły w czerwcu 2010 roku, Powódź 2010 – Forum NT [Influence of the sea on the outflow of high waters of the Vistula in June 2010, Flood of 2010, Forum NT], Warsaw 2010, pp. 35–50

REFERENCES

1. Reports of the National Hydrological – Meteorological Department (PSHM), reports of the Institute of Meteorology and Water Management – National Research Institute (IMGW-PIB). 2. Sasim M., Walijewski G., Sytuacja hydrologiczno-meteorologiczna i przebieg powodzi w zlewni środkowej i dolnej Wisły [Hydrological and meteorological situation and the course of the

Acknowledgements The authors want to  thank the Chief Executive of IMGW-PIB, Mieczysław Ostojski, PhD. Eng. for creating the conditions for inclusion in this valuable publication. In addition, we would like to thank the employees of the Hydrological Forecasts Office at IMGW-PIB in Gdynia, especially Alicja Kańska, M.Sc., and Magda Mielke, M.Sc., for technical assistance in the preparation of the study.

Marzenna Sztobryn Institute of Meteorology and Water Management – National Research Institute e-mail: Marzenna.Sztobryn@imgw.pl A graduate of the Faculty of Hydraulic Engineering at Gdańsk University of Technology. She is a Doctor of Technical Sciences at the Institute of Hydroengineering of the Polish Academy of Sciences. Senior forecaster and hydrologist, and a long-time head of the Hydrological Forecasts Office of the Maritime Branch in Gdynia, Institute of Meteorology and Water Management – National Research Institute. President of the Baltic Ice Department (since 2010). The head of many national and international projects, including framework programs of the European Union, SELF, ESEAS, THESEUS. Co-author of numerous reports and publications in the field of coastal hydrology, sea icing, and climate changes. Lecturer in the Gdynia Maritime school. She is a member of many associations, including the Association of Water and Drainage Engineers and Technicians, the Polish Geophysical Society, the Gdańsk Scientific Society and the American Meteorological Society.

Marianna Sasim Institute of Meteorology and Water Management – National Research Institute e-mail: Marianna.Sasim@imgw.pl She graduated from Warsaw University of Technology in the Faculty of Sanitary and Hydraulic Engineering, Department of Water Engineering (1968). She completed postgraduate studies in the field of water management at Warsaw University of Technology (1971). A long-time employee of the Institute of Meteorology and Water Management – National Research Institute in Warsaw (since 1967) – senior forecaster and hydrologist. Head of the Central Hydrological Forecasts Office in Warsaw (1999–2009). Head of the Operational Control Centre at the National Hydrological and Meteorological Department since 2009. Teacher in the School of Water Management in Dębno (1989–1991). Co-author of many publications and monographs on floods. Has participated in many projects and seminars in the field of hydrology. Author of cyclical articles to the journal Obserwator (1968–2005). Member of many associations, including the Association of Water and Drainage Engineers and Technicians, the Polish Geophysical Society, and the Polish Association of Hydrologists.

Beata Kowalska Institute of Meteorology and Water Management – National Research Institute e-mail: Beata.Kowalska@imgw.pl A graduate of the Faculty of Hydraulic Engineering at Gdańsk University of Technology. A long-time employee of the Hydrological Forecasts Office of the Maritime Branch in Gdynia, the Institute of Meteorology and Water Management – National Research Institute. Co-author of numerous reports and publications in the field of hydrology (especially changes in the average and maximum sea level and flood risks in coastal areas). Participant of international research projects in the field of climate changes, protection of coasts and risks of extreme hydrological phenomena, including framework programs of the European Union: SELF, ESEAS, THESEUS. She is responsible for hydrological calculations for Northern Poland in the framework of the project ISOK – Computerized Information System of Country Protection. Member of the Polish Geophysical Society.

124


M. Sztobryn et al. | Acta Energetica 2/15 (2013) | translation 118–124

This is a supporting translation of the original text published in this issue of “Acta Energetica” on pages 118–124. When referring to the article please refer to the original text. PL

Powodzie i susze na dolnej Wiśle Autorki

Marzenna Sztobryn Marianna Sasim Beata Kowalska

Słowa kluczowe

dolna Wisła, powodzie, susze, stany wody

Streszczenie

W pracy przeanalizowano powodzie i susze na dolnej Wiśle na podstawie danych (stany wody i przepływy) zanotowanych na stacjach IMGW-PIB Warszawa, Kępa Polska, Toruń i Tczew. Przedstawiono przyczyny powstawania powodzi i suszy na dolnej Wiśle, wraz z charakterystyką hydrologiczną z lat 1951–2010. Przeanalizowano również dla tego okresu zmienność maksymalnych i minimalnych przepływów rocznych i miesięcznych. Ponadto przeprowadzono badanie zmiany kształtu fali wezbraniowej po przejściu przez zbiornik i stopień we Włocławku, na podstawie hydrogramów z maja i czerwca 2010 roku. Stwierdzono, że fala wezbraniowa wypłaszcza się i wydłuża. Jest to zjawisko korzystne z punktu widzenia prowadzenia akcji przeciwpowodziowej.

Wprowadzenie Na dolnej Wiśle można wydzielić trzy charakterystyczne części: powyżej zbiornika we Włocławku (reprezentowane przez stacje Warszawa oraz Płock/Kępa Polska) poniżej zbiornika we  Włocławku (Toruń i  Tczew) oraz poniżej Tczewa, części pozostające pod silnym wpływem morza (Świbno). Wisła poniżej Tczewa składa się z  odcinka rzeki oraz sztucznego kanału zwanego Przekopem Wisły (poniżej Przegaliny). Na Przekopie Wisły głównymi zagrożeniami są powodzie zatorowe oraz sztormowe. Fale powodziowe, powstałe w górnych odcinkach rzeki, powodują wzrost poziomów wody, jednakże prawdziwe zagrożenie może powstać dopiero w  przypadku jednoczesnego nałożenia się fali powodziowej i wezbrania sztormowego bądź zatoru lodowego. Również zjawiska suszy i  tzw. niżówek hydrologicznych, powstałych na  skutek zjawisk meteorologicznych w  dorzeczu górnej i  środkowej Wisły, choć powodują obniżenie poziomów wody w ujściowym odcinku rzeki, nie powodują aż tak wielkiego zagrożenia jak powodzie. Charakterystyka hydrologiczna rzeki pomiędzy Warszawą a Tczewem wykazuje podobieństwa pomiędzy poszczególnymi przekrojami; jedynie podczas przechodzenia fali powodziowej przez zbiornik i  stopień we  Włocławku można zauważyć modyfikację kształtu fali powodziowej.

