Postępujące zmiany klimatu będą miały znaczący wpływ na dostępność i jakość zasobów wodnych, w tym wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi. W wyniku zmian cyklu hydrologicznego (lub hydrosocjalnego, zgodnie z nowymi kierunkami zarządzania zasobami wodnymi1) już dziś obserwujemy w Polsce ekstremalne zjawiska naturalne, takie jak dotkliwe susze oraz gwałtowne ulewy. Wpływają one nie tylko na ilość, ale też jakość wody pitnej pobieranej z rzek, jezior i wód podziemnych. Ze względu na dużą nieprzewidywalność kierunku tych zmian, zarządzanie zasobami wodnymi, w tym wody pitnej, jest i będzie zadaniem trudnym, wymagającym kompleksowego, wielopłaszczyznowego podejścia. Jednocześnie odpowiednie przygotowanie zasobów wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi na nadchodzące zmiany klimatyczne wymaga szczególnej atencji, biorąc pod uwagę katastrofalne skutki, jakie te zmiany mogą przynieść dla bezpieczeństwa zdrowotnego społeczeństwa.

Dokładna analiza efektów zmiany klimatu na wodę przeznaczoną do spożycia przez ludzi jest trudna, ze względu na równoległe oddziaływanie na zasoby wodne innych, negatywnych aktywności ludzkich. Używanie pestycydów, wycinka lasów, tzw. „betonoza” miast – działalności te potęgują efekt zmian klimatycznych na jakość i ilość wody pitnej. Dlatego też, aby w pełni zrozumieć zachodzące zjawiska i dostosować odpowiednie metody adaptacji, koniecznym jest wzięcie tych aktywności pod uwagę. 

Zrozumienie wpływu zmian klimatu, w tym nieprzewidywalności opadów atmosferycznych na dostępność i jakość wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi jest istotne z punktu widzenia zarówno sektora wodociągowo-kanalizacyjnego dostarczającego wodę pitną, jak i strony rządowej odpowiedzialnej za kształtowanie polityki w tym zakresie. Minimalizacja skutków wystąpienia ekstremalnych zjawisk naturalnym będzie wymagała odnowienia infrastruktury wodno-kanalizacyjnej, a co się z tym wiąże – szeregu nakładów inwestycyjnych. Co więcej, sposób zarządzania zasobami wodnymi oraz rozwiązania prawne wymagają cyklicznego przeglądu i weryfikacji w kontekście zmieniających się warunków. Postępujące zmiany klimatu mogą spowodować, że progres osiągnięty w ochronie środowiska poprzez wdrażanie Ramowej Dyrektywy Wodnej czy innych dyrektyw wodnych, będzie spowolniony, a podtrzymanie go na odpowiednim poziomie będzie wymagało podjęcia dodatkowych działań, w tym działań prawnych. Dlatego też tak istotne jest zdiagnozowanie i zrozumienie zachodzących procesów, ich wpływu na wodę pitną, oraz zastosowanie odpowiedniego podejścia do adaptacji i zarządzania zasobami wodnymi.

DIAGNOZA

Kiedy rozważamy efekty zmian klimatu, analizujemy głównie średni wzrost temperatury i jego negatywny wpływ na środowisko. Nie bez znaczenia pozostaje on również na zasoby wody pitnej – zmiany w temperaturze otoczenia wywierają wpływ zarówno na jakość, jak i ilość dostępnej wody, w tym tej przeznaczonej do spożycia przez ludzi. O ile temperatura bezpośrednio wpływa na poziom wody w zbiornikach, jej pośrednim efektem są zmiany parametrów biologicznych i chemicznych wody. W cieplejszej wodzie następuje przyspieszenie reakcji chemicznych, wzrasta zawartość rozpuszczonych substancji, zmniejsza się natomiast koncentracja rozpuszczonych gazów, w tym tlenu. Warto zaznaczyć, że dla tego pierwiastka wzrost temperatury wody o 3oC oznacza 10% spadku w stężeniu nasyconym w wodzie. Dla zobrazowania, zgodnie ze scenariuszami IPCC2, w wyniku zmian klimatu możemy oczekiwać wzrostu temperatury pomiędzy 1,8 a 4,0oC powyżej poziomu z czasów przedprzemysłowych. W praktyce oznacza to nie tylko obniżenie poziomu zawartości tlenu, ale także zmiany w zachodzących reakcjach chemicznych w wodzie oraz alteracje w występujących mikroorganizmach na dominujące beztlenowce.

