Moduł A. Rozpoznanie i przeciwdziałanie skutkom powodzi

Moduł A realizowany jest we współpracy z dr Ireną Burzyńską oraz metodykiem Anna Woźniak

Wprowadzenie

W ostatnim czasie obserwujemy ogólnoświatową tendencję do intensyfikacji zjawisk pogodowych. Także w naszej strefie geograficznej (klimatycznej) występują różnorakie anomalie pogodowe w wyniku, których dostarczane są do środowiska duże nadwyżki wody, a bilans wodny danego obszaru ulega zaburzeniu. Należą do nich m.in.:

• krótkotrwałe i bardzo intensywne deszcze (zwane nawalnymi),
• kilku lub nawet kilkunastodniowe okresy nieprzerwanych opadów,
• intensywne topnienie grubej pokrywy śnieżnej w okresie wiosennym, itd.

W przeszłości nadwyżki wody nie stanowiły tak dużego problemu, gdyż zlewnie posiadały naturalną umiejętność retencjonowania wody – zatrzymywania nadwyżek w okresach intensywnych opadów/roztopów i powolnego ich oddawania w okresach suszy. Rozwój cywilizacyjny sprawił, iż człowiek zagospodarował znaczne połacie terenu na własny użytek – wyciął lasy, prowadzi gospodarkę rolną, wznosi zabudowania, buduje zakłady produkcyjne i drogi, wykorzystując także te obszary w dolinach rzecznych, które w przeszłości stanowiły naturalne tereny zalewowe. Działania te zmieniają stosunki wodne obszaru.

Nadwyżek wody nie można już zagospodarować w tak efektywny sposób – woda roztopowa, czy też opadowa w coraz szybszy sposób odprowadzana jest do cieków, zamiast być zatrzymywaną w zlewni, lub też gromadzi się w lokalnych zastoiskach. W związku z tym pojawienie się znacznych nadwyżek wody praktycznie zawsze jest skorelowane z niewielkimi nawet incydentami powodziowymi, lokalnymi podtopieniami lub zalewaniem terenów nadrzecznych, generującymi straty materialne. Tym samym zwiększa się znacznie ryzyko rozprzestrzeniania się w środowisku zanieczyszczeń – pochodzących z obszarów bezpośrednio zalanych, jak i spływających do cieków wraz z wodami opadowymi/roztopowymi.

Próba oszacowania skali tego zjawiska na wybranym obszarze oraz wypracowanie propozycji minimalizowania jego negatywnych skutków będą stanowiły główny przedmiot badań w module A Rozpoznanie i przeciwdziałanie skutkom powodzi.

Wstęp do modułu

Anomalie pogodowe oraz zintensyfikowane przez nie zjawiska powodziowe niezależnie od zasięgu stanowią coraz powszechniejszą w naszym kraju grupę zagrożeń. Oprócz generowania strat materialnych i gospodarczych, niosą także zagrożenie dla zdrowia ludzi i zwierząt zamieszkujących dany obszar. Fala powodziowa niszczy obiekty mieszkalne, gospodarcze i przemysłowe. Porywa także w swoim biegu zawartość składowisk odpadów komunalnych i bytowych, hałd, szamb, cmentarzy. Nawet, gdy obiekty te zostaną zabezpieczone przed bezpośrednim zalaniem, niebezpieczne substancję mogą zostać wymyte przez wody z intensywnych opadów lub roztopów. Źródło zanieczyszczeń stanowią również tereny użytkowane rolniczo.

W wyniku opisanych procesów do wód powierzchniowych dostają się bardzo zróżnicowane substancje chemiczne – składniki wyrobów przemysłowych, pestycydy oraz czynniki biologiczne, będące nośnikami m.in. bakterii chorobotwórczych, a także stosunkowo łatwe do wykrycia składniki nawozowe (z nawozów organicznych), takich jak obornik, zawierające duże ilości pierwiastków biogennych (niezbędnych do budowy i prawidłowego funkcjonowania organizmów żywych). Zalicza się do nich m.in.: azot, fosfor i potas. Wysokie dawki składników nawozowych z biogenami są masowo stosowane w celu zwiększenia plonów. Także ścieki produkcyjne pochodzące z sektora zwierzęcego (odchody stałe i płynne) są bogate w te substancje. Szczególnie bogate w fosfor, służący do produkcji środków czystości (detergentów), są także ścieki bytowe, przedostające się często do środowiska z nieszczelnych instalacji sanitarnych lub szamb. Nadmierne wzbogacenie cieków w biogeny skutkuje eutrofizacją wody, tzw. użyźnieniem. W efekcie dochodzi do niekontrolowanego rozwoju biomasy roślinnej i pojawienia się substancji toksycznych (siarkowodór). W konsekwencji zmniejszony dopływ tlenu eliminuje wiele gatunków flory i fauny, w tym ryb. Dostarczone na jednym odcinku cieku zanieczyszczenia są transportowane aż do ujścia, zanieczyszczając całość wód.

Po co realizujemy wybrane działania?