Charakterystyka danych W  pracy wykorzystano wieloletnie obserwacje (przepływy i stan wody), pochodzące ze  stacji wodowskazowych IMGW-PIB (1951–2010). Obserwacje i  pomiary – pomimo zmian w technice obserwacji, jak i częstości ich wykonywania – charakteryzują się jednorodnością oraz posiadaniem certyfikatu ISO. W  tak długim okresie zmiany były jednak nieuniknione, wymuszone przez zjawiska naturalne, np. zniszczenie wodowskazu podczas powodzi, jak i czynniki zewnętrzne, np. przebudowę hydrotechniczną czy rozwój miast. Dotyczyły one głównie wodowskazów w  Warszawie (dodatkowy Warszawa Nadwilanówka) oraz w Płocku (przeniesiony do Kępy Polskiej). W  celu zachowania jednorodności serii pomiarowej lub możliwości porównań na  stacjach tych były prowadzone równoległe pomiary przez okres minimum 2 lat. W tab. 1 przedstawiono podstawową charakterystykę hydrologiczną, dotyczącą stanów wody zanotowanych na  analizowanych stacjach wraz z informacją o rzędnych zer wodowskazów oraz wysokościami stanów alarmowych i  ostrzegawczych. Ponadto zamieszczono maksymalne stany zanotowane na  analizowanych stacjach podczas powodzi w 2010 roku. Na stacjach Warszawa Nadwilanówka i Kępa Polska stany osiągnięte podczas powodzi

Stan ostrzegawczy

Absolutne maksimum

Zagrożenie powodziowe w dorzeczu Wisły Przyczyną zagrożenia powodziowego w  dorzeczu Wisły mogą być intensywne opady deszczu, topniejąca pokrywa śnieżna, zatory śryżowe i  lodowe, piętrzenia sztormowe w ujściowym odcinku Wisły. Rzadko zdarza się sytuacja, aby wezbraniem objęte było całe dorzecze. Często występowały

Stan wody Data zaobsermaksimum wowany Absolutne w czasie podczas minimum powodzi powodzi w 2010 roku w 2010 roku

Data absolutnego mininimum

km biegu rzeki

Rzędna zera [Kr]

Gdańsk Świbno

938,7

–5,083

680

600

767

16.03.1956

615

11.06.2010

413

10.02.1897

Tczew

907,9

–0,559

820

700

1210

20.03.1816

1040

25.05.2010

166

16.06.1930

Toruń

734,7

31,96

650

530

979

1.03.1871

848

23.05.2010

110

1.12.1892

740

23.05.2010

134

1.09.1992

Stacja

Stan alarmowy

Data absolutnego maksimum

w 2010 roku były najwyższymi kiedykolwiek zanotowanymi (tzw. absolutne maksimum), a na stacji Warszawa stan wody zanotowany w 2010 roku był jedynie o 7 cm niższy niż z 1960 roku. Natomiast w Toruniu i Tczewie były to  najwyższe zaobserwowane stany w  XX wieku (absolutne maksima zanotowane na  tych stacjach pochodzą z  XIX wieku, a więc przed wykonaniem Przekopu Wisły). Jedynie w  Świbnie – ze  względu na wpływ morza – nie tylko nie zostały przekroczone absolutne maksima z XX wieku, ale nawet stan alarmowy. Opis wpływu morza na odpływ fali powodziowej znajduje się w oddzielnej publikacji [4]. W  dalszej części pracy przeanalizowano maksymalne i minimalne przepływy roczne oraz miesięczne dla trzech okresów: przed zbudowaniem stopnia we  Włocławku (1951–1967), po zbudowaniu (1968–2010) oraz dla całego rozpatrywanego okresu (1951–2010).

Kępa Polska/Płock

606,5

57,25

450

420

670

18–19.03.1979, 10.01.1982

Warszawa

513,3

76,08

650

600

787

31.06.1960

780

22.05.2010

68

3.09.1992

Warszawa Nadwilanówka

504,1

76,68

800

750

917

23.06.1970

947

22.05.2010

168

5.08.2007

Tab. 1. Podstawowa charakterystyka hydrologiczna analizowanych stacji

125


M. Sztobryn et al. | Acta Energetica 2/15 (2013) | translation 118–124

natomiast wezbrania obejmujące znaczne obszary dorzecza, rzędu kilku, a nawet kilkunastu tysięcy kilometrów kwadratowych. Należy zauważyć, że zagrożenie powodziowe na środkowej i dolnej Wiśle może być powodowane nie tylko przez zjawiska zachodzące w  środkowej i  dolnej części dorzecza [2]. Groźne mogą być również powodzie występujące w dorzeczu górnej Wisły, wywołane intensywnymi opadami w  południowej i południowo-wschodniej Polsce. Fale uformowane na górskich dopływach, a następnie na górnej Wiśle, przemieszczając się w dół, powodują zagrożenie na  całej długości Wisły, aż do jej ujścia do Bałtyku. Ogólna charakter ystyka zagrożeń Dorzecze górnej Wisły Rzeki dorzecza górnej Wisły stwarzają największe zagrożenie podczas wezbrań opadowych. Wezbrania roztopowe występują tu rzadko, głównie za sprawą szczególnych warunków meteorologicznych, panujących w górach i na pogórzu na przełomie zimy i wiosny. Dodatnia temperatura powietrza w  dzień i  ujemna w  nocy sprawiają, że woda z topniejącej w ciągu dnia pokrywy śnieżnej zamarza nocą. Izoterma „0” obejmuje stopniowo coraz to  wyższe partie zlewni górskich, przez co obszar topnienia pokrywy śnieżnej powiększa się, wydłuża się również czas spływu wód roztopowych. Cały proces topnienia śniegu jest powolny i stopniowy. Opady deszczu na  południu Polski są najczęściej związane z niżami południowoeuropejskimi, zasilanymi masami powietrza napływającymi znad Adriatyku lub rejonu Morza Czarnego. Charakterystyczne jest to, że  opady, które powodują największe fale powodziowe w tym rejonie, są zwykle drugim lub trzecim epizodem opadowym. Poprzedzone są one opadami o mniejszym natężeniu, związanymi zazwyczaj z frontem chłodnym i powietrzem polarno-morskim. Na przedgórzu, w  dorzeczu górnej Wisły, występują opady wyjątkowo wysokie, co jest związane z tzw. efektem orograficznym powodowanym przez Karpaty. Rzeki południowo-wschodniej Polski mają swoje źródła w  przeważającej większości w  górach (w  Karpatach, w  Górach Świętokrzyskich). Są to  rzeki o  reżimie górskim i  podgórskim, charakteryzujące się bystrym nurtem, licznymi płyciznami na  całej szerokości rzeki i  przełomami oraz stosunkowo małymi głębokościami. Spadki są znaczne, a przepływ dynamiczny, z  dużymi prędkościami. Podczas wezbrań następuje bardzo gwałtowny przybór wody. Czas trwania fal wezbraniowych jest krótki, rzędu kilku lub kilkunastu godzin, i  jest zależny od  czasu trwania opadów. Duża dynamika przepływów wezbraniowych jest przyczyną znacznych zniszczeń powodowanych przez rzeki. Dorzecze środkowej Wisły W dorzeczu środkowej Wisły mogą występować wezbrania zarówno opadowe, jak i  roztopowe. Intensywne opady w  rejonie wyżyn mogą być związane z wędrującymi znad Atlantyku niżami i towarzyszącymi im frontami atmosferycznymi bądź z  niżami znad południowo-wschodniej Europy, nasyconymi wilgocią śródziemnomorską lub czarnomorską. Sięgają one nad obszar wschodniej Polski, Białorusi i  zachodniej Ukrainy. Dodatkowo wyżynny charakter podłoża sprzyja ruchom konwekcyjnym,

