Wspomaganie zarządzania zbiornikami zaporowymi

Transkrypt

1 Konferencja Wspomaganie zarządzania zbiornikami zaporowymi Uniwersytet Śląski w Katowicach 12 lutego 2014 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego w ramach Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka

2 Z wielości problemów jedność rozwiązań obszary problemowe prof. dr hab. Paweł Migula dr hab. Piotr Łaszczyca Wydział Biologii i Ochrony Środowiska Uniwersytet Śląski w Katowicach Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego w ramach Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka

3 Dlaczego Projekt ZiZOZap Tworząc cywilizację, zmieniliśmy nasz świat i jeśli chcemy go zachować w stanie przyjaznym dla nas i innych istot żywych, musimy aktywnie kontrolować środowisko, aby zmiany przebiegały w pożądanym kierunku. 3

4 Dlaczego Projekt ZiZOZap Projekt jest próbą podjęcia tego wyzwania w skali jednego, wybranego obiektu hydrotechnicznego i jego środowiska Wyzwania niewielkiego, względem rozmiaru problemu, dużego, pod względem złożoności i technicznych możliwości działania 4

5 Zespół 5

6 Zespół realizujący Projektu Konsorcjum 4 jednostek badawczych Ponad 172 osoby prowadzące badania: 101 pracowników naukowych 53 studentów 18 doktorantów 6

7 Zespół realizujący Projekt Instytut Ekologii Terenów Uprzemysłowionych - dr Jacek Długosz i dr Czeslaw Kliś Instytut Inżynierii i Gospodarki Wodnej, Politechnika Krakowska - prof. dr hab. inż Elżbieta Nachlik, dr inż. Antoni Bojarski Instytut Podstaw Inżynierii Środowiska PAN w Zabrzu - dr Maciej Kostecki 7

8 Zespół badawczy Projektu UNIWERSYTET ŚLĄSKI WYDZIAŁ BIOLOGII I OCHRONY ŚRODOWISKA Katedra Biochemii dr Andrzej Woźnica Katedra Botaniki Systematycznej i Katedra Geobotaniki i Ochrony Przyrody dr Andrzej Pasierbiński, dr hab. Eugeniusz Małkowski Katedra Ekologii dr hab. prof. UŚ Bernard Palowski Katedra Fizjologii Zwierząt i Ekotoksykologii dr hab. Maria Augustyniak Katedra Genetyki dr Mirosław Kwaśniewski Katedra Mikrobiologii dr Tomasz Płociniczak Katedra Hydrobiologii - prof. dr hab. Malgorzata Strzelec, dr hab. prof. UŚ. Irena Bielańska-Grajner Katedra Zoologii prof. dr hab. Jacek Gorczyca 8

9 Zespół realizujący Projekt UNIWERSYTET ŚLĄSKI WYDZIAŁ NAUK O ZIEMI Katedra Geografii Fizycznej - dr. hab. prof. UŚ Damian Absalon Katedra Hydrogeologii i Geologii Inżynierskiej - dr hab. prof. UŚ Andrzej Witkowski Katedra Klimatologii - dr Mieczyslaw Leśniok UNIWERSYTET ŚLĄSKI INSTYTUT FIZYKI Zakład Fizyki Ciała Stałego; Zakład Fizyki Jądrowej i Jej Zastosowań; Zakład Fizyki Kryształów; Instytut Fizyki prof. dr hab. Alicja Ratuszna, dr hab. Beata Kozłowska UNIWERSYTET ŚLĄSKI WYDZIAŁ INFORMATYKI I NAUK O MATERIAŁACH Zakład Komputerowych Systemów Biomedycznych - prof. dr hab. Zygmunt Wróbel 9

10 Zespół realizujący Projekt Instytut Ochrony Przyrody PAN - dr hab. prof. IOP Robert Gwiazda - dr hab. prof. IOP Elzbieta Wilk-Wozniak Norweski Instytut Badań Powietrza (NILU Polska) - prof. dr hab. Józef Pacyna, dr Damian Panasiuk Zakład Doświadczalny Gospodarki Stawowej PAN Zakład Ichtiobiologii i Gospodarki Rybackiej w Gołyszu PAN dyrektor dr Ilgiz Irnazarow 10

11 Partnerzy Projektu PARTNERZY STRATEGICZNI Górnośląskie Przedsiębiorstwo Wodociągów S.A. Regionalny Zarząd Gospodarki Wodnej w Gliwicach PARTNERZY Ecoclima Serwis S.J. Starostwo Cieszyńskie, Starostwo Pszczyńskie, Miasto i Gmina Pszczyna, Miasto i Gmina Czechowice-Dziedzice, Gmina Chybie, Gmina Goczałkowice-Zdrój, Gmina Strumień, 11

12 Partnerzy Projektu PRZYJACIELE PROJEKTU Koło Naukowe Biotechnologów Klub Płetwonurków PARTNUR w Pszczynie Studenckie Koło Naukowe AQUA Pluton Ratownictwa Wodnego i Poszukiwawczego Wojewody Śląskiego Projekt in2in MGFOTO Marek Grucka 12

13 Partnerzy Projektu REALIZACJĘ PROJEKTU WSPIERAJĄ Urząd Żeglugi Śródlądowej w Kędzierzynie Koźlu Regionalny Zarząd Gospodarki Wodnej w Krakowie Wydział Bezpieczeństwa i Zarządzania Kryzysowego Śląskiego Urzędu Wojewódzkiego w Katowicach Starostwo Powiatowe w Pszczynie Gmina Pszczyna Elektrownia Rybnik SA Povodi Odry Statni Podnik (Republika Czeska) Zemĕdĕlská vovohospodářská správa Oblast Povodi Odry (Republika Czeska) 13

14 Uwarunkowania 15

15 Uwarunkowania materialne Projektu Eksploatacja - pobór wody Europa ok. 10% km 3 /rok m 3 /mieszkańca/rok Polska ok. 20% średniego odpływu km 3 / rok (1990,-2004) 800 m 3 /mieszkańca/rok (KOŁODZIEJ 2008; MIODUSZEWSKI i PIERZGALSKI 2009; DROUGHT AND WATER OVERUSE IN EUROPE 16

16 Uwarunkowania materialne Projektu Odpływ wód powierzchniowych z terytorium Europy km 3 /rok Odpływ wód powierzchniowych z terytorium Polski - 62 km 3 /rok: 30,7 km 3 Wisła 16,5 km 3 - Odra 38 km 3 /rok w latach posusznych (1954), 90 km 3 /rok w latach z dużą ilością opadów Zasoby wodne Polski 9300 jezior > 1 ha 17,4 km 2 26 miejsce w Europie EUROPEAN WATER RESOURCES - OVERVIEW 17

17 Zbiornik Goczałkowicki - zbiorniki w Polsce 170 zbiorników zaporowych ogółem 100 zbiorników zaporowych > 1 hm 3 wody pojemność całkowita = 0,27% całkowitego odpływu wód powierzchniowych śr.: 230 hm 3 wody / rok (średnio ), maks.: 427 hm 3 wody / rok (2010) min.: 126 hm 3 wody / rok (1984) Zasoby Zbiorniki - 4 km 3 wody Mała retencja - 1 km 3 wody 18

18 Zbiornik Goczałkowicki - zbiorniki w Polsce 19

19 Zbiornik Goczałkowicki Warunki pracy ZG Maksymalny poziom piętrzenia (Max.PP) Normalny poziom piętrzenia (NPP) do 2011 Normalny poziom piętrzenia (NPP) od 2011 Minimalny poziom piętrzenia dla ZUW Goczałkowice (Min PP ZUW Gocz. ) Rzędna piętrzenia Pojemność Powierzchnia [m n.p.m.] [hm 3 ] [km 2 ] 257,0 163,1 30,5 255,5 118,3 28,7 255,4 114,8 27,9 251,5 32,3 14,2 Minimalny poziom piętrzenia (Min.PP) 250,5 20,1 10,5 Rzędna upustu dennego zapory 244,0 0 0,0 21

20 Zbiornik Goczałkowicki w regionie Zasoby zawarte między - normalnym poziomem piętrzenia - minimalnym dla pracy Zakładu Uzdatniania Wody = 82 hm 3 Odbiorcy 96 gmin województwa śląskiego mieszkańców 150 l wody dziennie/mieszkańca Zasób na: 180 dni zaopatrzenia w wodę GPW SA - ok m 3 /r - 50% z ZG 22

21 Zbiornik Goczałkowicki w regionie Funkcja retencyjna przeciwpowodziowa Funkcja zaopatrzenia w wodę Funkcja gospodarcza gospodarka rybacka Funkcja środowiskowa Natura 2000 Funkcja kulturowa rekreacja i sport 23

22 Uwarunkowania prawne Projektu 24

23 Uwarunkowania prawne Projektu Ustawa Prawo wodne z dnia 18 lipca 2001 r. (Dz.U. nr 32 poz. 159 z dnia 15 lutego 2011 r.); Rozporządzeniu Ministra Środowiska z dnia 20 sierpnia 2008 r. w sprawie sposobu klasyfikacji stanu jednolitych części wód powierzchniowych (Dz. U. Nr 162 z 2008 roku poz. 1008). Rozporządzeniu Ministra Środowiska z dnia 23 lipca 2008 r. w sprawie kryteriów i sposobu oceny stanu wód podziemnych (Dz.U. Nr 143 poz. 896); Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 13 maja 2009 r. w sprawie form i sposobu prowadzenia monitoringu jednolitych części wód powierzchniowych i podziemnych. (Dz.U. 2009, Nr 81, poz. 685) Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 15 listopada 2011 r. (Dz.U nr 258 poz. 1550) w sprawie form i sposobu prowadzenia monitoringu jednolitych części wód powierzchniowych i podziemnych Dz.U. 2011, 258,

24 Uwarunkowania prawne Projektu Dyrektywa 2000/60/WE Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 23 października 2000 r. ustanawiającej ramy wspólnotowego działania w dziedzinie polityki wodnej; Dyrektywa 2006/118/WE Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 12 grudnia 2006 r. w sprawie ochrony wód podziemnych przed zanieczyszczeniem i pogorszeniem ich stanu. w poradnikach opracowanych przez ekspertów Komisji Europejskiej, np.: Guidance Document No. 1. Statistical aspects of the identification of groundwater pollution trends, and aggregation of monitoring results. European Communities, (Statystyczne aspekty identyfikacji trendów zanieczyszczeń wód podziemnych oraz agregacja wyników monitoringu). Guidance Document No. 7. Monitoring under the Water Framework Directive. European Communities, (Wytyczne metodyczne do monitoringu zgodnego z Ramową Dyrektywą Wodną). Guidance Document No. 15. Guidance on Groundwater Monitoring. European Communities, (Poradnik monitoringu wód podziemnych). Guidance Document No. 16. Guidance on Groundwater in Drinking Water Protected Areas. European Communities, (Poradnik ochrony wód podziemnych w obszarach chronionych). Guidance Document No. 18. Guidance on groundwater status and trend assessment. European Communities, (Wytyczne w sprawie stanu wód podziemnych oraz oceny tendencji). European Communities, Guidance document No. 26. Guidance on risk assessment and the use of conceptual models for groundwater. European Communities, (Wskazówki dotyczące oceny ryzyka i wykorzystania modeli pojęciowych dla wód podziemnych). 26

25 Uwarunkowania prawne Projektu Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 28 września 2004 r. w sprawie gatunków dziko żyjących zwierząt objętych ochroną prawną Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 21 lipca 2004 r. w sprawie obszarów specjalnej ochrony ptaków Natura (Dz.U ) Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 5 września 2007 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie obszarów specjalnej ochrony ptaków Natura 2000 (Dz.U ) Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 27 października 2008 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie obszarów specjalnej ochrony ptaków Natura 2000 (Dz.U ) Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 16 maja 2005 r. w sprawie typów siedlisk przyrodniczych oraz gatunków roślin i zwierząt, wymagających ochrony w formie wyznaczenia obszarów Natura Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 13 kwietnia 2010 r. w sprawie siedlisk przyrodniczych oraz gatunków będących przedmiotem zainteresowania Wspólnoty, a także kryteriów wyboru obszarów kwalifikujących się do uznania lub wyznaczenia jako obszary Natura 2000 (Dz.U ) Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 12 stycznia 2011 r. w sprawie obszarów specjalnej ochrony ptaków (Dz.U ) 27

26 Uwarunkowania prawne Projektu - strefa ochronna ujęcia Kolonia Wisła Wielka Wisła Wielka Łąka Wisła Mała Strumień Rykalec 28

27 Uwarunkowania prawne Projektu Obszar Natura Dolina Górnej Wisły PLB obszar specjalnej ochrony ptaków 24740,2 ha Ostoja Dolina Górnej Wisły: Jezioro Goczałkowskie i przyległe stawy Specjalny obszar ochrony siedlisk Zbiornik Goczałkowicki Ujście Wisły i Bajerki PLH ha południowo zachodnia połowa zbiornika i pas przybrzeżny, w zasięgu Nadleśnictwa Zabrzeg 29

28 Uwarunkowania prawne Projektu - Obszar Natura 2000 SPECJALNY OBSZAR OCHRONY SIEDLISK Zbiornik Goczałkowicki Ujście Wisły i Bajerki PLH OBSZAR NATURA 2000 Dolina Górnej Wisły PLB

29 Cel projektu 31

30 Cel strategiczny Projektu Rozwiązanie problemów związanych z : obniżania się potencjału ekologicznego i funkcjonalnego zbiorników zaporowych wynikających z ich starzenia się presjami będącymi konsekwencją zagospodarowania przestrzennego obszaru zlewni oczekiwanym wzrostem wymagań dotyczących potencjału ekologicznego Wykonawcy projektu rozpoznają, jakie są kluczowe problemy istotne dla optymalnego zarządzania zbiornikami zaporowymi, tworzą systemy informacyjne wraz z bazami danych 32

31 Cel RDW do roku 2015 dobry stan wód Europejskie standardy zarządzania akwenami wymagają: zachowania dobrego potencjału ekologicznego zasobów wodnych i ekosystemów z nimi związanych wykorzystania wód zbiorników zgodnie z ich funkcją gospodarczą zapewnienia bezpieczeństwa budowli piętrzącej w warunkach zagrożeń naturalnych i technologicznych 33

32 Cele robocze Projektu Identyfikacja problemów występujących w obszarze Zbiornika Wieloaspektowy monitoring badawczy i operacyjny ZG Wdrożenie innowacyjnych metod monitoringu Stworzenie baz danych i integracja danych Opracowanie scenariuszy i modelu cyfrowego dla zjawisk w zbiorniku i wspomagania zarządzania zbiornikiem Implementacja modelu na zbiorniku testowym (ZG) Udostępnienie modelu dla innych zbiorników 35

33 Struktura Projektu 37

34 Struktura zadań Projektu Zad. 1. Analiza DPSIR Zad. 2. Monitoring badawczy Zbiornika Zad. 6. Monitoring badawczy Zbiornika Zad. 4. Budowa i weryfikacja modelu hydrodynamicznego zbiornika Zad. 3. Budowa systemu informacyjnego wraz z bazą danych Zad. 5. Budowa i aplikacja oraz weryfikacja modeli fizyko-chemiczno-biologicznych zbiornika Zad. 7. Opracowanie scenariuszy pracy zbiornika Zad 9. Raport końcowy Zad 8. Zintegrowany system zarządzania i ochrony zbiornika 38

35 Analiza konfliktów DPSIR 39

36 DPSIR - konflikty 40

37 DPSIR - konflikty jakość wód zdrowie środowiskowe zasoby wody ochrona przeciwpowodziowa niżówki poziom piętrzenia środowisko przyrodnicze walory przyrodnicze użytkowanie turystyczne gospodarka 42

38 Monitoring 43

39 Monitoring - sieć Monitoring własny i instytucjonalny: WIOŚ, RDOŚ, GPW S.A. Batymetria, Hipsometria lidarowa, Hydrologia, Mineralogia, Meteorologia, Hydrogeologia, Hydrochemia, Hydrobiologia, Geobotanika, Ochrona przyrody (dane sozologiczne), Ekotoksykologia, Ekonomia i użytkowanie terenu, Źródła archiwalne 44

40 Monitoring - wyniki Monitoring wód powierzchniowych i podziemnych diagnostyczny ustalenie stanu aktualnego prognozowanego, określenie przyczyn, zaprojektowanie dalszego monitoringu operacyjny ocena zmian stanu i efektu programów zmierzających do poprawy stanu, szczególnie w sytuacji zagrożenia niespełnieniem celów środowiskowych badawczy wyjaśnienie przyczyn potencjalnych skutków zidentyfikowanych zagrożeńrozbieżności wyników monitoringu, nieskuteczności programów naprawczych, Główny wynik - ocena stanu eutrofizacja i dystrofizacja 45

