Wprowadzenie do gospodarki

wodnej

Sylwester Tyszewski

Instytut Systemów Inżynierii Środowiska

Politechnika Warszawska

Hydrologia

Całkowite zasoby wodne Kuli Ziemskiej wynoszą ok. 1.35*10 

9

 km

3



       

oceany i morza

- 97.200%



       

lodowce kontynentalne i górskie

- 2.150%



       

wody podziemne

- 0.625%



       

wody powierzchniowe

- 0.017%



       

para wodna w atmosferze

- 0.001%

cieki wodne

– 0.0001%

W ciągu roku dzięki energii Słońca następuje 40-krotna wymiana wody
pomiędzy atmosferą
i powierzchnią Ziemi.

Typy oddziaływania człowieka na środowisko
wodne

ingerencję celową, realizowaną w celu
dostosowania stosunków wodnych do potrzeb
człowieka ramach tzw. racjonalnej gospodarki
wodnej (zbiornik retencyjne, kanały przerzutowe,
regulacja rzek, mała retencja, ujęcia wód,
melioracje wodne itp.);
ingerencję uboczną, będącą niezamierzonym
skutkiem realizacji określonej działalności
gospodarczej człowieka (np. ścieki komunalne i
przemysłowe, zanieczyszczenia obszarowe
związane z produkcją rolną, zmiana reżimu
hydrologicznego rzek poprzez: zabudowę terenów,
wycinanie lasów, odwodnienia kopalń itp.);

Historia gospodarki wodnej (1)

Gospodarowanie zasobami wodnymi jest tak dawne

jak kultura ludzka
Mitycznym ojcem gospodarki wodnej jest

Herakles, syn Zeusa (Stajnie Augiasza, Hydra

Lernejska, Słupy Herakleska)
Starożytne budowle wodne (akwedukty, zbiorniki

wód powierzchniowych, systemy wodociągowe)
W czasach nowożytnych w Europie pierwsze

działania związane z gospodarką wodną

skierowane były na:



ochronę przed powodzią (regulacja rzek i budowa

obwałowań)



wykorzystywanie wody do celów żeglugi oraz

napędzania młynów i tartaków

Historia gospodarki wodnej (2)

Od początku XX wieku zaczęto wykorzystywać wodę do

produkcji energii elektrycznej
Przed II wojną światową na całym świecie powstało wiele

dużych zbiorników retencyjnych, głównie dla potrzeb

produkcji energii elektrycznej i ochrony przed powodzią
Po II wojnie światowej intensywny rozwój przemysłu,

aglomeracji miejsko-przemysłowych oraz intensyfikacja

produkcji rolniczej, w wielu regionach doprowadziły do

takiego wzrostu zapotrzebowania na wodę i jej

zanieczyszczenia, że niedobory nadającej się do

użytkowania wody stały się barierą dalszego rozwoju

gospodarczego
Od połowy lat siedemdziesiątych w Europie obserwuje się

coraz bardziej intensywną działalność na rzecz poprawy

jakości wód oraz ochrony ekosystemów wodnych i od wód

zależnych

Gospodarka wodna - definicja

Gospodarka wodna jest zarówno działem gospodarki

narodowej, jak również dyscypliną naukową zajmującą

się metodami i środkami kształtowania zasobów wodnych

w celu spełnienia uzasadnionych potrzeb użytkowników

wody, ochrony przed powodzią, ochrony zasobów

wodnych przed wyczerpaniem i zanieczyszczeniem oraz

ochrony ekosystemów wodnych i związanych z wodą.

Współczesna gospodarka wodna oparta jest na zasadach

zrównoważonego rozwoju (ekorozwoju), zakładających

osiąganie kompromisu pomiędzy zaspokajaniem

bieżących potrzeb społeczeństwa, a zachowaniem w

sposób trwały walorów i zasobów środowiska

naturalnego.
Gospodarowanie zasobami wodnymi odbywa się w

ramach zlewni rzecznych.

