KRYTERIA WYBORU ŹRÓDEŁ ZASILANIA SYSTEMÓW WODOCIĄGOWYCH

Andrzej Pawuła, Tadeusz Błaszyk, Instytut Kształtowania Środowiska, Poznań

Biuletyn Techniczny - Centrum Techniki Komunalnej, Warszawa, 1980, nr 1, s. 19 - 22

Motto niniejszego artykułu stanowi fragment listu Polaka (Henryka Kowalczyka) mieszkającego w Algierii, zamieszczony w "Polityce" Nr 36 z 8 września 1979 r.: "Mieszkam w kraju, gdzie woda w niektórych dzielnicach miasta pojawia się tylko głęboką nocą lub nad ranem. Ludzie czekają lub nastawiają budziki, aby zbudzić się i nałapać wody do kanistrów. Nie ma kąpieli w wannie, nie zmywa się naczyń pod bieżącą wodą. Pralki automatyczne nie działają. Jedyna rzeka przepływająca przez miasto jest cuchnącym kanałem".

W ogólnym rozwoju systemów zaopatrzenia w wodę obserwuje się tendencje do ich rozbudowy i centralizacji, wyrażające się w tworzeniu - obok komunalnych wodociągów miejskich i wiejskich -  wodociągów grupowych i gminnych, a także w tworzeniu wodociągów regionalnych, mających na celu zaopatrzenie całych aglomeracji miejsko - przemysłowych. Przykładem może tu być wodociąg w Górnośląskim lub Częstochowskim Okręgu Przemysłowym.

Pojawiające się trudności w zaopatrzeniu w wodę miast, a zwłaszcza dużych aglomeracji miejsko - przemysłowych wymagają podjęcia zespolonych działań, tak w zakresie doskonalenia systemów wodociągowych, jak też w zakresie rozpoznania dyspozycyjnych zasobów wody i ochrony jej przed zanieczyszczeniem.

Kryteria wyboru źródeł zasilania a stany charakterystyczne gospodarki wodnej

Pozostawiając jako odrębny problem rozpoznanie zasobów wody można twierdzić, że wybór źródła zasilania systemu wodociągowego zależy od wielkości zapotrzebowania wody, relacji między zapotrzebowaniem a zasobami wody, od rachunku kosztów (ujęcia, uzdatniania i przesyłu wody) oraz od jakości ujmowanej wody i od możliwości jej ochrony przed zanieczyszczeniem.

Powyższe kryteria uwzględniają więc trzy aspekty problemu: techniczny, ekonomiczny i sanitarny. Hierarchia ważności poszczególnych kryteriów ulegała zmianom, wraz z rozwojem systemu zaopatrzenia w wodę oraz w miarę wyczerpywania się lokalnych zasobów wody, a także zmieniała się stosownie do stanu czystości środowiska i stopnia zagrożenia jakości wód naturalnych.

Wychodząc z założenia jedności zasobów wód powierzchniowych i podziemnych w gospodarce zasobami naturalnymi, sformułowanie kryteriów wyboru źródeł zasilania układów wodociągowych należy wiązać z trzema charakterystycznymi stanami:

1.Stan obfitości  -  cechujący się względną nadwyżką zasobów wody w stosunku do potrzeb oraz brakiem wyraźnych zmian jakościowych. Stan, w którym woda jest dobrem powszechnym, w ilościach praktycznie nieograniczonych. Stan pozwalający na dużą swobodę w wyborze źródeł wody.

2.Stan alarmu -  charakteryzujący się zrównoważeniem poboru i zasobów, a niekiedy okresowym deficytem wody. Konsekwencją intensywnej eksploatacji wód mogą wówczas być zmiany jakościowe wody. Możliwości wyboru źródeł zasilania są ograniczone, zwłaszcza w odniesieniu do zasobów wód podziemnych, a warunki eksploatacji wód muszą być szczególnie wnikliwie kontrolowane.

