Ekohydrologiczne podstawy adaptacji rolnictwa i gospodarki wodnej do zmian klimatycznych

Przyszłość, to w 90% woda.

Ekohydrologiczne podstawy adaptacji rolnictwa i gospodarki wodnej do zmian klimatycznych

Dotychczasowa gospodarka środowiskiem w tym wodą  wywodzi się z filozofii gospodarki linearnej kierującej się zasadą – pobrać – użyć – wyrzucić. Całe środowisko zostało podporządkowane funkcjom gospodarczym, nastąpiły spowodowane tym drastyczne zmiany w ekosystemach i krajobrazie.

Stan środowiska w tym wód powierzchniowych w Polsce i na świecie ulega stałemu pogorszeniu. Opinię tą potwierdza min. Światowy Raport na temat Wody, opracowany przez Światowy Program Narodów Zjednoczonych Oceny Zasobów Wodnych (WWAP). Woda staje się obecnie ważniejszym surowcem strategicznym od ropy naftowej.

Dlaczego woda jest tak ważna? Jako jedyna występuje na Ziemi w trzech stanach skupienia. Woda jest najważniejszym składnikiem organizmów, na przykład stanowi około 60–70% masy ciała człowieka. Trzeba stale pamiętać,  mimo, że zbiorniki wodne zajmują ¾ powierzchni Ziemi to jedynie 2,5% objętości wód naturalnych stanowią wody słodkie, które są niezbędne do życia wszystkich organizmów i oczywiście do wykorzystania gospodarczego. Pozostałe 97,5% to wody słone (morza i oceany, słone jeziora oraz wody podziemne). Te 2,5 % wody stanowi najważniejszy czynnik w obiegach  pierwiastków chemicznych w środowisku i podstawowy czynnik klimato- i krajobrazotwórczy.

Linearna filozofia gospodarowania zasobami przyrodniczymi przyniosła wiele negatywnych konsekwencji takich jak:

  • redukcję powierzchni lasów i terenów podmokłych co drastycznie zmniejszyło retencję wody i miało poważne skutki klimatyczne,
  • redukcję bioróżnorodności na ogromnych obszarach zagospodarowanych przez nowoczesne rolnictwo,
  • przyspieszenie odpływu wody z terenów utwardzonych i uprawnych uregulowanymi rzekami, co spowodowało z jednej strony braki wody w okresie suszy z drugiej zwiększanie fali powodziowej w okresach opadów a w dłuższym horyzoncie czasowym mniejszą odporność na zmiany klimatyczne,
  • dramatyczne zwiększenie zanieczyszczenia wód płynących, szczególnie biogenami pochodzącymi z niedostatecznie oczyszczonych ścieków oraz spływami powierzchniowymi,
  • wymywanie biogenów z pól uprawnych i przemieszczanie ich do wód płynących, co powoduje drastyczne zmniejszenie ilości biogenów i węgla organicznego w agrocenozach,
  • zmiany lokalnego mikroklimatu pogłębiające deficyt wody.

Żeby rozwiązać zaistniałe problemy musimy przeprowadzić analizę procesów, które doprowadziły nas do dzisiejszego stanu. Obowiązującym paradygmatem podejścia naukowego (czyli sposobem badania)  do wszelkich problemów jest podejście analityczne wywodzące się z filozofii Kartezjusza głoszące, że każde zjawisko można poznawać częściami, co pozwala na zrozumienie całości procesu. Takie rozumowanie sprawdzało się w przypadku układów mechanicznych takich jak np. zegarek, czy silnik spalinowy,  ale nie sprawdza się w przypadku systemów przyrodniczych.

W ekosystemach nie ma jednego kluczowego czynnika,  jest wypadkowa wielu czynników. Tworzą się mniej lub bardziej trwałe stany równowagi (dokładniej stany stacjonarne).  Przykładem może być wir na rzece, czasami jest trwały, czasami drobny czynnik może go spotęgować lub spowodować jego zniknięcie.

Istotę zjawisk zachodzących w przyrodzie najlepiej oddaje teoria systemów Ludwiga von Bertalanffy. Dlatego do rozwiązywania problemów związanych ze środowiskiem potrzebujemy wiedzy z wielu dziedzin takich jak ekologia, hydrologia, klimatologia, itp. Najlepiej taką integrację różnych dziedzin wiedzy dokonuje nowa nauka – Ekohydrologia.

