HISTORYCZNE I SOZOLOGICZNE ASPEKTY EKSPLOATACJI

KOMUNALNYCH UJĘĆ WODY m. POZNANIA

Andrzej Pawuła, Uniwersytet im. A. Mickiewicza, Instytut Geologii

Materiały IV Konferencji Sozologicznej: Problemy ujmowania i ochrony wód podziemnych.

Polskie Towarzystwo Geologiczne, Oddział w Poznaniu i Instytut Geologii UAM, Poznań, 18.11.1993.

    Na początku XX wieku miasto było zaopatrywane w wodę w ilości 6 tys.m3/d z  ujęcia na ówczesnych Winiarach (południowe stoki cytadeli) oraz z ujęcia na Sołaczu, o  wydajności 600 m3/d. W roku 1906 rozpoczęto budowę ujęcia wody w dolinie Warty, na obszarze Dębiny. Wykonano wówczas 20 studzien, usytuowanych w linii prostopadłej do rzeki. W roku 1921, gdy ujęcie dębińskie zostało powiększone o następne 50 studni, zlokalizowanych na odcinku 1250 m wdłuż brzegu rzeki, wydajność jego wynosiła ogólnie 20 tys.m3/d. że studzien nad brzegiem Warty uzyskano początkowo wydajność 16 tys.m3/d, jednak szybko ta wydajność zaczeła spadać. Przyczyną była nadmierna prękość filtracji, co prowadziło do kolmatacji dna rzeki [Matakiewicz, 1923]. Określono wtedy wydajność eksploatacyjną dla jednego kilometra długości ujęcia infiltracyjnego w Dębinie na 8 tys. m3/d. W obliczeniach przyjęto wydajność 1 m3/d na 1 m2 powierzchni filtracji w strefie zasilania od strony rzeki, co przy przeciętnej miąższości warstwy wodonośnej 8 m i długości linii ujęcia 1250 m dawało 10 tys. m3/d. Biorąc pod uwagę przewidywany, w perspektywie 20 lat, wzrost zapotrzebowania wody do 50 tys.m3/d, stwierdzono potrzebę budowy dodatkowego ujęcia o wydajności 24 tys.m3/d. W  poszukiwaniu dodatkowego źródła wody dla miasta rozważane było ujęcie wody z  utworów trzeciorzędowych. Napotkanie jednak w niektórych wierceniach mioceńskich wody zabarwionej huminami, odstręczało od tego projektu. Rozważana była również koncepcja ujęcia wody z jeziora Kiekrz, odrzucona jednakże że względów higienicznych a  także że względu na wysokie koszty wykupu gruntu, niezbędnego dla założenia strefy ochronnej wokół jeziora. Wybrano ostatecznie koncepcję rozbudowy ujęcia infiltracyjnego na obszarze Dębiny, poprzez budowę stawów infiltracyjnych i równoległych do nich linii studzien. Projekt ujęcia "sztucznej wody gruntowej" w Dębinie, opracowany przez dyrektora wodociagu poznańskiego inż. Antoniego Kotowicza, został w maju 1923 r. oceniony pozytywnie przez zaproszonych ekspertów: profesora Politechniki Lwowskiej dr inż. M. Matakiewicza oraz dr inż. G. Thiema z Lipska [6].

    Koncepcja ujęcia sztucznej wody gruntowej zakładała, że woda rzeczna w procesie filtracji gruntowej może nabyć własności naturalnej wody podziemnej. Oczekiwana zmiana własności wody dotyczyla usunięcia zawiesiny, polepszenia smaku i zapachu, dezaktywacji mikroorganizmów oraz stabilizacji temperatury wody. Na podstawie wcześniejszych doświadczeń nad filtracją gruntową wody rzecznej ustalono, że do  oczyszczenia bakteriologicznego wystarcza 20 metrowa droga filtracji, natomiast do ustalenia się temperatury wody - odleglość 75 m. Ponieważ w tamtym okresie woda rzeczna nie zawierała zanieczyszczeń chemicznych, kryterium oceny jakości ujmowanej wody ograniczało się do własności fizycznych i bakteriologicznych.

    Ujęcie sztucznej wody gruntowej w Dębinie składało się początkowo z linii studzien wzdluż brzegu Warty (3,6 km) oraz drugiej linii studzien między dwoma ciągami stawów infiltracyjnych (długość czynnych brzegów 5,6 km). Przyjmując moduł infiltracji brzegowej 8.000 m3/d.km oraz długość czynnej strefy zasilania, M. Matakiewicz [6] obliczył wydajność ujęcia na 73.600 m3/d. Dla uzyskania efektu uzdatnienia wody rzecznej w warunkach gruntowych założono odległość 75 m między brzegiem stawu i linią studzien pionowych, co odpowiada 30 dniowemu okresowi filtracji gruntowej. Po wybudowaniu w latach 60-tych dodatkowego ciągu stawów oraz trzeciej linii studzien wydajność ujęcia wzrosła do 100.000 m3/d. Podejmowane następnie próby zwiększenia wydajności ujęcia, przez tworzenie rozlewisk między stawami i linią studzien, nie przyniosły oczekiwanego rezultatu. W latach 70-tych pojawił się wszakże projekt racjonalizatorski, przedstawiony przez inż. A. Maruniewicza i dr E. Kostrzewę, przebudowy stawów infiltracyjnych na filtry powolne i rezygnacji ze studni pionowych. W  celu uzyskania większych wydajności zamierzano zainstalować, na głębokości ok.1 m pod dnem stawów, dreny poziome i ograniczyć drogę filtracji do kilkudziesięcio centymetrowej warstwy piasku. Projekt powyższy uwzględniał jedynie aspekt oczyszczania wody z zawiesiny i jako nieracjonalny został odrzucony. Koncepcja ujęcia sztucznej wody gruntowej, korzystna ze względów ekonomicznych i słuszna dla warunków nieskażonego środowiska, wymaga krytycznej rewizji jeśli pojawiły się w zasilającej wodzie zanieczyszczenia chemiczne. Jak wykazują bowiem współczesne badania, zanieczyszczenia chemiczne w warstwie wodonośnej tylko częściowo ulegają przemianom strukturalnym lub sorpcji i kryterium bakteriologiczne jest niewystarczające. W strefie infiltracji brzegowej, takie zanieczyszczenia jak wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (WWA) ulegają tylko częściowej eliminacji a inne zanieczyszczenia jak detergenty lub metale ciężkie (np.Cr 6+ ) migrują bez przeszkód. Jak stąd wynika, wobec zanieczyszczenia wody rzecznej substancjami chemicznymi, istnieje konieczność zaostrzenia kryteriów higienicznych dla ujęć wody, w stosunku do tych z lat 20-tych. Dla ochrony ujęcia wody w Dębinie nie wystarcza więc, przy obecnym stanie zanieczyszczenia rzeki, 75 metrowa strefa filtracji między stawem i studniami. Dlatego też, już w latach 60-tych, należało objąć strefą ochrony sanitarnej kilkudziesięcio kilometrowy odcinek rzeki powyżej ujęcia [8,10]. Dodatkowe zabezpieczenie, przed niespodziewanym dopływem do stawów infiltracyjnych zanieczyszczonej incydentalnie wody rzecznej, w postaci przepływowego akwarium z rybami, zastosował w latach 70-tych, ówczesny kierownik ujęcia wody dr J. Jaskowski.