3.Stan kryzysu - wyrażający się wzrastającym deficytem wody w stosunku do potrzeb, pogłębionym przez zanieczyszczenie części zasobów wodnych. Stan wymuszający poszukiwanie odleglejszych źródeł wody lub stosowanie innych środków zaradczych zmierzających do oszczędniejszej gospodarki wodą, takich jak rozdzielczy system dystrybucji i wielokrotne użytkowanie wody w przemyśle.

Zalety i wady ujęć wody

W stanie obfitości istnieje możliwość wyboru rodzaju ujęcia wody, z uwzględnieniem najkorzystniejszych pod względem ochrony sanitarnej, warunków i rozwiązania technicznego, przy jednoczesnym uwzględnieniu kosztu inwestycji i eksploatacji ujęcia wody.

Natomiast w stanie alarmu, a zwłaszcza w warunkach kryzysu wodnego - decyzje o wyborze źródła wody i sposobu ujęcia mają często charakter jednostronny.

1.Ujęcia wód powierzchniowych - mają wielką zaletę w zakresie możliwości poboru dużych ilości wody, przy użyciu dość prostych i tanich rozwiązań technicznych. W punkcie poboru korzysta się z zasobów górnej części dorzecza, a więc zasobów regionalnych. Z tego względu ujęcia wód powierzchniowych są atrakcyjnym źródłem zasilania regionalnych systemów wodociągowych i w konsekwencji wody powierzchniowe stają się głównym źródłem zaopatrzenia dużych aglomeracji miejsko - przemysłowych.

Jednakże atrakcyjność ujęć wód powierzchniowych jest coraz częściej kwestionowana ze względów sanitarnych. Główną wadą ujęć wód powierzchniowych jest bowiem potencjalne lub realne zagrożenie jakości wód i trudności w zapewnieniu ochrony ujęcia przed zanieczyszczeniem. Wadą jest również duża zmienność takich cech jakościowych, jak temperatura, mętność, zawiesina a także duże wahania ilościowe, jeśli wziąć pod uwagę stany ekstremalne  -  powodzi i suszy. Do ujemnych cech ujęć wód powierzchniowych należy ponadto zaliczyć wysokie koszty, wynikające przede wszystkim ze stosowania coraz bardziej złożonych procesów technologicznych uzdatniania wody oraz konieczności wyznaczania rozległych stref ochrony sanitarnej.

Z badań ekonomicznych przeprowadzonych w Stanach Zjednoczonych [4] wynika, że zarówno koszty budowy, jak też koszty eksploatacji ujęć wód powierzchniowych są kilkakrotnie wyższe od kosztów ujęć wód podziemnych. Egzystencja ujęć wód powierzchniowych jest przy tym uzależniona od stopnia zanieczyszczenia wód i efektywności technologii uzdatniania. Przy wzrastającym chemicznym zanieczyszczeniu wód, tradycyjne metody uzdatniania stają się bowiem niewystarczające.

2.Zalety i wady ujęć wód podziemnych kształtują się na zasadzie przeciwieństwa do ujęć wód powierzchniowych. Zaletą ujęć wód podziemnych jest naturalna ochrona przed zanieczyszczeniem i w dużej mierze wysokie parametry jakościowe wody. Ochrona naturalna nie ma oczywiście charakteru absolutnego i wymagana jest eliminacja potencjalnych ognisk zanieczyszczenia z obszaru zasilania tych ujęć. Dość powszechny problem, związany z zawartością związków żelaza i manganu w wodach podziemnych, może być rozwiązany metodą napowietrzania wody w warstwie wodonośnej. Natomiast podstawową wadą ujęć wód podziemnych jest ograniczoność zasobów dyspozycyjnych oraz trudności techniczne w eksploatacji, spowodowane procesami korozji lub kolmatacji filtrów studziennych.

3.Pośrednią pozycję zajmują ujęcia infiltracyjne, w tym także ujęcia sztucznej wody gruntowej. W okresie szczytowym ich rozwoju, na początku obecnego stulecia, w warunkach niezanieczyszczonych chemicznie rzek, ujęcia tego typu posiadały zalety ujęć wód powierzchniowych i podziemnych. Obecnie, wraz z zanieczyszczeniem wód powierzchniowych, atrakcyjność tych ujęć maleje, a nawet zagrożona jest ich egzystencja.