126

co w  efekcie prowadzi do  intensywnych opadów deszczu. Rzeki mające swe źródła lub przepływające przez wyżyny: Krakowsko-Częstochowską, Kielecko-Sandomierską i  Lubelską są rzekami o  reżimie podgórskim, tzn. zwierciadło wody i  dolina rzeki mają znaczne spadki, dużą prędkość przepływu i niewielkie głębokości. Czas od wystąpienia opadu do utworzenia się fali wezbraniowej nie jest zbyt długi, rzędu kilkudziesięciu godzin. Fale wezbrań opadowych są dynamiczne, ze znacznymi wzrostami stanu. Na wyżynach wschodniej Polski pokrywa śnieżna utrzymuje się długo i  ma zwykle znaczną grubość. Podczas roztopów zanika dość szybko i często gwałtownie, do czego przyczynia się napływ ciepłych mas powietrza i opady deszczu, nawet niezbyt intensywne. Zasilanie rzek tego regionu jest wówczas znaczne, a charakter rzek sprzyja gwałtowności wezbrań. Dorzecze dolnej Wisły Pas nizin północnej Polski zagrożony jest głównie powodziami roztopowymi i  roztopowo-opadowymi. Duże powodzie opadowe, obejmujące cały region, zdarzają się bardzo rzadko. Występują natomiast lokalne powodzie opadowe z intensywnych opadów nawalnych. Na obszarze dorzecza dolnej Wisły zwykle zalega więcej śniegu, silniejsze też są mrozy. W  okresie roztopowym, przy napływie ciepłego powietrza z  południa i  występowaniu nawet niewielkich opadów, śnieg topi się intensywnie, a  woda roztopowa zasila rzeki. Szczególnie niebezpieczna sytuacja może wystąpić w dolnych odcinkach Wisły i  Bugu, gdzie woda spływająca z  górnej części zlewni często napotyka na przeszkody w  postaci zatorów lodowych (adwekcja ciepła nad południowe części zlewni przyspiesza topnienie, podczas gdy w partiach północnych nadal mogą się utrzymywać temperatury ujemne). W efekcie następuje spiętrzenie i wystąpienie wody z brzegów. Opady na obszarze dorzecza dolnej Wisły związane są przeważnie z  rozwojem niżu nad Atlantykiem i  przemieszczaniem się jego frontów na wschód Europy. Występują wówczas opady frontalne, o zróżnicowanym czasie trwania. Duże powodzie opadowe są bardzo rzadkie. Mniejsze, w skali jednej lub sąsiadujących ze  sobą zlewni, występują, lecz również niezbyt często. Zdecydowanie większą częstotliwość mają powodzie lokalne, wywołane opadami nawalnymi. Szczególnie zagrożony jest pas ciągnący się od  okolic Torunia do granicy wschodniej kraju. Rzeki dorzecza dolnej Wisły charakteryzują się reżimem nizinnym. Mają na ogół bardzo małe spadki, płyną wolno w szeroko, dobrze wykształconych dolinach, w małym stopniu rozmywają brzegi. Zasilane są obficie wodą na  wiosnę, podczas roztopów. Wezbrania na  rzekach nizinnych mogą trwać przez dłuższy czas, podczas gdy wezbrania opadowe kilka dni, a roztopowe lub roztopowo-opadowe przez kilka tygodni. Zjawiska lodowe i ich wpływ na przebieg stanów wody W okresie zimowym, gdy następują znaczne spadki temperatury powietrza, w  rzekach pojawiają się różne formy lodu, początkowo śryż i  lód brzegowy, następnie stała pokrywa lodowa. Terminy zamarzania rzek

oraz czas utrzymywania się zjawisk lodowych zależą od  położenia geograficznego zlewni i charakteru zimy. Przeciętnie jednak najwcześniej, już w  listopadzie i  grudniu, zamarzają rzeki na południowym wschodzie (górskie dopływy Wisły), na  północnym wschodzie i wschodzie Polski. W dorzeczu dolnej Wisły zjawiska lodowe utrzymują się ok. 90 dni, a w dorzeczu środkowej Wisły przeciętnie 40 dni w roku. Zjawiska zanikają zwykle w marcu, a na północnym wschodzie mogą przeciągnąć się do kwietnia. Powstawaniu zjawisk lodowych towarzyszą na  ogół wzrosty stanu wody, a  lokalnie tworzą się zatory śryżowe. Również w okresach powstawania pokrywy lodowej następuje piętrzenie wody i  lokalne wzrosty, często powyżej stanów ostrzegawczych i alarmowych. W  okresie zanikania zjawisk lodowych, głównie lodu brzegowego i ciągłej pokrywy lodowej, tworzy się kra, która spływając z biegiem rzek często zatrzymuje się na przeszkodach i  powoduje piętrzenie wody. Występują lokalne zatory lodowe oraz towarzyszące im wahania i wzrosty stanu wody. Analiza rocznych przepływów maksymalnych Podstawowym parametrem charakteryzującym reżim hydrologiczny rzeki jest wartość przepływu. Największe zagrożenie powodziowe, jakie wystąpiło podczas pojedynczego roku, jest reprezentowane przez wartość maksymalnego rocznego przepływu. Na rys. 1 przedstawiono przebiegi maksymalnych rocznych przepływów na  stacjach usytuowanych powyżej zbiornika we Włocławku: w Warszawie i Kępie Polskiej/Płocku oraz poniżej zbiornika, w Toruniu i Tczewie. W latach 1951–2010 maksymalne roczne przepływy wody w Warszawie utrzymywały się w przedziale od  1080 m3/s w  1990 roku, do  5940 m3/s w 2010 roku. Przepływy na stacji Kępa Polska były zróżnicowane: od  1680 m3/s w  1990 roku do  6980 m3/s w  2010 roku. Zgodnie z powyższym można zauważyć, że na obu stacjach najniższe wartości z  maksimów rocznych oraz absolutne maksima wystąpiły odpowiednio w 1990 oraz 2010 roku. Natomiast maksymalne roczne przepływy na  stacjach w  Toruniu i  Tczewie, poniżej zbiornika we  Włocławku, również były skorelowane w  czasie i  wynosiły odpowiednio dla Torunia 6650 m3/s w 2010 roku, a dla Tczewa 6490 m3/s również w 2010 roku. Najniższy z maksymalnych rocznych przepływów w Toruniu zanotowano w 1984 roku i wyniósł 1500 m3/s, natomiast w Tczewie 1600 m3/s, również w 1984 roku. Najwyższy przepływ na dolnej Wiśle zaobserwowano na stacji Kępa Polska jako równy 6980 m3/s. Analiza miesięcznych przepływów maksymalnych Kolejnym parametrem charakteryzującym powodziowość rzeki są wartości maksymalnych miesięcznych przepływów. Na rys. 2 przedstawiono rozkłady maksymalnych miesięcznych przepływów wody na czterech ww. stacjach w latach 1950–2010 oraz z  podziałem na  lata 1951–1967 oraz 1968–2010. Na każdej stacji analizowane przepływy wykazują duże zróżnicowanie w cyklu 12-miesięcznym.


