Naukowcy, odpowiadając na wyzwania związane ze zmieniającym się klimatem, prowadzą badania, które mają zapobiegać prognozowanym zagrożeniom. Jednym z nich jest narastający problem dostępu do zasobów wodnych. Międzynarodowy zespół ekspertów w dziedzinie hydrogeologii we współpracy z kilkoma instytucjami z krajów Europy Środkowej podjął działania służące opracowaniu systemu ochrony zasobów wodnych poprzez wdrożenie rozwiązań dodatkowego zasilania. Polskim zespołem w ramach projektu DEEPWATER-CE kieruje dr Sławomir Sitek z Wydziału Nauk Przyrodniczych UŚ.

Dr Sławomir Sitek, lider polskiego zespołu w ramach projektu DEEPWATER-CE

Co pewien czas Państwowa Służba Hydrogeologiczna (PSH) wydaje ostrzeżenie o stanie zagrożenia hydrogeologicznego dla poszczególnych województw, w tym województwa śląskiego. Oznacza to między innymi niski stan położenia zwierciadła wód podziemnych skutkujący występowaniem niedoborów wody w ujęciach gospodarskich oraz w ujęciach komunalnych użytkujących pierwszy poziom wodonośny. Prowadzony monitoring oraz opracowywane prognozy to niezbędne działania służące racjonalnemu zarządzaniu zasobami wód podziemnych w naszym kraju. To właśnie one stanowią podstawę zaopatrzenia w wodę do spożycia około 70 proc. ludności Polski. Ich ochronie służyć może nie tylko racjonalne gospodarowanie, lecz również innowacyjne rozwiązania opracowywane przez naukowców na całym świecie. Działania te mają szczególne znaczenie w dobie obserwowanych skutków zmian klimatycznych negatywnie wpływających na ilość i dostępność zasobów wodnych. Ograniczony dostęp do dobrej jakości wód podziemnych może generować konflikty pomiędzy użytkownikami tych zasobów, każdy z nas może bezpośrednio odczuć ich skutki.

Jednym z rozwijanych przez naukowców rozwiązań zrównoważonego gospodarowania wodami podziemnymi są systemy Managed Aquifer Recharge (MAR), które umożliwiają dodatkowe i kontrolowane zasilanie wód podziemnych. Należy do tej grupy powszechnie stosowany w wielu państwach Europy Środkowej system filtracji brzegowej umożliwiający zwiększenie zasobów ujęć wód podziemnych dodatkowym zasilaniem wody z rzeki. Opracowanych przez naukowców technologii MAR jest jednak znacznie więcej. Stanowią one interesującą alternatywę dla rozwiązań znanych w Polsce i Europie Środkowej, dlatego podejmowane są działania służące testowaniu innowacyjnych systemów w środowisku naturalnym w tej części Europy. Taki jest również cel projektu DEEPWATER-CE, w ramach którego jedno z rozwiązań służące zabezpieczeniu wody w regionie zostanie przetestowane w Małopolsce dzięki współpracy z Tarnowskimi Wodociągami Sp. z o.o.

– Część znanych metod z powodzeniem stosowana jest w krajach europejskich. Kluczowe okazują się jednak budowa geologiczna i warunki hydrogeologiczne danego obszaru. Nie ma metod uniwersalnych. Musimy sprawdzić najpierw, z jakim podłożem będziemy mieć do czynienia, aby zastosować najlepszą metodę – mówi dr Sławomir Sitek.

Jeśli w górnej warstwie powierzchniowej występują skały charakteryzujące się dobrą przepuszczalnością hydrauliczną, wystarczy system odpowiednio zaprojektowanych rowów czy stawów infiltracyjnych, dzięki którym woda infiltruje do warstw wodonośnych.

Bardziej skomplikowanym przypadkiem jest występowanie na danym terenie warstw wodonośnych o zwierciadle napiętym, co oznacza, że w górnej warstwie występują skały o słabej przepuszczalności. W takim przypadku muszą być stosowane technologie wykorzystujące otwory wiertnicze, co przekłada się między innymi na wzrost kosztów stosowanej metody.

Pilotażowy obszar badań: infiltracyjne ujęcie wody Świerczków w Tarnowie. Zdjęcie wykonane podczas wyjazdu terenowego zorganizowanego w grudniu 2019 roku

– W związku z tym, choć gotowych do wdrożenia technologii jest wiele, w naszych warunkach geograficznych i hydrogeologicznych zaaplikować można jedynie niewielką ich część. To, co sprawdza się w Stanach Zjednoczonych, niekoniecznie będzie działać w Hiszpanii – komentuje naukowiec z Uniwersytetu Śląskiego.

Porównanie i zestawienie dotychczasowej wiedzy i doświadczeń umożliwi opracowanie nowej koncepcji planu szerszego zastosowania systemów MAR w Europie Środkowej, a w przyszłości wdrażania sprawdzonych rozwiązań dla gospodarki wodnej w kraju. W przypadku projektu DEEPWATER-CE wybrane, alternatywne rozwiązania będą stosowane w obszarach pilotażowych, ich wykonalność sprawdzona zostanie na terenie Polski, Słowacji, Węgier i Chorwacji. W naszym kraju wskazany został Tarnów.

