OCHRONA WÓD


1.System wodny to hydrosfera Ziemi złożona z wód oceanicznych, morskich, śródlądowych
zarówno powierzchniowych jak i głębinowych oraz wody zmagazynowane w postaci lodowców. Hydrosfera tworzy na kuli ziemskiej globalną sieć wodną uwarunkowaną prądami morskimi, amplitudami temperatury oraz zmianami bilansu wodnego różnych regionów Ziemi. Wody mórz i oceanów zajmują blisko 2/3 powierzchni wszystkich lądów i ponad 95% wszystkich wód na Ziemi.


Sieć wód śródlądowych tworzą wody powierzchniowe zaliczane do naturalnych płynących: rzeki, strumienie, potoki, strefy źródliskowe; do wód naturalnych stojących (przepływowych- otwartych) zaliczamy jeziora, stawy, rozlewiska, bagna, młaki. Wody powierzchniowe obejmują zbiorniki naturalne i sztuczne: jeziora, starorzecza, bagna, toki oraz stawy, zalewy, zbiorniki zaporowe kanały. Mogą je stanowić wody słodkie, słonawe oraz słone. Na Ziemi występują zbiorniki o wodach z pH > i < 7, spotyka się wody twarde i miękkie, dobrze natlenione i z deficytem tlenowym, skąpożyzne (oligotroficzne) i bogatożyzne (eutroficzne), mało- i mocno prześwietlone, posiadające dużą bioróżnorodność i małą bioróżnorodność, bogate i ubogie ilościowo populacje hydrobiontów. Wody podpowierzchniowe są to zbiorniki podziemnych grot, jaskiń oraz złóż które funkcjonują tuż pod powierzchnią na nieprzepuszczalnych warstwach gleby. Wody powierzchniowe i podziemne często łączą się ze sobą tworząc ściśle powiązaną sieć wodną.
Rzeki zawierają bardzo małą część światowych zasobów wód słodkich ale są niezwykle ważnym elementem cyklu hydrologicznego ponieważ transportują wody spływające z lądów, do mórz i oceanów. Część wody powraca do atmosfery poprzez parowanie ale większa część jako spływ powierzchniowy trafia do morza.

Głównym źródłem wilgoci dla atmosfery są morza i oceany która krąży w dużym, małym i mikroobiegu dzięki procesom parowania, ewapotranspiracji- procesu parowania terenowego (np. w obrębie użytku zielonego), obejmującego transpirację (parowanie z komórek roślinnych) oraz ewaporację (parowanie z gruntu) i intercepcji
procesu zatrzymywania wody opadowej przez szatę roślinną lub inne obiekty abiotyczne (dachy budynków, drogi).


2.
Celem ochrony wód jest utrzymywanie lub poprawa jakości wód, biologicznych stosunków w środowisku wodnym i na obszarach zalewowych, tak aby wody osiągnęły co najmniej dobry stan ekologiczny i w zależności od potrzeb nadawały się do:
1) zaopatrzenia ludności w wodę przeznaczoną do spożycia,
2) bytowania ryb w warunkach naturalnych oraz umożliwiały ich migrację,
3) rekreacji oraz uprawiania sportów wodnych.
3. Ochrona wód polega w szczególności na:
1) unikaniu, eliminacji i ograniczaniu zanieczyszczenia wód, w szczególności zanieczyszczenia substancjami szczególnie szkodliwymi dla środowiska wodnego,
2) zapobieganiu niekorzystnym zmianom naturalnych przepływów wody albo naturalnych poziomów zwierciadła wody.

Woda jest jednym z podstawowych elementów kształtujących środowisko. Ma
ona wpływ na działalność człowieka.

W środowisku przyrodniczym woda nie występuje w formie chemicznie
czystej, ale jako roztwór zawierający rozpuszczone substancje mineralne i gazy. Ciała
obce cząsteczkom H2O mogą tworzyć roztwory rzeczywiste albo roztwory wodne
nazywane koloidalnymi, które zawierają substraty naturalne i ich produkty,
pozyskiwane na drodze przemieszania się rozpuszczalnika w skałach oraz coraz
częściej w wyniku oddziaływań ludzkich. W pierwszym przypadku mówimy o
zanieczyszczeniach naturalnych lub geogenicznych, w drugim o zanieczyszczeniach
antropogenicznych.

