Czym jest niżówka, jak się ją wyznacza, czemu jest tak ważna w hydrologii i gospodarce wodnej, jakie ma znaczenie dla środowiska. Odpowiadamy na najważniejsze pytania.
AUTORZY:
Izabela Adrian, IMGW-PIB/Centrum Hydrologicznej Osłony Kraju
Dariusz Witkowski, IMGW-PIB/Centrum Hydrologicznej Osłony Kraju
Nie ma jednej precyzyjnej definicji niżówki hydrologicznej. To pojęcie umowne, mówiące o specyficznych warunkach hydrologicznych w rzece. Niżówka najczęściej definiowana jest jako okres, kiedy zasoby wodne w rzekach spadają poniżej pewnego, wyznaczonego poziomu granicznego. Niemal zawsze spowodowane jest to mniejszym niż zazwyczaj zasilaniem rzek opadami. Jednak czynników może być więcej, np. klimat (usłonecznienie, wiatr, temperatura powietrza), rzeźba terenu, budowa geologiczna, typ gleb, charakter szaty roślinnej czy układ hydrograficzny. Tak wieloaspektowy charakter niżówki bardzo utrudnia prognozowanie jej czasu wystąpienia i przebiegu.
Niżówka, jako zjawisko hydrologiczne, jest w Polsce bardzo często powiązana z występowaniem suszy hydrologicznej – trzeciego etapu rozwoju suszy po suszy atmosferycznej i glebowej. Objawia się ona zmniejszonym przepływem w rzekach. Dzieje się tak, ponieważ w czasie braku zasilania wodami opadowymi rzeki drenują i obniżają poziom wód podziemnych. W ten sposób przyczyniają się również do rozwoju suszy hydrogeologicznej.
Skąd wiemy, że to już
Istnieje bardzo wiele metod i kryteriów wyznaczania niżówek. W IMGW-PIB najczęściej wykorzystywana jest metoda opierająca się na analizach rocznych przepływów minimalnych (NQ). Zebrane z wielolecia dane pozwalają wyznaczyć tzw. przepływy charakterystyczne II stopnia, takie jak:
– WNQ – wysoki niski przepływ (maksymalna wartość NQ),
– SNQ – średni niski przepływ (średnia arytmetyczna z NQ),
– ZNQ – zwyczajny niski przepływ (mediana z NQ),
– NNQ – najniższy niski przepływ (minimalna wartość NQ).
Stanowią one podstawę do wyznaczania wartości progowych. Przepływ, którego wartość nie osiągnęła SNQ (średniego niskiego przepływu z wielolecia) uznaje się za przepływ niżówkowy i jeżeli utrzymuje się on na poniższym poziomie przez określoną umownie liczbę dni, to stanowi podstawę do wydania ostrzeżenia przed suszą hydrologiczną.
Niżówki charakteryzują się wieloma parametrami, których wyznaczenie wymagało opracowania odpowiedniej metodologii. Do najważniejszych miar istotnych przy analizowaniu i opisywaniu niżówek należą np.:
– objętość niedoboru przepływu (tys. m3),
– przepływ minimalny niżówki (m3∙s-1),
– czas trwania niżówki (dni),
– data jej rozpoczęcia i zakończenia.
Wartym odnotowania parametrem jest także średni przepływ z okresu niżówki (m3∙s-1).
Często w literaturze lub przekazie medialnym można również usłyszeć o niżówce głębokiej i płytkiej. Te pojęcia służą do określenia stopnia natężenia zjawiska. Faza głęboka świadczy o większym niedoborze wody. Niżówka pod względem zasięgu może być zjawiskiem lokalnym, regionalnym, krajowym czy nawet kontynentalnym.
Sezonowość niżówki
Reżim (przebieg zjawisk hydrologicznych w ciągu roku) większości polskich rzek predysponuje je do występowania niżówki w okresie letnim i letnio-jesiennym. Coraz częściej ekstremum niskich przepływów przypada na lato, mimo że sezon ten cechuje się największą sumą opadów. Czemu tak się dzieje? Oprócz samej sumy opadów, niebagatelne znaczenie odgrywa w tym przypadku rozkład czasowy i natężenie opadów. W sezonie letnim przeważają opady burzowe – ulewne i nawalne. Te szybko zamieniają się w spływ powierzchniowy oraz podpowierzchniowy i błyskawicznie trafiają do cieków, tworząc mniejsze lub większe fale wezbraniowe, a następnie opuszczają zlewnię. Nie bez znaczenia pozostaje również wysoka temperatura powietrza oraz usłonecznienie. Zasoby wód rzecznych i gruntowych nie odbudowują się, a intensywna ewapotranspiracja (parowanie z gruntu i roślin) oraz rozwój roślinności (wegetacja) dodatkowo zmniejszają ilość dostępnej wody.