Wybór miejsca nie był przypadkowy. Po pierwsze, w tej lokalizacji są już stosowane pewne metody dodatkowego zasilania wód podziemnych, które zwiększają zasoby ujęcia wykorzystywanego przez mieszkańców miasta i okolic. Po drugie, naukowiec podkreśla znaczenie dotychczasowej efektywnej współpracy z tym przedsiębiorstwem podjętej w ramach wcześniejszych projektów badawczych. Po trzecie wreszcie, obszar tarnowski jest interesujący ze względu na wyzwania związane z potencjalnymi zanieczyszczeniami wód podziemnych. W tym rejonie znajdują się tereny po odkrywkowej eksploatacji złóż piasków i żwirów wypełnione nieznanymi do końca odpadami, w pobliżu funkcjonuje także jedna z największych w Europie firm chemicznych, Grupa Azoty SA, produkująca między innymi nawozy sztuczne. Te czynniki należy również wziąć pod uwagę przy planowaniu wdrażania technologii dodatkowego zasilania wód podziemnych. Zadaniem naukowców będzie stworzenie specjalnego systemu wczesnego ostrzegania o zagrożeniach związanych z zanieczyszczeniem ujęcia wody pitnej. – Dbamy o to, aby nasze rozwiązania nie tylko łagodziły niekorzystne skutki zmian klimatycznych poprzez zrównoważone wykorzystanie zasobów wodnych, lecz dążymy także do tego, aby zarządzanie zasobami prowadzone było w sposób bezpieczny – mówi dr Sławomir Sitek.

Wybór odpowiedniej technologii jest oparty częściowo na informacjach zgromadzonych przez Państwową Służbę Geologiczną, w tym na podstawie map hydrogeologicznych. Dane będą jednak weryfikowane przede wszystkim bezpośrednio na miejscu, gdzie planowane jest studium wykonalności wybranej technologii.

– Przeprowadziliśmy niedawno pierwsze badania geofizyczne, których celem było lepsze rozpoznanie parametrów warstwy wodonośnej, w tym jej wymiarów i miąższości. Na podstawie zdobytej wiedzy wynikającej z kompleksowych badań terenowych, laboratoryjnych i modelowych odpowiemy na pytanie, ile wody jesteśmy w stanie wtłoczyć do warstw wodonośnych w ujęciu – tłumaczy hydrogeolog. – Co ważne, obszar pilotażowy został oczywiście ustalony z zarządcami tarnowskich wodociągów. Docelowo chcemy, aby ujęcie wody pitnej Świerczków w Tarnowie mogło pompować 400m3/h wody nawet w sytuacji niskiego poziomu wody w Dunajcu, co obecnie nie jest możliwe – dodaje.

Istotą takiego systemu ma być dodatkowe zasilanie wód podziemnych, co stanowi interesujący sposób odpowiedzi na negatywne skutki zmian klimatycznych. W praktyce oznacza to, że system powinien gromadzić nadmiar wód powierzchniowych i opadów w okresach, które charakteryzują się obfitością wody. Następnie nadmiar wtłoczony byłby do warstwy wodonośnej stanowiącej w tym przypadku rodzaj rezerwuaru na czas suszy czy wzmożonego zapotrzebowania na wodę. Rozwiązanie jest o tyle ciekawe, że już sam proces pompowania do warstwy wodonośnej może w sposób naturalny, przez filtrację, oczyszczać wody z rzek czy opadów atmosferycznych z różnych zanieczyszczeń. Byłby to najbardziej ekologiczny i jednocześnie tani sposób.

– Takie badania prowadzone były między innymi przez naszych kolegów z Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza w Poznaniu. Wynika z nich, że w wyniku samooczyszczania woda, która przefiltrowała przez warstwy wodonośne, oczyściła się z różnych związków organicznych, jak np. śladowych ilości farmaceutyków. To bardzo interesujące wyniki – komentuje hydrogeolog.

Wdrożenie wybranego systemu MAR z pewnością przyczyni się do kompleksowej ochrony zasobów wodnych i zrównoważonego ich wykorzystania w obszarach pilotażowych, w tym w Tarnowie, co ma strategiczne znaczenie z perspektywy obserwowanych zmian klimatycznych.

W projekcie, który będzie realizowany do kwietnia 2022 roku, bierze udział 7 partnerów z 5 krajów: Węgier (Węgierska Służba Górnicza i Geologiczna, Geogold Kárpátia Sp. z o.o.), Chorwacji (Spółka Wodno-Kanalizacyjna w Splicie, Chorwacka Służba Geologiczna), Słowacji (Instytut Badań Wody), Niemiec (Uniwersytet Techniczny w Monachium) i Polski (Uniwersytet Śląski), a także 5 partnerów stowarzyszonych. Projekt jest finansowany ze środków transnarodowego programu Interreg Europa Środkowa. Szczegółowe informacje dostępne są na stronie: www.interreg-central.ue/Content.Node/DEEPWATER-CE.html