W wyniku selektywnego rozpuszczania minerałów następuje wzrost ilości
kationów i anionów. Do najczęściej występujących w naszych wodach kationów
należą: jony wapnia Ca2+ , magnezu Mg2+ , sodu Na+, potasu K+ , żelaza Fe2+ i Fe3+..
Wśród anionów należy wymienić: wodorowęglany HCO3- , chlorki Cl- , siarczany
SO42- , fosforany PO43- , azotany NO3

i toksyczną formę azotu - azotyny NO2
-. Są to
makroelementy, które występują w ilościach rzędu mg/l. W wodach mogą też
występować mikroelementy, a wśród nich tzw. metale ciężkie. Mikropierwiastki
występują z reguły w ilościach określanych w mikrogramach �g/l. Metale ciężkie
traktowane są jako substancje toksyczne dla organizmów żywych.



Polska należy do krajów ubogich w wody podziemne. Niedobór wód
podziemnych jest rekompensowany wodami powierzchniowymi. W oparciu o te
wody opiera się zaopatrzenie komunalne i przemysłowe. Ubogie zasoby wód
podziemnych powinny być motywacją do szczególnej ochrony jakości wód. Często
nie spełniają one wymogów stawianych wodzie do wykorzystania komunalnego jak i
przemysłowego.





Główne przyczyny zanieczyszczenia wód powierzchniowych to:

*ścieki komunalne i przemysłowe odprowadzane do rzek i gruntu bez
należytego oczyszczania
*spływy z terenów przemysłowych, szczególnie tych, gdzie powstają odpady
niebezpieczne łatwo rozpuszczające się w wodzie
*spływy powierzchniowe z terenów rolniczych
powstają na skutek
przedawkowania nawozów mineralnych i środków ochrony roślin
*wody kopalniane
odprowadzane głównie z kopalni węgla kamiennego do
rzek, niosące ogromne ładunki soli chlorkowych i siarczanowych, wpływają na
zasolenie rzek
*zanieczyszczenia atmosferyczne (pyły, gazy opadające na powierzchnię ziemi
w postaci kwaśnych deszczy)
*odcieki ze składowisk odpadów komunalnych lub przemysłowych
*lokalne zrzuty niezorganizowane (dzikie wysypiska odpadów)
*wody pochłodnicze z przemysłu i energetyki podwyższające temperaturę wody
w rzece.




Główne przyczyny zanieczyszczenia wód podziemnych:

* przemysł


- wysypiska i zwałowiska odpadów stałych

- stawy ściekowe i osadowe

- niewłaściwe magazynowanie surowców

- emisja pyłów i gazów

- wody powierzchniowe z dużą ilością ścieków

* kanalizacja i transport


-związki nieorganiczne i metale ciężkie

-substancje organiczne, produkty naftowe


*rolnictwo


-intensywne stosowanie nawozów i środków ochrony roślin

-niewłaściwe magazynowanie nawozów mineralnych
-miejsca wykonywania kiszonek paszowych

-tereny rolniczego wykorzystania gnojowicy

* gospodarka komunalna


-wysypiska odpadów

-ścieki komunalne i bytowo-gospodarcze





Bezsporny wpływ na zasoby wodne ma rolnictwo. Obecnie ważnym zadaniem
dla obszarów wiejskich i rolnictwa jest ochrona wód przed zanieczyszczeniami
pochodzącymi ze źródeł punktowych (wiejskie wysypiska śmieci, nieszczelne
instalacje sanitarne, składowiska płynnych i stałych odchodów zwierzęcych,
nieprawidłowe przechowywanie i przygotowywanie do stosowania środków ochrony
roślin, niewłaściwe przechowywanie kiszonek) i obszarowych (nieprawidłowe
stosowanie nawozów mineralnych i organicznych, środków ochrony roślin,
stosowanie osadów ściekowych i kompostów przemysłowych).

Zanieczyszczenia pochodzące z rolnictwa (azotany i fosforany, chemiczne
środki ochrony roślin, metale ciężkie, drobne cząstki gleby, organiczne
i nieorganiczne, tworzące zawiesinę) powodują pogorszenie jakości wód, ich
skażenie, eutrofizację wód powierzchniowych, a w efekcie zagrożenie dla życia
biologicznego i równowagi ekosystemów.