Zmiany w temperaturze będą miały szczególnie wpływ na jakość wody pobieranej z jezior. W tych zbiornikach, w odpowiedzi na wzrost temperatury, modyfikacji ulegnie zjawisko mieszania się wód, w wyniku którego nagrzewająca się woda z powierzchni ulega wymieszaniu z chłodniejszą wodą z głębszych warstw, wraz z uwalnianymi z sedymentu i zawartymi głębiej substancjami chemicznymi. W konsekwencji może dojść do pogorszenia stanu wód w jeziorach, które do tej pory były wykorzystywane jako źródło wody pitnej3. Szczególnie podatne są płytsze zbiorniki, w których proces mieszania wód zachodzi szybciej. Dla zobrazowania problemu warto dodać, że w Polsce rzeki i jeziora stanowią ok. 30%  źródeł wody przeznaczonej do spożycia dla ludności, natomiast w przypadku Małopolski i na Śląska, takie ujęcia powierzchniowe stanowią główne miejsce poboru wody pitnej. 

Chociaż wzrost temperatury niewątpliwie wpłynie na zasoby wody pitnej, największe oddziaływanie na jej jakość i dostępność będą miały obserwowane w Polsce od pewnego czasu ekstremalne zjawiska naturalne, takie jak naprzemiennie występujące długotrwałe susze i gwałtowne ulewy, skutkujące tzw. powodziami błyskawicznymi. Jak widać na Rys. 1, w samym 2020 r. na przełomie trzech miesięcy (od kwietnia do czerwca), na niektórych obszarach kraju wystąpił brak opadów (kwiecień), po którym w krótkim czasie nastąpiło wysokie ryzyko wezbrań, powyżej maksymalnych dobowych sum opadów (czerwiec). Przedłużony niedostatek opadów nie tylko obniża poziom wody powierzchniowej i gruntowej, ale wpływa również negatywnie na jej jakość poprzez wzrost zawartości szkodliwych substancji w zbiornikach, ciekach wodnych i wodach gruntowych. Koncentracja metali ciężkich, pestycydów i innych związków chemicznych w wodzie wzrasta przy zmniejszającym się poziomie wody. Jest to istotne, biorąc pod uwagę potencjalnie katastrofalne skutki zdrowotne takich zwiększonych stężeń, szczególnie na terenach, gdzie ludność pobiera ze studni głębinowych nieuzdatnioną wodę pitną⁴. 

A.

Wersje A (lewo) i B (prawo)
Rys. 1. Prawdopodobieństwa przekroczenia maksymalnych dobowych sum opadów w 2020 roku A. w kwietniu B. w czerwcu. Podczas trzymiesięcznego okresu nastąpiło duże zróżnicowanie prawdopodobieństwa wystąpienia dużych opadów atmosferycznych, z drastycznego braku opadów na ryzyko wezbrania⁵. 
 

Podobnie tereny rolnicze zagrożone są negatywnymi efektami powodzi błyskawicznych, spotęgowane poprzedzającym brakiem opadów atmosferycznych. Podczas suchego lata, pochodzący z nawozów sztucznych azot kumuluje się w glebie. Wraz z pierwszą gwałtowną ulewą jest on zmywany w dużych ilościach do pobliskiej rzeki lub jeziora, gdzie nie tylko może doprowadzić do zanieczyszczenia chemicznego, ale może też być główną przyczyną zakwitu sinic w zbiornikach. Mikroorganizmy te wydzielają szkodliwe dla zdrowia toksyny, przez co woda, w której występują, nie nadaje się do spożycia przez ludzi bez odpowiedniego uzdatnienia. Dodatkowo, gwałtowne deszcze wpływają na szybkość spływu w rzekach, spowalniając proces sedymentacji ciężkich substancji oraz absorpcji zanieczyszczeń przez roślinność rzeczną⁸. Zrozumienie tego procesu jest bardzo istotne ze względu na scenariusze klimatyczne przewidujące zwiększenie rocznego przepływu rzek w północnej i centralnej Europie, wraz z postępującymi zmianami klimatycznymi⁹.

W wyniku gwałtownej ulewy może też dojść do zanieczyszczenia wody patogenami ludzkiego lub zwierzęcego pochodzenia. W przypadku kanalizacji ogólnospławnej, odprowadzającej zarówno ścieki, jak i wody opadowe, zbyt duży napływ deszczu może spowodować przepełnienie systemu i jego rozładowanie do rzeki wraz z zawartymi w odchodach patogenami. Szacuje się, że w samych Stanach Zjednoczonych połowa przypadków wybuchu chorób przenoszonych przez wodę, nastąpiła po okresie gwałtownych i ulewnych deszczów¹⁰. 

ROZWIĄZANIA

Konieczność całościowego podejścia do zarządzania zasobami wodnymi 

Pod względem legislacyjnym, Unia Europejska podjęła szereg inicjatyw mających na celu zapewnienie zintegrowanego zarządzania zasobami wodnymi. Jednym z najważniejszych dokumentów poruszających tematykę całościowego podejścia do ochrony jakości wody jest Ramowa Dyrektywa Wodna (Dyrektywa 2000/60/WE Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 23 października 2000 r. ustanawiająca ramy wspólnotowego działania w dziedzinie polityki wodnej). Również ubiegłoroczna zmiana Dyrektywy ws. jakości wody pitnej (Dyrektywa 2020/2184 Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 16 grudnia 2020 r. w sprawie jakości wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi) zakłada wielopłaszczyznowy nadzór i prewencję przed zanieczyszczeniem wody np. poprzez wprowadzenie oceny ryzyka od miejsca poboru do kranu konsumenta, czy też stworzenie listy obserwacyjnej dla nowo pojawiających się substancji, takich jak farmaceutyki i mikroplastiki. Na transpozycję tych zmian do porządku prawnego państwa członkowskie, a w tym Polska, mają 2 lata od momentu wejścia w życie dyrektywy, tj. do stycznia 2023 r. W przyszłości koniecznym jest poszerzenie tych aktów prawnych o kwestie dotyczące innych sektorów i użytkowników wody, albowiem wraz ze wzrastającym niedostatkiem czystej wody pitnej wzrosną nie tylko koszty jej uzdatniania, ale także konkurencyjność zapotrzebowania i użycia. 

Innowacje i zastosowanie technologii

Kolejnym krokiem do uzyskania wielopłaszczyznowej ochrony jakości i ilości wody pitnej jest wprowadzenie nowoczesnych technologii, pozwalających na zaprojektowanie miast i terenów wiejskich w sposób niwelujący zanieczyszczenie cieków, zbiorników i wód podziemnych oraz zwiększenie retencji. Jedną z takich inżynieryjnych nowości, zyskujących coraz większą popularność m.in. w Australii, Stanach Zjednoczonych i Wielkiej Brytanii, jest zrównoważony system odwadniania miejskiego. Pozwala on na zaprojektowanie serii urządzeń retencyjnych i oczyszczających w planie przestrzennym miasta, z wykorzystaniem naturalnych i sztucznych obiektów przyrodniczych, takich jak miejskie mokradła czy ogrody na dachach domów. Częścią zrównoważonego systemu odwadniania miejskiego mogą być też parkingi pokryte porowatą powierzchnią, umożliwiającą retencję wody opadowej i jej stopniowe oczyszczenie podczas przenikania w kolejne warstwy gleby, lub sztucznego systemu usuwania zanieczyszczeń. Chociaż takie systemy mogą być zbudowane z pojedynczych elementów, najlepszy efekt w ochronie przed np. gwałtownymi ulewami, osiągają jako połączone struktury wbudowane w krajobraz całego miasta lub osiedla. Taki skomplikowany system został wbudowany np. w przestrzeń dzielnicy miejskiej Lynbrook Estate, Melbourne w Australii, gdzie z czasem odnotowano 60-procentową redukcję w spływie fosforu podczas regularnych opadów, w porównaniu ze stanem przed instalacją systemu¹¹. 

Adaptacja sektora wodociągowo-kanalizacyjnego

Występowanie zjawisk ekstremalnych wpływa negatywnie na stan i zdolność uzdatniania infrastruktury wodociągowo-kanalizacyjnej. Wraz z pojawianiem się nowych typów zanieczyszczeń i zwiększeniem stężeń substancji chemicznych oraz parametrów mikrobiologicznych, koniecznym będzie dostosowanie technologii. Przestarzała kanalizacja będzie musiała stawić czoło większej ilości opadów, co może doprowadzić na przykład do wspomnianego wcześniej zanieczyszczenia wody patogenami i rozprzestrzeniania się chorób wodonośnych (Rys. 2). Brak podejmowanych działań w kierunku redukcji wycieków z rur spowoduje marnotrawienie wody, co negatywnie odbije się na ilości dostępnej wody pitnej. Adaptacja sektora wodociągowo-kanalizacyjnego będzie wymagała szeregu kosztownych inwestycji, pozwalających m.in. na odnowienie infrastruktury oraz wprowadzenie podejścia opartego na ocenie ryzyka i bezpieczeństwa zdrowotnego, uwzględniającego ryzyko wystąpienia katastrofy naturalnej i ekstremalnych zjawisk oraz konieczność ochrony wody pitnej od źródła do kranu. Co więcej, konieczne jest odpowiednie zaplanowanie inwestycji z uwzględnieniem lokalnych warunków, ze względu na zróżnicowaną odporność różnych systemów i sposobów uzdatniania wody, z instalacją kanalizacyjną będącą bardzo odporną na działania suszy, jednocześnie zawodzącą podczas gwałtownych ulew¹². 

