Dr hab. inż. Halina Hotloś * Materiały pomocnicze dla studentów uczestniczących w kursie Gospodarka wodna w przemyśle ZASOBY WODY NA ŚWIECIE CZEŚĆ 1: ZASOBY WODY NA ŚWIECIE I W EUROPIE [12] Całkowita objętość zasobów wody w hydrosferze Ziemi szacowana jest na około 1 400 mln km 3, w tym zasoby wody słodkiej (około 35 mln km 3 ) stanowią jedynie 2,5%, natomiast 97,5% stanowią wody słone (oceany, morza, słone wody podziemne i jeziora) (rys. 1). wody słone 97,5% wody słodkie 2,5% Rys. 1. Struktura zasobów wody w hydrosferze Ziemi Zasoby wody słodkiej są w większości zmagazynowane w pokrywie lodowej i lodowcach (69,55% wody słodkiej) oraz w litosferze (30,11%) (wody podziemne i wilgoć glebowa). Powierzchniowe zasoby wody słodkiej w rzekach i jeziorach stanowią zaledwie 0,27%, a pozostałe 0,07% to wody atmosferyczne, terenów podmokłych i wody biologiczne (rys. 2). wody podziemne 30,11% woda w lodowcach 69,55% woda w rzekach i jeziorach 0,27% woda w glebie i powietrzu 0,07% Rys. 2. Struktura zasobów wody słodkiej * Dr hab. inż. Halina Hotloś Politechnika Wrocławska, Wydział Inżynierii Środowiska, Katedra Wodociągów i Kanalizacji, Wybrzeże S. Wyspiańskiego 27, 50-370 Wrocław, halina.hotlos@pwr.wroc.pl 1
Zasoby wody, m 3 /(M a) Dostępne zasoby wody słodkiej (wody rzek, jezior i część wód gruntowych) szacowane są na około 0,4 1,0% objętości wód słodkich, co stanowi 0,01 0,025% całkowitych zasobów wody Ziemi. Natomiast zasoby odnawialne wody, z których możemy korzystać stanowią jedynie 0,1 0,15% zasobów wody słodkiej i 0,0025 0,0036% zasobów całkowitych. Choć średnia roczna z wielolecia wielkość zasobów odnawialnych wody słodkiej przypadająca na jednego mieszkańca Ziemi szacowana jest obecnie na kilka tysięcy metrów sześciennych (niezbędne minimum to 1000 m 3 ), to w wielu rejonach świata (północna Afryka, zachodnia i południowa Azja) występuje chroniczny brak wody. W latach 1970-1990 przeciętna w roku objętość wody słodkiej przypadająca na jednego mieszkańca Ziemi zmniejszyła się o jedną trzecią, z około 12 000 m 3 do 8000 m 3 (przyrost ludności wynosił około 40%), a według prognoz w 2025 roku wyniesie ok. 4 800 m 3 (rys. 3). 14000 12000 12000 10000 8000 8000 7300 6500 6000 4800 4000 2000 0 1970 1990 1995 2005 2025 Rys. 3. Jednostkowe odnawialne zasoby wody na Ziemi Najmniejsze jednostkowe zasoby wody słodkiej (w m 3 /(M a)) posiadają: Kuwejt (10), Strefa Gazy (52), Zjednoczone Emiraty Arabskie (58), Wyspy Bahama (66), Katar (94), Malediwy (103), Libia (113), Arabia Saudyjska (118). Według klasyfikacji Europejskiej Agencji Środowiska (European Environment Agency) w powyższych krajach dostępność wody jest określana jako skrajnie mała (poniżej 1000 m 3 na mieszkańca rocznie). Największe zasoby wody (wyłączając Grenlandię i Alaskę) posiadają m.in.: Gujana Francuska (812 120), Islandia (609 320), Gujana (316 700), Surinam (292 600), Kongo (275 680), Papua Nowa Gwinea (166 560), Gabon (133 330), Wyspy Salomona (100 000), Kanada (94 350). Są to kraje o bardzo dużej dostępności wody (powyżej 50 000 m 3 /(M a)). Główne przyczyny występowania niedoboru wody słodkiej na świecie: nierównomierność terytorialna rozmieszczenia zasobów duża zmienność występowania opadów w czasie oraz zmiany klimatyczne znaczący przyrost populacji ludzkiej (o 75% w latach 1970-2005) zanieczyszczenie i degradacja naturalnego środowiska wskutek braku lub nieodpowiedniego działania systemów wodno-ściekowych konieczność nawadniania pól uprawnych. Całkowity pobór wody w skali świata stanowi około 9% wielkości zasobów odnawialnych. cele produkcyjne 22% nawodnienia rolnicze 70% gospodarka komunalna 8% Rys. 4. Struktura zużycia pobranej 2 wody na świecie