Na stan jakościowy wód rzecznych mają też wpływ okresowe wezbrania wody
w korytach rzek. Zagadnienie to można rozpatrywać w dwóch aspektach:

1. pozytywnym
następuje znaczne rozcieńczenie wód rzecznych o w miarę
ustabilizowanym składzie chemicznym wodami opadowymi dopływającymi
mniejszymi ciekami, przez co poprawia się ich stan, np.: rozcieńczenie
zasobów wód Wisły. Po przejściu wysokiej fali stan jakości wody w rzece
szybko normalizuje się.
2. negatywnym
do wody dostają się ogromne ilości zawiesin i cząstek
mineralnych, które wpływają na jej mętność i barwę, ale po opadnięciu stanu
wody sytuacja wraca do stanu wyjściowego. O wiele groźniejsze są skutki, gdy




woda rozleje się poza koryto rzeki i wały ochronne. Powódź niesie o wiele
groźniejsze skutki:


- podtopienie i rozmycie różnego rodzaju składowisk odpadów komunalnych i
przemysłowych zlokalizowanych w dolinach rzecznych

-wymywanie z pól uprawnych zanieczyszczeń organicznych (nawozy
mineralne, środki ochrony roślin)

-wzrost stężenia w wodzie zanieczyszczeń fizyko-chemicznych w wyniku
przedostania się do wód rzecznych związków chemicznych i toksycznych z
obszarów rolniczych i składowisk odpadów

-zagrożenie bakteriologiczne i epidemiologiczne wywołane zalaniem i
rozmyciem wysypisk i zbiorników nieczystości

-skażenie ogromnych terenów zalanych przez wody metalami ciężkimi,
związkami ropopochodnymi i bakteriami obecnymi w wodach

-straty ekonomiczne związane z przywracaniem pierwotnych walorów terenom
zalanym, przywracanie funkcji zniszczonym obiektom oraz rekultywacja
terenów skażonych przez wody powodziowe.





Wody można klasyfikować na podstawie wyników monitoringu stanu
czystości rzek. Ocenę jakości przygotowuje się na podstawie wskaźników fizyko-
chemicznych i biologicznych. Klasyfikacji dokonuje się poprzez porównanie
miarodajnych stężeń zanieczyszczeń określonych wskaźnikami, z normatywnymi
stężeniami zanieczyszczeń określonymi w Rozporządzeniu Rady Ministrów.
Klasyfikacja wód obejmuje pięć klas czystości:

I klasa

Wody powierzchniowe w tej klasie charakteryzują się bardzo dobrą jakością,
spełniają wymagania określone dla wód powierzchniowych wykorzystywanych do
zaopatrzenia ludności w wodę przeznaczoną do spożycia - w przypadku ich
uzdatniania sposobem właściwym dla kategorii A1, wartości wskaźników jakości
wody nie wskazują na żadne oddziaływania antropogeniczne.



Wody podziemne tej kategorii charakteryzują się bardzo dobrą jakością: wartości
wskaźników jakości wody są kształtowane jedynie w efekcie naturalnych procesów
zachodzących w warstwie wodonośnej, żaden ze wskaźników jakości wody nie
przekracza wartości dopuszczalnej jakości wody przeznaczonej do spożycia przez
ludzi.

II klasa

Wody powierzchniowe w tej klasie można określić jako wody o charakterze dobrym:
spełniają w odniesieniu do większości wskaźników jakości wymagania określone dla
wód powierzchniowych wykorzystywanych do zaopatrzenia ludności w wodę
przeznaczoną do spożycia, w przypadku ich uzdatniania sposobem właściwym dla
kategorii A2; wartość biologicznych wskaźników jakości wody wskazuje na
niewielki wpływ oddziaływania czynników antropogenicznych.

Wody podziemne w tej klasie można określić jako wody o charakterze dobrym:
wartości wskaźników jakości wody nie wskazują na oddziaływania antropogeniczne,
wskaźniki wody, z wyjątkiem żelaza i manganu, nie przekraczają wartości
dopuszczalnych jakości wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi.



