Profesor MACIEJ ZALEWSKI & Dr Tomasz Jurczak. LIFE08 ENV/PL/

Transkrypt

1 LIFE08 ENV/PL/ Sposoby zapobiegania flash flood w Łodzi czyli ekohydrologiczna rekultywacja zbiorników rekreacyjnych Arturówek (Łódź) jako modelowe podejście do rekultywacji zbiorników miejskich Profesor MACIEJ ZALEWSKI & Dr Tomasz Jurczak Europejskie Regionalne Centrum Ekohydrologii p/a UNESCO Katedra Ekologii Stosowanej, Uniwersytet Łódzki Naukowo-Polityczne Forum na temat Adaptacji do Zmian Klimatu. Wdrażanie strategii adaptacji do zmian klimatu w Polsce wybranych obszarach. Warszawa 27 maja 2014.

2 We are living in the AnthropoceneEra when almost 80% of our usable ecosphere has been conditioned, converted, and consumed by humans, usuallywithout understanding the full consequences of our actions. Columbus Declaration(EcoSummitt 2012) Legal system and politics in the range of non material values, moral and believes,(and ENVIRONMENTAL POLICIES!!!)changes much slower than economic processes. W.F Ogburn 2010 International Institute of the Polish Academy of Sciences European Regional Centre for Ecohydrology u/a UNESCO

3 The forecast of water resources limitation in 2025 Lake Tanganika

4 Ecohydrolog Process-oriented thinking LIFE08 ENV/PL/ Catchment s deforestation in Ethiopia - Deforestation -Unification of agricultural landscape Drying air Climate change Warta River Poland Annual evaporation[mm] Drying air M = D*V*R/100 D atmospheric water vapour deficit[hpa] V wind speed[ms -1 ] R solarradiationbalance[wm -2 ] - Stream channelization Impermeable urbanised space - Stream channelization -Storm water and drainage - Impermeable urbanised space systems -Storm water and drainage systems Drying land Kędziora Meanannualdischarge[m 3 s -1 ] Warta River Drought area(%) in central Poland Drying river

5 The deductive background of ecohydrological theory that the amount of water determines the amount of carbon accumulated in an ecosystem while temperature determines the carbon allocation between biomass and soil organic matter. The maximum biodiversity and bioproductivityis achieved at highest water availability and highest temperatures (Zalewski 2002; 2010).

6 ECOHYDROLOGY the major body of the theory LIFE08 ENV/PL/ DUAL REGULATION Regulation of biota by altering hydrology and regulation of hydrology by shaping biota (Zalewski 2000; 2006) BIOTA REGULATION HYDROLOGY HARMONIZATION of ecohydrological measures with necessary hydrotechnical infrastructure INTEGRATION of various regulations acting in a synergistic way to stabilize and improve the quality of water resources

7 Key approaches in environmental sciences towards sustainability Structure-oriented thinking Process-oriented thinking Białowieża National Park Recultivated spoil heap of Bełchatów Mine Constructed ecosystems in Olentangy River Wetland Research Park, Ohio Zalewski, M Ecohydrology: process-oriented thinking towards sustainable river basins. Ecohydrol. Hydrobiol. 13(2),

8 Wpływ przekształceń przestrzeni na miejską wyspę ciepła gospodarstwa domowe przemysł obszary wielofunkcyjne obszary zielone LIFE08 ENV/PL/ Wpływ urbanizacji na zdrowie człowieka Odsetek liczby ludności obszarów zurbanizowanych UE ( ) narażony na ponadnormatywny poziom zanieczyszczeń wyznaczony przez UE i WHO

9 Wpływ urbanizacji na zdrowie człowieka współpraca z Uniwersytetem Medycznym i Katedrą Antropologii UŁ Stężenie benzo-alfa-pirenów w Łodzi w obszarach charakteryzujących się różną przepuszczalnością Badania pilotażowe związku środowiska urbanizacyjnego Łodzi ze statusem społecznoekonomicznym rodzin w aspekcie oddziaływania na wybrane parametry morfologiczne dzieci 20% Wpływ urbanizacji na wystepowanie chorób astamtycznych i alergicznych w obszarach miejskich i wiejskich 15% 10% 5% 0% 18,4% 16,1% 6% 6,7% asthma hay fever city-center rural area Kupryś-Lipinska i in Rosset i in. 2012

