Mąciwoda

8 kwietnia 2019
Blog szalonych naukowców

Gdybym 1 kwietnia napisał, że trzeba w jakiś sposób przepuścić osady ze Zbiornika Włocławskiego w dół Wisły, czytelnicy uznaliby to za żart.

Nie ma się co dziwić, osady na dnie tego zbiornika zawierają w sobie historię kilkudziesięciu lat polskiego rolnictwa i przemysłu zapisaną substancjami chemicznymi wykorzystywanymi dawniej i całkiem niedawno. Badań na ten temat trochę jest. Z niektórych wynika, że najbardziej toksyczne są osady bliżej Płocka niż Włocławka. Więcej toksycznych substancji gromadzi się w mule niż w piasku. Niektóre wcale zresztą nie są w tych osadach jakoś odbiegające od przeciętnej z innych polskich rzek i jezior. Inne zaś wciąż przemieszczają się Wisłą z południa i jeszcze nie zdążyły dotrzeć do zbiornika. Np. wędrująca powoli w dół rzeki plama DDE, czyli jednego z produktów rozkładu DDT, w tym momencie zalega w osadach Wisły na warszawskich Młocinach (samo DDT występuje najobficiej w osadach w Narwi w różnych jej odcinkach).

Osady przesuwają się z biegiem rzeki i ostatecznie w skali geologicznej dążą do trafienia do morza, chyba że po drodze stanie im jakaś bariera. Te bariery nie zawsze zresztą są takie skuteczne dla wszystkich substancji, np. poniżej wypływu koło Włocławka osady mają według danych państwowego monitoringu środowiska podwyższoną zawartość ołowiu.

To nie tak, że wzięcie w garść mułu z tego zbiornika spowoduje poparzenia chemiczne i mutacje komórek skóry. Ryby w nim pływają i mają się nieźle, także te grzebiące w dnie (nie zawsze są to te ryby, których byśmy chcieli, o czym kiedyś pisałem). Niemniej jednorazowe uwolnienie ich zawartości, tak jak się ostatnio całkiem często dzieje w przypadku zapór rozbieranych przez wysadzenie, dla środowiska poniżej nie byłoby obojętne. Owszem, takie wysadzanie wygląda spektakularnie (można znaleźć filmy), ale zwykle robi się to z zaporami gdzieś w amerykańskiej dziczy, gdzie nagły skok ilości płynącej wody nie zaleje niczego poza lasem czy buszem, a osady są stosunkowo czyste. Znane są przykłady zarówno sprzed wielu lat, jak i całkiem świeże, choćby z Brazylii, gdy awaria zapory spowodowała przynajmniej okresowe skażenie zalanych obszarów.

Między zawartością osadów i wody zachodzi pewna wymiana w obie strony. Im bardziej wartki nurt czy silniejsze falowanie sięgające dna, tym intensywniejszy kierunek od osadu ku wodzie. A kiedy się osady bagruje, to uwalnianie jest naprawdę gwałtowne. W związku z tym nie ma się co dziwić, że w wielu przypadkach zarządzający decyduje się na nieruszanie niczego, żeby osady się osadzały, a ich zawartość pozostawała zagrzebana w dnie. Z drugiej zaś strony taka sytuacja sprawia, że poza zbiornikiem mniej osadu się unosi w postaci zawiesiny, więc ludziom wydaje się, że taka rzeka jest czystsza. Sam spotkałem się z wątpliwościami co do czystości warszawskiej Wisły właśnie ze względu na mętność, która w rzece takiego rozmiaru jest czymś zupełnie naturalnym (oczywiście nie każda).

Rzecz w tym, że nie zawsze się tak da. Co jakiś czas nadchodzi duża woda i albo się ją przepuszcza upustami przez zaporę, albo sama robi wyrwy. Jednym z mitów, które w XX w. się mocno ugruntowały, jest taki, który mówi, że da się zapobiec powodziom, np. dzięki takim czy innym budowlom hydrotechnicznym. Skutek jest taki, że miejsca od zawsze pozostawiane na pastwę wylewów po umocnieniu brzegów, budowie obwałowań i różnych przegród mających ułatwić regulację przepływem są przedstawiane jako już bezpieczne. Tymczasem wcale tak nie jest. Owszem, różnego rodzaju zabiegi ochrony przeciwpowodziowej zmniejszają ryzyko corocznych powodzi. Jednak żeby zapobiec wielkim powodziom, trzeba by przekształcić rzeki do granic absurdu (w miastach mniejsze potoki się dość powszechnie wpuściło w orurowanie i stały się elementem kanalizacji miejskiej). W związku z tym co jakiś czas, gdy pojawia się woda o poziomie spotykanym rzadko, powódź i tak następuje, zalewając obszary, na których kiedyś uprawiano łąki albo co najwyżej stawiano baraki, w których mieszkała biedota, a dziś zajęte przez blokowiska albo wręcz ekskluzywne osiedla nad wodą.