ZASOBY WODY W EUROPIE W Europie zasoby odnawialne wody słodkiej szacowane są na około 3 500 km 3 średnio w roku i stanowią 8% wielkości tych zasobów na świecie (ludność Europy w 2005 r. stanowiła 11,2% ludności świata). Przeciętnie, zasoby wody odniesione do jednego mieszkańca w roku wynoszą około 4800 m 3 w Europie i około 4000 m 3 w Unii Europejskiej. Malta Cypr Republika Czeska Polska Rumunia Belgia Niemcy Bułgaria Hiszpania Anglia i Walia Włochy Dania Francja Turcja Luksemburg Niderlandy Grecja Portugalia Litwa Szwajcaria Austria Węgry Irlandia Słowacja Estonia Słowenia Szwecja Finlandia Łotwa 0 5000 10000 15000 20000 25000 Zasoby w ody, m 3 /(M a) Rys. 5. Jednostkowe odnawialne zasoby wody w krajach Europy (oprac. własne na podst. danych GUS) Nierównomierność rozkładu opadów (największe w części zachodniej i rejonach górskich) oraz zmiany klimatyczne powodują, że dostępność wody słodkiej jest bardzo zróżnicowana w poszczególnych krajach Europy (rys. 5). Najuboższe w zasoby wodne kraje to Malta (166 m 3 /(M a)) i Cypr (494) o tzw. skrajnie małej dostępności wody, następnie Republika Czeska (1563) oraz Polska (1653), w których jest bardzo mała dostępność wody (1000-2000 m 3 /(M a)). Kraje o bardzo dużej dostępności wody (powyżej 50 000 m 3 /(M a)) to Norwegia (83 066) i Islandia (580 205). W nieco ponad połowie krajów (w 14 z 27) należących obecnie do Unii Europejskiej dostępność wody słodkiej jest co najwyżej mała (poniżej 5 000 m 3 /(M a)), w pozostałych zaś średnia (5 000 10 000) i powyżej średniej (10 000 20 000) (rys. 5). Całkowity średni roczny pobór wody w Europie wynosi około 353 km 3, co stanowi 10% odnawialnych zasobów wody słodkiej. Uważa się, że deficyt wody i trudności z zaopatrzeniem w wodę (małe niedobory) pojawiają się w wypadku konieczności korzystania z 10% do 20% zasobów odnawialnych, a stają się poważne (występują niedobory), gdy wskaźnik eksploatacji wody WEI (Water Exploitation Index) przekracza 20%. 3
Islandia Norwegia Łotwa Słowacja Szwecja Słowenia Finlandia Irlandia Luksemburg Austria Węgry Szwajcaria Estonia Niderlandy Anglia i Walia Litwa Dania Republika Grecja Portugalia Francja Turcja Rumunia Polska Niemcy Malta Cypr Włochy Hiszpania Belgia 0 10 20 30 40 50 WEI, % Rys. 6. Wskaźnik (WEI) eksploatacji wód słodkich w Europie Przeciętny wskaźnik WEI w 27 krajach należących do Unii Europejskiej wynosił (na przełomie XX i XXI w.) około 13%. Tylko w jedenastu krajach UE (liczących 13% populacji UE) - leżących głównie w północnej i częściowo środkowej Europie - nie występują niedobory wody, gdyż wskaźnik WEI jest mniejszy od 10%. W dziesięciu krajach (47% populacji UE), w tym w Polsce, występują niewielkie niedobory (WEI 10 20%), a w sześciu krajach, tj. w Niemczech, na Malcie, Cyprze, we Włoszech, w Hiszpanii i Belgii (40% populacji UE) niedobory wody są znaczne (WEI większy od 20%) (rys. 6). cele produkcyjne 51% gospodarka komunalna 16% nawodnienia rolnicze 33% Rys. 7. Struktura zużycia pobranej wody w Europie 4
CZĘŚĆ 2: GOSPODAROWANIE ZASOBAMI WODNYMI W POLSCE w LATACH 1990-2008 Pojęcie gospodarka wodna pojawiło się w Polsce i w innych krajach europejskich w I połowie XX wieku w związku z odczuwalnym brakiem wody i często występującymi powodziami, powodującymi znaczne straty materialne i ofiary wśród ludności [1]. Obecnie gospodarka wodna jest jedną z podstawowych dziedzin gospodarki narodowej, a także dyscypliną naukową i dydaktyczną. Obowiązująca w Polsce ustawa Prawo wodne z 18. lipca 2001 r. [2] reguluje gospodarowanie wodami zgodnie z zasadą zrównoważonego rozwoju, a w szczególności kształtowanie i ochronę zasobów wodnych, korzystanie z wód oraz zarządzanie zasobami wodnymi (powierzchniowymi i podziemnymi) z uwzględnieniem ich ilości i jakości. W myśl art. 2 prawa wodnego zarządzanie zasobami wodnymi służy zaspokajaniu potrzeb ludności, gospodarki, ochronie wód i środowiska związanego z tymi zasobami. Do zasadniczych zadań gospodarki wodnej należy: zapewnienie odpowiedniej ilości i jakości wody dla ludności, na potrzeby rolnictwa oraz przemysłu, ochrona zasobów wodnych przed zanieczyszczeniem oraz niewłaściwą lub nadmierną eksploatacją, utrzymywanie lub poprawa stanu ekosystemów wodnych i od wody zależnych, ochrona przed powodzią oraz suszą, tworzenie warunków dla energetycznego, transportowego oraz rybackiego wykorzystania wód. Zarządzanie zasobami wodnymi jest realizowane z uwzględnieniem