Nie ma możliwości przeciwdziałania występowaniu anomalii pogodowych. Można jednak zaplanować, w jaki sposób przeciwdziałać ich negatywnym skutkom (niekontrolowanym wezbraniom, powodziom, nadmiernemu spływowi powierzchniowemu, lokalnym podtopieniom), zwłaszcza w kontekście niwelowania ilości potencjalnych zanieczyszczeń dostarczanych do środowiska. Przeprowadzone badania wskazują, że wpływ na ich generowanie ma kilka kluczowych czynników:

• wielkość bezpośrednio zalanego obszaru oraz obszaru, z którego wody roztopowe/powodziowe spływają bezpośrednio do cieku (zlewni),
• ukształtowanie powierzchni (rzeźba) zlewni,
• rodzaj utworów powierzchniowych/właściwości gleby pokrywających dany obszar,
• sposób użytkowania ziemi w zlewni danego cieku,
• intensywność produkcji rolnej (roślinnej i zwierzęcej),
• rozmieszczenie i rodzaj punktowych i rozproszonych źródeł zanieczyszczeń.

Poprzez połączenie wiedzy zdobytej podczas prac kameralnych (identyfikacja ww. czynników w odniesieniu do konkretnej, wybranej zlewni) oraz terenowych (kontrolne badania gleby oraz wody), możliwe będzie opracowanie zestawu odpowiednich rekomendacji dla mieszkańców (rolników, przedsiębiorców) oraz władz gminy dotyczących prawidłowego gospodarowania w zlewni w celu zminimalizowania negatywnych skutków zjawisk powodziowych.

Na jakie problemy badawcze szukamy odpowiedzi?

Wieloletnie badania naukowe dowodzą, iż prawidłowy sposób użytkowania ziemi w zlewni, uwzględniający charakterystykę przyrodniczą obszaru, w znaczący sposób może przyczynić się do zmniejszenia ilości zanieczyszczeń, jakie dostają się do wód powodziowych. Dążąc do osiągnięcia tego celu, skupimy naszą uwagę na dwóch głównych kierunkach prowadzonych badań:

(1) rozpoznaniu lokalnych źródeł zanieczyszczeń, zwłaszcza tych, generujących składniki biogenne (azot, fosfor)

(2) ocenie warunków rozprzestrzeniania się tych zanieczyszczeń (zwłaszcza biogenów).

Lokalizacja potencjalnych źródeł zanieczyszczeń powinna być bowiem odniesiona do informacji o ukształtowaniu powierzchni wyznaczonej zlewni, sposobach jej użytkowania oraz właściwościach występujących tam gleb, co ma wpływ na infiltrację zanieczyszczeń w głąb gruntu.

Prowadzone prace będą miały zatem na celu zdefiniowanie odpowiedzi na następujące problemy (pytania) badawcze:

1. Jakie formy użytkowania terenu mogą w szczególności determinować występowanie na badanym obszarze potencjalnych źródeł zanieczyszczeń biogenami (azot, fosfor)? Czy i ewentualnie jaka działalność człowieka prowadzona na badanym obszarze może przyczyniać się do generowania dodatkowych ładunków biogenów dostarczanych do wód powierzchniowych?
2. Jak charakterystyki przyrodnicze obszaru (ukształtowanie powierzchni, właściwości gleb) determinują główne kierunki i tempo migracji ewentualnych zanieczyszczeń?
3. Czy występowanie ekstremalnych zjawisk atmosferycznych (deszczy nawalnych, długotrwałych opadów) wpływa na tempo migracji zanieczyszczeń?
4. Czy pomierzone stężenie biogenów w badanych wodach płynących wskazuje na zagrożenie eutrofizacją?
5. Czy mierzone stężenie tlenu rozpuszczonego w wodzie w badanych wodach płynących może być powodem obumierania fauny i flory wód?

Na ww. problemach badawczych oparto następujące hipotezy, których weryfikacja będzie możliwa w toku realizacji poszczególnych zadań:

1. Działalność bytowa i gospodarcza ludzi (czynniki antropogeniczne), a zwłaszcza sposób rolniczego użytkowania terenu w pobliżu cieku, wpływają na ilość generowanych i dostarczanych do wód powierzchniowych biogenów.
2. Czynniki naturalne, tj. ukształtowanie terenu oraz właściwości gleby, w tym skład granulometryczny mają wpływ na kierunek i tempo przemieszczania się wód opadowych oraz roztopach, a co za tym idzie sposób migracji zanieczyszczeń na badanym obszarze.
3. Występowanie ekstremalnych zjawisk pogodowych zwiększa ilość wypłukiwanych do wód powierzchniowych zanieczyszczeń.
4. Nadmierne stężenie pierwiastków biogennych (powyżej 0,25 mg P/l oraz 10 NO3/l) oraz niedobór tlenu rozpuszczonego (poniżej: 4 mg O2/l) w wodach płynących może przyczyniać się do nasilenia eutrofizacji i być powodem obumierania fauny i flory wód.

Poprzez jakie działania osiągniemy zamierzony cel?

Realizowane w module działania zostaną podzielone na cztery główne etapy:

• Etap I: Wybór i charakterystyka zlewni wód powierzchniowych (kwiecień–czerwiec 2012)
• Etap II: Wstępne badania terenowe (wrzesień 2012 – luty 2013)
• Etap III: Regularne badania właściwości wód powierzchniowych (luty – czerwiec 2013 i wrzesień – listopad 2013)
• Etap IV: Opracowanie dokumentacji prowadzonych badań – Raport podsumowujący (do 15 listopada 2013)

Prace kameralne oraz pomiary terenowe wykonywane przez uczniów na każdym z etapów będą oparte na metodyce Programu GLOBE. (koordynator M.Machinko-Nagrabecka)