Rzecz nie tylko w tym, że zabudowa hydrotechniczna nie chroni przed wodą stuletnią (tj. takim poziomem, którego prawdopodobieństwo wystąpienia wynosi 1 proc.) czy tysiącletnią (o prawdopodobieństwie jednego promila). Przekształcenia hydrotechniczne ostatecznie raczej zwiększają to prawdopodobieństwo, i tak w ciągu kilkudziesięciu ostatnich lat powodzi „stulecia” na silnie przekształconym Renie było kilka. Również we Włoszech po kilku powodziach stulecia (np. w 1966 r. wody Arno podeszły pod florencką katedrę) hydrolodzy usiedli nad danymi, żeby coś z tym zrobić.

O dziwo w tym przypadku zamiast tradycyjnego podejścia znanego z Lemowej bajki o maszynie, która do zwalczania kolejnych elektrosmoków budowała jeszcze większe elektrosmoki, charakterystycznego nadal wśród niemałej grupy inżynierów hydrotechniki, doszli oni do wniosku, że walka z katastrofami naturalnymi jest nie do wygrania i trzeba raczej je oswoić, oddając naturze tyle, ile się da. Nie stało się to od razu, ale po parudziesięciu latach do planów gospodarowania wodami, które są obecnie obowiązkiem każdego kraju Unii Europejskiej (łącznie z Norwegią, która tylko udaje, że do Unii nie należy), włoskie władze wodne dodały plany gospodarowania osadami rzecznymi.

Co to ma do powodzi? Całkiem dużo. Zapory buduje się od starożytności, ale powiedzmy, że współczesna inżynieria to czas od XIX w. Dość szybko zorientowano się, że postawienie takiej czy innej przegrody poprzecznej (progu, jazu, zapory czy choćby ostrogi) nie tylko piętrzy wodę i zatrzymuje osady. To są bezpośrednie skutki, ale mają dalsze konsekwencje. Woda przepuszczana upustami czy przelewami ma inną dynamikę – płynie zwykle węższym korytem, czasem szybciej i bardziej turbulentnie, a czasem nie. W jednym z ciągów komentarzy wspominaliśmy o chorobie gazowej, która może dotknąć ryby w zbyt mocno napowietrzonej wodzie przy upuście z zapory.

Woda przez upusty i przelewy przechodzi, ale osad już mniej. Tymczasem, jak już pisałem, normalnie w rzekach osady się przesuwają, głównie na trzy sposoby: toczenie, przeskakiwanie po dnie i wreszcie unoszenie jako zawiesina. Zasadniczo rzeki można podzielić na trzy strefy – strefę, gdzie rzeka głównie eroduje, strefę, gdzie mniej więcej tyle samo eroduje, co odkłada osad i strefę, gdzie głównie sedymentuje osady (chyba że zanim dotrze do tego etapu, wpadnie do innej rzeki). Bariery poprzeczne nie tylko stwarzają strefę sedymentacji przed sobą, ale zatrzymując osady, niejako resetują rzekę i sprawiają, że poniżej przeważa erozja. W ten sposób zbiornik zaporowy wypełnia się osadami, staje coraz płytszy i coraz mniej funkcjonalny, a rzeka poniżej coraz głębiej żłobi sobie koryto. Wody jest w tym korycie mniej, a nie więcej (bo jest retencjonowana w zbiorniku), więc głębsze koryto nie oznacza głębszej rzeki, tylko rzekę wrzynającą się w podłoże. Poziom rzeki się obniża, a więc obniża się poziom wód gruntowych, które ona drenuje. Nie ma materiału, który by się odkładał w nowym korycie, więc jest ono bardziej jednorodne i węższe, bez meandrów, odsypów czy wysp.

