167 MODEL DLA POTRZEB ZRÓWNOWAŻONEGO ZARZĄDZANIA

MODEL
DLA
POTRZEB
ZRÓWNOWAŻONEGO
ZARZĄDZANIA
ZAOPATRZENIEM W WODĘ, ROLNICTWEM I OCHRONĄ ŚRODOWISKA
ZLEWNI RZEKI NARWI
STRESZCZENIE
Niniejsza rozprawa doktorska poświęcona jest opracowaniu narzędzi przydatnych,
w szeroko pojętym zarządzaniu środowiskiem. Metody prezentowane w pracy zawierają
składowe systemu wspomagania decyzji w gospodarowaniu jakością wody w zlewni
rzeki Narwi. Opracowane modele powinny być przydatne w procesie podejmowania
decyzji poprzez stworzenie możliwości oceny wpływu zagospodarowania zlewni
i infrastruktury technicznej cieków i systemów wodno-gospodarczych na jakość
środowiska wodnego.
Stworzenie koncepcji zrównoważonego rozwoju jest związane nierozerwalnie
z konkretnym obszarem, w związku z czym stworzenie takiej koncepcji wymaga wzięcia
pod uwagę specyficznych charakterystyk rozważanego regionu. W obecnym przypadku
rozważany obszar obejmuje zlewnię rzeki Narwi, uwzględniając również jej geograficzną
bliskość w stosunku do Warszawy. Zlewnia Narwi położona jest w północno-wschodniej
Polsce na obszarze znanym jako “Zielone Płuca Polski”. Ta charakterystyczna nazwa
doskonale oddaję specyfikę regionu, który z jednej strony charakteryzuje się obfitością
lasów, jezior, mokradeł, i czystych cieków wodnych oraz ograniczoną obecnością
przemysłu i ekstensywnym rolnictwem z drugiej strony. Mieszanka dobrze zachowanych
walorów i krajobrazów kulturowych, rolniczych oraz naturalnych przyczynia się do
wysokiej atrakcyjności regionu dla rekreacji. Co więcej, obszar ten nie tylko
charakteryzuje się wysokiej jakości warunkami środowiskowymi, biologicznymi
i kulturowymi ale także ma potencjał do rozwiązania obecnych problemów związanych
z zaopatrzeniem Warszawy w wodę pitną. W chwili obecnej Warszawa pozyskuje wodę
pitną ze źródeł (Zalew Zegrzyński, Wisła), które są niskiej jakości. Natomiast Narew
prowadzi wystarczające ilości relatywnie wysokiej jakości wody i dlatego potencjalnie
może stanowić alternatywę dla rozwiązania problemów jakości wody pitnej
w Warszawie. W poruszanym przypadku zrównoważony rozwój oznacza stworzenie
wysokiej jakości źródła dla produkcji wody pitnej przy zachowaniu obecnego krajobrazu
i stanu środowiska przyrodniczego. Jakość wody w rzekach jest decydującym
czynnikiem łączącym użytkowanie ziemi, środowisko naturalne i wodę pitną.
Długookresowe perspektywy dotyczące jakości wody opuszczającej zlewnie
Narwi zależą w ogromnym stopniu od przyszłych strategii rozwoju użytkowania ziemi
w regionie. Możliwe wizje przyszłości rozciągają się pomiędzy zachowaniem obecnego,
ekstensywnego rolnictwa i bogactwa środowiskowego regionu, a wprowadzeniem
intensywnego rolniczego użytkowania ziemi, o podobnej intensywnosci jak ma to
miejsce obecnie w krajach północno-zachodniej Europy. Perspektywa wstąpienia Polski
do Unii Europejskiej oznacza początek zmian we wszystkich znaczących społecznych,
ekonomicznych i przyrodniczych aspektach rozwoju obszaru zlewni rzeki Narwi.