10 OBSZAR DEMONSTRACYJNY PROJEKTU Łódź, rzeka Bzura i zbiorniki Arturówek prototyp SSSB* skonstruowany na rzece Sokołówce, projekt SWITCH wariantowe rozwiązania SSSB* skonstruowane na rzece Bzurze w Arturówku, projekt EH-REK 1. Poprawa jakości życia i zdrowia mieszkańców 2. Poprawa jakości środowiska i obniżenie kosztów zarządzania 3. Ochrona i rewitalizacja dziedzictwa kulturowego 4. Poprawa atrakcyjności miasta i zrównoważony rozwój Stawy Jana Stawy Stefańskiego *Sekwencyjny System Sedymentacyjno-Biofiltracyjny (patent ERCE) Zalewski, Wagner 2012

11 IDENTYFIKACJA ZAGROŻEŃ I SZANS punktowe źródła zanieczyszczeń dopływ zanieczyszczeń wodami opadowymi i roztopowymi bezpośrednio do rzeki Bzura i zbiorników Arturówek AD, BW, AŚ, BW, BW,

12 Wpływ urbanizacji na jakość środowiska wodnego realizacja projektów unijnych i badania własne Katedry zbiornik do przejmowania wód z ulicy - bez podłączenia do ulicy (2011) - po intensywnym opadzie deszczu zbiornik do przejmowania wód z ulicy - z podłączeniem do ulicy (2014) - po niewielkim opadzie deszczu zbiornik do przejmowania wód z ulicy - z podłączeniem do ulicy (2014) - po intensywnym opadzie deszczu rzeka Bzura poniżej zbiornika (2011) - po intensywnym opadzie deszczu rzeka Bzura poniżej zbiornika (2014) - po niewielkim opadzie deszczu rzeka Bzura poniżej zbiornika (2014) - po intensywnym opadzie deszczu

13 dopływ wód burzowych do SSSB Funkcjonowanie (SSSB)sekwencyjnego systemu sedymentacyjno biofiltracyjnego dla oczyszczania i retencjonowania mjejskich wód burzowych sedymentacja zawiesiny w części osadnikowej strefa anaerobowa SIXTH FRAMEWORK PROGRAMME PRIORITY [ ] [Global Change and Ecosystems] POIG - opttymalizacja prototypu +38% Ca 3 (PO 4 ) 2 bariera geochemiczna dla redukcji jonów fosforanowych zawartych w wodzie rola BIOTECHNOLOGIIw zwiększeniu skuteczności oczyszczania wód strefa filtracji biologicznej asymilacja związków azotu przez rośliny wodne i proces mineralizacji C 6 H 12 O 6 + 6O >6CO 2 + 6H 2 O odpływ podczyszczonych wód burzowych Wagner, Zalewski 2011

14 LIFE08 ENV/PL/ Molecular biology for ecohydrological biotechnologies Diagnosis of quality of environment Identification of patogenic bacteris Increase of the effectiveness of stormwater purification Bacterial diversity in different zones of the Sequentional Stormwater Purification System assessed by the TRS-PCR (1-3) and partial 16S RNA gene sequencing Rheinheimera soli Pseudomonas benzenivorans (ss) Aeromonas allosaccharophila Pseudomonas kilonensis (ss, sp) Arthrobacter bergerei (ss) Rheinheimera tangshanensis Aeromonas tecta Aeromonas tecta Pseudomonas mohnii Pseudomonas mohnii Pseudomonas baetica Pseudomonas rhodesiae Pseudomonas rhodesiae Pseudomonas rhodesiae Pseudomonas rhodesiae Pseudomonas rhodesiae Aeromonas ichthiosmia Bacillus safensis Bacillus herbersteinensis Aeromonas sobria Aeromonas ichthiosmia Bacillus aerophilus Pseudomonas kilonensis Pseudomonas vancouverensis Acinetobacter johnsonii (ss) Acinetobacter bouvetii (ss, sp) Aeromonas piscicola Aeromonas piscicola (ss) Acinetobacter johnsonii (ss) Rheinheimera chironomi (sp) Pseudomonas congelans Exiguobacterium sibiricum Comamonas aquatica Rheinheimera chironomi Exiguobacterium artemiae Pseudomonas rhodesiae Pseudomonas rhodesiae Pseudomonas peli Aeromonas tecta Bacillus safensis Rheinheimera tangshanensis (ss, sp) Rheinheimera tangshanensis Shewanella putrefaciens Aeromonas allosaccharophila Aeromonas ichthiosmia Pseudomonas extremaustralis Rheinheimera soli (ss, sp) Alkanindiges illinoisensis (ss, sp) Exiguobacterium sibiricum Aeromonas hydrophila Pseudomonas benzenivorans (ss, sp Bacillus simplex Bacillus simplex Bacillus cereus* Bacillus cereus* Pseudomonas cuatrocienegasensis ( Pseudomonas peli Sedimentation zone Biogeochemical zone Biofiltration zone Sekwencyjny System Sedymentacyjno-biofiltracyjny (SSSB) dla oczyszczania miejskich wód burzowych (Zalewski, Mankiewicz-Boczek, Parniewski et al., 2012)

15 OBSZAR DEMONSTRACYJNY PROJEKTU Łódź, rzeka Bzura i zbiorniki Arturówek symbol nazwa powierzchnia [ha] piętrzenie [m] śred. głębokość [m] objętość[m 3 ] AG Arturówek górny 1,08 1,96 0, AŚ Arturówek środkowy 2,58 3,14 1, AD Arturówek dolny 3,05 4,49 1, BN AD AŚ AG SW BPW BP W BW UL 3 zbiorniki rekreacyjne Arturówek rzeka Bzura 17 zbiorników małej retencji kierunek spływu wód deszczowych kierunek przepływu rzeki Legenda * - STANOWISKA: BN - rzeka Bzura poniżej zbiorników Arturówek, AD - zbiornik Arturówek Dolny, AŚ- zbiornik Arturówek Środkowy, AG zbiornik Arturówek Górny, BP -rzeka Bzura powyżej zbiorników Arturówek, BW -rzeka Bzura poniżej ul. Wycieczkowej, SW -staw przy ulicy Wycieczkowej, W -ulica Wycieczkowa, BPW - zbiornik nr 17 w kaskadzie powyżej ul. Wycieczkowej, UŁ- zbiornik nr 7 w kaskadzie powyżej ul. Wycieczkowej

16 Wpływ wód opadowych na jakość wód rzeki Bzury i zbiorników rekreacyjnych w Arturówku 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 stały monitoring roztopy śniezne opady deszczu 10,0 8,0 6,0 4,0 2,0 0,0 BN AD AŚ AG BP BW W BPW UŁ Zakwit sinic z rodzaju Microcystis i Aphanizomenon w zbiorniku Arturówek górny, 2012 Jurczak i in., 2012 stężenie TP [mg/l stężenie TN [mg/l 2 1,6 1,2 0,8 0, mikrocystyna-lr inne mikrocystyny BN AD AŚ AG BP BW W BPW UŁ 0, stężenie mikrocystyn [ug/ 02:15 02:25 02:35 02:45 02:55 03:05 03:15 03:35 stężenie TP [mg/l] stężenie TN [mg/l] dynamika zmian wód opadowych

17 EKOHYDROLOGIA harmonizacja rozwiązań hydrotechnicznych i biologicznych

18 Sekwencyjny system sedymentacyjno-biofiltracyjny (SSSB) do przejmowania wód burzowych z ulicy Wycieczkowej VI.2013 V.2013 VI.2013 VI.2013