Skutków takiego przerwania transportu osadu jest więcej i są one różne w zależności od warunków. Okazuje się, że w przypadku żwirowych rzek francuskich Alp mechanizm zwiększonej erozji poniżej zapór prawie nie ma związku z zaporami (choć występuje jako skutek dawniej powszechnego pozyskiwania żwiru z koryta, obecnie w większości Europy nielegalnego, co nie znaczy, że niespotykanego). Ale już po drugiej stronie Alp, w Chorwacji, jest to bardzo poważny problem. Pikanterii sprawie dodaje fakt, że Chorwacja nie ma przy okazji żadnego pożytku, bo zapory są po stronie słoweńskiej.

I tu wracamy do powodzi, które przed powszechną regulacją rzek były powodziami stulecia, a teraz stają się powodziami dekady. Procesy te właśnie sprzyjają bardziej gwałtownym powodziom – wbrew temu, co wydawało się projektantom regulacji. W czasie tych powodzi osady i tak są unoszone, ale zamiast spływać w dół rzeki, jak powinno się dziać cały czas, są roznoszone po zalewanych obszarach, potęgując szkody powodziowe.

W związku z tym, tak jak w niektórych regionach, aby uniknąć poważnych szkód pożarowych, prowadzi się kontrolowane pożary lasów, o czym dawno temu pisałem – a gdzieniegdzie prowadzi się kontrolowane powodzie, pozwalając wodzie przenieść nadmiar osadów zgromadzonych w zbiorniku. Oczywiście pod warunkiem, że nie nagromadziły one niebezpiecznych ilości zanieczyszczeń. Zdecydowanie lepiej po prostu często otwierać upusty denne i przepuszczać osady w dół rzeki – zbiornik się nie „zamula”, erozja poniżej zapory wraca do normy. Tylko jeden problem – umiejscowiona na takiej zaporze elektrownia ma przerwę w działaniu.

Z tego względu zdarza się, że właściciel zapory, często elektrownia, może wkalkulować w koszty jakieś awaryjne działania raz na kilka(naście) lat, łącznie z odszkodowaniami dla powodzian (np. za zbyt późne spuszczenie wody albo właśnie za niezapobieżenie temu, że przelewająca się woda uniesie osady, które zabrudzą zalany teren), byle nie przerywać działania elektrowni w sytuacji nieawaryjnej. Tak się podobno zdarza w Austrii, co przysparza zmartwień twórcom planów gospodarowania osadami w dorzeczu Dunaju, które są przygotowywane przez kilka krajów. We Francji z kolei coraz więcej zapór, przynajmniej tych należących do państwowej spółki Électricité de France, w czasie modernizacji przebudowuje się tak, żeby w normalnym trybie działania przepuszczały osady i to nie tylko tworzące zawiesinę, typu muł czy piasek, ale też grube kamienie. W tym momencie już tylko 20 proc. z nich jest w ogóle nieprzepuszczalna.

Samo istnienie upustów dennych nie jest nowością wymyśloną przez ekologów. Stosowano je już dawno, tyle że nie z intencją zachowania maksymalnej naturalności przepływów, a w celu zapobiegania wypłycaniu zbiorników zaporowych. Tak było np. na starej tamie asuańskiej, dopóki Naser nie uznał, że czas skończyć z kilkutysiącletnią tradycją korzystania z namułów Nilu, i nie zbudował nowej tamy, znacznie większej i nastawionej na produkcję elektryczności bez zawracania głowy osadami. Osady ostatecznie można wybierać i przenosić w inne miejsce. Dlaczego nie miałoby to być poniżej zapory, czyli tam, gdzie trafiłyby w warunkach naturalnych?

W decyzji środowiskowej dla stopnia Malczyce na Odrze jakiś czas temu pojawił się zapis, że zbierające się rumowisko powinno być nie tylko usuwane, ale też uwalniane poniżej w celu zapobiegania nadmiernej erozji. Coś jednak z realizacją tego zapisu poszło nie do końca jak powinno, i teraz już erozja jest taka, że pojawiły się plany budowy kolejnych stopni poniżej, żeby osadzające się w nich osady wypełniły powstałą wyrwę. Najwyraźniej rozwiązania wydające się najbardziej sensowne nie są dla wszystkich oczywiste.