podziału państwa na obszary dorzeczy i regiony wodne. Ustanowiono dwa obszary, tj. dorzecze Wisły (obejmuje 60% powierzchni kraju) i dorzecze Odry (40%) oraz siedem regionalnych zarządów gospodarki wodnej w Gdańsku, Gliwicach, Krakowie, Poznaniu, Szczecinie, Warszawie i Wrocławiu. ZASOBY I POBÓR WODY Polska posiada bardzo małe zasoby wodne. Składają się na nie zasoby wód powierzchniowych i wód podziemnych. Zasoby naturalne wód powierzchniowych obejmują zasoby, których źródłem są zarówno opady na obszarze kraju, jak i zasoby pochodzące z dopływu wód z zagranicy. Naturalne zasoby w Polsce, określane jako średni roczny odpływ wód powierzchniowych z wielolecia, wynosiły 62,4 km 3 w latach 1951-2000 oraz ok. 60,0 km 3 w latach 1990-2008 (wraz z dopływami z zagranicy stanowiącymi ok. 13%) [3]. W odniesieniu do jednego mieszkańca zasoby te wynosiły odpowiednio 1600 m 3 i 1550 m 3 średnio w roku. W Europie wskaźnik zasobów był trzykrotnie, a na świecie ponadczterokrotnie większy niż w Polsce. Zasoby wód powierzchniowych charakteryzuje duża zmienność występowania zarówno w czasie, jak i przestrzeni. W latach 1990-2008 najmniejszy odpływ wód powierzchniowych na mieszkańca wynosił 1134 m 3 (1990 r.), a największy 2077 m 3 (1999 r.) (rys. 1). W 2008 r. zasoby wód płynących (z dopływami z zagranicy) wynosiły 54,4 km 3, tj. 1426 m 3 na mieszkańca. Zasoby te były zróżnicowane w poszczególnych regionalnych zarządach gospodarki wodnej; najmniejsze były w RZGW Wrocław i Warszawa (ok. 110 mm), a największe w RZGW Szczecin i Kraków (ok. 245 mm). Zasoby dyspozycyjne dostępne dla ludności i gospodarki w Polsce szacuje się na około 250 m 3 na mieszkańca średnio w roku [4]. Zmienność czasowa i nierównomierność rozmieszczenia terytorialnego zasobów wód powierzchniowych utrudnia racjonalne ich zagospodarowanie, m.in. ze względu na zbyt małą zdolność retencyjną istniejących w Polsce sztucznych zbiorników wodnych. Zasoby eksploatacyjne wód podziemnych zatwierdzone w 2008 r. wynosiły 16,94 km 3. W stosunku do wielkości z 1990 r. (14,04 km 3 ) zwiększyły się o 20,6% [3]. Wskaźnik zasobów na mieszkańca wynosił 368 m 3 w 1990 r. oraz 444 m 3 w 2008 r. (rys. 1). Około 66% zasobów wód podziemnych stanowią wody z utworów czwartorzędowych. Spośród krajów należących do Unii Europejskiej jedynie w Danii, na Cyprze i Malcie wskaźniki zasobów wodnych są mniejsze niż w Polsce [3, 12, 14]. 5
1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 Zasoby wodne, m 3 /(M a) 2500 2000 zasoby naturalne w ód pow ierzchniow ych zasoby eksploatacyjne w ód podziemnych 1500 1000 500 0 Rys. 1. Jednostkowe zasoby wodne Polski w latach 1990-2008 (oprac. własne na podst. [3]) POBÓR I ZUŻYCIE WODY W Polsce, na tle większości krajów europejskich, bardzo niekorzystnie kształtują się relacje pomiędzy poborem wody a jej zasobami, opisywane wskaźnikiem eksploatacji wody WEI. W latach 1990-1996 ujmowano od 20% do ponad 30% zasobów wody. Wprawdzie w ostatnim dziesięcioleciu wartość ta nieco się zmniejszyła wskutek wzrostu zasobów wody i znaczącego spadku jej zużycia, to i tak jest stosunkowo duża, gdyż wynosi 15% 20%. Średni wskaźnik eksploatacji wody w Europie wynosi obecnie 10%, a w krajach Unii Europejskiej około 15%. Podstawowe znaczenie w zaopatrywaniu w wodę gospodarki narodowej i ludności w Polsce mają zasoby wód powierzchniowych. Wody ujmowane z rzek i jezior pokrywają obecnie 84% całkowitych potrzeb. Pozostałe źródła poboru to wody podziemne (15%) i z odwadniania zakładów górniczych (1%) (używane do produkcji). Wody podziemne wykorzystuje się przede wszystkim do zaopatrzenia ludności w wodę przeznaczoną do spożycia oraz na cele socjalno-bytowe, a także na potrzeby produkcji artykułów żywnościowych i farmaceutycznych. W 2008 r. pobrano 10,752 km 3 wody, w tym 9,023 km 3 wód powierzchniowych, 1,649 km 3 wód podziemnych, zaś 0,080 km 3 pochodziło z odwadniania kopalń.. Struktura poboru wody była następująca: cele produkcyjne - 7,500 km 3 (69,7%), eksploatacja sieci wodociągowej - 2,103 km 3 (19,6%), nawodnienia w