Zarówno perspektywa „europejska” jak i obecność specyficznych lokalnych
i regionalnych koncepcji rozwoju przestrzennego podkreślają potrzebę istnienia,
podobnych do niniejszego, studiów zintegrowanej gospodarki zasobami wodnymi aby
167
umożliwić planistom i decydentom ocenę efektów przyszłych scenariuszy użytkowania
ziemi.
System wspomagania decyzji stworzony w ramach niniejszego opracowania
składa się ze zintegrowanego modelu, który zawiera istotne elementy łańcucha
przyczynowo-skutkowego obejmującego użytkowanie ziemi, przepływ wód
powierzchniowych oraz obecność zróżnicowanych ekosystemów wodnych. Stworzenie
takiego modelu i ocena jego przydatności w procesie decyzyjnym zostało
przeprowadzone w kilku skoordynowanych etapach.
Pierwszym krokiem było zgromadzenie odpowiednich danych, pozwalających
na ocenę obecnej sytuacji jak i umozliwiajacych proces modelowania oraz stworzenia
różnych scenariuszy rozwoju obszaru zlewni. Stworzona baza danych zawiera informacje
o charakterystykach dotyczących użytkowania ziemi, jakości i ilości wody oraz
roślinności wodnej. Ocena obecnej sytuacji w zlewni pozwoliła na sformułowanie
podstawowych problemów gospodarki wodnej. Należą do nich: (i) jakość wód
powierzchniowych, która ogólnie relatywnie była dobra, natomiast występowały
problemy związane głównie z wysokimi koncentracjami związków biogennych
(fosforany i azotany); (ii) kontrola emisji związków biogennych, będąca obecnie
stosunkowo niska ale z tendencją wzrostową, ze szczególnym naciskiem położonym na
rolnicze rozproszone źródła, które były głównymi źródłami biogenów w wodach
powierzchniowych oraz (iii) co najmniej zachowanie obecnego stanu roślinności wodnej,
która była dobrze rozwinięta, z charakterystycznymi różnicami pomiędzy górnymi
i dolnymi odcinkami rzek i dużą bioróżnorodnością, ale także kilkoma problematycznymi
obszarami położonymi poniżej punktowych źródeł zanieczyszczeń.
W drugim kroku stworzone zostało zintegrowane narzędzie dla potrzeb
zarządzania (ang. Integrated Management Tool, IMT). IMT składa się z trzech
hierarchicznie połączonych modułów, które odpowiednio, pozwalają na obliczanie
wielkości emitowanego ładunku biogenów do wód powierzchniowych (NULAM),
modelowanie związków biogennych w wodach płynących (STREAMPLAN) oraz ocenę
reakcji roślin wodnych na zmiany w koncentracjach związków biogennych (INCORS).
NULAM pozwala na modelowanie emisji biogenów z obszaru zlewni do wód
powierzchniowych przy wykorzystaniu metody współczynników eksportowych. Jest to
model typu “czarnej skrzynki”, który oblicza emisje biogenów z każdego typu
użytkowania ziemi i od każdego rodzaju chowu zwierząt gospodarczych. Rezultaty
modelowania emisji biogenów są jednocześnie danymi wejściowymi do modelu jakości
wody. Dla potrzeb pracy dokonano indentyfikacji modelu STREAMPLAN dla warunków
rzeki Narwi. Jest to jednowymiarowy, liniowy model statyczny w którym procesy
fizyczne opisane są na podstawie bilansu zachowania masy na danym odcinku rzeki.
Koncentracje związków biogennych, będące rezultatem modelowania jakości wody, były
wykorzystane jako dane wejściowe do empirycznego, statystycznego modelu opisującego
reakcje roślin wodnych na zmiany koncentracji biogenów (INCORS). Jest to model
logarytmiczno-regresyjny oparty na koncepcji Generalized Linear Models. Wszystkie
trzy moduły zostały skalibrowane w zlewni Narwi dla niskich przepływów w okresie
wegetacyjnym i połączone na platformie GIS w zintegrowane narzędzie dla potrzeb
zarządzania (IMT).