W każdym razie zablokowanie transportu osadów zawsze ma jakieś skutki poniżej bariery. Jak napisałem, w najniższej strefie niesiony z góry materiał w końcu bardziej się osadza, niż jest wymywany. W ten sposób powstają delty. Delty są bytami dynamicznymi, rzeka niesie ich budulec, prądy morskie ten budulec zabierają. Nic więc dziwnego, że w miarę przybywania zapór materiału do (od/roz)budowy delt zaczyna brakować i morze zabiera coraz większą ich część. Tak się dzieje chociażby z deltą Dunaju, gdzie linia brzegowa się cofa, zmniejszając m.in. powierzchnię plaż, co odbija się na turystyce.

Problem jest szczególnie wyraźny w kraju, który w zasadzie istnieje dzięki osadom naniesionym z Alp, Jury i wszystkiego po drodze – Holandii. Wbrew pewnym wizjom jej teren jest wydarty morzu w małym stopniu i dotyczy to raczej zdobyczy XX-wiecznych – reszta to delta, czyli obszar morza zasypany przez materiał z lądu siłami natury. Materiał nie tylko piaszczysty, ale też organiczny, czyli wielkie torfowisko. Holenderska inżynieria przez kilkaset lat zajmowała się osuszaniem tego torfowiska, co poskutkowało z jednej strony możliwością jego zasiedlenia, ale z drugiej – jego zapadnięciem się poniżej poziomu morza (dlaczego, to już pisałem). Dopóki Ren i Moza niosły nowe osady, problem nie był taki duży, ale od wielu lat ta dostawa się zmniejszała.

Nic więc dziwnego, że w Holandii grupa ekspertów głównie z Instytutu Deltares zajmowała się kwestią osadów niesionych przez rzeki od lat. Cała masa badań naukowych na ten temat już była znana w XX w. Problem opisywano choćby z delty Missisipi. Pewnym podsumowaniem stała się publikacja Mathiasa Kondolfa „Hungry Water: Effects of Dams and Gravel Mining on River Channels z 1997 r. w piśmie „Environmental Management”. Podsumowaniem i impulsem, który sprawę znaną grupie ekspertów wypchnął na szersze forum. Na początku XXI w. powstała organizacja SedNet, czyli sieć ekspertów i instytucji zainteresowanych transportem osadów rzecznych. Eksperci ci to nie tylko naukowcy. Obecny przewodniczący reprezentuje zarząd portu w Rotterdamie, a w grupie sterującej są przedstawiciele portów w Hamburgu i Antwerpii, a kiedyś byli też z portu w Wenecji.

Może to się wydawać zaskakujące, bo porty to infrastruktura kojarząca się raczej z „odmulaniem” i można by się spodziewać, że to tam będą przedstawiciele opcji tradycyjnej. Najwyraźniej jednak porty Rotterdam i Hamburg uznały, że bardziej opłaca się współdziałać z naturą. Może porty na wschód od cieśnin duńskich aspirujące w swoim rozwoju do tej dwójki wyciągną z tego jakieś wnioski. W tych przypadkach współdziałanie jest o tyle utrudnione, o ile wymaga spójnej gospodarki na całej długości Łaby oraz Renu i Mozy z dopływami. Tymczasem Hamburg jest odrębnym krajem związkowym, a niemieckie rozbicie dzielnicowe nie ułatwia koordynacji działań. Podobnie rozbicie Niderlandów na Holandię, Flandrię i Walonię (Luksemburg w tym wszystkim jest marginalny, choć też ma swój wkład).

No i z jednej strony jest świadomość, jak powinna wyglądać gospodarka osadami, a z drugiej koszty przebudowy starej infrastruktury. Gdy od początku zaprojektuje się zaporę tak, by nie była barierą dla osadów, natura wszystko robi sama. Gdy osadów uzbierało się przez lata, koszt nie tylko ich samego przetransportowania, ale przede wszystkim pozbycia się zanieczyszczeń jest olbrzymi. We Francji udało się tak oczyścić parę zbiorników, wykorzystując środki rządowe, ale też wkład od zrzeszeń wędkarskich, które wiedzą, że skład rybostanu bardzo zależy od stanu hydromorfologicznego rzek i żadne zarybianie nie pomoże, gdy ryby nie znajdą dla siebie odpowiedniego miejsca, nawet gdy woda jest krystalicznie czysta. Zresztą taka jest geneza zwrócenia uwagi na kwestie hydromorfologiczne, gdy okazało się, że w wielu miejscach Europy i Stanów Zjednoczonych czystość wody znacznie się poprawiła w ostatnich dekadach, a ryby nie wróciły. Oczywiście tak jest, gdy się sprawy odkłada na nieokreśloną przyszłość. Gdyby od razu wykorzystywać siły natury, byłoby o wiele taniej. To jest przykład usług ekosystemowych, które wykonuje przyroda i które da się przeliczyć na pieniądze. To nie jest tylko ekologia, to ekonomia.