M. Sztobryn et al. | Acta Energetica 2/15 (2013) | translation 118–124

Rys. 1. Maksymalne roczne przepływy na stacjach: Warszawa, Kępa Polska/Płock, Toruń, Tczew (1951–2010)

Rys. 2. Maksymalne miesięczne przepływy na stacjach: Warszawa, Kępa Polska/Płock, Toruń, Tczew (1951–2010)

Rys. 3. Maksymalne miesięczne przepływy na stacjach: Warszawa, Kępa Polska/Płock, Toruń, Tczew (1951–1967)

Pierwsza kulminacja Stacja

Wartość

Czas wystąpienia

Druga kulminacja Stacja

Wartość

Czas wystąpienia

Warszawa

780

22.05.2010, godz. 10.00

Warszawa

743

8.06.2010, godz. 23.00

Kępa Polska

739

23.05.2010, godz. 2.00

Kępa Polska

660

10.06.2010, godz. 0.00

Toruń

848

23.05.2010, godz. 18.00

Toruń

790

10.06.2010, godz. 13.00

Tczew

1042

25.05.2010, godz. 10.00

Tczew

986

12.06.2010, godz. 7.00

Tab. 2 . Wartości kulminacji fali powodziowej wraz z godziną wystąpienia na dolnej Wiśle podczas powodzi w 2010 roku

W Warszawie maksymalny roczny przepływ w okresie 1951–2010 wystąpił w maju, natomiast na  pozostałych stacjach w  czerwcu. Przepływy najmniejsze z  maksymalnych miesięcznych zaobserwowano na posterunkach: Warszawa, Toruń i Tczew w grudniu, natomiast w Kępie Polskiej w październiku. W  latach 1951–1967 na  większości stacji, z  wyjątkiem Warszawy, maksymalne miesięczne przepływy zaobserwowano w czerwcu, natomiast w Warszawie w lipcu. Przepływy najniższe zaś z  maksymalnych miesięcznych zanotowano w październiku na  stacjach Warszawa, Toruń, Tczew oraz w  listopadzie na  stacji Kępa Polska/Płock (rys. 3). W latach 1968–2010 maksymalne miesięczne stany wody na  wszystkich stacjach występowały w  maju, natomiast przepływy najniższe z  maksymalnych miesięcznych na stacjach Warszawa, Toruń, Tczew i Kępa Polska zaobserwowano w  grudniu (rys. 4).Występowanie maksymalnych rocznych przepływów w  Warszawie i  Kępie Polskiej pokrywa się z terminem katastrofalnej powodzi wiosną 2010 roku. Należy jednak zwrócić uwagę, że w przypadku tej właśnie powodzi absolutnym maksimom w  Warszawie i  Kępie Polskiej zdecydowanie nie towarzyszyły absolutne maksima na stacjach usytuowanych poniżej zbiornika we Włocławku. Zaobserwowane przepływy w Toruniu i Tczewie były bardzo wysokie, ale jednak niższe niż w 1962 roku. Powódź 2010 Wieloletnie doświadczenia synoptyków hydrologów IMGW-PIB wskazują na  oddziaływanie stopnia we  Włocławku na hydrogramy fali powodziowej, zaobserwowane na  stacjach położonych poniżej stopnia. W  celu oceny poprawności tego stwierdzenia przeanalizowano zmiany stanów wody na stacjach Warszawa, Toruń i Tczew podczas powodzi 2010 roku (rys. 5). Powódź w  2010 roku została wywołana przez obfite opady w dorzeczu górnej Wisły. Szczegółowy opis powodzi znajduje się w monografii [3]. Podczas powodzi w  maju–czerwcu 2010 roku zostały przekroczone absolutne maksima stanów wody z  XX wieku na stacjach Warszawa Nadwilanówka, Kępa Polska, Toruń i  Tczew (tab. 1). W  tab.  2 podano wartości kulminacji fali powodziowej wraz z godziną ich wystąpienia. Czas utrzymywania się stanów powyżej stanów alarmowych wynosił podczas pierwszej kulminacji 72 godz. w  Warszawie, 249  godz. w  Toruniu i  aż  279 godz. w  Tczewie. Podczas drugiej kulminacji czasy te były dużo niższe: w Warszawie 96 godzin, w Toruniu 180 godzin i 138 godzin w  Tczewie. Porównanie to, wraz z  analizą kulminacji fali (rys. 5), wskazuje, że po przejściu przez zbiornik i stopień we Włocławku relatywnie obniża się wartość bezwzględnego wzrostu stanów wody oraz wydłuża czas utrzymywania się stanów wody powyżej stanów alarmowych. Szybkość wzrostu stanów wody podczas pierwszej kulminacji wyniósł w Warszawie aż 7 cm/ godz. (licząc od 4 UTC dnia 20 maja do osiągnięcia kulminacji), podczas gdy najszybsze tempo wzrostu poziomów (do  8  UTC dnia 21 maja) przekroczyło 12  cm/godz. W  Toruniu wartości te wyniosły odpowiednio 6 cm/godz. oraz 7,6  cm/godz.

127


M. Sztobryn et al. | Acta Energetica 2/15 (2013) | translation 118–124

Rys. 4. Maksymalne miesięczne przepływy na stacjach: Warszawa, Kępa Polska/Płock, Toruń, Tczew (1968–2010)

Rys. 5. Zmiany stanów wody zanotowane na stacjach IMGW-PIB położonych wzdłuż dolnej Wisły podczas powodzi w 2010 roku

W Tczewie zanotowane wartości wzrostów były zbliżone do toruńskich: 5,5 cm/godz. oraz 8,4 cm/godz. Podczas drugiej kulminacji obliczono szybkość wzrostu poziomów wody przed osiągnięciem wartości kulminacji, wyniosły one dla Warszawy 3,3 cm/ godz., Torunia 2,3 cm/godz. oraz Tczewa 2,4 cm/godz. Podczas obu kulminacji wzrost stanów wody przed osiągnięciem kulminacji był wyższy dla stacji położonej powyżej Włocławka niż dla położonych poniżej. Nieco wyższe wartości obliczone dla Tczewa w  porównaniu z  Toruniem są skutkiem bliskości morza. Reasumując, na podstawie analizy powodzi z  2010 roku można stwierdzić, że  kształt fali powodziowej poniżej Włocławka różni się od kształtu fali powyżej, gdzie szybkość wzrostu, jak i bezwzględna wartość wzrostu stanów wody są wyższe. Natomiast czas trwania zagrożenia, mierzony czasem utrzymywania się poziomów powyżej stanów alarmowych, jest zdecydowanie dłuższy dla stacji położonych poniżej stopnia. Oznacza to, że podczas przechodzenia fali powodziowej przez zbiornik i stopień we Włocławku fala powodziowa wypłaszcza się i wydłuża. Jest to  zjawisko korzystne z  punktu widzenia prowadzenia akcji przeciwpowodziowej. Susze Z hydrologicznego punktu widzenia bardzo ważną informacją jest analiza niskich stanów wody, tzw. niżówek hydrologicznych, które są następstwem suszy atmosferycznej i glebowej, spowodowane brakiem bądź niedoborem opadów w  dorzeczu.