III klasa

Wody powierzchniowe w tej klasie można określić jako zadawalające: spełniają
wymagania określone dla wód powierzchniowych wykorzystywanych do
zaopatrzenia ludności w wodę przeznaczoną do spożycia, w przypadku ich
uzdatniania sposobem właściwym dla kategorii A2; wartości biologicznych
wskaźników jakości wody wykazują umiarkowany wpływ oddziaływań
antropogenicznych.

Wody podziemne w tej klasie można określić jako wody zadawalające: wartości
wskaźników jakości wody są podwyższone w wyniku naturalnych procesów lub
słabego oddziaływania antropogenicznego, mniejsza część wskaźników jakości wody
przekracza wartości dopuszczalne jakości wody przeznaczonej do spożycia przez
ludzi.





IV klasa

Wody powierzchniowe tej klasy można scharakteryzować jako niezadowalającej
jakości: spełniają wymagania określone dla wód powierzchniowych
wykorzystywanych do spożycia, w przypadku ich uzdatniania sposobem właściwym
dla kategorii A3; wartości biologicznych wskaźników jakości wody wykazują, na
skutek oddziaływań antropogenicznych, zmiany ilościowe i jakościowe w
populacjach biologicznych.

Wody podziemne tej klasy scharakteryzować można jako niezadowalającej jakości:
wartości wskaźników jakości wody są podwyższone w wyniku naturalnych procesów
oraz słabego oddziaływania antropogenicznego; większość wskaźników jakości wody
przekracza wartości dopuszczalne jakości wody przeznaczonej do spożycia przez
ludzi.



V klasa

Wody powierzchniowe w tej klasy można identyfikować z wodami złej jakości: nie
spełniają wymagań jakości określonych dla wód powierzchniowych
wykorzystywanych do zaopatrzenia ludności w wodę przeznaczoną do spożycia;
wartości biologicznych wskaźników jakości wody wykazują na skutek oddziaływań
antropogenicznych, zmiany polegające na zaniku występowania znacznej części
populacji biologicznych.

Wody podziemne tej klasy identyfikować można z wodami złej jakości: wartości
wskaźników jakości wody potwierdzają oddziaływania antropogeniczne; woda nie
spełnia wymagań określonych dla wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi.



Gospodarka wodno-ściekowa stanowi zasadniczą część strategii zarządzania
środowiskiem. Jej prawidłowe funkcjonowanie jest uzależnione od dostępnych
środków ekonomicznych i obowiązujących aktów prawnych. Obejmują one:


*zarządzanie zasobami wód powierzchniowych i podziemnych, które
kurczą się na skutek pogarszającej się jakości wody, warunkującej
wykorzystanie do celów komunalnych i przemysłowych





*działania zmierzające do poprawy stanu czystości wód poprzez
oczyszczanie powstających ścieków, budowy kanalizacji na obszarach
zurbanizowanych oraz zastosowaniu metod czystej produkcji oraz
edukacji ekologicznej




*Ochrona wód przed zanieczyszczeniami powinna być realizowana przez
stosowanie zespołu środków prawnych, z których najważniejsze znaczenie mają
środki o charakterze administracyjno-prawnym tj. standardy, obowiązki lub
gwarancje.

Standardy to tzw. normy techniczne, określające liczbowo lub opisowo
wymagania jakościowe dotyczące szkodliwych oddziaływań na środowisko.

W ochronie wód stosowane są dwa typy standardów:

1. normy dopuszczalnych zanieczyszczeń wód ( o charakterze norm imisji)
2. normy jakości ścieków ( o charakterze norm emisji)




Normy jakości ścieków określają:


*skutki, jakich ścieki nie mogą powodować w odbiorniku,

*substancje, jakich ścieki nie mogą zawierać w ogóle,

*dopuszczalne wartości wskaźników zanieczyszczeń zawartych w
ściekach




Do tej grupy form ochrony wód zaliczyć należy generalne zakazy i
ograniczenia związane z odprowadzaniem ścieków.

Do grupy obowiązków zaliczyć należy:


*określenie warunków wprowadzania ścieków do wód,

*uzyskanie zgody właściwego organu na odprowadzanie ścieków do
wód lub do ziemi( uzyskanie pozwolenia wodnoprawnego )

*instalowanie i użytkowanie odpowiednich urządzeń ochronnych,

*uiszczenie opłat za odprowadzanie ścieków,

*obowiązki związane z utworzeniem i korzystaniem ze strefy ochrony
ujęcia lub źródła wody

*prowadzenie pomiarów ścieków odprowadzanych do wód.


Ustawą regulującą gospodarowanie wodami zgodnie z zasadą
zrównoważonego rozwoju jest ustawa z dnia 18 lipca 2001 r. Prawo wodne.
Rozporządzenia wykonawcze do ustawy Prawo wodne ustalają standardy określające
wymagania dotyczące zawartości substancji w ściekach przemysłowych

Rozporządzenia Ministra Środowiska z dnia 27 lipca 2004r. w sprawie
dopuszczalnych mas substancji, które mogą być odprowadzane w ściekach
przemysłowych; Dz. U. Nr 180, poz. 1867 oraz wymagania związane z
ograniczeniem wprowadzania do wód substancji uznanych za szczególnie szkodliwe

Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 8 lipca 2004r. w sprawie warunków,
jakie należy spełnić przy wprowadzaniu ścieków do wód lub do ziemi, oraz w
sprawie substancji szkodliwych dla środowiska wodnego; Dz. U. Nr. 168, poz. 1763.

Ogólną zasadą dotyczącą wprowadzania ścieków jest założenie, że ścieki nie
powinny wywoływać w wodach zmian fizycznych, chemicznych i biologicznych,
które uniemożliwiłyby prawidłowe funkcjonowanie ekosystemów wodnych.

Ścieki komunalne wprowadzane do wód, będące ściekami bytowymi nie
powinny zawierać substancji zanieczyszczających w ilościach przekraczających
najwyższe dopuszczalne wartości wskaźników zanieczyszczeń, które zostały
określone zał. 1 do Rozporządzenia Ministra Środowiska z 8 lipca 2004 lub powinny
spełniać minimalny procent redukcji zanieczyszczeń również określony w zał. 1.
Ścieki komunalne inne niż bytowe, wprowadzone do wód nie powinny zawierać
substancji zanieczyszczających w ilościach przekraczających najwyższe
dopuszczalne wartości wskaźników zanieczyszczeń określone w zał. 1 do tego
rozporządzenia lub powinny spełniać minimalny procent redukcji zanieczyszczeń,
określony w tym zał. Pozostałe substancje zanieczyszczające nie powinny
przekraczać najwyższych dopuszczalnych wartości wskaźników zanieczyszczeń,
które zostały określone w zał. 3 do rozporządzenia. Ścieki przemysłowe, w tym
również wody odciekowe ze składowisk odpadów, wprowadzane do wód nie
powinny zawierać substancji zanieczyszczających w ilościach przekraczających



najwyższe dopuszczalne wartości wskaźników zanieczyszczeń, określone w zał. 3 do
rozporządzenia. Ścieki z oczyszczania gazów odlotowych, z procesu termicznego
przekształcania odpadów powinny spełniać warunki ustalone w zał. 5.

W rozporządzeniu Ministra Środowiska z dnia 8 lipca 2004r. ustalono
także warunki, jakie muszą spełniać ścieki komunalne będące ściekami bytowymi,
ścieki komunalne inne niż bytowe ze stacji uzdatniania wody, wody z odwodnienia
zakładów górniczych a także ścieki, które są przeznaczone do wykorzystania
rolniczego.