Gospodarka wodna - definicja

Wybitny polski hydrolog i ojciec polskiej
gospodarki wodnej Prof. Julian Lambor w
wydanej w 1965 roku książce pt.“Podstawy
gospodarki wodnej” zamieścił następujące
zakończenie:

JEDENASTE PRZYKAZANIE
„Odziedziczysz ziemię świętą jako wierny sługa i będziesz dbał
o utrzymanie jej zasobów i wydajności z pokolenia na
pokolenie. Będziesz strzegł twych pól przed erozją, obfitych
wód przed wyschnięciem, lasów przed zniszczeniem, będziesz
chronił swe wzgórza przed nadmiernym wypasem przez stada,
aby potomkowie twoi wiecznie cieszyli się obfitością.
Jeśli ktoś z was nie podoła tym obowiązkom wobec ziemi,
urodzajne wasze grunty staną się bezpłodnem polem kamieni
pokrytym jałowymi rozpadlinami, a coraz mniej liczni
potomkowie wasi będą żyli w ubóstwie lub znikną z
powierzchni ziemi.”

System wodnogospodarczy

System wodno-gospodarczy można zdefiniować jako układ

funkcjonalno-przestrzenny, obejmujący naturalne zasoby wód

powierzchniowych i podziemnych, środowisko przyrodnicze, w

którym one występują, obiekty hydrotechniczne

umożliwiające kształtowanie tych zasobów, obiekty

użytkowników wody oraz powiązania występujące pomiędzy
tymi elementami.

Celem działania tak rozumianego systemu wodno-

gospodarczego jest:



zaspokojenie zapotrzebowania na wodę jej odbiorców



realizacja określonych wymagań środowiska przyrodniczego



zabezpieczenie przed powodzią określonych obszarów

Sterowanie obiegiem wody w systemie wodno-gospodarczym

umożliwiają

obiekty hydrotechniczne

(zbiorniki retencyjne,

kanały przerzutowe, oczyszczalnie ścieków)

realizujące takie

funkcje, jak transformacja zasobów wodnych w czasie i

przestrzeni oraz kształtowanie jakości tych zasobów.

System wodnogospodarczy - Górna
Narew



















gospodarka komunalna

przemysł

nawodnienia użytków zielonych

oczyszczalnia ścieków

ujęcie wód podziemnych

stawy rybne

Narwiański Park Narodowy

chroniona dolina rzeczna
kanał przerzutowy

Ogólny schemat postępowania przy
rozwiązywaniu problemów dotyczących
gospodarowania zasobami wodnymi

Zasoby wodne

Zadania i potrzeby wodne

Środki działania

Sposoby tworzenia wariantów
rozwiązania

problemu

z

wykorzystaniem

badań

symulacyjnych

Kryteria wyboru rozwiązań

Zasoby wodne

Człowiek wykorzystuje zasoby wodne występujące w postaci wód:



powierzchniowych (jeziora słodkowodne, rzeki, potoki)



podziemnych



opadowych



poprodukcyjnych (np.  wód kopalnianych)

Ta sama woda może być wykorzystana wielokrotnie
Zasoby wód powierzchniowych, podziemnych i opadowych

najczęściej charakteryzują się nierównomiernym rozkładem na

większych obszarach (np. terytorium kraju). Przyczyną tego

zróżnicowania są: różne warunki topograficzne, geologiczne i

meteorologiczne oraz różne formy zagospodarowania terenu

(obszary urbanizowane, lasy, bagna, itp.).
Wody powierzchniowe i opadowe oprócz zmienności przestrzennej

charakteryzują się dużą losową zmiennością czasową,

uwarunkowaną przebiegiem procesów meteorologicznych.

Zmienność ta dotyczy zarówno wartości średnich rocznych dla

różnych lat, jak i rozkładu wielkości zasobów w poszczególnych

latach, który wynika z rocznego cyklu zjawisk meteorologicznych.

Typy informacji hydrologicznej wykorzystywane
w analizach gospodarki wodnej

Przystępując do rozwiązywania jakiegokolwiek problemu

gospodarki wodnej należy w pierwszej kolejności rozpoznać i

opisać stan zasobów wodnych zarówno pod względem ich ilości jak
i jakości

Rodzaj hydrologicznej informacji o zasobach wodnych zależy od

charakteru rozwiązywanego problemu gospodarki (planowanie,

projektowanie, eksploatacja), typu zadania lub zadań stawianych

przed analizowanym systemem wodno-gospodarczym (np.

zaopatrzenie w wodę, ochrona przeciwpowodziowa) oraz
wymaganego poziomu dokładności prowadzonych analiz.



W planowaniu i projektowaniu bez względu na rodzaj zadania

wykorzystywane są różnego rodzaju dane historyczne:

historyczne ciągi przepływów, historyczne hydrogramy fal

powodziowych, statystyczne charakterystyki przepływów. W

analizach tych wykorzystuje się również tzw. ciągi generowane.



W eksploatacji systemów wodno-gospodarczych

wykorzystywane są bieżące obserwacje oraz prognozy przepływu

w najbliższym przedziale czasowym (lub kilku przedziałach).

Zadania gospodarki wodnej (1)

zaspokojenie potrzeb wodnych różnego typu użytkowników wód
obejmujące:



zaopatrzenie w wodę ludności i gospodarki (przemysł, rolnictwo i
leśnictwo)



energetykę wodną



żeglugę śródlądową



turystykę i rekreację wodną

ochronę przed żywiołem wodnym w postaci różnego typu powodzi
ochronę zasobów wodnych przed: zanieczyszczeniem i nadmiernym
wykorzystaniem oraz utratą walorów przyrodniczych – samych wód
jak i obszarów z nimi związanych

Opis zadania gospodarki wodnej oprócz wielkości zapotrzebowania
wody obejmuje również wymagania dotyczące gwarancji dostaw
wody oraz jej parametrów jakościowych

Zadania gospodarki wodnej (2)

Ze względu na sposób wykorzystania wody w trakcie realizacji zadania

zaspokojenia potrzeb, można wydzielić dwa podstawowe typy

użytkowników zasobów wodnych:



użytkowników konsumpcyjnych (gospodarka komunalna, rolnictwa i

przemysł),



użytkowników niekonsumpcyjnych (ochrona ekosystemów wodnych,

ochrona jakości wód, żegluga śródlądowa, hydroenergetyka, turystyka,
rekreacja).

Potrzeby wodne ze względu na ich charakter można podzielić na:



Potrzeby bezwzględne (niezastępowalne), w których zaspokajaniu woda nie

może być zastąpiona żadnym substytutem

(potrzeby związane z

zaopatrzeniem w wodę ludności, potrzeby związane z zapewnieniem

przepływu nienaruszalnego, potrzeby wodne niektórych rodzajów

przemysłu, potrzeby związane z hodowlą zwierząt)



Potrzeby względne (zastępowalne), które mogą być zaspokojone za pomocą

rozwiązań substytucyjnych.

Przykładowo substytutem energetycznego

wykorzystania zasobów wodnych może być produkcja energii elektrycznej

w elektrowniach cieplnych i atomowych. Substytutem drogi wodnej mogą

być inne – lądowe środki transportu. W przemyśle substytutem wody mogą

być inne tzw. wodooszczędne technologie produkcji.

Schemat użytkownika wody

P

Zrzu
t

Strat
a

Pobó
r

Ujęcie
wody

Stacja
uzdatnia
nia wody

Potrzeb
y wodne

Woda krążąca w
obiegu

Oczyszczal
nia
ścieków

Schemat użytkownika wody

P

Zrzut
(1-φ)
X

φ
X

Pobór
X

Strat
a

φ – współczynnik strat bezzwrotnych
wody [0; 1]

Środki działania

Narzędzia gospodarowania wodą można podzielić na trzy

podstawowe grupy

:



Techniczne środki działania (budowle hydrotechniczne) umożliwiające

kształtowanie czasowo-przestrzennego rozkładu zasobów

dyspozycyjnych i ich jakości.