Przykładem rozwiązań nie korzystających z wiedzy ekohydrologicznej jest podejście  do gospodarki wodno – ściekowej.  W ostatnich dwu dekadach wydano w Polsce ogromne środki na infrastrukturę wodno – ściekową, szczególnie w ramach Krajowego Programu Oczyszczania Ścieków Komunalnych oczekując, że nastąpi adekwatna do wkładu finansowego poprawa stanu wód powierzchniowych. Dzięki realizacji tego programu faktycznie zmniejszyła się ilość ścieków nieoczyszczonych dostających się do wód powierzchniowych. Stan wód jednak nie uległ takiej poprawie jak zakładano przystępując do realizacji tego programu, ponieważ nie uwzględniono kilku czynników:

  • żaden system nie działa bezawaryjnie, awarie dużych oczyszczalni ścieków zawsze powodują mniejsze lub większe katastrofy ekologiczne , takie jak np. głośna ostatnio awaria kolektora ściekowego oczyszczalni „Czajka”,
  • nawet najlepiej działająca oczyszczalnia oczyszczająca zgodnie z najbardziej restrykcyjnymi normami UE „produkuje„ 1mg fosforu/litr oczyszczonego ścieku, czyli np. oczyszczalnia obsługująca 100 tys mieszkańców rocznie „zasila” wody powierzchniowe w 5,5 tony fosforu. Faktycznie wartość ta jest większa bo należy uwzględnić awarie i „wahnięcia” pracy  oczyszczalni  powodujące krótkotrwałe spadki efektywności oczyszczania.  Wg. najnowszych badań bezpiecznym stężeniem fosforu w wodzie jest wartość poniżej 0,2 mg/l. Przy stężeniu  fosforu wyższym dochodzi w odpowiednich warunkach pogodowych; ciepło, słonecznie, spowolniony przepływ wody, do masowego wzrostu glonów w tym toksycznych sinic. Glony te obumierają, opadają na dno zbiornika, gdzie następują procesy gnilne ponownie zanieczyszczające wodę. Zbiorniki wodne są swoistymi akumulatorami biogenów, które gromadzą się w osadach dennych skąd są uwalniane do toni wodnej.
  • koncentrując się na neutralizacji ścieków (skądinąd bardzo ważnym zadaniu) stracono z oczu fakt, że w systemy kanalizacyjne można ująć nie więcej niż 60% wytwarzanych zanieczyszczeń. Zanieczyszczenia tzw. obszarowe pochodzące głównie z działalności rolniczej nie są oczyszczane w żadnym stopniu.  Konsekwencją takiego podejścia do gospodarki wodnej jest wtórne zanieczyszczenie prawie wszystkich zbiorników wodnych w Polsce wywołane właśnie opisanym powyżej zjawiskiem eutrofizacji, czyli przeżyźnienia wody.

Podobnie jest z innymi aspektami gospodarki wodnej i szerzej zarządzania środowiskiem. Dzieje się tak pomimo zapisów w wielu aktach prawnych  o roli środowiska w tym wody np.:

Art. 10 Prawa Wodnego z 20 lipca 2017 roku mówi, że:

  1. „Zarządzanie zasobami wodnymi służy zaspokajaniu potrzeb ludności i gospodarki oraz ochronie wód i środowiska związanego z tymi zasobami, w szczególności w zakresie:

1) zapewnienia odpowiedniej ilości i jakości wody dla ludności;
2) ochrony przed powodzią oraz suszą;
3) ochrony zasobów wodnych przed zanieczyszczeniem oraz niewłaściwą lub nadmierną eksploatacją;
4) utrzymywania lub poprawy stanu ekosystemów wodnych i zależnych od wód;
5) zapewnienia wody na potrzeby rolnictwa oraz przemysłu;
6) tworzenia warunków dla energetycznego, transportowego oraz rybackiego wykorzystania wód;
7) zaspokojenia potrzeb związanych z turystyką, sportem oraz rekreacją”

Problem wobec tego nie leży w przepisach prawa, ale w niedostatku wiedzy wśród decydentów na temat mechanizmów rządzących środowiskiem i możliwych metod przeciwdziałania negatywnym czynnikom wynikających z intensywnej gospodarki.

Propozycje właściwego gospodarowania środowiskiem

W przypadku wody tworzy się swego rodzaju błędne koło, intensywna eksploatacja środowiska prowadzi do szybkiego jej spływu i nadmiernej kumulacji biogenów przy wyjaławianiu pól uprawnych, czyli mówiąc naukowo zaburzenie naturalnych cykli biogeochemicznych i obiegu wody.

Czy jest sposób na przerwanie tego koła?

Takim rozwiązaniem jest zastosowanie zasad ekonomii biocyrkularnej, zwanej także gospodarką o obiegu zamkniętym czyli zamknięcie obiegu wody i biogenów w skali jak najbardziej lokalnej. Jest to nic innego jak przywrócenie naturalnego obiegu pierwiastków w środowisku. Jest to model gospodarki wzorowany na funkcjonowaniu natury, na funkcjonowaniu ekosystemów.