    Rozpoznanie hydrogeologiczne pod budowę nowego ujęcia wody dla m.Poznania, w rejonie Mosina - Krajkowo, przeprowadził w latach 1941-42 dr inż. G. Thiem [12]. Obiektem badań była struktura pradolinna na obszarze 20 km2. Dopływ wód podziemnych do "basenu mosińskiego", zasilających w warunkach naturalnych koryto Warty i Obry, określony został na 50.000 m3/d. W celu zagwarantowania czystości wody przyjęto koncepcję ujęcia liniowego o długości 8 km, równolegle do Warty, w odległości 600 - 700 m od brzegu rzeki. Odległość studzien od rzeki przyjęto tak, aby czas przepływu wody z ewentualnej infiltracji brzegowej do ujęcia trwał ponad jeden rok. W  latach 60-tych podjęte zostały dalsze prace nad udokumentowaniem zasobów wodnych rejonu Mosina - Krajkowo. Na podstawie dalszych wierceń i próbnych pompowań oraz obliczeń bilansu wodnego zlewni cząstkowej, mgr J. Szenic i mgr  J. Pleczyński [11] określili zasoby projektowanego ujęcia na 155.000 m3/d. W  roku 1968 rozpoczęto eksploatacje pierwszego etapu ujęcia o planowanej wydajności 50.000 m3/d. Pierwszy etap obejmowal 20 studni usytuowanych na odcinku 2 km, eksploatowanych systemem lewarowym. W ciągu pierwszych 2 lat eksploatacji wydajność ujęcia ustaliła się jednakże na poziomie 20.000 m3/d ( luty 1970 r.). W  celu zwiększenia wydajności ujęcia zastąpiono lewarowy system eksploatacji pompami głębinowymi, jednak tylko z częściowym efektem. Analiza materiałów dokumentacyjnych w ramach studiów nad warunkami ochrony ujęcia wody [1] wykazała niedociągnięcia, metodyczne i rachunkowe, obliczeń zasobowych. Dążenie do uzyskania pożądanej wydajności ujęcia spowodowało odejście od pierwotnej koncepcji ujęcia z  ograniczonym dopływem wody rzecznej, podjęcie decyzji o przybliżeniu linii studzien do brzegu Warty a w końcu do budowy studni typu Ranney'a, z drenami pod dnem rzeki. Próby zwiększania wydajności par force wiążą się nie tylko z dodatkowymi kosztami zmiany systemu eksploatacji, ale przede wszystkim, z obniżeniem walorów jakościowych ujmowanej wody i rezygnacją z ustalonej strefy ochrony sanitarnej ujęcia. Doraźne zwiększenie wydajności powoduje w konsekwencji powrót do ujęcia typu infiltracyjnego i jego problemów. Dochodzą więc dodatkowe koszty i problemy związane z kolmatacją dna rzeki, rozpoznane już zresztą w roku 1923 na ujęciu w Dębinie [6].

    Pozostaje do rozwiązania problem perspektywicznego zaopatrzenia w wodę mieszkańców Poznania a także mieszkańców okolicznych gmin. W opracowaniach programowych [14] kierunkowe zapotrzebowanie wody w aglomeracji poznańskiej określa się na 1,015 mln m3/d. Zdolność produkcyjna istniejących ujęć wodociągowych m.Poznania wynosi natomiast 225 tys. m3/d, przy czym realne dostawy wody dla miasta kształtują się w granicach od 160 do 185 tys. m3/d. Oznacza to potrzebę 6-krotnego wzrostu tych dostaw lub zrewidowania koncepcji dystrybucji wody i wprowadzenia bardziej oszczędnego systemu zaopatrzenia w wodę. Wybór źródeł wody i systemu dystrybucji zależy od wielkości dyspozycyjnych zasobów wody i ich jakości.