Występowanie niskich przepływów na rzekach możliwe jest również w miesiącach chłodnych, zwłaszcza przy temperaturze spadającej poniżej 0°C, i w obszarach górskich. Najczęściej niżówka zimowa nie wiąże się z brakiem wody, lecz z jej zmagazynowaniem w postaci śniegu i lodu. Dodatkowo zmarznięty grunt skutecznie ogranicza możliwość infiltrowania i przenikania wody w głębsze partie gleby. Na skutek drenażu rzecznego wyczerpują się zasoby wód podziemnych, w efekcie czego, podobnie jak w półroczu letnim, rozwija się niżówka hydrologiczna. Przy silnych mrozach może dodatkowo dojść do rozwoju zjawisk lodowych. Niżówki o takiej genezie występują w Polsce rzadziej i kończą się zazwyczaj w porze topnienia śniegu. Niemniej, zarówno jesienne, jak i zimowe niżówki są niezwykle ważne dla hydrologów.
Kilka ostatnich lat w Polsce charakteryzowało się ciepłymi i deszczowymi zimami, co spowodowało, że niżówki zimowe – poza obszarami wysokogórskimi – praktycznie nie były notowane. Ta zmiana struktury opadów nie sprzyja poprawie retencji, ponieważ opady deszczu zimą nie są tak efektywne w uzupełnianiu podziemnych „magazynów” wody, jak topniejąca wiosną pokrywa śnieżna. Jest to jeden z powodów tego, że często już w okresie wiosennym rolnicy borykają się z brakiem wilgoci w glebie, a od maja przepływy w rzekach gwałtownie spadają do wartości świadczących o suszy hydrologicznej. Z kolei najbardziej intensywne niżówki przypadają w ostatnich latach na sierpień – tak też było w 2015 roku, gdy notowaliśmy jedną z najbardziej dotkliwych niżówek w Polsce. Na ponad połowie stacji obserwowano przepływy poniżej SNQ, a na ok. 15 proc. stacji hydrologicznych padły rekordy niskich stanów wody.
Znaczenie niżówek
Jak już wcześniej wspomniano, niżówka to okres, kiedy zasoby wodne rejestrowane są poniżej określonej wartości granicznej, czyli występują deficyty wody. Każdy niedobór lub – w ekstremalnej sytuacji – brak wody, niesie ze sobą niekorzystne konsekwencje dla gospodarki i środowiska, dlatego hydrolodzy prowadzą pomiary przepływu rzecznego również przy niskich stanach wód.
Znajomość przebiegu i innych parametrów niżówek pozwala skutecznie zarządzać zasobami wodnymi. Wykorzystuje się tę wiedzę do projektowania efektywniejszych zbiorników retencyjnych, które zbierają wodę w okresach występowania jej nadmiaru i umożliwiają wykorzystanie zmagazynowanych zasobów podczas niżówki. Zimowe niżówki są szczególnie istotne dla energetyki. Przy zbyt niskich stanach wód i dodatkowo występujących rozbudowanych zjawiskach lodowych elektrownie mogą mieć ograniczoną zdolność poboru wody, a co za tym idzie zmniejszoną możliwość produkcji energii. Powstanie zlodzenia przy niskich stanach wody utrudnia pochód lodu, przyczyniając się do powstawania zatorów lodowych i w konsekwencji podtopień lub powodzi. Takie warunki stanowią również wyzwanie dla lodołamaczy, które mogą pracować tylko przy odpowiedniej głębokości wody w korycie rzecznym lub zbiorniku. Długotrwałe okresy niżówek powodują także zmiany w ekosystemach wodnych i od wód zależnych. Wysychają małe zbiorniki, zanikają tereny podmokłe, pogarsza się jakość wody. To wpływa na strukturę flory i fauny na danym terenie – jedne gatunki zanikają, a pojawiają się nowe.
Wskutek zmiany klimatu niżówki i susze coraz silniej oddziałują na życie człowieka. Niezwykle ważne w tym aspekcie są działania realizowane przez IMGW-PIB. Prognozy i ostrzeżenia przed suszą hydrologiczną stanowią bardzo istotną informację, pozwalającą ograniczać straty związane z tym zagrożeniem. O skali zjawiska świadczy fakt, że rokrocznie IMGW-PIB wydaje kilkaset takich ostrzeżeń, a średni niski przepływ z wielolecia może być nieosiągnięty na ponad połowie telemetrycznych stacji hydrologicznych państwowej służby hydrologiczno-meteorologicznej.
Zdjęcie główne: Artem Stoliar | Unsplash.
