Dlaczego nie każda zatrzymana woda jest korzyścią?

Retencja nie zawsze oznacza korzyść

W debacie dotyczącej gospodarowania wodą pojęcie „retencji” jest zazwyczaj przedstawiane jako jednoznacznie pozytywne. Im więcej wody zatrzymamy, tym lepiej — takie uproszczenie coraz częściej pojawia się zarówno w dyskusji publicznej, jak i przy planowaniu konkretnych inwestycji.

Tymczasem z punktu widzenia gospodarki wodnej samo zatrzymanie wody nie może być celem nadrzędnym. Retencja jest narzędziem zarządzania zasobami wodnymi, a jej zasadność powinna wynikać z celu, któremu ma służyć.

Inaczej należy oceniać retencję służącą ograniczaniu ryzyka powodziowego, inaczej retencję dla rolnictwa, ochrony ekosystemów, zasilania wód podziemnych, poprawy mikroklimatu czy zabezpieczenia zasobów wody na okres suszy. Poszczególne funkcje mogą się wzajemnie uzupełniać, ale mogą również pozostawać ze sobą w konflikcie.

Dlatego zamiast pytać wyłącznie: „ile wody możemy zretencjonować?”, powinniśmy najpierw odpowiedzieć na inne pytania:

Po co zatrzymujemy wodę, gdzie jest ona najbardziej potrzebna, komu ma służyć, jak długo możemy ją zatrzymać, jaki będzie koszt jej zgromadzenia i wykorzystania oraz jakie skutki hydrologiczne i środowiskowe spowoduje realizacja danej inwestycji?

Dopiero odpowiedzi na te pytania pozwalają odróżnić retencję efektywną od inwestycji, która jedynie zwiększa nominalną pojemność zbiorników, nie rozwiązując rzeczywistego problemu deficytu wody.

Każda decyzja dotycząca retencjonowania wody powinna wynikać z kompleksowego planu gospodarowania wodą w zlewni, uwzględniającego jej rzeczywisty bilans wodny, lokalne uwarunkowania hydrologiczne i hydrogeologiczne, potrzeby użytkowników oraz środowiskowe i gospodarcze skutki podejmowanych działań.

Niestety, obecne dokumenty planistyczne dotyczące gospodarowania wodami w Polsce nie tworzą wystarczających podstaw do podejmowania na poziomie lokalnym skoordynowanych decyzji inwestycyjnych w zakresie racjonalnej retencji, szczególnie na obszarach rolniczych wyposażonych w systemy melioracyjne. Brakuje mechanizmu, który pozwalałby przełożyć cele gospodarki wodnej w skali zlewni na konkretne działania służące przechwytywaniu, magazynowaniu i ponownemu wykorzystaniu wód odprowadzanych przez systemy melioracyjne.

Osobnym, niezwykle istotnym problemem jest ograniczona zdolność organizacyjna, finansowa i prawna spółek wodnych do realizacji tego rodzaju przedsięwzięć. W obecnych uwarunkowaniach ich sprawczość inwestycyjna jest na tyle ograniczona, że realizacja bardziej złożonych projektów retencyjnych staje się w praktyce niemożliwa.

Dlatego samo zwiększanie środków finansowych przeznaczanych na retencję nie rozwiąże problemu. Nawet największe programy dotacyjne nie będą skuteczne, jeżeli podmioty, które mogłyby realizować lokalną retencję, nie otrzymają odpowiednich kompetencji, narzędzi prawnych oraz stabilnych podstaw organizacyjnych do działania.

W przypadku spółek wodnych potrzebujemy więc nie tylko pieniędzy. Potrzebujemy przede wszystkim zmian systemowych, które umożliwią im normalne funkcjonowanie, podejmowanie decyzji inwestycyjnych i rzeczywiste uczestnictwo w gospodarowaniu wodą w zlewni.

Nie każda retencja jest taka sama

Pod pojęciem retencji kryje się wiele różnych procesów. Możemy mówić między innymi o retencji glebowej, krajobrazowej, powierzchniowej, zbiornikowej, korytowej, mokradłowej czy o retencji związanej z infiltracją i zasilaniem zasobów wód podziemnych.

Z punktu widzenia rolnictwa szczególnie istotne jest rozróżnienie pomiędzy retencją użyteczną, czyli zasobem wody możliwym do wykorzystania w okresie rzeczywistego zapotrzebowania, a samym faktem czasowego zgromadzenia określonej objętości wody.

Milion metrów sześciennych pojemności zbiornikowej nie musi oznaczać miliona metrów sześciennych dostępnej wody.

Należy uwzględnić straty wynikające z parowania, infiltracji, wymaganej pojemności martwej zbiornika, ograniczeń eksploatacyjnych, jakości wody, dostępności zasobu w okresie krytycznym oraz kosztów transportu wody do miejsca jej wykorzystania.

Dlatego podstawą projektowania systemów retencyjnych powinien być rzeczywisty bilans wodny, a nie wyłącznie nominalna pojemność projektowanych obiektów.

Retencja dla rolnictwa jest potrzebna, ale wymaga ogromnych ilości wody

Problem staje się szczególnie widoczny w przypadku rolnictwa. Zapotrzebowanie na wodę do nawodnień jest bardzo duże, ponieważ nawet niewielka dawka nawodnieniowa zastosowana na dużej powierzchni oznacza konieczność dysponowania znaczną objętością wody.

Przykładowo 1 mm opadu na powierzchni jednego hektara odpowiada około 10 m³ wody. Oznacza to, że dostarczenie zaledwie 30 mm wody na 1000 ha wymaga około 300 tys. m³ wody, nie uwzględniając strat związanych z magazynowaniem i dystrybucją.

Jeżeli taki zabieg trzeba powtórzyć kilkukrotnie w okresie wegetacyjnym, wymagane objętości szybko osiągają wartości liczone w milionach metrów sześciennych.

Pokazuje to skalę problemu. Projektując zbiornik dla potrzeb rolnictwa, nie wystarczy określić jego pojemności. Trzeba odpowiedzieć na pytanie, jaką powierzchnię upraw rzeczywiście będzie można zabezpieczyć zgromadzoną wodą i przez jaki okres.

Może bowiem powstać kosztowna infrastruktura, której zasoby podczas rzeczywistej suszy okażą się niewystarczające nawet dla niewielkiej części obszaru, dla którego została zaplanowana.

Pojemność zbiornika to dopiero początek

Każdy projekt retencji rolniczej powinien zatem uwzględniać co najmniej kilka powiązanych elementów: wielkość i zmienność zasilania, prawdopodobieństwo napełnienia zbiornika, zapotrzebowanie wodne upraw, straty na parowanie i infiltrację, jakość zgromadzonej wody oraz koszty jej dystrybucji.

Ten ostatni element jest często niedoceniany.

Woda zgromadzona w zbiorniku ma ograniczoną wartość użytkową, jeżeli jej doprowadzenie do gospodarstw wymaga budowy rozległej sieci rurociągów, przepompowni i infrastruktury energetycznej. Dlatego ekonomika retencji rolniczej powinna uwzględniać nie tylko koszt budowy zbiornika, lecz pełny koszt dostarczenia metra sześciennego wody do miejsca, w którym zostanie ona rzeczywiście wykorzystana.

Istotne jest również to, czy źródło zasilania umożliwia odnawianie zasobu. Zbiornik bez odpowiednio pewnego zasilania może mieć dużą pojemność nominalną, ale niewielką wartość użytkową.

Niewykorzystany potencjał obszarów zmeliorowanych

Jednym z obszarów, które powinny być szczególnie dokładnie analizowane pod kątem rozwoju retencji rolniczej, są tereny wyposażone w systemy melioracyjne i drenarskie.

Historycznie znaczna część systemów melioracyjnych była projektowana przede wszystkim w celu odprowadzania nadmiaru wody. Dotyczyło to zwłaszcza terenów o małej przepuszczalności gruntów, wysokim uwilgotnieniu oraz okresowym nadmiarze wody utrudniającym prowadzenie prac rolniczych.

Systemy drenarskie spełniły swoją funkcję produkcyjną, jednak w obecnych warunkach coraz większego znaczenia nabiera możliwość przejścia od jednostronnego odwadniania do regulowanego gospodarowania odpływem.

Woda odprowadzana drenami i rowami nie zawsze powinna być możliwie szybko transportowana poza zlewnię. W wielu lokalizacjach część tego odpływu można okresowo zatrzymywać w lokalnych zbiornikach, obniżeniach terenowych lub odpowiednio sterowanych systemach melioracyjnych.

Takie rozwiązanie posiada istotną przewagę: wykorzystuje wodę, która już występuje na danym obszarze jako okresowy nadmiar i która bez ingerencji zostałaby odprowadzona dalej.

Retencjonujmy przede wszystkim tam, gdzie występuje zasilanie

Lokalizacja zbiorników w obrębie systemów drenarskich może być korzystna z kilku powodów.