    W dotychczasowych poszukiwaniach nowych ujęć wody dla Poznania zaznaczają się dwie tendencje, pierwsza opierająca się na zasobach wody rzecznej z  Warty i budowie ujęć infiltracyjnych, druga na poszukiwaniu ujęć wód podziemnych. Wychodząc z założenia ograniczoności zasobów wód podziemnych oraz ekonomicznej atrakcyjności ujęć wody rzecznej [9] realizowany jest aktualnie wariant konwencjonalny, zakładający intensywny rozwój ujęć opartych o zasoby wodne Warty [5]. Założono w nim eksploatację ujęcia w Mosinie z wydajnością 150 tys.m3/d, wzrost wydajności ujęcia w Dębinie do 190 tys.m3/d, wybudowanie nowego ujęcia brzegowego o wydajności 50 tys.m3/d przy ul.Bema oraz kolejnego ujęcia brzegowego w  Owińskach (170 tys.m3/d) i ujęcia infiltracyjnego w rejonie Puszczykowa (80 tys.m3/d). Uzupełnieniem tej koncepcji jest program zaopatrzenia w wodę całego regionu [2]. W  programie tym oprócz wymienionych powyżej ujęć wody rzecznej przewidziano dalsze ujęcia w dolinie Warty, koło Śremu i Obornik a także zagospodarowanie zasobów wód podziemnych wielkopolskiej doliny kopalnej. Elementami tego programu jest budowa dwóch ujęć wód podziemnych, w Gruszczynie o wydajności 9.600 m3/d i w  Swarzędzu o wydajności 3.200 m3/d. Część projektów ujęć infiltracyjnych okazała się jednak chybiona z uwagi na brak odpowiednich warunków środowiskowych a projekt znacznego zwiększenia wydajności ujęcia w Dębinie nierealny.

    Alternatywę stanowi koncepcja optymalnego zagospodarowania zasobów wód podziemnych regionu z priorytetem ich wykorzystania dla celów konsumpcyjnych. Wariant ten wymaga wprowadzenia rozdzielczego systemu dystrybucji wody, oddzielenia systemu zaopatrzenia przemysłu i rolnictwa w wodę o niższym standardzie jakościowym od systemu zaopatrzenia ludności w wodę o najwyższych parametrach jakościowych. Wobec ograniczoności zasobów wody podziemnej i zanieczyszczenia wód powierzchniowych należy przeznaczyć wody podziemne o wysokich walorach higienicznych dla zaopatrzenia ludności, hodowli zwierząt i produkcji żywności. Natomiast na potrzeby technologiczne w przemyśle oraz na nawodnienia upraw ogrodniczych i rolnych wykorzystać wody powierzchniowe rzek i zbiorników retencyjnych. Dotychczasowa praktyka jest na ogół odwrotna. Woda na potrzeby przemysłu i rolnictwa jest pobierana z rozproszonych ujęć wód podziemnych, często z piętra mioceńskiego, a  ich eksploatacja jest tak intensywna, że obserwuje się stałe obniżanie poziomu piezometrycznego. W  wyniku przeprowadzonych badań [4] stwierdzono nadmierną eksploatację wód piętra mioceńskiego, równocześnie stwierdzono niewykorzystane rezerwy zasobowe wód pietra czwartorzędowego. Wyróżniono kilkanaście perspektywicznych rejonów eksploatacji, m.in. rejon Witkowa, Czerniejewa,Wagowa, Pobiedzisk, Swarzędza, Stęszewa, Opalenicy, Nowego Tomyśla i Szamotuł. Łączne zasoby dyspozycyjne wód podziemnych na obszarze województwa poznańskiego oceniono na 0.4 mln. m3/d. Dla  porównania, dyspozycyjne zasoby wody rzecznej określa się na 1,7 do 2,4 mln. m3/d. Przy założeniu wzrostu demograficznego w aglomeracji poznańskiej do 630 tys. mieszkańcow oraz przyjmując zapotrzebowanie wody konsumpcyjnej o wysokich wymaganiach jakościowych na 0.15 m3/d.M otrzymuje się niezbędną ilość wody komunalnej w wysokości 94,5 tys.m3/d. Uwzględniając natomiast ludność całego województwa (1,4 mln.) oraz taką samą normę jednostkową wody, otrzymuje się zapotrzebowanie w wysokości 210 tys.3/d. Porównując otrzymaną wielkość zredukowanego zapotrzebowania wody (tylko na potrzeby konsumpcyjne) z zasobami dyspozycyjnymi wód podziemnych rzędu 400 tys.m3/d widać jeszcze możliwosci przeznaczenia wód o wysokich walorach higienicznych na potrzeby hodowli zwierzat i  produkcji żywności.

    W rozważaniach nad koncepcją zaopatrzenia miasta Poznania i województwa poznańskiego należy wziąć pod uwagę nie tylko relacje ilościowe ale również, a może przede wszystkim, kryterium higieniczne. Należy zdać sobie sprawę, że stopień zanieczyszczenia wody rzecznej wzrasta a ponadto mogą pojawiać się groźne dla zdrowia zanieczyszczenia incydentalne. Przykładem może być awaryjny spływ ścieków chromowych z Kalisza lub zanieczyszczenia radioaktywne wód powierzchniowych. Poziom skażenia wód powierzchniowych izotopem wodoru (tryt) w latach 60-tych, osiągnął poziom 3.000 TU [13]. Natomiast w  ostatnim okresie, po awarii elektrowni atomowej w Czernobylu, wystąpiło zagrożenie zanieczyszczenia wód izotopem cezu. W przypadku mniej niebezpiecznych zanieczyszczeń pozostaje problem skuteczności i kosztów stosowanej technologii uzdatniania wody. Uzdatnianie wody w obecnych warunkach ekonomicznych sprowadza się tylko do usuwania nadwyżek żelaza i manganu oraz chlorowania wody. Jak wykazała praktyka, metoda chlorowania stosowana dla usunięcia mikroorganizów, może być nawet w pewnych warunkach szkodliwa. Mianowicie, w przypadku obecności w wodzie azotanów i aktywnego chloru gdy tworzą się toksyczne chloraminy. Usunięcie chemicznych mikrozanieczyszczeń organicznych (WWA) wymaga bardziej złożonego i kosztownego procesu, na przykład podwójnej filtracji na złożu piaskowym i  węglu aktywnym oraz podwójnego ozonowania. Stosowanie takiej technologii dla całości produkowanej wody, niezależnie od jej przeznaczenia, jest ekonomicznie nieuzasadnione.

    Wysokie koszty uzdatniania wody dla celów pitnych skłaniają, nawet bogate kraje Europy zachodniej, do poszukiwania rozwiązań niekonwencjonalnych. Problem zaopatrzenia w wodę skomplikował się bowiem od chwili stwierdzenia zanieczyszczenia wód gruntowych na terenach wiejskich - azotanami. Dotychczasowe metody uzdatniania wody okazały się nieskuteczne. Usunięcie azotanów wymaga bowiem zastosowania wymienników jonowych. W tej sytuacji zaczął rozwijać się system dystrybucji wody butelkowanej, pochodzącej ze źródeł o gwarantowanej jakości. Cena wody butelkowanej we Francji dochodzi do 2.5 F za 1 litr i jest średnio 313 razy wyższa niż cena wody z  kranu. Mimo to według danych za rok 1989, sprzedano we  Francji 4,7 miliardy litrów wody w butelkach, co odpowiada konsumpcji 85 litrów na mieszkańca rocznie [3]. Jak dotąd cena wody wodociągowej w Poznaniu wynosi 3.600 zl/m3 a cena wody bulelkowanej kształtuje się relatywnie wyżej niż we Francji, albowiem od 4.000 do 6.000 zl za jeden litr. Oczywiście system dystrybucji wody butelkowanej jest rozwiązaniem ekstremalnym, w grę wchodzą także rozwiązania pośrednie. Wprowadzenie rozdzielczego systemu dystrybucji wody nie jest sprawa łatwą, jednak alternatywą jest brak zaufania do pitej wody wodociągowej albo nawet zagrożenie dla stanu zdrowia ludności.