Do 6 i 7
Samooczyszczanie się wód powierzchniowych jest kompleksowym procesem, przez który rozumie się naturalne, bez udziału człowieka, zmniejszanie w wodzie zawartości zanieczyszczeń. Proces samooczyszczania ocenia się najczęściej w oparciu o kryterium fizyczno-chemiczne, które polega na ocenie szybkości zaniku zanieczyszczeń, podlegających rozkładowi oraz na ocenie zmian wskaźników określających warunki tlenowe. Te ostatnie wskaźniki często wyodrębnia się jako tzw. kryterium tlenowe, które w ogólnym zarysie opiera się na analizie dwóch przeciwstawnych sobie procesów, zachodzących równocześnie a związanych z zużyciem tlenu na biochemiczny rozkład materii organicznej i z uzupełnieniem jego zawartości w wodzie przez pobór z atmosfery lub z innych źródeł.
Podstawą liczbowego wywartościowania procesu samooczyszczania się wód wg kryterium tlenowego, jest krzywa zawartości rozpuszczonego tlenu oraz krzywa zużycia tlenu. Przebieg linii tlenowej dla rzek swobodnie płynących, w których nie zachodzą procesy sedymentacji zawiesin oraz fotosynteza, określa równanie Streetera i Phelpsa (1925) oraz Streetera (1935a, 1935b):
(1)
Wpływ napowietrzania wyrażony wielkością deficytu tlenowego w danym punkcie przedstawia dla wody czystej wyrażenie:
(2)
natomiast wielkość pozostałego po czasie t zapotrzebowania tlenu określa równanie:
(3)
W równaniach tych oznaczają:
La,Lt biochemiczne zapotrzebowanie tlenu w punkcie początkowym i po upływie
czasu t w g Ot/m.3
Da, Dt deficyt tlenu w punkcie początkowym i po upływie czasu t w g O2/m3
ki współczynnik szybkości biochemicznego zużycia tlenu w dobach"1
k2 współczynnik szybkości pobierania tlenu z atmosfery w dobach"1
t czas przepływu wody na rozpatrywanym odcinku w dobach.
Jak wynika z powyższych równań, intensywność zużycia tlenu na biochemiczny rozkład materii organicznej oraz intensywność poboru tlenu z atmosfery ocenia się wielkością współczynników ki i k2.
Zdolność samooczyszczania wód, Fair (1935) określa za pomocą współczynnika samooczyszczania środowiska wodnego, który wyraża stosunkiem: .

Przy ocenie procesu samooczyszczania nie jest konieczne wyznaczanie poszczególnych współczynników i wielkości charakteryzujących ten proces. Można opierać się na łącznym badaniu zjawiska samooczyszczania, polegającym na wyznaczeniu współczynników ki(rz), k2(rz) oraz f(rz)-Zależność pomiędzy tymi współczynnikami a współczynnikami ki, k2, k3, k4 oraz a przedstawia się następująco (Mańczak 1966):
s k4=k1(rz), k2+a=k2(rz)
k3 współczynnik szybkości zmniejszania się zużycia tlenu na skutek procesu sedymentacji zawiesin w dobach"1, k4 współczynnik zużycia tlenu przez osady denne.
W świetle tych zależności współczynniki ki(rz) i k2(rz) charakteryzują:
ki(rz) współczynnik szybkości zużycia tlenu w rzece uwzględniający zarówno zmniejszenie BZT, wynikające z procesów biochemicznych oraz sedymentacji i flokulacji zawiesin, jak i zwiększenie BZT, wywołane rozkładem osadów dennych;
współczynnik szybkości pobierania tlenu, uwzględniający zarówno proces reaeracji jak i fotosyntezy.
Stosunek stanowi współczynnik szybkości samooczyszczania się rzeki f (rz).
Uproszczona metoda oceny procesu samooczyszczania się rzek, oparta na łącznym badaniu tego procesu znalazła w praktyce znacznie szersze zastosowanie od metody, polegającej na ocenie poszczególnych procesów cząstkowych. Ponadto jest ona mniej uciążliwa do przeprowadzenia w warunkach rzeczywistych - terenowych.
Proces samooczyszczania się wód oparty na kryterium tlenowym został opisany szeregiem różnych modeli matematycznych zarówno deterministycznych jak i probabilistycznych jedno-i dwuwymiarowych, w których intensywność zużycia tlenu na biochemiczny rozkład i intensywność poboru tlenu z atmosfery ocenia się wielkością współczynników kj i k2, w szczególnych przypadkach intensywność innych procesów cząstkowych wyraża się innymi współczynnikami, np. k3, k4 i a. Możliwość stosowania modeli opisujących dynamikę procesu samooczyszczania wymaga znajomości tych współczynników oraz czynników warunkujących ich wielkość.

Równanie Streetera - Phelpsa jest używane w badaniach zanieczyszczenia wody jako narzędzie do modelowania jakości wody. Model opisuje zmniejszanie się w rzece lub strumieniu rozpuszczonego tlenu wzdłuż pewnej odległości od wprowadzanego zanieczyszczenia przez biochemiczne zapotrzebowanie tlenu (BZT).