Po pierwsze, zbiornik może otrzymywać zasilanie z powierzchni znacznie większej niż jego własna powierzchnia. System drenarski działa w tym przypadku jako infrastruktura zbierająca okresowy nadmiar wody z części zlewni.

Po drugie, na wielu obszarach zmeliorowanych występują grunty o stosunkowo małej przepuszczalności. W sprzyjających warunkach geologicznych może to ograniczać straty infiltracyjne i zmniejszać koszt koniecznego uszczelnienia zbiornika.

Po trzecie, przechwycenie części odpływu drenarskiego ogranicza szybki odpływ wody poza lokalną zlewnię.

Powstaje w ten sposób możliwość stworzenia rozproszonego systemu małej retencji, w którym wiele niewielkich obiektów współpracuje z istniejącą siecią melioracyjną.

Nie chodzi przy tym o całkowite zatrzymanie odpływu. System musi zachować możliwość bezpiecznego odprowadzenia nadmiaru wody w okresach, w których jej ilość przekracza zdolności retencyjne terenu.

Zbiornik może pełnić więcej niż jedną funkcję

Szczególnie interesujące są rozwiązania wielofunkcyjne. Lokalny zbiornik przechwytujący odpływ z systemu drenarskiego może pełnić jednocześnie kilka funkcji.

Może stanowić źródło wody dla nawodnień, spowalniać odpływ ze zlewni, zwiększać udział lokalnego parowania i ewapotranspiracji w bilansie wodnym, tworzyć siedliska wodne i wodno-błotne oraz — przy odpowiednim zaprojektowaniu — uczestniczyć we wstępnym oczyszczaniu wód odpływających z terenów rolniczych.

Jest to szczególnie istotne ze względu na możliwość występowania w odpływie rolniczym związków azotu i fosforu oraz zawiesin.

Odpowiednio zaprojektowany układ zbiornika, stref roślinności i mokradeł może zwiększać czas retencji wody oraz sprzyjać procesom sedymentacji, poboru biogenów przez roślinność i przemianom azotu.

Takie podejście pozwala spojrzeć na zbiornik nie jako na zwykły magazyn, ale jako na element systemu gospodarowania wodą w zlewni rolniczej.

Parowanie nie zawsze należy interpretować wyłącznie jako stratę

W klasycznym bilansie zbiornika parowanie jest stratą zasobu, ponieważ zmniejsza ilość wody możliwej do wykorzystania.

Z punktu widzenia lokalnego obiegu wody sytuacja jest jednak bardziej złożona.

Jeżeli alternatywą dla lokalnego zatrzymania wody jest jej szybkie odprowadzenie systemem drenarskim do cieku i dalej poza zlewnię, część wody pozostająca w lokalnym obiegu i powracająca do atmosfery poprzez parowanie oraz ewapotranspirację może wpływać na warunki mikroklimatyczne bezpośredniego otoczenia.

Nie oznacza to, że należy budować zbiorniki wyłącznie po to, aby zwiększać parowanie. Pokazuje natomiast, że ocenianie gospodarki wodnej tylko na podstawie objętości wody znajdującej się w zbiorniku może prowadzić do błędnych wniosków.

Należy analizować cały lokalny bilans wodny i drogę, którą woda przebyłaby w przypadku braku inwestycji.

Kiedy zbiornik może działać przeciwko retencji?

Szczególnej ostrożności wymagają zbiorniki wykonywane na terenach o dużej przepuszczalności gruntów oraz na obszarach, gdzie zwierciadło wód podziemnych znajduje się płytko.

Samo wykonanie zagłębienia, w którym pojawia się woda, nie oznacza automatycznie zwiększenia zasobów wodnych danego obszaru.

Jeżeli dno zbiornika przecina zwierciadło wód podziemnych, powstaje bezpośredni kontakt pomiędzy zbiornikiem a warstwą wodonośną. Otwarta powierzchnia wody zostaje następnie poddana intensywnemu parowaniu.

W określonych warunkach hydrogeologicznych może to oznaczać, że obiekt nie tyle magazynuje dodatkową wodę, ile zwiększa straty wody podziemnej poprzez parowanie z otwartego lustra wody.

W sąsiedztwie zbiornika może również dojść do lokalnej zmiany położenia zwierciadła wód podziemnych i kierunków przepływu.

Dlatego przed budową takich obiektów niezbędne jest rozpoznanie hydrogeologiczne. Trzeba ustalić między innymi położenie i sezonowe wahania zwierciadła wód podziemnych, współczynnik filtracji gruntów, kierunki przepływu, wielkość infiltracji oraz przewidywane straty na parowanie.

Bez takiej analizy trudno stwierdzić, czy projektowany zbiornik rzeczywiście zwiększy retencję użyteczną.

Dziura z wodą w ziemi nie zawsze jest retencją

W praktyce inwestycyjnej należy zatem odejść od utożsamiania każdej powierzchni wody z pozytywnym efektem retencyjnym.

Zbiornik powinien być oceniany poprzez zmianę bilansu wodnego, którą powoduje.

Jeżeli dzięki niemu zatrzymujemy wodę, która w przeciwnym razie szybko opuściłaby zlewnię, a następnie możemy ją wykorzystać w okresie niedoboru — uzyskujemy rzeczywistą wartość retencyjną.

Jeżeli natomiast wykonujemy zagłębienie przecinające zwierciadło wód podziemnych, zwiększamy powierzchnię swobodnego lustra wody i w konsekwencji zwiększamy parowanie zasobów, które wcześniej pozostawały w gruncie, efekt może być odwrotny od zamierzonego.

Nie każda woda widoczna na powierzchni jest nowym zasobem.

To jedno z najważniejszych rozróżnień, jakie powinno towarzyszyć planowaniu retencji.

Najpierw bilans wodny, później inwestycja

Zanim zapadnie decyzja o budowie zbiornika retencyjnego, należy odpowiedzieć na podstawowe pytanie: skąd fizycznie będzie pochodziła woda, która ma go napełniać?

Następnie trzeba ustalić:

• ile wody rzeczywiście można przechwycić w roku przeciętnym, suchym i mokrym,
• kiedy występuje nadmiar umożliwiający napełnienie zbiornika,
• jak duże będzie zapotrzebowanie w okresie deficytu,
• ile wody zostanie utracone wskutek parowania, infiltracji i eksploatacji,
• jaka część zgromadzonego zasobu będzie rzeczywiście dyspozycyjna,
• ile będzie kosztowało zgromadzenie i dostarczenie 1 m³ wody do użytkownika,
• jakie będą skutki dla wód powierzchniowych i podziemnych,
• czy istnieje tańszy sposób osiągnięcia tego samego efektu.

Dopiero na tej podstawie można określić rzeczywistą efektywność inwestycji.

Retencję należy planować według hierarchii korzyści

Polityka retencyjna nie powinna polegać na maksymalizacji liczby zbiorników ani ich łącznej pojemności. Środki finansowe, przestrzeń i zasoby wodne są ograniczone, dlatego potrzebna jest hierarchizacja przedsięwzięć retencyjnych.

W pierwszej kolejności powinny być realizowane działania, które przy możliwie niskich kosztach przynoszą największą łączną korzyść i jednocześnie powodują najmniejsze negatywne skutki środowiskowe.

W rolnictwie szczególnie interesujące mogą być zatem miejsca, w których jednocześnie występują:

okresowy nadmiar wody, istniejąca infrastruktura odwadniająca, odpowiednie warunki gruntowe, możliwość przechwycenia odpływu, zapotrzebowanie na wodę w późniejszej części sezonu oraz możliwość wykorzystania zbiornika do dodatkowych funkcji środowiskowych.

W takich lokalizacjach zamiast budować system retencyjny od podstaw można częściowo przekształcić istniejący system odwadniający w system regulowanego obiegu wody.

Od melioracji odwadniających do melioracji regulowanych

W tym kierunku powinna ewoluować również filozofia gospodarowania wodą na terenach rolniczych.

Historyczne pytanie brzmiało:

Jak szybko odprowadzić nadmiar wody z pola?

Współczesne powinno brzmieć:

Jak regulować wodę w taki sposób, aby odprowadzić ją wtedy, gdy rzeczywiście występuje jej nadmiar, ale zatrzymać możliwie dużą jej część wtedy, gdy może być potrzebna później?

Oznacza to przejście od melioracji rozumianej głównie jako odwodnienie do melioracji regulowanej, wykorzystującej między innymi sterowanie odpływem drenarskim, zastawki, lokalne zbiorniki, mokradła, retencję glebową oraz — tam, gdzie pozwalają na to warunki — ponowne wykorzystanie zgromadzonej wody.

Nie oznacza to likwidacji odwodnienia. Na gruntach ciężkich nadal jest ono niezbędne do prowadzenia produkcji rolniczej. Chodzi o zmianę sposobu zarządzania systemem: z możliwie szybkiego odprowadzania wody na **kontrolowanie momentu