Wśród obiektów tych najważniejszymi są: zbiorniki retencyjne, kanały przerzutowe,

oczyszczalnie ścieków

.



Prawne i administracyjne środki działania:



standardy związane z ochroną wód (systemy klasyfikacji wód, przepływy nienaruszalne)



ustalenia związane ochroną przed skutkami powodzi (strefy zagrożenia powodziowego,

zakazy i ograniczenia związane z zagospodarowaniem terenów zalewowych, wielkości

rezerw powodziowych w zbiornikach retencyjnych, przepływy dozwolone)



zasady eksploatacji obiektów hydrotechnicznych (np. instrukcje gospodarowania wodą

dla zbiorników retencyjnych)



Ekonomiczne środki działania:



opłaty za pobór wody i odprowadzanie ścieków



kary za naruszanie warunków, jakim powinny odpowiadać odprowadzane ścieki



dotacje przyznawane na realizację przedsięwzięć w dziedzinie gospodarki wodnej i

ochrony wód



zróżnicowanie stawek ubezpieczeniowych w zależności od stopnia zagrożenia

powodziowego



opłaty za korzystanie z urządzeń wodnych



zróżnicowanie stawek ubezpieczeniowych w zależności od stopnia zagrożenia

powodziowego

Kryteria oceny podejmowanych
działań

Kryteria stosowane w gospodarce wodnej można podzielić

na:

Kryteria ekonomiczne, określające w jednostkach monetarnych efekty
(lub skutki) danego wariantu gospodarowania zasobami wodnymi

(np

.

koszty inwestycyjne i eksploatacyjne obiektów hydrotechnicznych,
wielkość unikniętych strat powodziowych, straty wywołane deficytami
wody u użytkownika, średnia roczna wartość wyprodukowanej energii
elektrycznej itp.)

Kryteria opisujące stopień realizacji zadań stawianych przed
rozpatrywanym systemem wodno-gospodarczym

(np. gwarancja

czasowa i objętościowa spełnienia potrzeb wodnych użytkowników,
maksymalna głębokość deficytu wody, jakość wód w wybranym
przekroju kontrolnym rzeki,

itp.)

Kryteria społeczne

(np. liczba dodatkowych miejsc pracy, stworzenie

terenów rekreacyjnych itp.)

Kryteria ekologiczne

(np. zmiana reżimu hydrologicznego rzeki,

częstości występowania zalewów doliny, drożność cieków)

Kryteria oceny podejmowanych
działań Przykład

Przykład.
Zbiornik retencyjny spełnia następujące
zadania: zapewnienie przepływu nienaruszalnego
w rzece poniżej zbiornika, zaopatrzenie w wodę
zakładu przemysłowego, ochrona
przeciwpowodziowa obszarów zlokalizowanych
poniżej zbiornika, produkcja energii elektrycznej
w elektrowni wodnej oraz rekreacja i sporty wodne

Kryteria oceny podejmowanych
działań Przykład

Do oceny sposobu gospodarowania wodą na zbiorniku

można zaproponować następujący zbiór kryteriów:



częstość występowania przepływów nie mniejszych niż przepływ

nienaruszalny



częstość występowania deficytów (niedoborów) wody w zakładzie

przemysłowym



stopień (wielkość) redukcji przepływu kulminacyjnego fali powodziowej o

określonym prawdopodobieństwie wystąpienia



średnia roczna wielkość produkcji energii elektrycznej w hydroelektrowni



średnioroczne koszty eksploatacyjne zbiornika retencyjnego



amplituda wahań zwierciadła wody w zbiorniku w sezonie turystycznym

Różnorodność efektów i skutków przedsięwzięć

dotyczących gospodarowania zasobami wodnymi

powoduje, że ocena poszczególnych wariantów

rozwiązania problemu ma na ogół charakter

wielokryterialny