Konkluzją niech więc będzie: świadomość stanu zanieczyszczenia środowiska i szczególne zagrożenie dla wód powierzchniowych; świadomość ograniczonej skuteczności i wysokich kosztów technologii uzdatniania wody; docenienie walorów zasobów wód podziemnych posiadających naturalną osłone przed zanieczyszczeniami powierzchniowymi; konieczność oszczędnego gospodarowania zasobami naturalnymi i w konsekwencji wprowadzenie rozdzielczego systemu dystrybucji wody.

Bibliografia

[1] Błaszyk T., Pawuła A., 1971: Studia nad ochroną jakości i zasobów wód podziemnych ujęcia dla m.Poznania w Mosinie. IKŚ, Poznań.

[2] Dąbrowski S., Olszewski P., Pleczyński J., Szrajber Z., 1974. Ramowy program zaopatrzenia w wodę województwa poznańskiego. BPBK, Poznań.

[3] Denis-Lempereur J., 1990: La bouteille   l'encre des eaux en bouteille. Science & Vie, Nr 872, s.86-97, Paris.

[4] Kaźmierczak-Wijura Z., Pawuła A., 1977: Koncepcja optymalnego zagospodarowania zasobów wód podziemnych województwa poznańskiego, z zastosowaniem metody modelowania cyfrowego. IKŚ, Poznań.

[5] Kostrzewa E., Maruniewicz A., Rozwadowski Z., Przybyłek J., Szenic J., Waligórski Z., 1972: Ujęcia wody dla m.Poznania do roku 2020. Program ogólny (część I). BPBK, Poznań.

[6] Matakiewicz M., 1923: Wodociąg ze sztuczną wodą gruntową i ekspertyza poznańska. Przegl.Gazowniczy i Wodociągowy, nr 6.

[7] Maruniewicz A., Szrajber Z.,1969: Projekt stref ochrony sanitarnej ujęcia wody dla m.Poznania w Mosinie. BPBK, Poznań.

[8] Pawuła A., Błaszyk T., 1968: Opinia dotycząca wyznaczenia stref ochronnych komunalnego ujęcia wody Poznań - Dębina. IGK, Poznań.

[9] Pawuła A., Błaszyk T., 1980: Kryteria wyboru źródeł zasilania systemów wodociągowych. Biul.Tech. CTK, Nr 1, s.19-22., Warszawa.

[10] Rynarzewski J., Zygmanowski F., Matylla W., 1967: Wpływ zanieczyszczeń rzeki Warty i dopływających do ujęcia wód gruntowych na jakość wody surowej wodociągów w Poznaniu. IGK, Poznań.

[11] Szenic J., 1962: Dokumentacja hydrogeologiczna ujęcia wód podziemnych z utworów czwartorzędowych w rejonie Mosiny (Szenic J., Pleczyński J., 1963: Aneks do dokumentacji). PH, Poznań.

[12] Thiem G., 1943: Bericht  ber die hydrologischen Untersuchungen s tdlich von Moschin zum Nachweis von Grundwasser f r die Versorgung der Gauhaupstadt Posen. Hydrologisches B ro - Dr Ing.G.Thiem, Leipzig.

[13] Vinogradov A.P., Devirts A.L., Dobkina E.I., 1968: The Current Tritium Contents of Natural Waters. Geochem.Intern., 5, 952-966.

[14] Zbiorowe opracowanie, 1990: Stan zaopatrzenia w wodę m.Poznania oraz program działań zmierzających do poprawy sytuacji w tym zakresie. Wydział Koordynacji Rozwoju i Polityki Ekonomicznej. Urząd Miejski w Poznaniu.

___________________________________________________

Tekst artykulu w edytorze WORD:  soz.doc
Adres do korespondencji: pawula@main.amu.edu.pl