Wyniki badań IKŚ [2, 3], przeprowadzonych na jednym z ujęć wykazały bowiem, że zanieczyszczenia chemiczne rozpuszczone w wodzie rzecznej nie są w wystarczającym stopniu zatrzymane w procesie infiltracji przez ośrodek gruntowy.

Przykładowo -  wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (WWA), występujące w wodzie powierzchniowej w ilości do 0,7 ug/dm3 - redukowane są tylko w około 50 procentach, a detergenty występujące w stężeniu do 1 mg/dm3 -  przechodzą prawie w całości.

W tej sytuacji ponownie nabierają znaczenia zasoby wód podziemnych z głębszych struktur hydrogeologicznych i izolowanych od powierzchni terenu. A ponieważ zasoby te są ograniczone i nie wystarczado całkowitego zaopatrzenia, winny być one rezerwowane tylko na potrzeby konsumpcyjne ludności, zgodnie zresztą z Ustawą Sejmową o Prawie Wodnym. Tendencje do poszukiwania rezerw wód podziemnych w strukturach o znaczeniu regionalnym obserwuje się w krajach Europy Zachodniej już od końca lat pięćdziesiątych.

Konieczność podjęcia różnego rodzaju poszukiwań narzuca także zaczynający się deficyt wody i zapowiedź ostrego kryzysu w gospodarce wodnej po roku 1990. Ilustrację powyższej tezy stanowi wskaźnik wykorzystania zasobów wodnych w kraju, określający procentowy udział wód użytkowych w stosunku do odpływu całkowitego w roku średnio - mokrym, który określa się na 57,3 km3 [6].

Jeśli w roku 1950 wskaźnik ten wynosił 3,5 %, w roku 1960 - 9,8%, a w roku 1970 wzrósł do 17,6%, to na rok 1980 przewiduje się jego wzrost do ok. 35 %, a prognoza na rok 1990 określa wskaźnik wykorzystania zasobów na ok. 65%. Sytuacja ta staje się jeszcze bardziej wyraźna, jeżeli jako podstawę do obliczeń prognostycznych przyjmie się zasoby wodne roku suchego, tj. 30 km3. Wówczas wskaźnik wykorzystania zasobów dla roku 1980 wyniesie ponad 66%, a dla roku 1990 przekroczy 100%.

Trudności z zaopatrzeniem w wodę potęgowane są jeszcze przez brak oszczędności w jej użytkowaniu. Wskazują na to wysokie jednostkowe wskaźniki zużycia wody. Według A.S. Kleczkowskiego [6] wskaźnik zużycia wody w Polsce w roku 1972 wynosił 1040 l/d . M; natomiast w rozwiniętym kraju przemysłowym, jakim jest RFN, wskaźnik ten w Iatach 1969 - 70 wynosił tylko 685 l/d . M.

Przykład jednego z wodociągów */

Do lat dwudziestych źródłem zasilania tego wodociągu były studnie, usytuowane na peryferiach miasta. Następnie, w związku z rozwojem miasta i zwiększonym zapotrzebowaniem, zbudowane zostało ujęcie sztucznej wody gruntowej, o zdolności produkcyjnej 100 tys. m3/d. Źródło zasilania ujęcia stanowi rzeka, z której woda jest przepompowywana do stawów infiltracyjnych. Studnie wiercone pozostały tylko jako źródło awaryjne.

W latach sześćdziesiątych, przewidując wzrost zapotrzebowania wody, przystąpiono do budowy nowego ujęcia w dolinie rzeki, w odległości ok. 30 km od miasta. Źródłem zasilania są wody pradolinne, w znacznyrn stopniu uzupełniane wodą infiltrującą z rzeki.

Aktualna koncepcja perspektywicznego rozwoju ujęć wody zakłada rozbudowę ujęcia infiltracyjnego w oparciu o zasoby rzeki, w granicach 1/4 dyspozycyjnego przepływu w rzece, który w przekroju wodowskazowym miasta określony został na 2,4 mln. m3/d.

Alternatywną koncepcję wyboru źródeł zaopatrzenia w wodę opracowano w IKŚ w Poznaniu [5], na podstawie regionalnego rozpoznania wód podziemnych oraz badań modelowych. W koncepcji tej zakłada się:

Koncepcja rozdzielczego systemu dystrybucji wody koliduje z tradycyjnym systemem wodociągu, rozprowadzającego wodę dla wszystkich odbiorców, niezależnie od celu jej przeznaczenia. Wymaga więc nowego spojrzenia na problem ujęcia i dystrybucji wody, zarówno od strony technicznej, jak też ekonomicznej.

Wnioski

1. Ze względu na postępującą degradację środowiska, wśród kryteriów wyboru źródeł zasilania systemów wodociągowych, obok technicznych i ekonomicznych, coraz większą rolę zaczynają odgrywać kryteria sanitarne.

2. Poszukiwanie odleglejszych źródeł wody, po wyczerpaniu się lub zanieczyszczeniu zasobów lokalnych jest dyskusyjne, w związku z zarysowującym się ogólnym deficytem wody.

3. W warunkach niezanieczyszczonego środowiska, ujęcia wód powierzchniowych, a szczególnie ujęcia infiltracyjne były atrakcyjnym źródłem zasilania systemów wodociqgowych, z uwagi na możliwość poboru punktowego dużych ilości wody. W warunkach wzrastającego zanieczyszczenia chemicznego wód, funkcjowanie tego typu ujęć staje się problematyczne.

4. W związku z zanieczyszczeniem wód powierzchniowych szczególnego znaczenia nabierają ujęcia wód podziemnych jako źródło zaopatrzenia ludności w wodę. Zasoby wód podziemnych, zwłaszcza głębszych struktur hydrogeologicznych, winny podlegać racjonalnemu zagospodarowaniu, wyłącznie na cele konsumpcyjne ludności.

5. Ograniczoność dyspozycyjnych zasobów wody, odpowiadających wymaganiom sanitarnym dla wody pitnej narzuca konieczność wprowadzania rozdzielczego systemu dystrybucji wody, odrębnego dla wody pitnej i odrębnego dla wody gospodarczej. Z uwagi na zagrożenie zdrowia społeczeństwa, kryteria sanitarne winny uzyskać priorytet nad względami techniczno-ekonomicznymi.

Bibliografia

1. Błaszyk T., Górski J.: Odżelazianie i odmanganianie wody podziemnej w warstwie wodonośnej. Sympozjum nt. "Metody ujmowania wód podziemnych", Częstochowa, 22 - 24.X.1 979 r.

2. Błażejewski M., Ilecki W., Jaskowski J., Wójcicka J.: Badania nad infiltracją jako elementem składowym procesu uzdatniania wody. Praca nauk.--bad. 1KŚ, Poznań, 1977 r.

3. Błażejewski M.: Eliminacja mikrozanieczyszczeń w procesie sztucznej infiltracji wody (w druku).

4. Howard J.F.: The cost of ground water versus surface water, Water Well. J. No 8, 1974.

5. Kaźmierczak - Wijura Z., Pawuła A.: Koncepcja optymal nego zagospodarowania zasobów wód podziemnych województwa poznańskiego, z zastosowaniem metody modelowania cyfrowego. Praca nauk. - bad. 1KŚ, Poznań, 1977 r.

6.    Kleczkowski A.S.: Problemy ochrony zasobów wód lądowych. Ochrona i kształtowanie środowiska przyrodniczego. Zakład Ochrony Przyrody PAN, 1978 r.


*/ przykład odnosi się do wodociągów poznańskich; obszerniejsza charakterystyka w artykule pt. "Historyczne i sozologiczne aspekty ekploatacji komunalnych ujęć wody miasta Poznania" oraz w ekspertyzie pt. "Opinia w sprawie jakości wody w miejskiej sieci wodociągowej i źródeł zaopatrzenia Poznania w wodę do picia"

Powrót do strony www: http://main.amu.edu.pl/~pawula

Adres do korespondencji: pawula@main.amu.edu.pl