Strategia ochrony morza Bałtyckiego musi być poprzedzona rozpoznaniem źródeł, czynników i procesów kształtujących obieg i odpływ składników mineralnych doń wnoszonych przez wody rzeczne. Przykładem nizinnej zlewni stanowiącej grupę mniejszych i większych rzek, w której nie dokonano jeszcze szczegółowego rozpoznania czynników kształtujących odpływ składników mineralnych w skali całej zlewni jest zlewnia górnej Narwi. Określenie wielkości odpływu składników mineralnych oraz wskazanie regulujących go czynników i procesów jest ściśle związane z polityką ochrony wód zlewni górnej Narwi co niewątpliwie podkreśla znaczenie i duży udział niniejszej pracy w ochronie środowiska zlewni badanej rzeki. Zlewnia górnej Narwi jest położona w północno-wschodniej Polsce na obszarze znanym jako “Zielone Płuca Polski”. Jest tutaj z jednej strony dużo lasów, jezior, mokradeł i niezanieczyszczonych cieków wodnych oraz niewielki przemysł i ekstensywne rolnictwo z drugiej strony. Zlewnię tą można uznać jako reprezentatywną zlewnią nizinną dorzecza Wisły. W tych warunkach ocena ładunków składników mineralnych a konkretnie ich form rozpuszczonych N-NH4+, N-NO2-, N-NO3-, P-PO43-, SSO42-, Cl-, Ca2+, Mg2+, Na+, K+, Fe2+/3+ i Zn2+ w wodach oraz ich eksportu ze zlewni staje się bardzo ważnym elementem w opracowywaniu strategii poprawiania jakości wody w badanym regionie.
Celem pracy było wskazanie mechanizmów, przyczyn i źródeł wzbogacania w składniki mineralne zasobów wód rzecznych na obszarze zlewni górnej Narwi. W związku z tak postawionym celem autor postanowił odpowiedzieć na następujące pytania i zagadnienia:
Jakie ładunki jednostkowe składników mineralnych dostają się z powierzchni zlewni górnej Narwi do wód powierzchniowych i jaka rolę pełnią przy tym wody opadowe? Jakie czynniki i procesy rządzą tą dostawą oraz jakie są jej źródła? Jakie ładunki składników mineralnych wynoszone są przez wody powierzchniowe z badanej zlewni oraz jakie są ich źródła?
Jaki wpływ na skład chemiczny wody rzek wywierają źródła powierzchniowe i punktowe składników mineralnych i procesy zachodzące w środowisku wodnym badanej zlewni?
Jakie czynniki wpływają na stężenie i ładunek składników mineralnych w wodzie powierzchniowej zlewni górnej Narwi? Jakie są główne przyczyny tego wpływu? Które ładunki składników mineralnych decydują o ogólnym ładunku wynoszonym ze zlewni przez wody rzeki Narew?
Czy jest możliwe i w jakim zakresie przewidywanie stężenia oraz ładunków składników mineralnych w wodach zlewni górnej Narwi na podstawie wielkości hydrologicznych, geomorfologicznych i sezonowych na tym terenie?
Zaprezentowane w pracy wyniki pochodzą z badań wód opadowych, rzecznych, z rowów melioracyjnych oraz ścieków oczyszczonych odprowadzanych do badanych rzek. Badania były przeprowadzone w latach 2001-2005 na obszarze zlewni górnej Narwi. W próbkach oznaczano stężenie N-NH4 +, N-NO2-, N-NO3-, PPO43-, S-SO42-, Cl-, Ca2+, Mg2+, Na+, K+, Fe2+/3+, Zn2+ oraz przewodność elektryczną i pH. Analizy chemiczne przeprowadzono za pomocą spektrofotometrów (VIS) HACH DR-2000 i DR-4000 a także za pomocą spektrometru absorpcyjnej spektrometrii atomowej (ASA) Varian typu SpectrAA-100A. Do analiz statystycznych wyników badań zastosowano szereg wielowymiarowych metod statystycznych: wielowymiarową analizę czynnikową (FA), analizę składowych głównych (PCA), analizę skupień w wersji Warda (CA) oraz sztuczne sieci neuronowe (AAN). W pracy obliczano ładunki składników mineralnych w wodach opadowych, rzecznych, melioracyjnych i ściekach oczyszczonych.
W opracowaniu poszukiwano przyczyn i źródeł wzbogacania w składniki mineralne zasobów wód rzecznych na obszarze zlewni górnej Narwi. Określono w niej ładunki jednostkowe składników mineralnych dostające się z powierzchni zlewni górnej Narwi do wód powierzchniowych oraz ładunki składników mineralnych transportowane przez wody powierzchniowe w badanej zlewni i ich źródła. Określono rolę wód opadowych w kształtowaniu ogólnego ładunku składników mineralnych w wodach powierzchniowych. Porównano ładunki składników mineralnych wnoszone przez te wody z ładunkami wynoszonymi przez wody z systemów melioracyjnych i rzecznych. Okazało się, że procesy toczące się w zlewni działają retencyjnie w przypadku niektórych składników mineralnych. Wskazano szereg źródeł składników mineralnych w zlewni ze szczególnym uwzględnieniem źródeł antropogenicznych o charakterze punktowym i powierzchniowym. Wykazano wpływ powierzchniowych i punktowych źródeł składników mineralnych na skład chemiczny wód rzecznych i procesy zachodzące w badanych środowiskach wodnych.
W pracy określono czynniki wpływające na stężenie i ładunek składników mineralnych w wodach powierzchniowych zlewni górnej Narwi. Określono ogólny ładunek składników mineralnych wynoszony ze zlewni górnej Narwi oraz tworzące go ładunki składowe. Wykonano i przetestowano modele sieci neuronowych do prognozowania stężenia i ładunków składników mineralnych na podstawie wielkości hydrologicznych, geomorfologicznych i sezonowych na tym terenie.
Przeprowadzone badania wykazały a testy statystyczne potwierdziły że największy ładunek składników mineralnych spośród wszystkich dużych dopływów Narwi odpływa ze zlewni Orlanki. Zlewnia tej rzeki jest użytkowana rolniczo. Skutkuje to zwiększonym dopływem składników mineralnych z jej obszaru. Do głównych przyczyn i źródeł wzbogacania składnikami mineralnymi wód Orlanki zaliczono punktowe źródło – miasto Bielsk Podlaski oraz procesy intensywnego przemieszczania tych składników z obszaru zlewni w czasie zmiennych warunków atmosferycznych.
Największe ładunki jednostkowe składników mineralnych odpływają ze zlewni grupy małych rzek. Charakter rolniczy, leśny i zurbanizowany zlewni tych rzek dodatkowo różnicował stężenie badanych składników. Małe rzeki wykazują przewagę zasilania powierzchniowego nad podziemnym co jest bezpośrednią przyczyną znacznego wzbogacania ich wód w składniki mineralne migrujące z ich urozmaiconych zlewni. Ponadto procesy samooczyszczania w tych rzekach są ograniczone z uwagi na ich wielkość. Średnie stężenie N-NO2-, N-NO3-, P-PO43-, SSO4 2-, Cl-, Ca2+, Mg2+, Na+, K+ i Zn2+ było dodatnio zależne od średniego przepływu wód Narwi natomiast ujemnie stężenie Fe2+/3+. Jest to efekt przewagi źródeł powierzchniowych składników mineralnych nad punktowymi w zlewni bezpośredniej górnej Narwi. Nie uzyskano wiarygodnych zależności pomiędzy stężeniem badanych składników a przepływem wód Supraśli. Stężenie większości badanych składników w wodach Narewki nie wykazywały korelacji z przepływem, oprócz P-PO43-, S-SO42- i Cl-. W tych przypadkach otrzymano zależności ujemne. Widoczna jest tutaj przewaga źródeł punktowych nad powierzchniowymi oraz znaczne zalesienie zlewni, działające retencyjnie na wody obu rzek powodujące okresowo uwalnianie niektórych składników z osadów dennych do wód. W wodach Orlanki otrzymano zależności na poziomie współczynników korelacji mieszczących się w zakresie 0,60-0,95 między natężeniem przepływu a stężeniem większości badanych składników, co również prowadzi do stwierdzenia o przewadze źródeł powierzchniowych w jej zlewni nad punktowymi. W przypadku małych rzek nie wykazano tych zależności, dając równocześnie podstawę do dowodu o przewadze źródeł punktowych nad powierzchniowymi w ich zlewniach.

Spis treści

Wstęp

1. Cel pracy i uzasadnienie badań
2. Wody w literaturze przedmiotu
3. Ogólna charakterystyka obszaru badań
4. Metodyka i zakres badań
5. Wyniki badań i dyskusja
5.1. Składniki mineralne w wodzie opadowej
5.2. Składniki mineralne w wodach rzecznych
5.2.1. Rzeka Narew
5.2.2. Dopływy rzeki Narew
5.2.2.1. Rzeka Supraśl
5.2.2.2. Rzeka Narewka
5.2.3. Rzeka Orlanka
5.2.4. Grupa małych rzek
5.3. Składniki mineralne w wodach z rowów melioracyjnych
5.4. Składniki mineralne w ściekach oczyszczonych
6. Dyskusja i podsumowanie

Wnioski
Literatura
Streszczenia
Spis tabel
Spis rysunków