Wody podziemne, z uwagi na dostępność i powszechność ich wykorzystania, odgrywają szczególną rolę w procesie szacowania skutków zmian klimatu w Gdańsku i jego okolicach. Bazuje na nich system zaopatrzenia miasta w wodę do picia i na potrzeby przemysłowe. Roczna produkcja wynosi około 18 mln m3, co stanowi ponad 70% całkowitej konsumpcji wody w Gdańsku. Zagrożenia dla wód podziemnych w kontekście postępujących zmian klimatycznych należy upatrywać z kilku źródeł. Przede wszystkim wzrost poziomu morza zwiększa ryzyko ingresji wód słonych do użytkowych poziomów wodonośnych. Wzrasta częstotliwość zjawisk ekstremalnych (sztormy, powodzie, nawalne opady), a wraz z nią zagrożenie zalaniem przez zanieczyszczone wody terenów ujęć i obszarów zasilania. Infiltrujące z powierzchni terenu wody zalewowe same stanowią źródło zanieczyszczenia, a także przyczyniają się do rozpuszczania i wnikania w głąb ziemi zanieczyszczeń składowanych na powierzchni terenu.
Ocenę naturalnej podatności wód podziemnych na zanieczyszczenie wykonano z wykorzystaniem zmodyfikowanej metody rangowej (indeksacji parametrów) DRASTIC, która zalecana jest przez amerykańską Agencję Ochrony Środowiska EPA i wykorzystywana w wielu krajach, m.in. w Polsce (Aller at al., 1997). Podatność rozumiana jest w tym przypadku jako naturalna właściwość systemu wodonośnego, zależna od jego wrażliwości na naturalne lub sztuczne oddziaływanie (Różkowski, 2005). Określa ona ryzyko migracji substancji zanieczyszczających z powierzchni terenu do poziomu wodonośnego. Podatność naturalna wynika wyłącznie z warunków geologicznych i hydrogeologicznych (warunki zasilania, przepływu, właściwości utworów decydujących o stopniu izolacji wód podziemnych itp.).
Metodę DRASTIC (Depth to water - głębokość do zwierciadła wody podziemnej, Recharge net - infiltracja efektywna, Aquifer media - litologia, Soil media - rodzaj gleb, Topography - topografia terenu, Impact of vadose zone - wpływ strefy aeracji, Conductivity - współczynnik filtracji warstwy wodonośnej) można wykorzystywać w przypadku gdy źródło zanieczyszczenia znajduje się na powierzchni terenu przy założeniu, że zanieczyszczenia przemieszczają się wraz z infiltrującym opadem, zgodnie z adwekcyjnym modelem transportu. Dla potrzeb Mapy metodę oceny naturalnej podatności obarczono ryzykiem wystąpienia zjawisk ekstremalnych, dodając dwa czynniki wpływające na zasięg oraz intensywność efektów zmian klimatycznych: wysokość nad poziomem morza - M (rys. 1) i odległość od linii brzegowej morza i kanałów - O. Obydwu czynnikom przypisano wysokie współczynniki wagowe: 5 i 4 (z zakresu 1-5), wskazując na ich istotną rolę w procesie migracji potencjalnych zanieczyszczeń. Wszystkim pozostałym czynnikom przyporządkowano współczynniki publikowane w literaturze (np. Krajewski, 2000). Kolejna modyfikacja, wynikająca ze specyfiki obszaru badań (aglomeracja miejsko-przemysłowa z przylegającymi terenami rolniczymi) polegała na wyeliminowaniu czynnika uwzględniającego skład mechaniczny gleb (S). Jego funkcję przejął wskaźnik infiltracji - W (zawarty w składowej infiltracja efektywna - R), który wyznaczono z uwzględnieniem mapy pokrycia terenu i mapy utworów powierzchniowych. Przyjęto, że na całym analizowanym obszarze średnia roczna suma opadów atmosferycznych wynosi 550 mm. Następnie w ramach każdego czynnika (D, W, A, T, I, C, O, M), korzystając z literatury (np. Krajewski, 2000), wyróżniono przedziały wartości i przypisano im rangę (DR, WR, itd.), czyli określoną ocenę punktową w skali od 1 do 10. Na przykład dla czynnika topografia (T) całemu obszarowi przyporządkowano rangę TR=10 - na omawianym terenie brak jest obszarów o spadkach przekraczających 2% (wydmy i nasypy antropogeniczne pominięto).