Trzecim krokiem było zastosowanie IMT do oceny różnych scenariuszy
możliwego rozwoju zlewni. W studium scenariuszowym rozważone zostały strategie
168
przyszłego rozwoju bazujące na obecnych przesłankach, pomysłach i perspektywach. Dla
obszaru zlewni rzeki Narwi można zakładać, analizując obecną sytuacje polityczną, dwa
rożne schematy rozwoju. Pierwszy zakłada wstąpienie Polski do Unii Europejskiej, co
może doprowadzić do gwałtownego wzrostu produkcji rolnej i sytuacji porównywalnej
z wysokim zachodnioeuropejskim poziomem produkcji rolnej. Drugi wykorzystuje
koncepcję zrównoważonego rozwoju bazującą na istniejących pomysłach zmian
w kierunku rolnictwa ekologicznego na obszarach o wysokich walorach przyrodniczych.
Najważniejszym wnioskiem płynącym ze studium scenariuszowego jest
możliwość ponad dwukrotnego wzrostu, w stosunku do sytuacji obecnej, emisji
związków biogennych w przypadku bezpośredniego i bezwarunkowego wprowadzenia
obowiązujących w Unii Europejskiej standardów i limitów. W konsekwencji może to
prowadzić do znaczącego pogorszenia jakości wód powierzchniowych i ekosystemów
rzecznych. Taka sytuacja dyskwalifikowała by wody Narwi jako odpowiednie źródło dla
produkcji wody pitnej dla Warszawy. W przypadku tego scenariusza niezwykle istotnym
było by uważne i rozsądne wykorzystanie subsydiów pochodzących z funduszy Unii
Europejskiej, skupiające się na stymulowaniu stosowania dobrych praktyk rolniczych,
rolnictwie ekologicznym oraz podnoszeniu wiedzy wśród rolników, koniecznych w celu
uniknięcia znaczących konsekwencji dla środowiska naturalnego. Drugi scenariusz
pokazuje iż ekstensywne, z ograniczonym wykorzystaniem nawozów sztucznych,
rolnictwo może prowadzić do około 50% redukcji emitowanych związków biogennych,
co wpłynie na poprawę jakości wód powierzchniowych i zagwarantuje zachowanie
bioróżnorodności roślinności wodnej. Zgodnie z tym scenariuszem woda Narwi była by
najlepszym, spośród wszystkich istniejących, źródłem surowego materiału dla produkcji
wody pitnej w Warszawie.
Poniższa rozprawa pokazuje wartość IMT poprzez przedstawienie rezultatów
dwóch całkowicie przeciwnych strategii rozwoju zlewni. Zatem, narzędzie to daje
zarówno planistom, lokalnym władzom jak i społeczeństwu możliwość oceny ram
w jakich rozwój zlewni może przebiegać i jakie mogą być konsekwencje realizacji
poszczególnych strategii. Co więcej, bazująca na GIS metodologia pozwala na
opracowanie i przedstawienie przestrzennie zróżnicowanych scenariuszy i ich zależności
od obecnych i spodziewanych przestrzennych założeń dotyczących dominujących funkcji
użytkowania ziemi.
Studium przedstawione w rozprawie jest jednym z niewielu w których został
opracowany system wspomagania decyzji dla zlewni o obszarze przekraczającym 25000
km2. Pokazuje ono również, iż zrównoważony rozwój może być zdefiniowany poprzez
zmienne operacyjne dla instytucji i osób odpowiedzialnych za gospodarkę wodną oraz
planowanie użytkowania ziemi. IMT odpowiada istotnemu standardowi Europejskiej
Ramowej Dyrektywy Wodnej, która wymaga od wszystkich państw członkowskich
opracowania metod pozwalających na ilościową ocenę efektów zmian w użytkowaniu
ziemi oraz gospodarce wodnej na ekosystemy.
169