128

W  Polsce susze występują najczęściej wtedy, gdy w okresie wegetacyjnym występuje brak dostatecznej ilości opadów oraz napływa bardzo ciepłe i  suche powietrze. Jeśli w okresie poprzedzającym występował niedobór opadów, możemy mówić o  tzw. suszy atmosferycznej. Następstwem utrzymującej się przez dłuższy czas suszy atmosferycznej jest susza glebowa i hydrologiczna. Podczas suszy glebowej wysycha wierzchnia warstwa gleby, ustaje wzrost roślin lub wręcz rośliny usychają. Efektem suszy hydrologicznej jest niżówka hydrologiczna. Ustaje wówczas zasilanie rzek wodą z  opadów atmosferycznych, obniża się zwierciadło wód powierzchniowych, często poniżej poziomu przyjmowanego za graniczny dla utrzymania ekosystemów rzecznych. Długotrwałe utrzymywanie się niskiego stanu i przepływu (poniżej przyjętego stanu granicznego, np. średniego niskiego przepływu, SNQ) nazywamy niżówką hydrologiczną. W Polsce wyróżnia się dwa rodzaje niżówek: niżówki letnie, przeciągające się często na okres jesienny i zwane wówczas niżówkami letnio-jesiennymi i  niżówki zimowe. Niżówki letnie, poprzedzone suszą atmosferyczną i glebową, rozpoczynają się wówczas, gdy rzeki zasilane są wyłącznie lub prawie wyłącznie przez wody podziemne. Występowanie niżówek zimowych jest związane z  pojawieniem się zjawisk lodowych na  rzekach i  dłuższymi okresami ujemnej temperatury powietrza, kiedy zatrzymany zostaje spływ powierzchniowy, a  dopływ wód podziemnych jest mocno ograniczony.

Czas trwania niżówek jest bardzo zróżnicowany i waha się od 20 dni (okres przyjęty z definicji jako minimalny) do ponad 200 dni, co zdarza się raczej rzadko. Wielokrotnie występowały niżówki 3–4 miesiące. Typową porą pojawiania się niżówek jest okres letni (czerwiec–lipiec), niekiedy przedłużający się na  jesień (wrzesień– październik). Niżówki wczesnozimowe i  zimowe są charakterystyczne przede wszystkim dla rzek górskich. Jednak zdarzają się wyjątki, np. długotrwała niżówka zimowa w 1954 roku, która objęła niemal cały kraj, nie pojawiła się na górskich dopływach Wisły i  niektórych górskich dopływach Odry. Zakończenie niżówki letniej związane jest z wystąpieniem znacznych opadów atmosferycznych. Opady przeciętne lub nieznacznie przewyższające normy powodują krótkotrwałe podniesienie stanu wody w rzekach, lecz nie odbudowują zasobów wodnych zlewni. Dopiero znaczne i  długotrwałe opady, szczególnie w  okresie jesienno-zimowym, są w stanie uzupełnić niedobory wody. Koniec niżówki zimowej następuje gwałtownie w wyniku wzrostu temperatury powietrza i spływu wód roztopowych. Ogólna charakterystyka najgroźniejszych susz W  ostatnich latach bardzo sucha była pierwsza połowa lat 90. oraz rok 2003 i 2006. Szczególnie dotkliwa, a  na  wielu obszarach katastrofalna była susza w 1992 roku. Charakteryzowały ją wielotygodniowe upały, niedobór opadów, wyschnięta gleba (spadek plonów, brak pasz i w konsekwencji wzrost cen żywności), wzrost liczby pożarów (spłonęły dziesiątki tysięcy hektarów lasów). Skutkami hydrologicznymi suszy w  1992 roku były m.in. wyjątkowo niski przepływ i  stan wody w  rzekach (na  wielu posterunkach stan wody spadł poniżej wartości dotychczas obserwowanych), bardzo niski poziom wód podziemnych (na  południu zwierciadło wód podziemnych spadło 100 i  więcej centymetrów poniżej wartości średnich), niedostateczne zasilanie studni gospodarskich. Wystąpiła realna groźba całkowitego opróżnienia zbiornika Sulejów na  Pilicy, zaopatrującego w  wodę Łódź i Tomaszów Mazowiecki. Analiza rocznych przepływów minimalnych W  pracy przeanalizowano zmienność minimalnych rocznych przepływów na  stacjach usytuowanych powyżej zbiornika we Włocławku: w Warszawie i Kępie Polskiej/Płocku oraz poniżej zbiornika, w Toruniu i Tczewie (rys. 6). W rozważanym okresie (1951–2010) minimalne roczne przepływy wody w Warszawie zawierały się w  przedziale od  108 m3/s w  1960 roku do  333 m3/s w  1981 roku. Minimalne roczne przepływy na  stacji Kępa Polska były zróżnicowane od  162 m3/s w  1962 roku do  552 m3/s w  1981 roku. Można zauważyć, że na obu stacjach maksymalne wartości minimów rocznych wystąpiły w tym samym roku – 1981. Natomiast maksymalne roczne przepływy na  stacjach w  Toruniu i  Tczewie, poniżej zbiornika we  Włocławku, wynosiły odpowiednio dla Torunia od  218 m3/s w  1992 roku do 662 m3/s w 1981 roku, a dla Tczewa od 264 m3/s w 1960 roku do 754 m3/s w 1981


M. Sztobryn et al. | Acta Energetica 2/15 (2013) | translation 118–124

roku. Na omawianym odcinku rzeki Wisły najniższy przepływ zaobserwowano na stacji Warszawa i był on równy 108 m3/s (1960). Rok 1981 charakteryzował się występowaniem na wszystkich czterech stacjach przepływów najwyższych z minimalnych rocznych. Występowanie minimalnych rocznych przepływów w Kępie Polskiej w 1962 roku oraz w  Toruniu w  1992 roku podkreśla zmniejszenie zasobów wodnych podczas susz zaobserwowanych w tych latach. Analiza miesięcznych przepływów minimalnych Na każdej stacji miesięczne minimalne przepływy wykazują duże zróżnicowanie w cyklu 12-miesięcznym. Na rys. 7 przedstawiono rozkłady minimalnych miesięcznych przepływów wody na czterech stacjach w latach 1950–2010 oraz z podziałem na lata 1951–1967 oraz 1968–2010. W latach 1951–2010 na trzech rozpatrywanych stacjach absolutne przepływy minimalne zostały odnotowane w  grudniu, wynosiły odpowiednio: dla Warszawy 108 m3/s, dla Kępy Polskiej 162 m3/s oraz dla Tczewa 264 m3/s. Natomiast w  Toruniu absolutne minimum miesięczne zanotowano we wrześniu i wynosiło ono 218 m3/s. Najwyższe wartości w tych zbiorach odnotowano: dla Warszawy 260 m3/s w maju, dla Kępy Polskiej 420 m3/s również w maju, dla Torunia 464 m3/s w kwietniu oraz w Tczewie 504 m3/s w maju. Na rys. 8 przedstawiono przebieg minimalnych miesięcznych przepływów na stacjach: Warszawa, Kępa Polska/Płock, Toruń, Tczew (1951–1967). Na wszystkich rozważanych stacjach minimalne przepływy wystąpiły w grudniu i wynosiły: w Warszawie 108 m3/s, w  Kępie Polskiej 162  m3/s, w  Toruniu 234 m3/s oraz w Tczewie 264 m3/s. Natomiast najwyższe z  minimalnych rocznych przepływów wystąpiły w  kwietniu i  wynosiły odpowiednio: w  Warszawie 314  m3/s, w  Kępie Polskiej 638  m3/s, w  Toruniu 709 m3/s oraz w Tczewie 720 m3/s. Na rys. 9 przedstawiono przebieg minimalnych miesięcznych przepływów na stacjach: Warszawa, Kępa Polska/Płock, Toruń, Tczew (1968–2010). Na dwóch stacjach minimalne miesięczne przepływy wystąpiły we  wrześniu i  wynosiły: w  Kępie Polskiej 238 m3/s, w Toruniu 218 m3/s, w Tczewie 266 m3/s. Natomiast w  Warszawie minimalny miesięczny przepływ odnotowano w styczniu i wyniósł on 147 m3/s. Najwyższe z  minimalnych miesięcznych przepływy wystąpiły w maju (Warszawa i Kępa Polska) oraz w  kwietniu (Toruń) i  w  styczniu (Tczew). Przepływy te wynosiły odpowiednio: w  Warszawie 271 m3/s, w  Kępie Polskiej 420 m3/s, w Toruniu 464 m3/s oraz 566 m3/s w Tczewie. Podsumowanie W pracy przedstawiono przyczyny powstawania powodzi i  suszy na  dolnej Wiśle. Przeanalizowano zmienność maksymalnych i minimalnych przepływów miesięcznych i  rocznych w  latach 1951–2010. Występowanie maksymalnych rocznych przepływów w  Warszawie i  Kępie Polskiej pokrywa się z terminem katastrofalnej powodzi wiosną 2010 roku. W  tej

Rys. 6. Minimalne roczne przepływy na stacjach: Warszawa, Kępa Polska/Płock, Toruń, Tczew (1951– 2010)

Rys. 7. Minimalne miesięczne przepływy na stacjach: Warszawa, Kępa Polska/Płock, Toruń, Tczew (1951–2010)

Rys. 8. Minimalne miesięczne przepływy na stacjach: Warszawa, Kępa Polska/Płock, Toruń, Tczew (1951–1967)

Rys. 9. Minimalne miesięczne przepływy na stacjach: Warszawa, Kępa Polska/Płock, Toruń, Tczew (1968–2010)

129


M. Sztobryn et al. | Acta Energetica 2/15 (2013) | translation 118–124

właśnie powodzi absolutnym maksimom w Warszawie i Kępie Polskiej nie towarzyszyły absolutne maksima na stacjach usytuowanych poniżej zbiornika we Włocławku. Zaobserwowane przepływy w  Toruniu i Tczewie były bardzo wysokie, ale jednak niższe niż w 1962 roku (a więc przed wybudowaniem stopnia we Włocławku). Porównanie hydrogramów zaobserwowanych w maju i czerwcu 2010 roku na stacjach Warszawa, Toruń i Tczew wykazało wpływ zbiornika i stopnia we Włocławku na kształt fali powodziowej. Kształt fali powodziowej poniżej Włocławka różni się od kształtu fali powyżej stopnia, gdzie szybkość wzrostu, jak i bezwzględna wartość wzrostu stanów wody są wyższe. Natomiast czas trwania zagrożenia, mierzony czasem utrzymywania się stanów powyżej stanów alarmowych jest zdecydowanie dłuższy dla stacji położonych poniżej stopnia. Podczas przechodzenia fali powodziowej przez zbiornik i  stopień we  Włocławku fala powodziowa wypłaszcza się i  wydłuża. Jest to  zjawisko korzystne z punktu widzenia prowadzenia akcji przeciwpowodziowej. Typową porą pojawiania się niżówek

jest okres letni (czer wiec–lipiec), niekiedy przedłużający się na  jesień (wrzesień–październik). Czas trwania niżówek jest bardzo zróżnicowany i waha się od 20 dni (okres przyjęty z definicji jako minimalny) do ponad 200 dni, co zdarza się raczej rzadko. Wielokrotnie występowały niżówki 3–4 miesiące. Analiza częstości występowania minimalnych rocznych przepływów w przedziałach wartości wykazała, że w Warszawie najczęściej przepływy zawierają się w  przedziale 200–300 m3/s (46,67%), natomiast na stacjach Kępa Polska, Toruń, Tczew minimalne roczne przepływy najczęściej występują przedziałach 300–400 m3/s, odpowiednio: 50%, 45% oraz 38,3%. Podziękowania Autorki dziękują dyrektorowi naczelnemu IMGW-PIB dr. hab. inż. Mieczysławowi Ostojskiemu za stworzenie warunków umożliwiających włączenie się do  tej cennej publikacji. Ponadto dziękują serdecznie pracownikom Biura Prognoz Hydrologicznych IMGW-PIB w  Gdyni, a  w  szczególności p.  mgr Alicji Kańskiej

i mgr Magdzie Mielke za pomoc techniczną w przygotowaniu pracy. Bibliografia 1. Raporty PSHM, raporty IMGW-PIB. 2. Sasim M., Walijewski G., Sytuacja hydrologiczno-meteorologiczna i  przebieg powodzi w  zlewni środkowej i  dolnej Wisły [w:] Dorzecze Wisły – monografia powodzi maj–czerwiec 2010, red. M. Maciejewski, M. Ostojski, T. Walczykiewicz, Warszawa 2011. 3. Sztobryn M., Krzysztofik K., Sytuacja hy d r o l o g i c z n o - m e t e o r o l o g i c z n a w  ujściowym odcinku Wisły [w:] Dorzecze Wisły – monografia powodzi maj–czerwiec 2010, red. M. Maciejewski, M. Ostojski, T. Walczykiewicz, Warszawa 2011. 4. Sztobryn M. i in., Wpływ morza na odpływ wielkich wód Wisły w czerwcu 2010 roku, Powódź 2010 – Forum NT, Warszawa 2010, s. 35–50

Marzenna Sztobryn

dr inż Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej – Państwowy Instytut Badawczy e-mail: Marzenna.Sztobryn@imgw.pl Absolwentka Wydziału Hydrotechniki Politechniki Gdańskiej. Doktorat z nauk technicznych obroniła w Instytucie Budownictwa Wodnego Polskiej Akademii Nauk. Starszy synoptyk hydrolog i wieloletni kierownik Biura Prognoz Hydrologicznych Oddziału Morskiego w Gdyni, Instytutu Meteorologii i Gospodarki Wodnej – Państwowego Instytutu Badawczego. Przewodnicząca Bałtyckich Służb Lodowych (od 2010). Kierowniczka wielu krajowych i międzynarodowych projektów, w tym programów ramowych Unii Europejskiej SELF, ESEAS, THESEUS. Współautorka licznych raportów i publikacji z zakresu hydrologii brzegowej, zlodzenia morza oraz zmian klimatu. Wykładowczyni w Szkole Morskiej w Gdyni. Członkini wielu stowarzyszeń, m.in. Stowarzyszenia Inżynierów i Techników Wodnych i Melioracyjnych, Polskiego Towarzystwa Geofizycznego, Gdańskiego Towarzystwa Naukowego i American Meteorological Society.