Założenia ekohydrologiczne projektu

  1. Maksymalne retencjonowanie wody na małych ciekach, czyli tzw. mała retencja. Co przez to osiągamy? Zwiększenie retencji wody, czyli zapobieganie suszy ale i gromadzenie wody w przypadku intensywnych opadów, czyli spłaszczanie fali powodziowej. Woda retencjonowana przenika do wód podziemnych i podnosi ich poziom. W przypadku kilku (kaskad) zbiorników możemy oczekiwać poprawy lokalnego mikroklimatu. Zwiększamy też bioróżnorodność zarówno ekosystemów wodnych jaki i tych bezpośrednio przylegających do takich zbiorników. Obszary tak zagospodarowane stają się atrakcyjne turystycznie, co może być impulsem do ich rozwoju.
  2. Aby uzyskać efekty opisane w pkt.1 konieczne jest  jak najdokładniejsze odcięcie dopływu biogenów do wód.  Z jednej strony powinna to być staranna gospodarka wodno – ściekowa z dodatkowym usuwaniem biogenów z oczyszczonych ścieków (czy to poprzez budowę systemów kanalizacyjnych czy też lokalnych lub przydomowych oczyszczalni ścieków) z drugiej strony biofiltracja małych cieków wodnych z zastosowaniem polderów biofiltracyjnych. Dodatkowo w miejscach możliwych spływów powierzchniowych należy stosować strefy ekotonowe. Bez ochrony biernej (strefy ekotonowe) i czynnej (systemy kanalizacyjne i poldery doczyszczające na małych ciekach) nie możemy zaczynać retencjonowania wody, bo będziemy tworzyli zbiorniki wtórnie zanieczyszczone z powodu zjawiska eutrofizacji, które nie będą spełniały naszych oczekiwań.
  3. Wycofywanie (repozycja) biogenów zgromadzonych w zbiornikach wodnych. Należy pamiętać, ze nie istnieją 100 % sposoby oczyszczania wody z biogenów, zawsze będą one dostawać się do wód płynących, choćby z biomasą roślin (liście) czy też z odchodami ptaków (wg. niektórych badań do 10 % fosforu w niektórych zbiornikach wodnych może pochodzić z ptasich odchodów). Każdy zbiornik wody jest swoistym „akumulatorem” materiału organicznego płynącego wodami. Dlatego prędzej czy później nastąpi jego eutrofizacja, stąd konieczne jest wycofywanie biogenów ze zbiornika. Co to nam daje? Po pierwsze mamy czystą wodę, po drugie mamy biomasę bogatą w mikroelementy i węgiel organiczny, którą można z powodzeniem kompostować i wykorzystywać jako naturalny nawóz wzbogacający dodatkowo gleby w węgiel organiczny.

Przedstawiona propozycja składałaby się z pewnych powtarzalnych elementów „modułów” czyli polderu doczyszczającego na małym cieku wodnym (do 10 m3/s), zbiornika retencyjnego poniżej polderu, tamy z obwałowaniem  tworzącym dodatkowo suchy polder, który napełnia się w czasie intensywnych opadów i gromadzi falę powodziową. Taki polder mógłby być ekstensywnie użytkowaną łąką kwietną obsianą roślinami miododajnymi.

Moduły takie byłby budowane na niewielkich ciekach, również w obrębie miast np. w parkach, gdzie mogłyby gromadzić wody z intensywnych opadów i odprowadzać je do gruntu. Dopiero po doprowadzeniu do spadku w wodach stężenia fosforu poniżej 0,2 mg/l można budować większe zbiorniki wodne w dolnym biegu cieku bez obawy o zakwity glonów i zamulenie zbiornika materiałem erozyjnym.

Ponadto poldery doczyszczające powinny być obowiązkowym ostatnim stopniem oczyszczania w oczyszczalniach komunalnych

 

Jak wdrożyć zaproponowane rozwiązanie?

Proponuję wykonanie projektu pilotażowego w małej zlewni. Projekt składałby się z następujących etapów:

  1. wykonanie wieloaspektowego studium wykonalności zawierającego:
  • analizę sytuacji aktualnej zlewni,
  • identyfikację problemów,
  • przedstawienie możliwych rozwiązań zidentyfikowanych problemów wraz z analizą technologiczną, ekonomiczną, efektów społecznych i ekologicznych każdego z nich.
  1. wybór rozwiązania
  2. wykonanie niezbędnych projektów technicznych i wykonawczych oraz uzyskanie zgód i pozwoleń,
  3. wykonanie inwestycji,
  4. ocena osiągniętych wyników ze szczególnym uwzględnieniem trwałości projektu, w tym źródeł finansowania fazy eksploatacyjnej.

 

Projekt pilotażowy dałby wiedzę o tym czy takie rozwiązanie spełnia założenia oraz jak je wdrażać z punktu widzenia biznesowego. Mógłby to być np. poligon doświadczalny dla przeprowadzenia inwestycji typu partnerstwo publiczno prywatne PPP.

 

Autor: Juliusz Sumorok

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *