"System diagnozowania i prognozowania stanu środowiska zbiorników zaporowych działających w obszarach Natura 2000". Piotr Łaszczyca, Maria

"System diagnozowania i prognozowania stanu środowiska zbiorników zaporowych działających w obszarach Natura 2000". Piotr Łaszczyca, Maria Augustyniak, Paweł Migula, Andrzej Woźnica, Andrzej Pasierbiński. Monografia "Gospodarowanie w dolinach rzecznych na obszarach Natura 2000" pod redakcją Bogumiły Pawluśkiewicz, Wydawnictwo Szkoły Głównej Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie 2013, Rozdział 10, strony 147-160. 1

System diagnozowania i prognozowania stanu środowiska zbiorników zaporowych działających w obszarach chronionych (OSO) Piotr Łaszczyca, Maria Augustyniak, Paweł Migula, Andrzej Woźnica*, Andrzej Pasierbiński # Katedra Fizjologii Zwierząt i Ekotoksykologii, *Katedra Biochemii, # Zakład Botaniki Systematycznej, Wydział Biologii i Ochrony Środowiska. Uniwersytet Śląski, Bankowa 9, 40-007 Katowice Założenia i cele Projektu ZiZOZap jako przedsięwzięcia gospodarczego Projekt Zintegrowany System Wspomagający Zarządzaniem i Ochroną Zbiornika Zaporowego (ZiZOZap) realizowany w Programie Operacyjnym Innowacyjna Gospodarka (POIG.01.01.02-24-078/09-00) i finansowany w znacznej części z funduszy Unii Europejskiej jest odpowiedzią na narastające krajowe i światowe problemy gospodarki wodnej. Konieczność ich rozwiązania jest wymogiem Ramowej Dyrektywy Wodnej (RWD 1 ). Projekt jest realizowany od stycznia 2010 r przez Konsorcjum Naukowe utworzone przez Uniwersytet Śląski (UŚ), Politechnikę Krakowską (PK), Instytut Terenów Uprzemysłowionych (IETU) w Katowicach oraz Instytut Podstaw Inżynierii Środowiska PAN (IPIŚ PAN) w Zabrzu. Rys.1. Zasięg obszaru Natura 200 PLB240001 w Zbiorniku Goczałkowickim. 1 Dyrektywa 2000/60/WE Rady i Parlamentu Europejskiego z dnia 23 października 2000 r ustanawiająca ramy wspólnotowego działania w dziedzinie polityki wodnej 2

Celem Projektu jest stworzenie systemu wspomagającego zarządzanie zbiornikami zaporowymi, który pozwoli na identyfikację i eliminację lub ograniczenie skutków konfliktów wynikających ze współistnienia gospodarki i przyrody. W Projekcie tworzone są narzędzia wspomagające takie działania w postaci systemów baz danych, modeli cyfrowych i scenariuszy zarządzania. Modelowym obiektem jest Zbiornik Goczałkowicki (ZG), częściowo objęty obszarem Natura 2000 Dolina Górnej Wisły 2 i zarazem obszarem specjalnej ochrony ptaków (PLB240001) 3 oraz specjalnym obszarem ochrony siedlisk Zbiornik Goczałkowicki - Ujście Wisły i Bajerki (PLH240039). W przypadku Zbiornika Goczałkowickiego system wspomagania zarządzaniem opracowywany w Projekcie integrować będzie wszystkie jego podstawowe funkcje z szczególnym uwzględnieniem: zaopatrzenia w wodę Śląska (bezpieczeństwo zasobów i minimalizacja kosztów uzdatniania, niezawodność dostaw), ochrony przed powodzią (podniesieniem efektywności przeciwpowodziowej zbiornika), poprawy i ochrony jakości ekologicznej środowiska zbiornika, co jest zgodne z zasadami współczesnej polityki wodnej Unii Europejskiej określonymi w RWD 4 Zbiornik Goczałkowicki jest piątym pod względem wielkości retencyjnym zbiornikiem zaporowym w Polsce, mając zlewnię o powierzchni ok. 530 km 2, pojemność 168 hm 3 (z czego na stałą rezerwę powodziowa przypada 43,2 hm 3 ) i powierzchnię maks. 32 km² (26,6 km 2 przy normalnym poziomie piętrzenia 255,5 m n.p.m). Wskaźnik Schindlera (stosunek zsumowanej powierzchni zbiornika wodnego i jego zlewni do objętości tego zbiornika) wyliczony dla Zbiornika wynosi ok. 3,1 lub więcej przy niższych stanach piętrzenia, świadcząc o umiarkowanej podatności na degradację wynikającą ze spływu biogenów i innych zanieczyszczeń ze zlewni. Oprócz funkcji przeciwpowodziowej Zbiornik jest rezerwuarem wody na cele użytkowe 69 gmin Śląska, zamieszkiwanych przez około 3 milionów mieszkańców. Można ocenić, że w warunkach maksymalnego dopuszczonego poboru wody przez zakład uzdatniania, zgromadzony zasób wody byłby wystarczający na ok. 200 dni, lub pokrywałby zapotrzebowanie 3 mln osób (ok. 150 l wody dziennie na osobę) 2 Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 21 lipca 2004 r. w sprawie obszarów specjalnej ochrony ptaków Natura 2000. (Dz.U.04.229.2313) 3 Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 12 stycznia 2011 r. w sprawie obszarów specjalnej ochrony ptaków Dz.U. (2011) 25.1772.133 4 Gręplowska Z. (i zespól: Nachlik E., Bojarski A., Wolak A., Mazoń S., Bielak S, Hachaj P, Baran-Gurgul K.) Analiza przyczynowo skutkowa DPSIR oraz identyfikacja kluczowych problemów istotnych dla optymalnego zarządzania zbiornikiem zaporowym. Raport Projektu ZiZOZap. Politechnika Krakowska. Kraków. Grudzień 2010, 3

