Problematyka zjawiska suszy a systemy zaopatrzenia w wodę
Wprowadzenie
Polska jest krajem stosunkowo ubogim w zasoby wodne [1], których ilość i jakość w ostatnich latach szczególnie jest zagrożona przez często występujące zjawisko suszy. Zasoby wodne kraju, kształtowane głównie przez opady atmosferyczne i ewapotranspirację, charakteryzują się dużą zmiennością w czasie i przestrzeni. Tą dużą zmienność czasową i przestrzenną odpływu w małym stopniu równoważy retencja wody w naturalnych i sztucznych zbiornikach wodnych szacowana na ok. 36,7 km3 [2]. W warunkach klimatu Polski największe przepływy w ciekach (największe zasoby wód powierzchniowych) występują wiosną, natomiast najmniejsze jesienią i zimą. Duża zmienność opadów atmosferycznych i przepływów w ciekach powoduje występowanie zarówno okresów znacznego niedoboru wody, jak również katastrofalnych powodzi. Na deficyt zasobów wodnych w zlewniach rzecznych mają wpływ przede wszystkim wydłużające się okresy posuszne w ciepłej porze roku oraz bezśnieżne, ciepłe zimy [3].
Ma to swoje przełożenie bezpośrednio na zaopatrzenie ludności w wodę oraz pracę systemów wodociągowych, które bazują na wodach podziemnych i powierzchniowych.
Zagadnienie suszy
Zjawisko suszy wielokrotnie występowało w Polsce [4], w latach współczesnych, szczególnie w drugiej połowie XX w. (lata 80-te, początek lat 90-tych) [5]. Jednakże w ostatniej dekadzie XXI w. obserwuje się nasilenie występowania dotkliwych w skutki susz notowanych w latach: 2012, 2015, 2016, 2018, czy w obecnym 2019 roku. Do wyjątkowych należały lata hydrologiczne 2015 i 2016 (rys.1), w których odpłynęła polskimi rzekami najmniejsza ilość wody, w okresie 1951-2018, wynosząca odpowiednio: 40,8 km3 w roku 2015 i 41,4 km3 w roku 2016, przy średniej wieloletniej wynoszącej 60,4 km3 [6].
Z punktu widzenia systemów zaopatrzenia w wodę zagrożenia wynikające z występowania zjawiska suszy dotyczą przede wszystkim ilości i jakości dostępnych zasobów wodnych możliwych do wykorzystania. Podczas długotrwałej suszy poziom wody w korytach rzek drastycznie maleje, jak również poziom zwierciadła wód gruntowych i podziemnych, powodując wysychanie płytko kopanych studni przydomowych.
W 2017 roku w Polsce pobory wody wykorzystywane do zbiorowego zaopatrzenia ludności w 72% pochodziły z ujęć podziemnych i w 28% z ujęć powierzchniowych (rys.2). W latach 2000-2017 obserwuje się stałą malejącą tendencję do wykorzystywania wody z ujęć powierzchniowych, na rzecz ujęć podziemnych [7]. Ujęcia wód powierzchniowych narażone są na pogorszenie jakości pobieranej wody, będącej skutkiem wysokich temperatur towarzyszących zjawisku suszy.
Należy się spodziewać, iż wyzwania związane z zapewnieniem odpowiedniej ilości wody o dobrej jakości będą narastać gdyż obserwujemy corocznie w ostatniej dekadzie bardzo ciepłe lata, anomalnie ciepłe lata (Tabela 1).
Wpływ suszy na systemy zaopatrzenia w wodę
Podczas ostatnich notowanych susz w latach 2018 i 2019 poziom wód w rzekach i zbiornikach ulegał znacznym obniżeniom, pogorszała się także jakość wody w wyniku podwyższonej temperatury i stężenia zanieczyszczeń, przede wszystkim z powodu mniejszego rozcieńczenia. Towarzyszące występowaniu susz wysokie temperatury zwiększają zużycie wody przypadające na mieszkańca, z około 100 l/Md nawet do 300-500 l/Md [8, 9], tym samym ujęcia wody często pracują na granicy maksymalnych dobowych przepływów, wynikających z pozwolenia wodnoprawnego. Sprowadza się to do ograniczania możliwości pobierania wody na potrzeby zaopatrzenia ludności. Przedłużający się brak opadów, powoduje wyczerpywanie się zasobów wodnych w rzekach, zbiornikach (jeziorach) i wodach podziemnych, które w główniej mierze są źródłami systemów zaopatrzenia w wodę. Utrzymanie równowagi pomiędzy zapotrzebowaniem na wodę, a jej dostępnością przy powtarzających się okresach suszy, w wielu obszarach Polski, ale również i Europy, nie jest już możliwe [10,11].
W Polsce lata 2018 i 2019 były jednymi z najbardziej kryzysowych okresów w eksploatacji systemów wodociągowych. Z danych MGMiŻŚ zamieszczonych w propozycji Planu Przeciwdziałania Skutkom Suszy (PPSS) [10], wynika, że 95,4% powierzchni kraju jest zagrożonych występowaniem susz hydrologicznych (występowanie niżówek wód powierzchniowych), natomiast zasięg obszarów zagrożonych suszą hydrogeologiczną (występowanie niżówek wód podziemnych) stanowi 35,6% powierzchni Polski. Na ponad 60% powierzchni kraju stopień wykorzystania dyspozycyjnych zasobów powierzchniowych wody jest wysoki lub bardzo wysoki. W dokumencie PPSS, wskazano na brak rezerwy wód podziemnych na Górnym Śląsku, w południowej części województwa łódzkiego oraz we wschodniej Wielkopolsce.
Wyniki tych analiz mają swoje odzwierciedlenie, w problemach z jakimi musiały zmierzyć się systemy wodociągowych w okresach występowania deficytów wody. W 2019 roku ponad 100 gmin wprowadziło ograniczenie zużycia wody lub zakaz podlewania ogródków i mycia samochodów. Sytuacja była na tyle poważna, że do niektórych mniejszych miejscowości, woda dowożona była codziennie beczkowozami. Inne miejscowości monitorowały wykorzystywanie wody w ujęciach (wód podziemnych), aby nie zostały przekroczone normy ilościowe i jakościowe ujmowanej wody. Często nie był to precedens, a zdarzenie powtarzające się każdego dnia, jeśli tylko występowała wysoka temperatura powietrza. Sieci wodociągowe pracowały w warunkach:
- Dużej zmienności dobowego zużycia wody, co przekładało się na pracę ujęcia, szczególnie pracę pomp w pompowniach (wzrost wydajności w okresie lipiec-sierpień 2019 roku osiągał nawet kilkukrotność średniej godzinowej wartości zużycia wody).
- Zmiany specyfiki godzinowych rozbiorów wody; ze względu na zwiększone zużycie wody szczególnie w godzinach wieczornych i nocnych (zmianie uległ rozkład dobowy zużycia wody przez mieszkańców), godziny o maksymalnym zużyciu wody w szczycie wieczornym to czas od 17:00-18:00 do 22:00-23:00, rys.3.
- Trudne do przewidzenia określenie godzin o maksymalnym zużyciu wody (przede wszystkim ze względu na zautomatyzowanie systemów podlewania trawników, napełniania basenów, podlewanie roślin itp.) rys.3.
- Zmiana procentowego udziału ilości wody wykorzystywanej w budynkach jednorodzinnych (w okresie lipiec-sierpień); około 25% na cele bytowo-gospodarcze, w stosunku do wykorzystywanej wody na cele podlewania zieleni i inne 75%.
Nie wszystkie systemy wodociągowe w ten sam sposób reagują na zjawisko suszy. Na niektóre ten wpływ jest większy i bezpośredni, a na niektóre mały lub niewielki. W wielu przypadkach uzależnione jest to od niezawodności układów wodociągowych, wynikającej z możliwości ujmowania wody, z kilku różnych ujęć. W tym przypadku strefowanie sieci i kierowanie wody do obszarów o wzmożonym zapotrzebowaniu, są jednym z możliwych rozwiązań na określony czas lata. Wymaga to dobrej znajomości układu sieci wodociągowej i często podejmowania decyzji w bardzo krótkim czasie. Mieszkańcy dużych ośrodków, podchodzą do problemów zaopatrzenia w wodę w okresie suszy, z dużym dystansem, ponieważ tam ten problem na razie nie występuje. Przede wszystkim dlatego, iż charakteryzują się one inną strukturą miasta, w porównaniu do mniejszych miejscowości, gdzie przeważa zabudowa jednorodzinna.
Obecnie działania podejmowane, po ostatnich doświadczeniach wynikających z pojawiającym się brakiem wody w systemach wodociągowych małych i średnich przedsiębiorstw, to budowa nowych ujęć. Jest to zapewne jeden ze sposobów na zwiększenie niezawodności układów wodociągowych, jednak nie jest to rozwiązanie, które przyniesie natychmiastowy efekt, ponieważ budowa trwa. Rozwiązaniem równie pożądanym, jest budowa zbiorników magazynujących wodę, czy uszczelnienie systemów wodociągowych, aby zapobiegać stratom, co jest sposobem zatrzymywania wody w układzie. Jednak są to możliwości, które zapewne przyniosą oczekiwany efekt, jednak nie zrealizują swojego zadania, w krótkim czasie, to jest w przyszłym roku zakładając, że susza również się pojawi. Dlatego racjonalne wykorzystywanie istniejących ujęć wody (jeśli w systemie zaopatrzenia w wodę występuje ich kilka) oraz sterowanie zasuwami, tak aby strefować układ sieci wodociągowej, bez konieczności planowania rozbudowy o kolejne, wydaje się podejściem optymalnym. W sytuacjach trudnych pomoc sąsiednich gmin w dostawie wody w okresach jej deficytu, może okazać się konieczna. Każdy z pomysłów rozwiązywania problemów związanych z okresami deficytów wody, powinien być rozpatrywany w odniesieniu do indywidualnego systemu wodociągowego.
Zawsze niezawodność systemu zaopatrzenia w wodę wzrastała przy wykorzystywaniu do zasilania układu różnych źródeł wód, podziemnych jak i powierzchniowych.
Plany gospodarowania zasobami wodnymi w Polsce zakładają, że do 2027 roku wzrośnie ilość wód gromadzonych w systemach retencyjnych lub w wyniku optymalnej gospodarki zasobami [10]. Jeśli rzeczywiście takie działania będą podejmowane w najbliższym czasie.
Podsumowanie
Susza ma wpływ na pracę systemów zaopatrzenia w wodę, szczególnie na ujęcia, których zasoby mogą ulec wyczerpaniu. Dlatego jednym z podstawowych działań powinny być przemyślane i poparte już doświadczeniem ostatnich lat, działania i decyzje jak postępować w przypadku doraźnego braku wody, jak i rozwiązania co do zabezpieczenia sieci wodociągowych przed występowaniem wieloletnich okresów suszy.
Należy przeanalizować minione lata kiedy występował deficyt wody i wyciągnąć wnioski w postaci przygotowanych scenariuszy. Powinny one wynikać z doświadczenia i poprzez szczegółową analizę sytuacji oraz sieci wodociągowych, wskazywać kierunki postępowania, na wypadek gdyby takie zdarzenia miały zaistnieć w przyszłości. Bardzo pomocnym narzędziem do podejmowania czasem trudnych decyzji, o sposobie zaopatrzenia w wodę konkretnej jednostki osadniczej, są modele matematyczne służące do symulacji sieci wodociągowej oraz GIS.
B I B L I O G R A F I A :
[1] Gutry-Korycka M., Andrzej S., Kundzewicz Z., Pociask-Karteczka J., Skrzypczyk L. 2014: Zasoby wodne a ich wykorzystanie, Nauka 1, 77-98
[2] Suchożebrski J., 2018: Zasoby wodne Polski, Zarządzanie zasobami wodnymi w Polsce 2018, Global Compact Network Poland, 33-37
[3] Lorenc H., 2018, Z życia Towarzystwa: konferencja Współczesne problemy klimatu Polski (maj/czerwiec 2019), Przegląd Geofizyczny, 53 (1-2), 170-171
[4] Fal B. 2004: Czy niżówki ostatnich lat są zjawiskiem wyjątkowym? Gazeta Obserwatora IMGW, nr.3, 16-18
[5] Farat R., Kępińska-Kasprzak M. Kowalczak P., Mager P., 1995: Susze na obszarze Polski w latach 1951-1990, Materiały Badawcze IMGW, Seria: Gospodarka Wodna i Ochrona Wód nr.16 s.140
[6] Biuletyn Państwowej Służby Hydrologiczno – Meteorologicznej Rok 2018, IMGW-PIB, Nr 13 (202)
[7] Główny Inspektorat Sanitarny (GIS) 2019: Główny Stan Sanitarny Kraju w roku 2018
[8] Kowalski D., Kowalska B., Suchorab P., Nakonieczna S., Skwarek M., 2019, Badania wzorców zmian poboru wody przez odbiorców charakterystycznych w wybranym systemie wodociągowym. Instal 7-8, (408) 2019, s.54-59.
[9] Miszta-Kruk K., Analiza poborów wody w sieci wodociągowych średnich miejscowości w okresie 2018-2019. Materiały własne, 2019
[10] Ministerstwo Gospodarki Morskiej i Żeglugi Śródlądowej. Projekt Planu Przeciwdziałania Skutkom Suszy (PPSS). Analiza stanu dyspozycyjnych zasobów wodnych oraz zagrożenia suszą. Warszawa, wrzesień 2019.
[11] Dz.U.UE.C.2010.9E.33 z dnia 15 stycznia 2010 r.; Sposób rozwiązania problemu dotyczącego niedoboru wody i susz w Unii Europejskiej; P6_TA(2008)0473; Rezolucja Parlamentu Europejskiego z dnia 9 października 2008 r. w sprawie sposobu rozwiązania problemu dotyczącego niedoboru wody i susz w Unii Europejskiej (2008/2074(INI)).