Marianna Sasim

mgr inż. Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej – Państwowy Instytut Badawczy e-mail: Marianna.Sasim@imgw.pl Absolwentka Politechniki Warszawskiej na Wydziale Inżynierii Sanitarnej i Wodnej, Oddział Budownictwa Wodnego (1968). Studia podyplomowe z zakresu gospodarki wodnej odbyła na Politechnice Warszawskiej (1971). Długoletnia pracownica IMGW-PIB w Warszawie (od 1967) – starszy synoptyk hydrolog. Kierowniczka Centralnego Biura Prognoz Hydrologicznych w Warszawie (1999–2009). Od 2009 roku kierowniczka Centrum Nadzoru Operacyjnego Państwowej Służby Hydrologiczno-Meteorologicznej. Pedagog w Technikum Gospodarki Wodnej w Dębem (1989–1991). Współautorka wielu opracowań i monografii powodziowych. Uczestniczka wielu projektów i seminariów z zakresu hydrologii. Autorka cyklicznych artykułów do gazety „Obserwator” (1968–2005). Członkini wielu stowarzyszeń, m.in. Stowarzyszenia Inżynierów i Techników Wodnych i Melioracyjnych, Polskiego Towarzystwa Geofizycznego, Stowarzyszenia Hydrologów Polskich.

Beata Kowalska

mgr inż. Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej – Państwowy Instytut Badawczy e-mail: Beata.Kowalska@imgw.pl Absolwentka Wydziału Hydrotechniki Politechniki Gdańskiej. Wieloletnia pracownica Biura Prognoz Hydrologicznych Oddziału Morskiego w Gdyni, Instytutu Meteorologii i Gospodarki Wodnej – Państwowego Instytutu Badawczego. Współautorka licznych raportów i publikacji z zakresu hydrologii (zwłaszcza zmian średniego i maksymalnego poziomu morza oraz zagrożeń powodziowych terenów nadmorskich). Uczestniczka międzynarodowych projektów badawczych z dziedziny zmian klimatycznych, ochrony brzegów i zagrożeń ekstremalnymi zjawiskami hydrologicznymi, w tym programów ramowych Unii Europejskiej SELF, ESEAS, THESEUS. Odpowiedzialna za obliczenia hydrologiczne dla północnej Polski w ramach projektu ISOK – Informatyczny System Osłony Kraju. Członkini Polskiego Towarzystwa Geofizycznego.

130


J. Szablowski | Acta Energetica 2/15 (2013) | 131–139

The Vistula River and water management in agriculture Author Janusz Szablowski

Keywords The Vistula River, agriculture, drought, retention, irrigation

Abstract This article attempts to show how much in agriculture depends on appropriate water resources. The Kujawsko-Pomorskie Voivodeship is exposed to a significant deficiency of water resources. In addition, it experiences severe droughts, repeating in the period 1951–2006 on average every two years. The Vistula River flowing across the Voivodeship creates great chances for improved management conditions. These opportunities have been discussed on the example of investments, developed concepts of surface water management, agricultural irrigation programme and the opportunity of using the water resources of a planned second reservoir on the Vistula River below Włocławek.

DOI: 10.12736/issn.2300-3022.2013210

Introduction The Kujawsko-Pomorskie Voivodeship is situated in central Poland, within the sub-province of coastal lakes of the Baltic Sea. It is situated in the intersection of two important valley sequences: the meridian Vistula River (Wisła) valley and the parallel valley of the Drwęca, Brda and Noteć Rivers is the most characteristic feature of this Voivodeship. In the extensive Toruń Valley, formed in the intersection of these valleys, all larger rivers connect: Vistula, Drwęca, Noteć and Brda (Fig. 1).

Fig. 1. Land relief of the Kujawsko-Pomorskie Voivodeship; source: Report on the Environmental Condition of the Kujawsko-Pomorskie Voivodeship, Bydgoszcz 1999

These valley sequences divide the Voivodeship into four areas with diverse environment and economy. The following areas are located in the north: Krajna region, Bory Tucholskie and Chełm land, while in the south there are Kujawy and Dobrzyń region [3]. Moraine uplands divided by the system of extensive and deep river valleys and ice-marginal valleys dominate the landscape. These are areas of fertile soils with low afforestation rate and defective air-water relations due to an impermeable base requiring water and meliorative investments. The Voivodeship has an area of 17,970 km2 (1,797,000 ha) and is divided administratively into 144 communes, including: 17 urban, 34 mixed urban and rural and 93 rural communes. Communes form 19 land poviats and 4 city poviats. The population of the Kujawsko-Pomorskie Voivodeship is equal to  2,101,700d persons, including 796,200 persons residing in villages, which constitutes 37.9% of the total Voivodeship population. The working population in villages comes only to approx. 360,000, while the unemployment rate is approx. 17% [6]. Therefore, development of meliorative investments constitutes a great opportunity for increasing the employment rate of villagers and vocational activation of the unemployed. Agricultural land (AL) in the Voivodeship covers 1,161,000 ha, which constitutes 64.5% of the total area. The tendency is declining. The most AL is present in the following poviats: Włocławek (approx. 103,000 ha), Inowrocław (approx. 93,000 ha), Świecie (approx. 77,500 ha). The least AL is present in Aleksandrów poviat (approx. 39,000 ha), Wąbrzeźno and Rypin (approx. 41,000 ha). The AL structure is dominated by arable land (GO) with 1,011,000 ha, which constitutes 56.3% of general surface of the Voivodeship and 86.6% of AL surface.

131


J. Szablowski | Acta Energetica 2/15 (2013) | 131–139

The structure of crops is dominated by cereals, which together with cereal mixtures constitute approx. 71% of crops by area. Root crops occupy 11%, including sugar beet 5.6% and potatoes 4.7% [6]. The average crop from one ha, as well as livestock breeding, is moderate. This is determined mainly by the situation on the economic market and the climatic conditions determining production choices of the agricultural habitat (including soil hydrology). Starting from the 1980s, a significant decrease of chemical and mineral fertilisation has been observed, which makes it impossible to maintain harvest on a permanently high level. Assuming that this tendency will continue in the following years or that it will not exceed 150 kg pure fertilising component per 1 ha, water factor becomes the basic element (next to  solar energy, air temperature and humidity) allowing for maximum use of nutrition in soil by plants. Therefore, the need of carrying out drainage-irrigation meliorative investments, including small water retention, becomes highly important [8].

Agroclimatic basis and needs of reasonable water management with particular consideration of irrigation The Kujawsko-Pomorskie Voivodeship is characterised by moderate climate, where oceanic and continental air masses collide. Such a climate is characterised with high weather changeability. The southwestern part of the Voivodeship is warmer and drier; precipitation there is among the lowest in the country, while water deficiency in agriculture is the highest. The southeastern part is colder and more humid. If we  divide the Voivodeship into two parts along the parallel running through Bydgoszcz, in the northern part the amount of precipitation comes to 500–600 mm, while in the southern part it is 450–500 mm (Fig. 2). In the vegetative period, these amounts come to 350–400 mm and 300–350 mm respectively [7]. Average annual air temperature varies from 7.0–7.5oC in the northern and northeastern part of the Voivodeship to 8.0–8.3oC in the southern and southeastern part. Based on precipitation climatic deficiency, water deficiency for agriculture and the need of arable plants and green agricultural land (GAL) can be estimated. In the vegetative period (April – September), the most probable (p = 50%) precipitation deficiency comes to 200–300 mm, while in very dry years (p = 10%) it is 360–380 mm [4]. The Kujawsko-Pomorskie Voivodeship is situated within two main Polish basins. The southern and western part (approx. 30%) discharges waters to  the Oder River (Odra) via the Noteć and Wełna Rivers, while the remainder of the Voivodeship discharges waters to  the Vistula River (Wisła). The main tributaries of the Vistula River (Wisła) within the Voivodeship limits include the Drwęca, Brda, Wda, Osa, and smaller rivers: Zgłowiączka, Tążyna, Struga Toruńska and others (Fig. 3). In addition, canals and a network of drainage ditches are situated next to natural watercourses. The Bydgoszcz Canal, constructed in the years

132

Fig. 2. Precipitation contour lines – average annual amount (mm), source: Agricultural irrigation programme in the Kujawsko-Pomorskie Voivodeship, Bydgoszcz 2007

Fig. 3. Hydrographical network, source: Report on the Environmental Condition of the Kujawsko-Pomorskie Voivodeship, Bydgoszcz 1991 and the Water Management Study, 1986

1772–1774 and connecting the river systems of the Vistula River (Wisła) and Oder River (Odra), is the largest canal. The Voivodeship area is covered by 1,002 lakes with surface larger than 1 ha, occupying altogether 25,051.9 ha, which constitutes 1.4% of its territory. The water resources of lakes come to approx.


J. Szablowski | Acta Energetica 2/15 (2013) | 131–139

1,217 mln m3, which constitutes approx. 6.2% of lake water resources in the country. In addition, there occur artificial water reservoirs constructed due to partitioning valleys of the Vistula (Wisła), Brda and Wda Rivers. The Włocławek reservoir is the largest one – its water volume comes to 408 mln m3. Three artificial reservoirs were formed on the Brda River, of which Koronów reservoir – with a capacity of 81.5 mln m3 – is the largest, while others are in Tryszczyn and Smukała. Four aquifers occur in the Voivodeship: quaternary, tertiary, cretaceous and Jurassic. Quaternary reservoirs have the highest utility significance and the largest resources. Their recorded resources come to  131,706 m3/h and constitute approx. 80% of all underground water resources present in the Voivodeship. These waters constitute a  basic source of supply for many individual and collective recipients (municipal intakes, village waterworks, backyard wells and irrigation). Apart from climatic and hydrological conditions, soil types with specific granulometric composition and content of organic parts constitute the basic factor conditioning agricultural production. Soil type is extremely diverse. Basic types include: spodic soils near forests, brown soils (Kujawy Upland, Chełm Lake Region and part of the Krajna Lake Region), black earth (Inowrocław Plain, Krajna Lake Region and Chełm-Dobrzyń Lake Region), alluvial soil (floodplains of the Vistula, Drwęca, Fryba, Osa and Zgłowiączka Rivers), as well as hydrogenic soils (the lowest places in river valleys and depressions with no natural drainage). The average valuation class for GO is IVa, for GAL – V. In the Voivodeship, nine complexes of agricultural usability are indicated within GO and three complexes of GAL. The following complexes dominate: rye very good – 27.8%, rye poor – 20% and wheat good – 20.7%. GAL is dominated by average agricultural land complex – 52.8%. The most fertile soils appear in the region of Kujawy, Pałuki, Krajna and the Chełm-Dobrzyń Lake Region. Fig. 4 presents agricultural usability of soils. As was mentioned, water determines crop yield in plant production. Deficiency needs to be supplemented by various technical forms of irrigation, which in Poland usually include permeating irrigation, sprinkler irrigation and drip irrigation. Each plant has a different water demand, according to  plant properties, size of crop yield and external factors, of which the most important include: amount and distribution of precipitation, precipitation deficiency in relation to  evapotranspiration, air humidity and temperature, as well as solar radiation power. The water demand of plants depends also on the duration of the vegetative period of a given plant and on the intensity of fertilisation. Tab. 1 presents exemplary water demand and deficiency of various plants. Current water consumption in production of four basic crops is estimated as 1,432 mln m3 in the whole Voivodeship. If we assume that water consumption should be increased by 20% for other crops, the amount of water necessary for plant production would come to 1,700 mln m3 [4]. It should be stated that intensive agriculture characterised by high yield of arable crops and permanent GAL is impossible

Fig. 4. Agricultural usability of soils in Poland, source: Report on the Environmental Condition of the Kujawsko-Pomorskie Voivodeship in 1999, Bydgoszcz 2000

Plant

Vegetative period

Water demand (mm)

Water deficiency (mm)

Rye

April – July

250–280

20–40

Winter wheat

April – July

270–300

60–80

Spring barley

April – August

360–370

50–70

Oats

April – July

290–340

30–50

Early potatoes

April – July

280–330

50–100

Late potatoes

April – September

430–480

100–150

Field pastures

April – September

450–530

90–120

Corn for seed

April – September

450–480

50–70

Rape

April – July

350–400

20–30

Alfalfa

April – September

450–500

80–100

Sugar beet

April – September

500–550

50–100

Fodder beet

April – September

450–540

80–100

Carrot

May – September

480–530

150–200

Early vegetables

May – July

250–400

50–200

Late vegetables

May – September

500–600

200–300

Berry plants and shrubs

Diverse

500–600

170–250

Orchards

Diverse

600–800

200– 400

3-cut meadows

April – September

450–500

50–150

Tab. 1. Water demand and deficiency in the vegetative period of selected plants of field crop and green agricultural lands, source: Agricultural irrigation programme in the Kujawsko-Pomorskie Voivodeship, Bydgoszcz 2007

133


J. Szablowski | Acta Energetica 2/15 (2013) | 131–139

without irrigation, which requires extensive capital expenditure. This is also true of developing ecological and integrated agriculture.

Droughts in the kujawsko-pomorskie region Droughts occurring in the region in the years 1951–2006 were characterised by various duration and period of occurrence. In that time, 30 atmospheric droughts were noted, with total duration of 200 months, i.e. 30% of the analysed period. The longest droughts occurred in the following periods: 1951–1952 (9 months), 1954 (9 months), 1959 (10 months), 1982 (11 mon