przez ponad 300 dni. Obecnie więcej niż połowa z ponad 80 mln m 3 rocznej produkcji wody na potrzeby Śląska jest pobierana ze zbiorników kaskady Soły. Metody badań i działań podjętych w Projekcie ZIZOZap Punktem wyjścia do realizacji założeń projektu była identyfikacja obszarów konfliktowych, które wynikają z różnych funkcji zbiornika i optymalizacji zarządzania Zbiornikiem z uwzględnieniem planów ochrony przyrody w istniejących obszarach specjalnej ochrony siedlisk i ptaków. Analiza ta wykonana została w oparciu o metodologię DPSIR (Drivers-Pressures- State-Impact-Response), zalecaną przez Europejską Agencję Środowiska (EEA). Metodologia DPSIR wyodrębnia w kolejnych krokach zależności wynikające z działalności człowieka, w tym, jako: Drivers - czynniki sprawcze będące celami, motywami i wymaganiami prowadzenia gospodarki w badanych obszarze, Pressures - oddziaływania związane z działalnością ludzką i jej skutki środowiskowe, State - środowiskowe następstwa prowadzenia gospodarki, Impact - zwrotne oddziaływanie tych następstw na możliwości prowadzenia gospodarki i wreszcie Response - decyzje i działania administracyjne i polityczne przeciwdziałające potencjalnie niekorzystnym skutkom gospodarki i umożliwiające osiągniecie celów gospodarowania 5 6 (Rys. 2). Analiza obejmuje zatem zarówno obszar ekonomiczny jak i środowiskowy. Rys. 1. Schemat relacji przyczynowo skutkowych rozpoznawanych metodą DPSIR dla Zbiornika Goczałkowickiego 5 US EPA, ORD, NHEERL, Gulf Ecology Division, 2012: Systems Thinking Tutorials: Module 2: DPSIR Overview, "Systems thinking, tutorial, DPSIR, decision-making", http://www.epa.gov/ged/tutorial/docs/dpsir_module_2.pdf 6 Ciechelska A., Poskrobko T. (2012): Wpływ informacji na trwały i zrównoważony rozwój w warunkach gospodarki opartej na wiedzy. AE we Wrocławiu, http://mikroekonomia.net/system/publication_files/820/original/18.pdf?1315218647 4

Analiza DPSIR dokonana przez zespół PK ujawniła, liczne obszary konfliktowe, z których najistotniejsze to: konflikt zachowania obszaru Natura 2000 z planami rozwoju gmin zlokalizowanych nad zbiornikiem, konflikt ochrona przeciwpowodziowa ochrona ptaków, konflikt turystyka ochrona zbiorowisk ptaków i jakości zasobów wody dla aglomeracji śląskiej. Próba podniesienia bezpieczeństwa hydrologicznego poprzez zwiększenie rezerwy powodziowej generuje konflikt wynikający z zarastania strefy przybrzeżnej i cofek zbiornika, zmian akumulacji rumowiska a także zwiększenia wahań poziomów wody w wyniku jej poboru. Dalszym efektem tego konfliktu miedzy eksploatacją zbiornika a środowiskiem przyrodniczym jest pogorszenie się jakości wody oraz zagrożenia dla gniazdujących ptaków wynikające z dużych wahań poziomów piętrzenia. Tym samym kluczowe problemy wymagające rozwiązania to: 1. Zagwarantowanie wystarczających zasobów wody dla Śląska w zmiennych warunkach hydrologicznych klimatycznych i gospodarczych 2. Zachowanie lub poprawa jakości wody do celów zaopatrzenia ludności 3. Utrzymanie lub zwiększenie zdolności retencyjnej przy jednoczesnym utrzymaniu dostępności zasobów i dobrej jakości wód oraz ewentualne zmiany wymogów eksploatacyjnych wynikające z procesów starzenia zbiornika 4. Optymalizacja poziomów piętrzenia w cyklu rocznym z uwzględnieniem bezpieczeństwa przeciwpowodziowego, zapewnienia pływów niżówkowych oraz realizacji celów środowiskowych i gospodarczych 5. Określenie relacji i metod rozwiązania konfliktów między celami użytkowymi zbiornika a celami RDW i obszaru NATURA 2000 6. Optymalizacja wykorzystania rekreacyjno-turystycznego obszaru Zbiornika z uwzględnieniem ochrony jego potencjału ekologicznego i obszaru NATURA 2000 7. Określenie tempa oraz skutków starzenia obiektów zbiornika ze wskazaniem metod przeciwdziałania 8. Scharakteryzowanie potencjalnych, nadzwyczajnych zagrożeń dla zbiornika i jego funkcji oraz opracowanie scenariuszy ich likwidacji lub minimalizacji ich skutków 9. Wdrożenie i zachowanie ciągłości racjonalnego monitoringu operacyjnego w zlewni i zbiorniku dla budowy prognoz i utrzymania funkcji systemu zarządzania zbiornikiem 10. Rozpoznanie społecznych i gospodarczych obszarów konfliktowych wynikających z działania Zbiornika i obszarów chronionych ze wskazaniem przesłanek do ich rozwiązywania 11. Określenie relacji koszty korzyści podejmowanych działań z uwzględnieniem zysków wynikających usług ekologicznych Działania podjęte w ramach Projektu objęły monitoring badawczy (od 2010.04.01 do 2011.03.31) i operacyjny (2011.06.30 i 2013.06.30) Zbiornika, 5

wykonywane na podstawie odpowiednich rozporządzeń Ministra Środowiska ws. prowadzenia monitoringu wód (2009 i 2011) oraz towarzyszących im przewodników metodycznych i zbiorów wytycznych 7 8 9 10. Kolejnym elementem projektu jest tworzenie i udostępnianie użytkownikom baz danych gromadzonych w ramach z monitoringu oraz przetworzenia i digitalizacji zbiorów danych archiwalnych. Zespół informatyków pracujących w Projekcie zastosował innowacyjne formy udostępnienia i prezentacji gromadzonych danych, pozwalające na połączenie danych w układzie czasowo-przestrzennym na mapach i ortofotomapach zgromadzonych w geoportalu zbiornika. Bazy danych są źródłem informacji wsadowych do cyfrowych modeli działania zbiornika, które umożliwiają opis oraz prognozowanie zachodzących w nim zjawisk i hipotetycznych stanów. Na podstawie danych monitoringu i modeli budowane są scenariusze zarządzania Zbiornikiem. Zgodnie z założeniami Projektu, scenariusze te, modele i dokumenty metodyczne (instrukcje monitoringu) będą służyły wspomaganiu zarządzania Zbiornikiem. Na obecnym etapie realizacji widoczna jest także możliwość wykorzystania zgromadzonych danych wspomagających opracowania strategii rozwoju gmin zlokalizowanych na obszarach przyległych do Zbiornika. Gromadzone dane obejmują: 1. dane geomorfologiczne opisujące ukształtowanie terenu przyległego do zbiornika z uwzględnieniem tam i grobli (zgromadzone m.in. metodą LIDAR) oraz dane batymetryczne zbierane dwoma niezależnymi systemami batymetrii z użyciem echosond (zespoły PK i UŚ), reprezentowane przez cyfrowe mapy, ortofotomapy, zdjęcia satelitarne i lotnicze obejmujące obszar ZG i jego zlewni 2. dane hydrologiczne opisujące przepływy wody w zlewni i zbiorniku gromadzone z wybranych punktów hydrometrycznych oraz przepompowni wód depresyjnych za zaporą boczna Zbiornika 3. dane meteorologiczne dotyczące zbiornika i zlewni z własnych stacji meteorologicznych i sieci IMGW oraz Ecoklima 4. dane hydrochemiczne gromadzone w ramach klasycznego monitoringu okresowego, prowadzonego zgodnie z rozporządzeniami ws. monitoringu 5 6 7 Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 13 maja 2009 r. ( Dz.U. 2009, Nr 81, poz. 685) i znowelizowane Rozporządzenia Ministra Środowiska z 15 listopada 2011 roku ws. form i sposobu prowadzenia monitoringu jednolitych części wód powierzchniowych i podziemnych.( Dz.U. 2011, Nr 258, poz. 1550). 8 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). 9 Ramowa Dyrektywa Wodna. Wspólna Strategia Wdrażania. Grupa Robocza 2.7. Monitoring. Wytyczne metodyczne do monitoringu zgodnego z Ramową Dyrektywą Wodną. Wersja ostateczna 23 stycznia 2003 r 10 Inspekcja Ochrony Środowiska. Przewodniki do badań terenowych i analiz laboratoryjnych elementów biologicznych wód przejściowych i przybrzeżnych. Praca zbiorowa. Biblioteka Monitoringu Środowiska. Warszawa 2010 6

przez zespół IPIŚ-PAN oraz niezależnie, z użyciem trzech automatycznych, hydrologicznych sond zdalnych (sond wieloparametrowych firmy OTT Messtechnik Gmbh&Co), które działają w sposób ciągły, przesyłając bieżące rekordy bezpośrednio do baz danych. 5. dane hydrogeologiczne pozyskiwane z 22 piezometrów i 55 studni gospodarskich wybranych spośród 1385 przebadanych studni. 6. dane mineralogiczne opisujące namuły i osady denne w Zbiorniku pozyskiwane metodami spektrometrii alfa, beta i gamma do oznaczenia aktywności izotopów radioaktywnych w osadach i wodzie, spektroskopii fotoelektronów wzbudzanych promieniowaniem rentgenowskim (XPS) do oznaczenia składu pierwiastkowego, dyfrakcji rentgenowskiej (XRD) do oznaczenia składu mineralnego, nadprzewodnikowej interferometrii kwantowej (SQUID) - dla oznaczeń własności magnetycznych, elektronowego rezonansu paramagnetycznego (EPR) - do oznaczeń obecności substancji paramagnetycznych i wolnych rodników, skaningowej mikroskopii elektronowej sprzężonej z spektrometrią dyspersji promieniowania rentgenowskiego (SEM EDS) - do oceny strukturalnej składników osadu 7. dane mikrobiologiczne charakteryzujące zespoły mikroorganizmów zasiedlających wodę za pomocą nowoczesnych metod metagenomicznych (analiza śladów DNA obecnych w wodzie) i metod identyfikacji śladowych fosfolipidowych kwasów tłuszczowych (PFLA) 8. dane hydrobiologiczne charakteryzujące zbiorowiska fitoplanktonu, zooplanktonu i zoobentosu Zbiornika, gromadzone we współpracy zespołu Uniwersytetu Śląskiego i Instytutu Ochrony Przyrody PAN (IOP-PAN) w Krakowie. 9. dane dotyczące szaty roślinnej obszarów brzegowych i zlewni Zbiornika, w tym charakterystykę ekologicznej roli dominujących zbiorowisk (zdolność fitoremediacji) i szczegółową mapę roślinności, wykonaną metodą klasyfikacji obrazów satelitarnych 10. dane faunistyczne, w tym ichtiologiczne i ornitologiczne zbierane przez zespoły Uniwersytetu, zespół IOP-PAN oraz pochodzące z rejestrów z kół wędkarskich i gospodarstwa rybackiego działającego na Zbiorniku. Ta grupa danych jest szczególnie istotna ze względu na ochronę wartości przyrodniczych w obszarze Natura 2000 - Dolina Górnej Wisły. 11. dane ekotoksykologiczne charakteryzujące stan zdrowotny ryb i bezkręgowców zasiedlających Zbiornik, uzyskane w drodze analiz biochemicznych i fizjologicznych, zastawania metody mezokosmów 11 stanowionych w toni 11 Bassar R., López-Sepulcre A. Reznick D. (2011): Mesocosm Experiments Progress Report. http://cnas.ucr.edu/guppy/progress/mesocosmprogress1.pdf 7

Zbiornika i metody standaryzowanych bioekotestów, gdzie ten rodzaj badań jest obecnie promowany jako przyszłościowa metoda monitoringu środowiska 12 12. dane dotyczące gospodarki w regionie opracowywane przez zespół Norweskiego Instytutu Badań Powietrza (NILU - Pl). Ocena stanu i modelowanie pracy zbiornika dla celów zarządzania Realizując monitoring operacyjny zespół badawczy stanął przed problemem spełnienia wymogów wynikających z Ramowej Dyrektywy Wodnej, krajowych regulacji prawnych, zaleceń i wiedzy ekspertów oraz wymagań modeli cyfrowych zbiornika w odniesieniu do danych wsadowych. Niezależnie od regulacji prawnych, cyfrowe modele zbiorników stosowane dotychczas na świecie, w tym rozpatrywane w projekcie modele WASP (Water Quality Analysis Simulation Program), CAEDYM (Computational Aquatic Ecosystem Dynamics Model), DYRIM (Dynamic River Model), ELCOM (Estuary and Lake Computer Model) 13 14 ; wymagają dostarczenia danych wsadowych w ścisłe zdefiniowanym formacie i z założoną, niezbędną dla funkcjonalności modelu częstotliwością próbkowania. Istotnym zadaniem, nowatorskim w skali kraju, jest ustalenie w zgodzie z tymi wymogami optymalnej listy badanych i mierzonych wskaźników funkcji zbiornika, z ich podziałem na obligatoryjne i fakultatywne, zależnie od właściwości i funkcji danego zbiornika. Tab. 1. Porównanie zakresu rzeczowego monitoringu wymaganego prawem oraz potrzeb danych wsadowych w modelu CAEDYM MONITORING OPERACYJNY wymagany Rozp. MŚ z 2009/2011 CAEDYM zmienne wsadowe liczba zmiennych ZiZOZap liczba zmiennych (w tym bloki grupujące dane) Liczba wyników monitoringu wymagających przeliczenia liczba grup zmiennych 90 105 93 120 Ujednolicenie lokalizacji punktów pomiarowych i terminów poboru prób pozwoliło na walidację danych uzyskiwanych różnymi technikami i dokonanie oceny ich użyteczności w kompleksowych badaniach zbiornika wodnego. Dobrym 12 Łaszczyca P., Francikowski J., Guzik J., Nikiel A., Kłosok M., Michalczyk K., Augustyniak A., Migula P. (2012): Przydatność biotestów ekotoksykologicznych do oceny stanu biologicznego wód na przykładzie Zbiornika Zaporowego w Goczałkowicach. Kosmos Tom 61/3; (296): 381-392 13 Gal G., Hipsey M.R., Parparov A., Wagner U., Makler V., Zohary T. (2009):. Implementation of ecological modelling as an effective management and investigation tool: Lake Kinneret as a case study. Ecological Modelling 220, 1697 1718. 14 Hannoun I., List E. J., Kavanagh K. B., Chiang W.-L., Ding L., Preston A., Karafa D., Rackley I. (2006): Use of ELCOM and CAEDYM for water quality simulation in Boulder Basin. Water Environment Foundation, 3943-3970. 8

przykładem są tu oznaczenia zawartości chlorofilu a w wodzie. Wyniki ciągłego pomiaru spektrofotometrycznego z użyciem zdalnej sondy można było skorelować z wynikami okresowych pomiarów w próbach wody przeniesionych do laboratorium, a także z wynikami analizy zagęszczenia fitoplanktonu oraz analiz metagenomicznych. Biorąc pod uwagę żmudność i czasochłonność klasycznych metod badania fitoplanktonu, wdrożenie metod metagenomicznych wydaje się być rozwiązaniem przyszłościowym. Metagenomiczne i biochemiczne (analizy śladów lipidów - PFLA) metody badania mikroflory oferują ponadto możliwość identyfikacji kilkunastu tysięcy jednostek taksonomicznych (niekoniecznie w randze gatunku), stanowiących o bioróżnorodności, produktywności i zdolności samooczyszczania zbiorników wodnych. Walidacja różnych, komplementarnych metod pomiarowych (sondy zdalne vs. metody laboratoryjne) była również możliwa w przypadku wskaźników składu chemicznego wody (ph, stężenie tlenu, azotany, azotyny, przewodność, itp.) oraz dla przejrzystości i mętności wody (widzialność krążka Secchciego vs. spektrofotometryczny pomiar NTU). Wymogi zarządzania zbiornikiem wodnym wyraźnie wskazują tu na przewagę zdalnego monitoringu ciągłego z użyciem automatycznych sond. Wymagania wsadowe modeli cyfrowych, oparte o metody badań przyjętych w krajach anglosaskich, nie są odzwierciedlone w krajowych regulacjach dotyczących monitoringu. Wymusza to zastosowanie algorytmów przeliczeniowych, dostosowujących uzyskane wyniki pomiarów do wymogów wsadowych użytych modeli. Dotyczy to m.in. frakcji niedostępnej (refraktory) i metabolizowanej (labile) pierwiastków biogennych w wodzie lub frakcji upostaciowanej/cząsteczkowej (particulate) i frakcji rozpuszczalnej (dissolved) wybranych związków. Tego rodzaju problemy uniwersalizacji oznaczeń powinny zostać rozstrzygnięte przez zespoły eksperckie uczestniczące w stanowieniu prawa krajowego i ujęte w odpowiednich regulacjach. Analiza serii 14 archiwalnych obrazów satelitarnych z lat 1986-2010 (Landsat 5 TM, Landsat 7 ETM, 7 kanałów spektralnych, rozdzielczość 30 i 120 m/piksel) oraz 7 bieżących obrazowań z lat 2010-2012 (WordView 2, 9 kanałów spektralnych, rozdzielczość 0,5 i 2 m/piksel) wykazała znaczną dynamikę zmian zasięgu roślinności w litoralu Zbiornika i jego zlewni. Zarówno ekspansja jak i regres roślinności szuwarowej mogą zachodzić w krótkim czasie i są skorelowane ze zmianami poziomu piętrzenia wody w zbiorniku. Aktualny obraz satelitarny WorldView-2 posłużył do opracowania dokładnej mapy roślinności zbiornika, którą następnie skalibrowano próbami biomasy pobranymi w terenie, stosując m.in. wskaźnik NDVI (Normalised Difference Vegetation Index). Uzyskano w ten sposób model biomasy i zasięgu roślinności zbiornika zależny od poziomu piętrzenia, który wraz z danymi batymetrycznymi stanowi podstawę do opracowania mapy potencjalnego zasięgu zbiorowisk roślinnych dla dowolnego scenariusza zdarzeń hydrologicznych. Możliwe wydaje się też powiązanie zjawisk hydrologicznych z wylesieniami i zmianami struktury drzewostanów leśnych w zlewni Zbiornika, 9

aczkolwiek opracowanie takiego modelu wymagałoby rozszerzenia monitoringu poza zakres prac przewidzianych w Projekcie. Analizy zawartości pierwiastków biogennych i metali ciężkich w biomasie zbiorowisk szuwarowych (które tworzy mozga trzcinowata, manna mielec i trzcina pospolita), pozwalają na obecnym etapie uogólnień przyjąć, że znaczna część asymilowanego przez roślinność szuwarową azotu i fosforu recyrkuluje w cyklu rocznym pomiędzy podłożem oraz częściami nadziemnymi i podziemnymi roślin w tej strefie. Zdolność do wiązania znacznych ilości biogenów przez roślinność szuwarową (łącznie ok. 23 tony N i ok. 2 tony P w skali całego zbiornika) czyni ją ważnym konkurentem sinic, częściowo zapobiegając ich zakwitowi w sezonie wegetacyjnym. Relacje te przekładają się na wskazówki dotyczące zasad regulacji piętrzenia wody w zbiorniku, gdzie wmarzanie roślinności brzegowej w lód może powodować nieintencjonalne jej karczowanie i przemieszczanie/eliminację biogenów ze strefy brzegowej lub zanik filtra tworzonego przez ten pas roślinności. Należy zwrócić uwagę, że tego typu działania, oraz znane następstwa dużych i długotrwałych odsłonięć dna w zbiornikach zaporowych mogą skutkować dramatycznym pogorszeniem jakości wody i wystąpieniem zakwitów, jeśli nie podejmie się odpowiednich, kosztownych działań remediacyjnych. Poziom piętrzenia, oddziałując na zasięg roślinności szuwarowej, jest też czynnikiem siedliskotwórczym bezpośrednio wpływającym na warunki gniazdowania ptaków i funkcjonowanie obszarów Natura 2000. Badania hydrobiologiczne i faunistyczne wpisują się w charakterystykę zależności troficznych rzutujących na jakość wody w zbiornikach, a więc w konsekwencji jej własności użytkowe i koszty pozyskania dla potrzeb komunalnych. Relacje te opisują roczne cykle rozwojowe głównych grup fitoplanktonu (sinice, zielenice, okrzemki) i zależne od nich cykle rozwojowe grup zooplanktonu (rozwielitki, widłonogi i wrotki), które z kolei wraz z larwami owadów wodnych i innym przedstawicielami makrobentosu są bazą pokarmową dla ryb, i na kolejnym poziomie troficznym - ptaków. W tym systemie obecność licznej populacji ryb drapieżnych (szczupak, sandacz) ogranicza populację drobniejszych ryb (głównie drobnych karpiowatych i okoniowatych: płoci, krąpia, leszcza, uklei oraz okonia i jazgarza) żerujących na zooplanktonie (głównie dafnia i eudiaptomus), co pozwala z kolei ograniczać liczebność fitoplanktonu będącego pokarmem zooplanktonu i ostatecznie ograniczać zakwity wód i zachować ich czystość. Zakwity sinicowe ograniczone są przez wyższy niż 5 stosunek N/P. Relacje te wskazują na konieczność wieloaspektowej kontroli biotopu i biocenozy zbiorników zaporowych w celu utrzymania wysokiej jakości środowiska i zasobów wody na cele użytkowe. W zakresie wskaźników fizykochemii wód (biorąc pod uwagę także temperaturę, przejrzystość i naświetlenie), oprócz bezwzględnej zawartości nutrietów, będących podstawą klasyfikacji jakościowej zbiorników i cieków wodnych, oraz stosunku N/P, użyteczne są też wskaźniki trofii Carlsona. Zbiornik Goczałkowicki oceniany pod tym względem mieści w I lub II kategorii jakości wód i cechuje się mezotrofią lub umiarkowaną eutrofią (wyniki monitoringu IPIŚ-PAN i zespołu hydrobiologów). 10

Gospodarka w akwenie i otulinie Zbiornika Goczałkowickiego, podobnie jak w przypadku innych zbiorników zaporowych, musi uwzględniać wymogi zachowania walorów przyrodniczych Obszaru Natura 2000. Budowa zbiorników zaporowych wzbogaca środowisko przyrodnicze i staje się przyczyną zasiedlania ich przez liczne gatunki flory i fauny. W przypadku Zbiornika Goczałkowickiego utwaliło to stosunki środowiskowe istniejące w związku z powadzona tu od długiego czasu intensywną gospodarką stawową. Bogactwo środowiska przyrodniczego Zbiornika i jego otuliny scharakteryzowane zostało w waloryzacji przyrodniczej tego obszaru z roku 2006 15. Znacząca część tej waloryzacji przeprowadzona została w latach 2003-204, gdy w związku z prowadzonymi wcześniej pracami remontowymi poziom piętrzenia został drastycznie obniżony, co spowodowało odsłonięcia dna i bujny rozwój roślinności szuwarowej i zarośli, stwarzając korzystny biotop dla licznych gatunków ptaków. Stan ten znajduje odzwierciedlenie w Waloryzacji. Wykazuje ona w Obszarze Natura 2000 i na akwenie Zbiornika obecność 29 gatunków priorytetowych 16 na 270 gatunków ptaków ogółem. Wyniki Projektu z lat 2011-12 wskazują, że w obszarze ZG występowało 100 gatunków ptaków, w tym 19 obserwowano tylko w jednym sezonie. Z 270 gatunków wymienionych w Waloryzacji (2006), 124 nie są związane z habitatem ZG, 22 pojawiają się sporadycznie, a 10 jest nieliczna. Gatunki lęgowe ptaków z Załącznika I Dyrektywy Ptasiej 17 reprezentowane są przez mewę czarnogłową (Larus melanocephalus) i rybitwę rzeczną (Sterna hirundo). Co najmniej 5 gatunków ptaków obserwowano w obszarze ZG jedynie w latach 2003-04, gdyż wyjątkowo wtedy, warunki siedliskowe były korzystniejsze, w wyniku obniżenia poziomu piętrzenia z powodu remontu zapory i zwiększenia się zasięgu zbiorowisk szuwarowych i zarośli. Głównym siedliskiem ptaków są obecnie zespoły szuwarowe. Rozpoznano istotne znaczenie gospodarcze i wkład w obieg nutrinetów pięciu gatunków bytujących na zbiorniku: kormorana (Phalacrocorax carbo), gęsi (Anser sp.: A. fabalis, A. albifrons, A. anser), krzyżowki Anas platyrhynchos), mewy śmieszki (Chroicocephalus ridibundus) i perkoza dwuczubego (Podiceps cristatus). Szacuje się, że trzy rybożerne z wymienionych gatunków ptaków konsumują rocznie 66 ton ryb ze Zbiornika i ok. 2 razy tyle z okolicznych stawów. Lokalne gospodarstwo rybackie oraz wędkarze odławiają rocznie ok. 45 t ryb, a szacunki metodą CPUE (Catch Per Unit Effort) dają łączną masę ryb o wielkości łownej w Zbiorniku Goczałkowickim ok. 1000 t. Roczny dopływ azotu i fosforu z wodami Wisły, Bajerki i zrzutami z przepompowni ocenia się na 130-160 t N i 13-17 t P, zaś ilość biogenów wnoszonych do wód zbiornika przez ptaki na ok. 3,1 t N/r i 1,1 t P/r. 15 Betleja J. i wsp.. Waloryzacja Przyrodnicza Obszaru Natura 2000 "Dolina Górnej Wisły". Bytom, Katowice 2006 16 Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 21 lipca 2004 r. w sprawie obszarów specjalnej ochrony ptaków Natura 2000. oraz 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 2000. 17 Dyrektywa Rady 79/409/EWG o ochronie dziko żyjących ptaków tzw. Dyrektywa Ptasia, uchwalona 2 kwietnia 1979 r. 11

W obszarze Zbiornika (w tym także poza obszarami specjalnej ochrony 18 ) zidentyfikowano 70 taksonów owadów, 25 gatunków ssaków (w tym 8 chronionych), 4 gadów, 12 płazów (11 chronionych) i 30 gatunków ryb. 6 gatunków wykazanych gatunków zwierząt należało do inwazyjnych. Duże ssaki związane ze środowiskiem wodnym reprezentowane były przez 6 zidentyfikowanych na podstawie śladów 6 rodzin bobra (na 9 stanowiskach występowania) i 4 lub 5 osobników wydry. Nie udało się dokonać zliczenia piżmoszczurów (Ondatra zibethicus). Badania ekotoksykologiczne wdrożone w obszarze Zbiornika są jedną z pierwszych w Polsce prób terenowego zastosowania przesiewowych biotestów 11 12 ekotoksykologicznych jako narzędzia do badania jakości wód i osadów dennych 19 i zaadaptowania baterii testów jako narzędzia wczesnego ostrzegania oraz wykrywania skutków kumulatywnych. W badaniach zastosowano komercyjne standaryzowane ekobiotesty: Daphtox (na rozwielitce Daphnia magna) dla zanieczyszczeń i toksyczności ostrej wody, Ostracodtox (na małżoraczku Heterocypis inconguens) dla zanieczyszczeń i toksyczności podprzewlekłej osadów, Algaltox (na glonach Selenastrum capricornutum) dla zanieczyszczeń i fitotoksycznosci wody oraz test MARA (Microbial Array for Toxicity Risk Assessment bazujący na oporności 11 linii mikroorganizmów testowych) dla zanieczyszczeń i toksyczności ostrej wód i osadów. Prowadzone równolegle analizy kondycji metabolicznej i fizjologicznej oceniane na podstawie baterii biomarkerów u ryb odławianych komercyjnie przez lokalne gospodarstwo rybackie a także pozyskanych ze zbiornika małży (skójka zaostrzona, Unio tumidus) nie wykazały żadnych zagrożeń toksykologicznych. Wskazuje to na dobry stan ekologiczny i higieniczny zbiornika. Współczesne rozumienie zysków wytwarzanych przez zbiorniki zaporowe umożliwia ocenę wartości rynkowej usług ekologicznych zależnych od środowiska przyrodniczego zbiornika i jego otuliny. Niebagatelne, aczkolwiek trudne do oszacowania, są także wartości wynikające ze wzrostu i zachowania bioróżnorodności ekosystemów związanych ze Zbiornikiem. Główną wartością użytkową Zbiornika Goczałkowickiego są jednaką zasoby wody, którą gospodaruje Górnośląskie Przedsiębiorstwo Wodociągów S.A. w Katowicach (GPW). Dodatkowe wartości użytkowe wnosi gospodarka rybacka, poprzez zarybianie gatunkami drapieżnymi i naturalną kontrolę nad liczebnością ryb roślinożernych. Także zarządzanie wędkarstwem poprzez rozsądne udzielanie zezwoleń. Nasilenie wędkarstwa na takim akwenie może się bowiem przyczyniać do wzrostu krążących 18 Dyrektywa Rady 92/43/EWG o ochronie siedlisk przyrodniczych oraz dziko żyjącej fauny i flory tzw. Dyrektywa Siedliskowa, uchwalona 21 maja 1992 r. (zmodyfikowana Dyrektywą Rady 97/62 EWG). 19 Woźnica A., Łaszczyca P., Kwaśniewski M., Augustyniak A., Migula P., Siudy A., Zenon Szlęk Z. (2011): Zastosowanie biotestów i biomarkerów molekularnych w ocenie stanu zbiornika zaporowego i przewidywaniu skutków dla jakości wody. Instal (Teoria i praktyka w instalacji miesięcznik) ISSN 1640-8160, nr 7-8. Str. 74-78. 12

biogenów w wyniku nadmiernego stosowania zanęt, a także dewastacji strefy brzegowej. Możliwe do oszacowania są również oszczędności wynikające z zapobiegania powodziom. Prawidłowe pomiary batymetryczne i ich właściwe zmapowanie przestrzenne pozwala na modelowanie przepływów wody i tym samym wskazanie takich newralgicznych miejsc na zbiorniku, gdzie najwcześniej mogą pojawić się niekorzystne zjawiska związane z falą powodziową. Działania naprawcze w takich miejscach mogą zapobiec stratom liczonym w dziesiątkach mln zł. Podobnie można odnieść się również do zysków i strat powodowanych utrzymywaniem minimalnego biologicznego przepływu w Wiśle poniżej zapory. Przykładem próby oszacowania wartości gospodarczej środowiska naturalnego jest zamieszczony poniżej fragment tabeli mający zastosowanie do siedlisk występujących w Polsce. Tab. 2. Oszacowanie wartości wybranych siedlisk w obszarach Natura 2000 w Europie (źródło: 20 ) Klasyfikacja siedlisk wg Habitat Directive Classification Min. Maks. Mediana Średnia (kod habitatu w Natura /ha/rok 2000) Zbiorowiska wód słodkich (3) 371 4685 1231 2256 Naturalne i półnaturalne zbiorowiska trawiaste (6) 77 5875 1156 1898 Zarośla bagienne, moczarowe i błotniskowe (7) 136 12956 951 4681 Lasy (9) 347 4969 924 2309 Wszystkie siedliska (także nieujęte w skróconej wersji tabeli) 77 17336 1721 3323 W rozważaniach na temat wartości gospodarczej środowiska przyrodniczego używane jest pojęcie usług ekologicznych świadczonych przez elementy środowiska człowiekowi i podejmowane są próby ich klasyfikacji. Podejście, użyteczne w przypadku analizy wartości zbiorników zaporowych, zilustrowane jest poniżej. Jest to o tyle istotne, że lokalne organy samorządowe, organy administracji państwowej i ludność postrzegają obszary chronione jako znaczącą uciążliwość i ograniczenie w prowadzeniu gospodarki. Kategorie usług ekologicznych (wg Millennium Ecosystem Assessment, 2005 21 ) 20 Estimating the Overall Economic Value of the Benefits provided by the Natura 2000 Network. Synthesis Report; Institute for European Environmental Policy (IEEP); P ten Brink, S Bassi, T Badura, S Gantioler, M Kettunen, L Mazza, K Hart and others; Commission Contract 07.0307/2010/581178/SER/B3 2011, 13

1. Usługi związane z zaopatrzeniem w dobra użytkowane bezpośrednio (drewno, włókna, paliwa, woda) 2. Usługi związane ze zjawiskami regulacji w środowisku przyrodniczym (oddziaływanie na klimat lokalny, retencja wody i zapobieganie powodziom oraz niskim stanom rzek, procesy naturalnego usuwania zanieczyszczeń antropogenicznych, ograniczenie szerzenia chorób, zapylanie roślin) 3. Usługi kulturowe (rekreacja, turystyka, wartości estetyczne i kulturowe krajobrazu i siedlisk) 4. Usługi wspierające gospodarowanie (procesy tworzenia gleby, efekty fotosyntezy, obieg substancji odżywczych w ekosystemach) Jedną z metod oceny wartości siedlisk zastosował w odniesieniu do Zbiornika Goczałkowickiego Damian Panasiuk (NILU-Pl) w prowadzonych przez siebie analizach, co ilustruje Tab. 3. Tab. 3. Udział poszczególnych typów siedlisk w obszarze Zbiornika Goczałkowickiego i szacunkowa wartość jednostkowa usług ekologicznych przez nie świadczonych (wg metodologii Constanza i in. 1997 22 ) Sposób użytkowania Udział procentowy Wartość usług ekologicznych Tereny rolne 58,8 70 180 /ha/rok Lasy i tereny zielone 20,5 230 /ha/rok Obszary wodne 11,7 6 550 /ha/rok Tereny zantropogenizowane 8,5 Tereny podmokłe 0,5 15 080 /ha/rok Dla średniego kursu 0,77 /1 $ w roku 2012 i powierzchni obszaru Natura 2000 dolina Górnej Wisły 24 740 ha Wartość środowiska przyrodniczego należy zestawić z nakładami i dotacjami unijnymi ponoszonymi na cele ochrony środowiska. W dostępnych materiałach 23 podawane wartości plasują Polskę na końcu listy ponoszonych rocznie nakładów na utrzymanie obszarów Natura 2000, ze wskaźnikiem 14,5 /ha, wobec średniej dla Unii Europejskiej (2010) 63,4 /ha i wartościami najwyższymi wynoszącymi dla Cypru, Luksemburga i Malty 800 /ha. Wartości te należy odnieść do branych pod uwagę powierzchni obszarów Natura 2000 ustanowionych w 27 krajach Unii Europejskiej, gdzie pod względem bezwzględnej wielkości powierzchni 68 043 km 2, 21 Assessing Socio-Economic Benefits Of Natura 2000 - A Toolkit For Practitioners. Output of the EC project Financing Natura 2000: Cost estimate and benefits of Natura 2000 Contract No.: 070307/2007/484403/MAR/B2. 22 Costanza R., d'arge R., de Groot R., Farber S., Grasso M., Hannon B., Limburg K., Naeem Sh., O'Neill R.V., Paruelo J., Raskin R.G., Sutton P., van den Belt M. (1997): The value of the world's ecosystem services and natural capital. Nature 387, 253-260 23 Gantioler S. i in. (2010): Costs and Socio-Economic Benefits associated with the Natura 2000 Network. Final report to the European Commission. 14

Polska znajduje się na 4 pozycji po Hiszpanii, Francji i Niemczech, zaś pod względem udziału w ogólnej powierzchni kraju (21% wobec średniej w UE równej 18%) na pozycji dziewiątej za Słowenią, Bułgarią, Cyprem, Hiszpanią, Grecją, Węgrami i Portugalią 24. Wykonane w ramach Projektu analizy ekonomiczne, oparte na powyższych przesłankach wskazują, że usługi ekologiczne w otulinie Zbiornika są warte ok. 3,2 mln zł rocznie, przy nakładach 220 tys. zł/rok. W Projekcie ZiZOZap zespół NILU-Pl skalkulował, na podstawie dostępnych danych Górnośląskiego Przedsiębiorstwa Wodociągów S.A. (GPW), nakłady, zyski oraz jednostkowe koszty z tytułu eksploatacji zasobów wodnych Zbiornika Goczałkowickiego. Zespół zdiagnozował także wstępnie problemy ekonomiczne, jakie mogą zaistnieć w sytuacji zmiany dostawcy wody dla poszczególnych gmin Śląska oraz perturbacji w istniejących zasobach i stosunkach wodnych. Inny zadaniem wykonanym przez Zespół było dokonanie oceny wykorzystania rekreacyjnego Zbiornika, które sprowadza się do wędkarstwa (ok. 315 stanowisk wędkarskich), turystyki pieszej i rowerowej (ok. 300 os. na koronie zapory w pogodny dzień), oraz żeglarstwa (rocznie do 500 wyjść 30 jachtów, szacując od roku 2011, gdy ponownie dopuszczono uprawianie żeglarstwa na tym akwenie). Ograniczeniem jest słaba baza turystyczna, wynikająca z dawnych regulacji administracyjnych. Otwartym problemem jest wykorzystanie walorów środowiskowych w gospodarce lokalnych gmin. Rozwiązaniu tego problemu sprzyja porozumienie ws. praktycznego wykorzystania wyników Projektu we wdrażaniu przedsięwzięć gospodarczych i kształtowaniu polityki gospodarczej w regionie, zawarte miedzy gminami Chybie, Goczałkowice, Strumień, Wisła i Zabrzeg a konsorcjum reprezentującym realizatorów projektu ZiZOZap. Wymienione funkcje, hydrologia, hydrobiologia, ekotoksykologia ZG oraz technologia i ekonomia pozyskania wody przez Górnośląskie Przedsiębiorstwo Wodociągów S.A. są przedmiotem monitoringu określonego przepisami i są wykorzystywane do budowy modeli cyfrowych pracy zbiornika. Modele te umożliwią predykcję stanów ZG i zastosowanie scenariuszy zarządzania właściwych dla przewidywanego rozwoju stanu zbiornika. Realizatorzy projektu zakładają, że efekty projektu będą mogły być przeniesione na inne zbiorniki zaporowe w Polsce i posłużą do efektywnego zarządzania zbiornikami i ich środowiskiem. Warunkiem podstawowym dla takich działań jest wstępne rozstrzygnięcie wzajemnych relacji konfliktowych w układzie DPSIR oraz, ze względu na odmienność każdego ze zbiorników, ustalenie najważniejszych czynników decydujących o ich efektywnym i najmniej konfliktowym funkcjonowaniu z zyskiem dla społeczeństwa i przyrody. 24 European Commission Environment Nature & Biodiversity http://ec.europa.eu/environment/nature/natura2000/db_gis/index_en.htm 15