41 Monitoring - wyniki Zarządzanie oparte na nauce - cel prowadzenia monitoringu rozpoznanie stanu rozpoznanie relacji przewidywanie konsekwencji wdrożenie metod i środków zarzadzania 46

42 Monitoring - wyniki Liczba i złożoność wyników: 190 punktów pomiarowych 32 kategorii monitoringu 100 grup wskaźników, parametrów rekordów w bazach danych 47

43 Modelowanie 48

44 Modelowanie SWAT Soil and Water Assessment Tool WASP Water Quality Analysis Simulation Program CAEDYM Computational Aquatic Ecosystem Dynamics Model DYRIM Dynamic River Model DYRESM DYnamic REServoir Simulation Model ELCOM Estuary and Lake Computer Model HANNOUN i współaut. 2006; SALORANTA 2006; GAL i współaut ELMO 3-D water quality model for nutrients and chlorophyll: first application on a lacustrine ecosystem AQUAMOD Czech model for progres of lake eutrophication DELWAG-BLOOM-SWITCH for control of blooms in Netherlands FESWMS (2D) pola prędkości akwenu zbiornika Goczałkowice w warunkach normalnego poziomu piętrzenia Hydro AS-2D (2D) pola prędkości przepływu w trakcie przejścia wezbrania powodziowego przez zbiornik Goczałkowice SMS Surface Water Modelling System MIKE 11 49

45 Modelowanie CAEDYM Computational Aquatic Ecosystem Dynamics Model Hipsey, M.R., Antenucci, J.P., and Hamilton, D. Centre for Water Research, University of Western Australia, December 15, 2009 an aquatic ecological model that may be run independently or coupled with hydrodynamic models DYRESM or ELCOM. CAEDYM consists of a series of mathematical equations representing the major biogeochemical processes influencing water quality ELCOM Estuary, Lake and Coastal Ocean Model Ben Hodges and Chris Dallimore Centre for Water Research, University of Western Australia, May 23, 2013 a numerical modeling tool that applies hydrodynamic and thermodynamic models to simulate the temporal behavior of stratified water bodies with environmental forcing 50

46 CAEDYM zasady modelowania Grupy modelowanych organizmów i wskaźników hydrochemicznych 105 wskaźników i kilkakrotnie więcej współczynników równań modelujących Czesław Kliś, Bartosz Łozowski 52

47 Zarządzanie 54

48 Monitoring - cel - biomanipulacja Biomanipulacja - regulacja top-down - regulacja zbiorowisk konsumentów na wysokich poziomach troficznych - zarybianie, introdukcja, odłowy - skracanie łańcuchów pokarmowych. - metody mechaniczne np. selektywne wycinanie trzcinowisk bottom-up - redukcja nutrientów i produkcji pierwotnej: - spuszczenie wody i wybranie osadów, lub kontrola spływu - chemiczne wiązanie N i P - odcinanie/izolowanie osadów dennych - wybieranie/wymywanie osadów dennych - napowietrzanie, przemywanie - biomanipulacja związkami humusowymi - usuwanie biomasy 56

49 Monitoring cel - biomanipulacja Biomanipulacja regulacja śrdokami naturalnymi - jedna z metod top-down - regulacja zbiorowisk konsumentów na wysokich poziomach troficznych - zarybianie, introdukcja, odłowy - skracanie łańcuchów pokarmowych. - metody mechaniczne np. selektywne wycinanie trzcinowisk bottom-up - redukcja nutrientów i produkcji pierwotnej: - spuszczenie wody i wybranie osadów, lub kontrola spływu - chemiczne wiązanie N i P - odcinanie/izolowanie osadów dennych - wybieranie/wymywanie osadów dennych - napowietrzanie, przemywanie - biomanipulacja związkami humusowymi - usuwanie biomasy 58

50 Zarządzanie Na początku banalne stwierdzenie o konieczności zarządzania środowiskiem Pora przedstawić, co Projekt wnosi w odpowiedzi na to wyzwanie 59

51 Dziękuję za uwagę w imieniu koordynatora Projektu prof. dr hab. Pawła Miguli Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego w ramach Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka