Investigation of Suspended Sediments in the Wetlands of the Nemunas Basin

Abstract

The main idea of current PhD thesis is an investigation of regularities in sedimentation of fine suspended sediments in the grasslands in the lower reaches of the Nemunas valley and, with the help of numerical model, to calculate amounts of sediments deposited during the investigated period 1950–1991. Considering possibilities for holding back the sediments in the floodplains of the lower reaches of the Nemunas, the most attention was paid to fine suspended sediments washed away from the fields. The danger of such sediments is related to their fineness, which prevents them from settling in the river stream, they start settling only in the backwaters, or continue floating to the Curonian Lagoon. These fine particles have a very large comparative surface area, therefore they sorb and bind biogenic substances and heavy metals intensively. The thesis is divided into introduction, three chapters and the conclusion’s chapter. Chapter of introduction describes the problem and its topicality. There are also formulated purposes and tasks of the work; the used methods and novelty of solutions are described; author‘s publications and structure of the thesis are presented. First chapter covers an analysis of existing publications related with problems of the thesis. Summarising the experiments described in the literature can be stated that the main factors that determine high sedimentation of suspended sediments in the inundated grasslands, is low flow velocity and capability of grass to adhere fine particles of sediments or their aggregates. Sedimentation of fine sediments on the grass in the floodplains is much more intense than in the riverbeds with the bottom covered with deposits. The second chapter describes methodology of research. Several methods were used for the investigation of sediment sedimentation processes in the river valley: investigations in field conditions during inundation period – velocities and vertical distribution of sediments in the respective measurement points; granulometric investigation of deposited sediments; numerical modelling. Third chapter and chapters of conclusion covers the results and theirs analisis of our investigation. The data obtained allows stating that grass in the Nemunas delta also “traps” sediments and induces their sedimentation. Having performed investigation in the field conditions we see, that conclusions regarding the threshold change of sediments in the grass we true. The environmental significance of this work is related to developing better understanding of eco-hydraulic processes of fine sediments transport. That is important for improvement of water quality in the Curonian Lagoon and, simultaneously, for planning of the Nemunas Delta Regional Park development and adjustment for natural purification processes of surface waters. The results of thesis were announced in 5 conferences in Lithuania and Germany. There were also printed 7 scientific papers, one of which is printed in Thomson ISI Proceedings, two papers in journals referred by other accredited Lithuanian Science Council databases, one is published in the international reviewed conference proceedings, three – are printed in other conference proceedings.

Disertacijoje ištirti smulkiųjų skendinčiųjų nešmenų nusėdimo į žolinę augaliją dėsningumai Nemuno žemupio slėnyje ir matematinio modelio pagalba apskaičiuoti iškritusių nešmenų kiekiai pagal frakcijas per tiriamą 1950–1991 m. laikotarpį. Nagrinėjant nešmenų sulaikymo galimybes Nemuno žemupio slėnyje daugiausia dėmesio skirta smulkiems, nuo laukų nuplautiems vandenyje skendintiems nešmenims. Šie nešmenys yra pavojingi tuo, kad būdami labai smulkūs patekę į upės tėkmę jie beveik nenusėda ir tik pasiekę užutakius pradeda skęsti arba yra toliau plukdomi į Kuršių marias. Šios smulkiosios dalelės turi didelį lyginamąjį paviršiaus plotą, todėl intensyviai sorbuoja ir suriša biogenines medžiagas bei sunkiuosius metalus. Disertaciją sudaro įvadas, trys skyriai ir rezultatų apibendrinimas. Įvadiniame skyriuje nagrinėjamas problemos aktualumas, formuluojamas darbo tikslas bei uždaviniai, aprašomas mokslinis darbo naujumas, pristatomi autoriaus pranešimai ir publikacijos, disertacijos struktūra. Pirmasis skyrius skirtas literatūros apžvalgai. Apibendrinant literatūroje aprašytus eksperimentus nustatyta, kad pagrindiniai faktoriai, lemiantys didelį skendinčiųjų nešmenų nusodinimą apsemtose žolėtose pievose, yra mažas tėkmės greitis ir žolių savybė prilipdyti smulkiąsias nešmenų daleles ar jų agregatus. Skendinčiųjų nešmenų sėdimas į žoles užlietose pievose yra kur kas intensyvesnis negu upių vagose su nuosėdomis padengtu dugnu. Antrajame skyriuje aprašoma darbe naudotų tyrimų metodika. Nešmenų sėdimo procesų tyrimams upės slėnyje naudoti keli metodai: tai natūriniai tyrimai užliejimo laikotarpiu – matuojami atskirų tėkmių greičiai ir tų matavimo taškų vertikalūs nešmenų pasiskirstymai; nusėdusių nešmenų granuliometriniai tyrimai; matematinis modeliavimas. Trečiajame ir rezultatų skyriuose pateikiami gauti rezultatai ir jų analizė. Pagal gautus duomenis galima teigti, kad žolės Nemuno deltoje taip pat „gaudo“ nešmenis ir pagreitina jų sėdimą. Atlikus natūrinius tyrimus nustateme, kad apie slenkstinį nešmenų pokytį žolėje padarytos išvados buvo teisingos. Šis darbas aplinkosaugos srityje yra labai svarbus tuo, kad padės labiau suprasti vykstančius smulkiųjų nešmenų judėjimo ekohidraulikos procesus. Tai yra svarbu gerinant Kuršių marių vandens kokybę, o tuo pačiu planuojant Nemuno deltos regioninio parko vystymą ir pritaikymą natūraliai vykstantiems paviršinių vandenų apsivalymo procesams. Disertacijos tema perskaityti 5 pranešimai Lietuvos bei kitų šalių konferencijose ir paskelbti 7 straipsniai: vienas – konferencijų medžiagoje, referuotoje Thomson ISI duomenų bazėje, du – respublikiniuose žurnaluose, įtrauktuose į Lietuvos mokslo tarybos sudarytą sarašą, vienas – recenzuojamos tarptautinės konferencijos pranešimų medžiagoje, trys – Lietuvos konferencijų darbų medžiagose.