Co ciekawe, kwestie wysokich kosztów są często podnoszone przez przedstawicieli krajów najbogatszych, choćby Niemiec. Może wynika to z poważnego traktowania przez nich takich czy innych zapisów prawnych. W ramowej dyrektywie wodnej jest wprost wpisany wymóg drożności zapór dla organizmów i zdawkowo dla osadów. Wymóg prawny wymogiem, a władze wodne wielu krajów znajdują setki wymówek, żeby zostawić sprawy po staremu. Ryby bardziej przemawiają do wyobraźni, a kwestie przepławek są lepiej lub gorzej opracowane od lat, więc to idzie łatwiej.

Na poziomie unijnym też tak jest. Jedna z grup roboczych przy Komisji Europejskiej, Ecostat, zajmuje się harmonizacją kryteriów dobrego stanu ekologicznego wód powierzchniowych w różnych krajach. Przez kilkanaście lat zajmowała się przede wszystkim interkalibracją metod bioindykacji. Dopiero pod koniec tego etapu zajęła się harmonizacją wskaźników eutrofizacji i przekształceń hydromorfologicznych. Efektem tych prac jest właśnie powstający przewodnik do oceny potencjału ekologicznego wód silnie zmienionych (np. portów, rzek skanalizowanych albo zbiorników zaporowych). W przewodniku tym jest dużo o zaporach, obwałowaniach, obudowie brzegów itd., ale prawie wyłącznie pod kątem potrzeb organizmów wodnych, a nie osadów.

Dopiero od kilku razów na spotkaniach grupy Ecostat pojawia się jako obserwator przedstawiciel SedNetu i dopiero ostatnio dostała ona mandat do zajęcia się sprawami osadów. W związku z tym nie ma się co dziwić, że sprawa osadów w planach gospodarowania wodami poza przywołanym przykładem Włoch czy międzynarodowej komisji ds. Dunaju jest traktowana zdawkowo. Niemniej jest całkiem prawdopodobne, że po pewnym wyczerpaniu dotychczasowych tematów uwaga Ecostatu i Komisji Europejskiej skieruje się ku osadom silniej. (Choć teraz ciężko przewidywać, bo na koniec tego roku przewidywana jest okresowa rewizja ramowej dyrektywy wodnej). Dobrze, aby kraje członkowskie już wtedy miały jakieś podstawowe rozwiązania, bo na szybkie wymyślanie i wdrażanie może zabraknąć czasu.

1 kwietnia nie mogłem o tym napisać, bo byłem na warsztatach, które towarzyszyły kolejnej już konferencji SedNetu. Konferencja jak konferencja – na niej nie byłem, ale warsztaty nie były po prostu serią naukowych referatów, tylko spotkaniem różnych interesariuszy. Spotkań przedstawicieli organizacji typu WWF z ekspertami rządowych i unijnych agencji środowiskowych jest wiele. Wszyscy rozmawiają w atmosferze wzajemnego zrozumienia i się rozchodzą, a potem i tak w praktyce głos mają przedstawiciele gospodarki. Na tym spotkaniu jednak oprócz środowiskowców był np. przedstawiciel Électricité de France czy czołowej firmy inżynierskiej z Holandii, przedstawiciele portów itd. To wciąż o wiele za mało (może jednak kiedyś na kolejnych warsztatach pojawią się przedstawiciele Tauronu czy Energi), nie było chociażby nikogo z sektora rolnictwa, a i liczba krajów, z których przyjechali, nie była imponująca, ale to wciąż pierwsze kroki.

Biorąc pod uwagę, że był również przedstawiciel Krajowego Zarządu Gospodarki Wodnej (może nie z wysokiego szczebla, ale zawsze to coś), być może kwestie te za parę lat (to jest skala, w jakiej są podejmowane bardziej strategiczne decyzje) zaczną się pojawiać i w polskiej gospodarce wodnej.

fot. Marjan Euser