rolnictwie i leśnictwie - 1,149 km 3 (10,7%). Wody powierzchniowe wykorzystuje się w 100% do nawodnień, a w 96% do celów produkcyjnych. Zapotrzebowanie na wodę do celów komunalnych pokrywane jest obecnie (2008 r.) w 68,5% z wód podziemnych [3]. W rzeczywistości udział ten jest większy, jeśli uwzględni się nie ujęty w statystyce pobór wody ze studni indywidualnych. Największym użytkownikiem zasobów wodnych w Polsce są od kilkudziesięciu lat zakłady produkcyjne, wykorzystujące ok. 70% wielkości poboru. Od 1990 roku, wraz z wprowadzeniem gospodarki rynkowej, pobór wody wykazuje tendencję spadkową. Ilustrują to wykresy zmian wskaźników (odniesione do mieszkańca Polski) poboru wody przez poszczególne działy gospodarki narodowej (rys. 2) [3]. W latach 1990-2008 wskaźnik ogólnego poboru wody zmniejszył się o 24%, z 373 m 3 /(M a) do 282 m 3 /(M a). Nastąpiło to głównie wskutek znaczącego spadku (o 21%) poboru wody do celów technologicznych z 250 m 3 /(M a) do 196,6 m 3 /(M a). Spadek ten w pierwszych latach transformacji spowodowany był prowadzoną restrukturyzacją przemysłu i zamknięciem wielu jego gałęzi. Jednocześnie zaczęto racjonalnie gospodarować wodą, ograniczając jej zużycie przez wprowadzanie wodooszczędnych i bezwodnych technologii, wielokrotne wykorzystanie wody technologicznej, czy odzyskiwanej ze ścieków komunalnych i deszczowych. Istotnym powodem oszczędnego gospodarowania wodą w przemyśle był wielokrotny wzrost opłat za wodę i odprowadzane ścieki oraz konieczność obniżania 6
1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 Pobór wody, m 3 /(M a) kosztów produkcji ze względów konkurencyjnych. Zmniejszenie poboru wody do nawodnień w rolnictwie i leśnictwie w 2008 r. wynosiło 32% (z 44 m 3 /(M a) do 30,1 m 3 /(M a), a na cele eksploatacji sieci wodociągowej - 30% (z 79 m 3 /(M a) do 55,2 m 3 /(M a)), głównie dzięki racjonalnemu zużyciu wody w gospodarstwach domowych. 300 250 cele produkcyjne eksploatacja sieci w odociągow ej naw odnienia w rolnictw ie i leśnictw ie 200 150 100 50 0 Rys. 2. Jednostkowy pobór wody w Polsce w latach 1990-2008 (oprac. własne na podst. [3]) Według danych GUS, z ujętej w 2008 r. ilości wody (10,752 km 3 ) zużyto 95,2%, a 4,8% stanowiły straty wody i zużycie na potrzeby technologiczne ujęć i stacji uzdatniania wody. ZASADY RACJONALNEGO GOSPODAROWANIA ZASOBAMI WODNYMI Konieczność racjonalnego gospodarowania zasobami wodnymi Polski wynika z ograniczonej ich wielkości oraz dużej zmienności w czasie i przestrzeni. Za prawidłowe uważa się zarządzanie zasobami wodnymi poszczególnych zlewni hydrograficznych, a nie wydzielonych jednostek terytorialnych w granicach administracyjnych. Zasoby dyspozycyjne dostępne dla ludności i gospodarki narodowej są mniejsze od zasobów naturalnych o tzw. zasoby nienaruszalne (część wody, która ze względów sanitarnych, biocenotycznych i innych musi pozostać w ciekach i gruncie), a także o ilość wody, która ze względu na zbyt duże zanieczyszczenie nie może być użytkowana. Zazwyczaj zasoby wodne obszarów, gdzie znajdują się duże aglomeracje miejsko-przemysłowe są za małe na pokrycie potrzeb wszystkich użytkowników. Konieczne jest w takich wypadkach podejmowanie działań umożliwiających zrównoważenie zasobów dyspozycyjnych i zapotrzebowania na wodę, które można podzielić na dwie grupy [5]. Pierwsza grupa to rozwiązania zwiększające zasoby dyspozycyjne danej zlewni, realizowane poprzez: przerzuty wody ze zlewni o dużych zasobach wody, retencjonowanie wód powierzchniowych i podziemnych, oczyszczanie ścieków odprowadzanych do odbiorników w stopniu umożliwiającym ponowne ich ujęcie, wykorzystywanie wody odzyskiwanej ze ścieków. Do drugiej grupy należą wszelkie działania zmniejszające zapotrzebowanie na wodę. Wymienione działania zwiększające zasoby dyspozycyjne wody stosowane są w różnym zakresie i najczęściej równocześnie. Klasycznym tego przykładem jest wodociąg grupowy Górnośląskiego Przedsiębiorstwa Wodociągów (GPW) w Katowicach, który jest największym systemem zaopatrzenia w wodę w Polsce. Odwodnienie terenu objętego eksploatacją górniczą złóż kopalin oraz znaczny wzrost zapotrzebowania na wodę wskutek intensywnego rozwoju przemysłu (zwłaszcza ciężkiego) i mieszkalnictwa, szczególnie w drugiej połowie XX w., spowodowały konieczność dostarczania wody z odległych źródeł. Obecnie czynnych jest 10 zakładów produkcji wody powierzchniowej i podziemnej (z 7
21 eksploatowanych w 1988 r.), z których woda za pośrednictwem ok. 1100 km rurociągów tranzytowych dostarczana jest do 3 milionów mieszkańców aglomeracji śląskiej i wielu zakładów przemysłowych. Na obszarze działania GPW wybudowano liczne zbiorniki retencyjne. Innym przykładem uzupełniania zasobów może być m.in. system zaopatrzenia w wodę aglomeracji wrocławskiej, który bazuje głównie na zasobach rzeki Oławy. Brak odpowiednich zasobów w Oławie, które gwarantowałyby pokrycie rosnącego do niedawna zapotrzebowania na wodę, wymusił konieczność przerzutu wody z Nysy Kłodzkiej do Oławy. Część ujmowanej wody powierzchniowej oczyszczana jest w pełnym procesie technologicznym, a część poddawana jest procesowi sztucznej infiltracji. Sztuczna infiltracja stosowana jest jako proces naturalnego oczyszczania wody w gruncie oraz jest metodą retencjonowania i wzbogacania zasobów wód podziemnych, niedocenianą pod tym względem w Polsce. W celu zwiększenia stopnia wykorzystania zasobów naturalnych wód powierzchniowych, ze względu na ich dużą zmienność w czasie, niezbędne jest magazynowanie wody w sztucznych zbiornikach. W 2008r. było 98 zbiorników o pojemności powyżej 2 hm 3 (mln m 3 ) każdy i łącznej pojemności ok. 3670 hm 3 [OŚ 2009, wcześniejsze dane zweryfikowane przez IMiGW], których zdolność retencyjna wynosiła 6,7% przeciętnego odpływu wód powierzchniowych ogółem. Jest to mało, zarówno w porównaniu z innymi krajami europejskimi, jak i realnymi możliwościami sztucznej retencji w Polsce, które szacuje się na 15% średniego rocznego odpływu [4]. Pozwoliłoby to na znaczne zwiększenie zasobów dyspozycyjnych wody. Należy przy tym pamiętać, że aby osiągnąć wysoki stopień wykorzystania zasobów wodnych należy jednocześnie: uporządkować gospodarkę wodno-ściekową w zakładach przemysłowych, miastach i wsiach poprzez budowę kanalizacji i wysokoefektywnych oczyszczalni ścieków w celu wyeliminowania lub chociażby ograniczenia źródeł zanieczyszczeń punktowych, podjąć działania w celu ograniczenia źródeł zanieczyszczeń obszarowych (głównie rolniczych). Racjonalne gospodarowanie wodą wpłynęło na zmniejszenie ilości ścieków, zarówno tych odprowadzanych bezpośrednio z zakładów przemysłowych, jak i siecią kanalizacyjną do wód powierzchniowych. W 2008 r. ilość ścieków odprowadzonych z punktowych źródeł zanieczyszczeń wynosiła 8,81 km 3 (82% poboru) i była o ok. 23% mniejsza niż w 1990 r. Jednocześnie zwiększył się udział ludności Polski obsługiwanej przez oczyszczalnie ścieków z 34,4% w 1991 r. do 63,1% w 2008 r. W miastach wskaźnik ten wynosił odpowiednio 55,6% i 86,9%. Bardzo niekorzystna sytuacja jest pod tym względem w osiedlach wiejskich, pomimo że od 1995 r. udział ich mieszkańców (38,6% ludności kraju) obsługiwanych przez oczyszczalnie ścieków zwiększył się z 3,1% do 25,7% [3]. W wielu krajach Europy (w Danii, Luksemburgu, Holandii, Niemczech, Wielkiej Brytanii, Szwajcarii, Szwecji) z usług oczyszczalni ścieków korzysta ponad 90% mieszkańców. Zmniejszenie ilości odprowadzanych ścieków oraz poprawa efektywności działania oczyszczalni w analizowanym okresie spowodowały wyraźny postęp w ograniczaniu ładunku zanieczyszczeń odprowadzanych ze źródeł punktowych. Ilość ścieków komunalnych i przemysłowych wymagających oczyszczenia była w 2008 r. prawie dwukrotnie mniejsza niż w 1990 r. i wynosiła 2,24 km 3, tj. 25,4% ogólnej ilości (74,6% stanowiły wody chłodnicze uznawane za umownie czyste ). Jednocześnie ponadośmiokrotnie (z 1,343 km 3 do 0,160 km 3 ) zmniejszyła się ilość ścieków (głównie komunalnych), które bez oczyszczenia odprowadzono do wód powierzchniowych (w 2008 r. stanowiły one 7% ilości ścieków wymagających oczyszczenia). Poprawie uległa także struktura oczyszczania ścieków na korzyść oczyszczania wyższego stopnia. Zmniejszył się udział ścieków oczyszczonych tylko mechanicznie (z 35,4% ilości ścieków wymagających oczyszczenia w 1990 r. do 29,3% w 2008 r.), a wzrósł udział ścieków oczyszczonych biologicznie i z podwyższonym usuwaniem biogenów (łącznie z 32% do 59%). Prowadzone działania w zakresie ograniczania ładunku zanieczyszczeń ze źródeł punktowych oraz obszarowych (m.in. racjonalizacja zużycia nawozów sztucznych) wpłynęły na pewną poprawę stanu czystości zasobów wodnych, zwłaszcza wód powierzchniowych płynących, a zatem możliwość ujmowania większej ilości wody o odpowiedniej jakości. Analiza zmian czystości wód płynących według kryterium wskaźników obligatoryjnych wskazuje na istotne zmniejszenie się w latach 1993-2003 długości odcinków rzek ocenianych jako nadmiernie 8
zanieczyszczone (o ok. 12%) oraz na wzrost długości odcinków rzek z wodami I klasy czystości (o ok. 21%) (tab. 1). Największym problemem polskich rzek pozostaje nadal zły stan sanitarny wody. Pomimo niewielkiej poprawy ok. 50% długości odcinków kontrolowanych rzek prowadziło w 2003 r. wody III klasy czystości, a ok. 42% wody zanieczyszczone bakteriologicznie w stopniu przekraczającym normy; nie stwierdzono wód odpowiadających I klasie czystości. Jest to wpływ odprowadzania do wód powierzchniowych nie oczyszczonych ścieków komunalnych oraz spływów obszarowych z terenów wiejskich o nieuregulowanej gospodarce wodno-ściekowej. Tab. 1. Stan czystości rzek według parametrów obligatoryjnych w latach 1993-2003 [3] Lata Długość odcinków objętych kontrolą km Klasy czystości wód w % długości kontrolowanych odcinków I II III wody nadmiernie zanieczyszczone 1993 6193,1 18,1 41,8 18,9 21,2 1994 6193,1 17,6 47,4 20,7 14,3 1995 6188,1 22,3 41,0 24,0 12,7 1996 6188,1 26,0 51,2 11,7 11,1 1997 6188,1 20,5 48,6 18,9 12,0 1998 6175,3 25,8 36,5 23,5 14,2 1999 6175,3 21,9 44,9 20,8 12,4 2000 6175,3 32,1 46,5 13,3 8,1 2001 6175,3 40,8 40,5 8,8 9,9 2002 6175,3 34,0 45,5 13,8 6,7 2003 6175,3 39,0 35,5 16,6 8,9 Wyniki oceny przeprowadzonej w 2005 r. (zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Środowiska z 27.11.2002 r. w sprawie wymagań, jakim powinny odpowiadać wody powierzchniowe wykorzystywane do zaopatrzenia ludności w wodę przeznaczoną do spożycia Dz. U. Nr 204, poz. 1728) w 143 punktach pomiaru były następujące [3]: kategoria jakości wody A1: w 9 punktach (6%) kategoria A2: w 46 punktach (32%) kategoria A3: w 44 punktach (31%) woda nie spełniała wymagań: w 44 punktach (31%). Wyniki monitoringu jakości zwykłych wód podziemnych w latach 1993-2005 wskazują, że w 50% (w 1993 r.) do 63,2% (w 2005 r.) badanych prób były to wody o bardzo dobrej, dobrej i zadowalającej jakości (odpowiednio I, II i III klasy jakości), odpowiadające generalnie wymaganiom stawianym dla wód pitnych. Obserwowana jest pozytywna tendencja obniżania się udziału wód przynależnych do niezadowalającej (IV) i złej (V) klas jakości [3]. Zasoby wodne terenów, gdzie znajdują się wielkie aglomeracje miejsko-przemysłowe nie są zazwyczaj wystarczające na pokrycie potrzeb wszystkich odbiorców wody. Coraz bardziej powszechne staje się więc, głównie w przemyśle, uzupełnianie zasobów naturalnych wodą odzyskiwaną ze ścieków. Wielokrotne wykorzystywanie wody technologicznej w modelach szeregowych oraz obiegowych (lub ich kombinacjach) gospodarki wodno-ściekowej w znacznym stopniu ogranicza zarówno ilość wody ujmowanej ze źródeł, jak i ilość ścieków (a więc i ładunku zanieczyszczeń) odprowadzanych do odbiorników. W 2008 r. 7,6% ilości ścieków przemysłowych wymagających oczyszczenia (a odprowadzanych bezpośrednio do wód lub do ziemi) odprowadzono ze 166 zakładów bez oczyszczenia, a 93 zakłady wyposażone były w oczyszczalnie o niewystarczającej przepustowości. 9
W 2008 r. jedynie 4,1% (z 7,41 km 3 ) wody zużytej na cele produkcyjne, a pobranej ze źródeł pierwotnych, stanowiła woda przeznaczona na uzupełnienie obiegów zamkniętych z tytułu bezzwrotnego zużycia i strat wody, zrzutów wody w celu odświeżenia obiegów, itp. Tylko 47,3% zakładów zużywających wodę do produkcji (785 zakładów z 1660) stosowało zamknięte obiegi wody. Mały był także wskaźnik ujęcia pobieranej wody w obiegi zamknięte: tylko w 17,5% zakładów (z 785) woda odzyskiwana ze ścieków stanowiła więcej niż 50% całkowitego zapotrzebowania na wodę technologiczną, w 23,0% zakładów - od 10,1% do 50%, w 59,5% zakładów - mniej niż 10%. Przemysł, jako największy odbiorca wody (zużywa ok. 70% rocznego poboru wody ze źródeł) ma w tym względzie nadal duże możliwości. Dotyczy to zwłaszcza produkcji energii elektrycznej, na potrzeby której zużywa się większość wody ujmowanej ze źródeł (ok. 90% pobieranej na cele technologiczne, czyli ok. 63% ogólnego poboru). Należy przy tym podkreślić, że w ostatnich latach przedsięwzięto w tym zakresie szereg korzystnych działań, wykorzystując także wodę odzyskiwaną ze ścieków bytowogospodarczych i deszczowych do celów technologicznych czy przeciwpożarowych. W celu zrównoważenia zasobów dyspozycyjnych wody i zapotrzebowania na wodę na obszarach deficytowych należy, równolegle z działaniami zwiększającymi zasoby wodne, prowadzić działania zmierzające do racjonalizacji zużycia wody. Efekt takich działań, wymuszonych głównie przez nową sytuację społeczno-gospodarczą w kraju, widoczny jest od 1990 r. (rys. 2). Znaczny spadek poboru i zużycia wody spowodowany był w początkowym okresie prowadzoną restrukturyzacją przemysłu i zamknięciem wielu jego gałęzi. Jednocześnie zaczęto racjonalnie gospodarować wodą, ograniczając jej zużycie w przemyśle wskutek: stosowania nowoczesnych wodooszczędnych lub bezwodnych technologii, wielokrotnego wykorzystywania wody technologicznej, odzysku wody ze ścieków bytowogospodarczych, wielokrotnego wzrostu cen wody i konieczności obniżania kosztów produkcji ze względów konkurencyjnych, wpływ na racjonalne gospodarowanie wodą mają też względy ochrony środowiska. Zmniejszenie poboru wody do celów komunalnych spowodowane było m.in. wzrostem opłat za wodę i odprowadzane ścieki, masową instalacją wodomierzy mieszkaniowych, a w dalszej konsekwencji ograniczaniem marnotrawstwa, oszczędzaniem wody i dbałością o jakość i stan urządzeń i instalacji przez użytkowników wody. Po kilkuletnim okresie dość dynamicznego spadku zużycia wody, obecnie obserwuje się jego stabilizację. Dla przykładu, w dziesięciu miastach objętych badaniami ankietowymi [6, 9-13] jednostkowe (na mieszkańca korzystającego z wodociągu) zużycie wody w gospodarstwach domowych zmniejszyło się z wartości 145 260 dm 3 /(M d) w 1990 r. do 110 190 dm 3 /(M d) w 1995 r., 94 150 dm 3 /(M d) w 2000 r. oraz 86 112 dm 3 /(M d) w 2008 r. (rys. 3). Obecnie zużycie w rozpatrywanych miastach jest o 30 60% mniejsze niż w 1990 r., a największy spadek (nawet o 40%) zarejestrowano w czasie do 1995 r. Obecny poziom poboru wody przez gospodarstwa domowe odpowiada zużyciu wody w krajach europejskich i wydaje się, że możliwości jego dalszego ograniczenia są już żadne lub znikome. W latach 1990-1995 miał miejsce bardzo duży, bo nawet do 60%, spadek zużycia wody pobieranej przez przemysł z wodociągów miejskich i zużycia na pozostałe cele komunalne, które w 1990 r. i 1995 r. wynosiło odpowiednio 50 200 dm 3 /(M d) i 20 95 dm 3 /(M d). Obecnie zużycie to kształtuje się w przedziale 10 50 (60) dm 3 /(M d) (rys. 4) i jest o 45 85% mniejsze niż w 1990 r. [13]. Zmniejszenie całkowitego zużycia wody w 2008 r. do 100 160 dm 3 /(M d) wynosiło 68 36% w porównaniu do 1990 r. (rys. 4). 10
Zużycie wody, dm 3 /(M d) Zużycie wody, dm 3 /(M d) 270 250 230 210 190 170 150 130 110 90 70 50 Trzebnica Piotrków Tryb. Wołów Kłodzko Oleśnica Brzeg Św idnica Polkow ice Zielona Góra Opole 1990 1995 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 Rys. 3. Jednostkowe zużycie wody w gospodarstwach domowych [13] 450 400 350 Trzebnica Wołów Oleśnica Św idnica Zielona Góra Piotrków Tryb. Kłodzko Brzeg Polkow ice Opole 300 250 200 150 100 50 0 1990 1995 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 Rys. 4. Jednostkowe zużycie wody ogółem [13] 11
Duże oszczędności w ilości wody ujmowanej ze źródeł można uzyskać dzięki zmniejszeniu strat wody w sieci wodociągowej. Straty stanowią znaczącą część wyprodukowanej wody, a w skrajnych wypadkach wynoszą 50% i więcej objętości wody wtłaczanej do sieci wodociągowej, niekiedy dochodzą do 100 dm 3 /(M d), co odpowiada obecnemu poziomowi zużycia wody w gospodarstwach domowych. Na straty wody składają się głównie przecieki z zewnętrznej sieci wodociągowej do gruntu, których podstawowymi przyczynami są niewłaściwy stan techniczny oraz nadmierne ciśnienie występujące w sieci [7, 8, 11, 16]. Na wysoki poziom strat wody w Polsce wpływają także wieloletnie zaniedbania w modernizacji, remontach i rozbudowie systemów wodociągowych, prowadzące do ich degradacji, a także nieodpowiednia jakość materiałów i urządzeń oraz niedbałe wykonawstwo sieci w okresie gospodarki planowej. W trosce m.in. o ochronę niewielkich zasobów wodnych Polski na coraz szerszą skalę podejmowane są działania w zakresie wykrywania i likwidacji przecieków oraz wdrażane są programy naprawcze i modernizacyjne dla odnowy stanu technicznego zdekapitalizowanych sieci wodociągowych. Miasta (dane GUS dotyczące 2008 r.): 95,2% ludności miast korzystało z sieci wodociągowej 85,5% ludności miast korzystało z sieci kanalizacyjnej 86,9% ludności miast korzystało z oczyszczalni ścieków Wsie: 22,6 % ludności wsi korzystało z sieci kanalizacyjnej (w 1995 r. tylko 5,9%) 25,7% ludności wsi korzystało z oczyszczalni ścieków (w 1995 r. tylko 3,1%) Ogółem: 63,1% ludności Polski korzystało z oczyszczalni ścieków. LITERATURA 1. Mikulski Z.: Powstanie pojęcia gospodarki wodnej i jej początki jako dyscypliny naukowej w Polsce. Gospodarka Wodna, 1996, nr 2, s. 35-37. 2. Ustawa Prawo wodne z 18 lipca 2001 r. Dziennik Ustaw R.P. Nr 115, poz. 1229 (wraz z późniejszymi zmianami). 3. Ochrona Środowiska. Informacje i opracowania statystyczne. Główny Urząd Statystyczny, Warszawa 1991-2009. 4. Słota H.: Zasoby wodne Polski na tle zasobów Europy. Gosp. Wodna, 9/1997, s. 257-260 5. Mielcarzewicz E.: Gospodarka wodno-ściekowa w zakładach przemysłowych. PWN, Warszawa 1986. 6. Hotloś H., Mielcarzewicz E.: Kształtowanie się zużycia wody w Polsce w okresie gospodarki rynkowej. Gaz, Woda i Technika Sanitarna 2000, nr 4, s. 135-137. 7. Hotloś H.: Badania eksploatacyjne wpływu wysokości ciśnienia i materiału rur na uszkadzalność sieci wodociągowej. Gaz, Woda i Technika Sanitarna 2002, nr 11, s. 402-407. 8. Hotloś H.: Analiza strat wody w systemach wodociągowych. Ochrona Środowiska 2003, nr 1, s. 17-24. 9. Hotloś H., Zasoby wodne Polski, zużycie i straty wody w miejskich sieciach wodociągowych. Mat. konf. Zaopatrzenie w wodę, jakość i ochrona wód, PZITS, Poznań 2004, tom II, ss. 535-546. 10. Hotloś H., Gospodarowanie zasobami wodnymi w Polsce w latach 1990-2002. Gaz, Woda i Technika Sanitarna 2004, nr 7-8, s. 262-265. 11. Hotloś H., Ilościowa ocena wpływu wybranych czynników na parametry i koszty eksploatacyjne sieci wodociągowych. Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2007. 12. Hotloś H., Quantity and availability of freshwater resources: the world - Europe - Poland. Environment Protection Engineering 2008, vol. 34, No. 2, pp. 67-77. 13. Hotloś H., Badania zmian poboru wody w wybranych miastach Polski w latach 1990-2008. Ochrona Środowiska 2010, vol. 32, nr 3, s. 39-42. 12
14. Kostrzewska J., Analiza działań zapewniających ochronę zasobów wodnych w Polsce. Wydział Inżynierii Środowiska Politechniki Wrocławskiej, praca dyplomowa (niepublikowana), Wrocław 2010. 15. Europe s water: An indicator-based assessment. Summary. EEA, Copenhagen 2003 (www.oecd.org/secure/pdfdocument/0,2834,en_21571361_34281952_35641895_1_1_1_1,00.pdf) 16. Hotloś H., Badania zmienności strat wody w wybranych systemach wodociągowych w latach 1990-2008. Ochrona Środowiska 2010, vol. 32, nr 4, s. 21-25 17. Hotloś H., Głowacka J., Kołodziej A., Zmienność poboru wody w systemie wodociągowym Wrocławia. Ochrona Środowiska 2012, vol. 34, nr 4, s. 23-28. 13