19 Sekwencyjny system sedymentacyjno-biofiltracyjny (SSSB) w Arturówku redukuje do 90% * substancji biogenicznych i zawiesiny dopływających rzeką do zbiorników * wstępne badania +38% odpływ wód deszczowych z systemu REDUKCJA SUBSTANCJI BIOGENICZNYCH przez SSSB 5 4 TN [mg/l] jony azotanowe [mg/l] jony fosforanowe [mg/l] TP [mg/l] jony amonowe[mg/l] 3-35% dopływ wód deszczowych do systemu % -89% -97% -35% Sekwencyjny system sedymentacyjno-biofiltracyjny zainstalowany w zbiorniku Arturówek górny (Łódź) 0 wejście do systemu wyjście z systemu

20 APPLICATION OF MICROBIAL ACTIVATORS DENITRIFYING BACTERIA main objective acceleration of activation of the denitrifying ditch and increasing its capacity 2NO 3-2NO 2-2NO N 2 O N 2 Bacterial genes active in denitrification nitrite reductase nirs or nirk nitric oxide reductase cnorb or qnorb nitric oxide reductase nosz complete process Detection of bacterial strains from ditch with coal (J) and ditch with sawdust (U) J Amplification of nosz gene U J U

21 EKOHYDROLOGIA harmonizacja rozwiązań hydrotechnicznych i biologicznych LIFE08 ENV/PL/ Legenda * - STANOWISKA: BN - rzeka Bzura poniżej zbiorników Arturówek, AD - zbiornik Arturówek Dolny, AŚ - zbiornik Arturówek Środkowy, AG zbiornik Arturówek Górny, BP - rzeka Bzura powyżej zbiorników Arturówek, BW - rzeka Bzura poniżej ul. Wycieczkowej, SW - staw przy ulicy Wycieczkowej, W - ulica Wycieczkowa, BPW - zbiornik nr 17 w kaskadzie powyżej ul. Wycieczkowej, UŁ - zbiornik nr 7 w kaskadzie powyżej ul. Wycieczkowej

22 OBSZAR DEMONSTRACYJNY PROJEKTU cele projektu Analiza zagrożeń i szans Koncepcja i projekt rekultywacji Realizacja inwestycji Optymalizacja rozwiązań systemowych System szkoleń Planowany efekt ekologiczny EH-REK: Poprawa jakości środowiska przyrodniczego, wody i wartości rekreacyjnych zbiorników Arturówek w Łodzi poprzez eliminację problemu zakwitów sinicowych realizacja wytycznych Ramowej Dyrektywy Wodnej EU (2000/60/WE) Planowane efekty ekonomiczno-społeczne EH-REK: Zastosowanie ekohydrologii w zrównoważonej gospodarce wodnej na terenach miejskich ze szczególnym uwzględnieniem transferu wiedzy o innowacyjnych technologiach i rozwiązaniach systemowych dla decydentów i społeczeństwa. Opracowanie naukowych podstaw do rekultywacji miejskich ekosystemów wodnych pod kątem wdrażania Ramowej Dyrektywy Wodnej UE.

23 Konstrukcja stref buforowych wraz z biogeochemicznymi barierami dla redukcji substancji biogenicznych i zawiesiny IV.2012 V.2013 VI.2013 VI.2013

24 Enhencemnt of efficiency and costs reduction by integration of the ecohydrology engeenering and biotechnology Costs Mechanistic deterministic Inżynieria Ekohydrologia Biotechnologie ekosystemowe 10 1 Ewoluctionary systemic Punktowe źródła zanieczyszczeń (miejskie i przemysłowe > 1 mg/l Nie punktowe źródła zanieczyszczeń (rolnictwo i obszary zurbanizowane) mg/l Tło naturalne (ekosystemy lądowe i słodkowodne) < 0.1 mg/l The intensity of the human impact in catchment scale expressed in phosphorus concntration ( Zalewski 2014)

25 Ekohydrologiczna rekultywacja zbiorników rekreacyjnych Arturówek (Łódź) jako modelowe podejście do rekultywacji zbiorników miejskich