Rys. 2. Schemat wpływu zmian klimatu (poprzez wahania temperatury i nieprzewidywalność opadów) na jakość wody pitnej pobieranej z rzek i jezior i dostarczanej konsumentom przez przedsiębiorstwa wodociągowo-kanalizacyjne, z uwzględnieniem wpływu na bezpieczeństwo zdrowotne społeczeństwa⁷.

Wsparcie takich kosztownych i priorytetowych inwestycji jest przewidziane w wieloletniej ramie finansowej Unii Europejskiej 2021-2027. Podstawą otrzymania dofinansowania jest przygotowanie krajowego planu inwestycyjnego. W tym celu Ministerstwo Infrastruktury realizuje projekt pn. „Opracowanie Programu inwestycyjnego w zakresie poprawy jakości i ograniczenia strat wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi”, finansowany z funduszy europejskich w ramach Programu Operacyjnego Infrastruktura i Środowisko 2014-2020. Na podstawie tego dokumentu, przedsiębiorstwa wodociągowo-kanalizacyjne będą mogły ubiegać się o środki z Unii Europejskiej, co ułatwi adaptację sektora do zmian klimatu.

Autor: Sylwia Łyskawka, Ministerstwo Infrastruktury

Tytuł, lead i środtytuły opracowała Redakcja TOGETAIR

Bibliografia:
1.    Budds, J., Linton, J., & McDonnell, R., 2014, The hydrosocial cycle. Geoforum, 57, 167-169.
2.    Masson-Delmotte, V., P. Zhai, H.-O. Pörtner, D. Roberts, J. Skea, P.R. Shukla, A. Pirani, W. Moufouma-Okia, C. Péan, R. Pidcock, S. Connors, J.B.R. Matthews, Y. Chen, X. Zhou, M.I. Gomis, E. Lonnoy, T. Maycock, M. Tignor, and T. Waterfield (red.), 2018, IPCC: Summary for Policymakers. In: Global Warming of 1.5°C. An IPCC Special Report on the impacts of global warming of 1.5°C above pre-industrial levels and related global greenhouse gas emission pathways, in the context of strengthening the global response to the threat of climate change, sustainable development, and efforts to eradicate poverty.
3.    Butcher, J. B., Nover, D., Johnson, T. E., & Clark, C. M., 2015, Sensitivity of lake thermal and mixing dynamics to climate change. Climatic Change, 129(1), 295-305.
4.    Kubicz, J., Lochyński, P., Pawełczyk, A., & Karczewski, M., 2021, Effects of drought on environmental health risk posed by groundwater contamination. Chemosphere, 263, 128145.
5.    Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej – Państwowy Instytut Badawczy, 2021, Klimat Polski 2020.
6.    Hwang, H. M., Fiala, M. J., Park, D., & Wade, T. L., 2016, Review of pollutants in urban road dust and stormwater runoff: part 1. Heavy metals released from vehicles. International Journal of Urban Sciences, 20(3), 334-360.
7.    Fewtrell, L., Kay, D., Jones, F., Baker, A., & Mowat, A., 1996, Copper in drinking water—an investigation into possible health effects. Public Health, 110(3), 175-177.
8.    Delpla, I., Jung, A. V., Baures, E., Clement, M., & Thomas, O., 2009, Impacts of climate change on surface water quality in relation to drinking water production. Environment international, 35(8), 1225-1233.
9.    Garnier, M., & Holman, I., 2019, Critical review of adaptation measures to reduce the vulnerability of European drinking water resources to the pressures of climate change. Environmental management, 64(2), 138-153.
10.    Curriero, F. C., Patz, J. A., Rose, J. B., & Lele, S., 2001, The association between extreme precipitation and waterborne disease outbreaks in the United States, 1948–1994. American journal of public health, 91(8), 1194-1199.
11.    Lloyd, S. D., Wong, T. H. F., & Chesterfield, C. J., 2002, Water Sensitive Urban Design-A Stormwater Management Perspective. W: International Conference on Water Sensitive Urban Design 2002 (strony: 1-38). Cooperative Research Centre for Catchment Hydrology.
12.    Luh, J., Royster, S., Sebastian, D., Ojomo, E., & Bartram, J., 2017, Expert assessment of the resilience of drinking water and sanitation systems to climate-related hazards. Science of the Total Environment, 592, 334-344.