Rys. 1. Klasyfikacja obszaru badań według wysokości nad poziomem morza (czynnik M)
Ocenę podatności wód podziemnych wykonano dla pierwszego poziomu wodonośnego (PPW), rozumianego jako pierwsza od powierzchni terenu warstwa wodonośna wykazująca ciągłość na istotnym w skali mapy obszarze i miąższości przekraczającej 2 m (MhP Instrukcja, 2004). Analizie poddano tereny najbardziej narażone na skutki zmian klimatycznych: taras nadmorski i Żuławy Wiślane w granicach obszaru opracowania. Na rozpatrywanych obszarach PPW stanowi główny użytkowy poziom wodonośny (GUPW), za wyjątkiem terenów na wschód od Stoczni Gdańskiej, gdzie GUPW rozpoznano w wodonośnych utworach kredy (Uścinowicz, 1998; Prussak, 1998) a wody piętra czwartorzędowego mają charakter nieużytkowy z uwagi na podwyższone zawartości chlorków.
Ostateczną ocenę podatności wód podziemnych na zanieczyszczenie zmodyfikowaną metodą DRASTIC określa indeks podatności (P) obliczony ze wzoru (suma iloczynów wag i rang):
P = 5·DR+4·550·WR+3·AR+1·10+5·IR+3·CR+4·OR+5·MR
gdzie:
P - indeks podatności;
DR, WR, AR, IR, CR, OR, MR - rangi rozpatrywanych czynników.
Indeks podatności jest wartością względną i pozwala na ocenę naturalnej podatności wód podziemnych - im wyższa jest wartość indeksu tym większa jest podatność wód podziemnych na zanieczyszczenia. Na podstawie przedziałów wartości indeksu podatności, wyliczonego wg zmodyfikowanej metody DRASTIC, wyznaczono pięć klas podatności wód podziemnych na zanieczyszczenia: niską, średnią, wysoką, bardzo wysoką i ekstremalnie wysoką.
Przy pomocy oprogramowania GIS, posługując się opisaną metodyką, skonstruowano mapę podatności wód podziemnych na zanieczyszczenia. Poza czynnikami determinującymi naturalną podatność wód podziemnych, mapa uwzględnia także ryzyko niekorzystnych zjawisk w hydrosferze związanych ze zmianami klimatycznymi.
Skutki zmian klimatu w rejonie Gdańska
Mapa podatności wód podziemnych na zanieczyszczenia
Z analizy mapy wynika, że na obszarze tarasu nadmorskiego i Żuław Wiślanych przeważa wysoka i bardzo wysoka podatność, a w bezpośrednim sąsiedztwie Morza Bałtyckiego podatność wód podziemnych wzrasta do ekstremalnie wysokiej. Jedynie na terenach przyległych do strefy krawędziowej Pojezierza Kaszubskiego naturalna wrażliwość wód podziemnych na zanieczyszczenia przyjmuje klasę średnią i niską. Wysokie wartości indeksu podatności wynikają z lokalizacji obszaru badań (teren nizinno-depresyjny), a także warunków występowania i hydrodynamiki pierwszego poziomu wodonośnego.
Na przeważającej części tarasu nadmorskiego zwierciadło wód podziemnych ma charakter swobodny i układa się płytko pod powierzchnią terenu a parametry hydrogeologiczne warstwy wodonośnej są bardzo dobre. Właściwośc filtracyjne PPW pogarszają się jedynie w kierunku krawędzi wysoczyzny morenowej, co znajduje odzwierciedlenie na mapie podatności. Podobnie rejon Żuław Wiślanych charakteryzuje się dobrymi warunkami występowania PPW. Z uwagi na miąższy kompleks utworów organicznych, izolujących poziom wodonośny od powierzchni terenu, naturalna podatność jest nieco niższa i przyjmuje klasę wysoką. Jedynie na północ od Pruszcza Gdańskiego miąższość utworów słaboprzepuszczalnych ulega zredukowaniu, tym samym głębokość do PPW maleje, a indeks podatności wzrasta.
Dobre warunki występowania wód podziemnych na Żuławach i tarasie nadmorskim były podstawą wyznaczenia w tym rejonie głównego zbiornika wód podziemnych GZWP nr 112 "Żuławy Gdańskie" (Kordalski, 2006). W obrębie GZWP 112 zlokalizowane są największe ujęcia wód podziemnych dla Gdańska: ujęcie Lipce oraz ujęcia Czarny Dwór i Zaspa.
Niniejszy artykuł stanowi fragment opracowania pn. "Skutki zmian klimatu w rejonie Gdańska" wykonanego w ramach projektu badawczego ASTRA. Więcej informacji na temat przyczyn i skutków zmian klimatycznych a także możliwej adaptacji do tych zmian znajdziecie Państwo na stronach poświęconych projektowi ASTRA
Wykorzystane materiały:
Aller L. at al., 1987 – DRASTIC: A standardized system for evaluating groundwater pollution potential using hydrogeologic settings. U.S. EPA Report 600/2-85/018.
Dubrawski R., Zawadzka-Kahlau E. (red.), 2006 – Przyszłość ochrony brzegów morskich. Instytut Morski, Gdańsk.
Dziadziuszko Z., Jednorał T., 1996 – Zagrożenia powodziowe powodowane spiętrzeniami sztormowymi u brzegów Bałtyku i Zalewu Wiślanego. Wiadomości Instytutu Meteorologii i Gospodarki Wodnej, 19 (40), 3: 123-133.
Hilpert K., Mannke F., Schmidt-Thomé P., 2007 – Towards Climate Change Adaptation in the Baltic Sea Region. Geological Survey of Finland, Espoo.
Kordalski Z., 2006 – Mapa hydrogeologiczna Polski w skali 1:50000 pierwszy poziom wodonośny – występowanie i hydrodynamika, wraz z objaśnieniami, arkusz Pruszcz Gdański (55). Państwowy Instytut Geologiczny, Warszawa.
Krajewski I., 2000 – Metoda oceny zagrożenia jakości wód podziemnych przy pomocy systemu DRASTIC. Zeszyty Naukowe Akademii Rolniczej we Wrocławiu, 385: 217-223.
Mapa hydrogeologiczna Polski w skali 1:50000 Instrukcja, 2004 – Udostępnianie, weryfikacja, aktualizacja i rozwój. Państwowy Instytut Geologiczny, Warszawa.
Meier H.E.M., Broman B. and Kjellström E., 2004 – Simulated sea level in past and future climates of the Baltic Sea. Climate Research, 27: 59-75.
Prussak E., 1998 – Mapa hydrogeologiczna Polski w skali 1:50000 wraz z objaśnieniami, arkusze: Sobieszewo (28), Drewnica (56). Państwowy Instytut Geologiczny, Warszawa.
Prussak E., 2006 – Mapa hydrogeologiczna Polski w skali 1:50000 pierwszy poziom wodonośny – występowanie i hydrodynamika, wraz z objaśnieniami, arkusze: Sobieszewo (28), Drewnica (56). Państwowy Instytut Geologiczny, Warszawa.
Różkowski J., 2005 – Wody podziemne i zanieczyszczenia. Ekologia 5: 34-36.
Sadurski, A., Lidzbarski M., 2007 – Stan zasobów wód podziemnych, eksploatacji ujęć i zagrożeń ich zasobów eksploatacyjnych na tle gospodarowania wodami podziemnymi w Gdańsku z uwzględnieniem eksploatacji ujęcia w Straszynie . Ekspertyza.
Staudt M., Kordalski Z., Zmuda J., 2006 – Assessment of modelled sea level rise impacts in the Gdańsk Region, Poland. W: Sea Level Change Affecting the Spatial Development in the Baltic Sea Region (P. Schmidt-Thomé, ed.), Geological Survey of Finland. Special Paper 42: 121-130.
Szelewicka A., Lidzbarski M., 2006 – Mapa hydrogeologiczna Polski w skali 1:50000 pierwszy poziom wodonośny – występowanie i hydrodynamika, wraz z objaśnieniami, arkusz Gdańsk (27). Państwowy Instytut Geologiczny, Warszawa.
Uścinowicz S., 1998 – Mapa hydrogeologiczna Polski w skali 1:50000 wraz z objaśnieniami, arkusze Gdańsk (27), Pruszcz Gdański (55). Państwowy Instytut Geologiczny, Warszawa.
Wróblewski, A., 1994 – Analysis and long-term forecast of sea-levels along the Polish Baltic Sea coast. Part II. Annual mean sea-levels - forecast to the year 2100. Oceanologia, 36: 107-120.
