Gospodarka wodna

5

Niezbędne działania w zakresie ochrony zasobów wodnych w zmienionych warunkach klimatycznych

Analiza wpływu zmian klimatu na sektor „zasoby wodne i gospodarka wodna” w ramach projektu KLIMADA objęła ocenę oczekiwanych wpływów zmian klimatu na sektor (dla scenariuszy zmian klimatu dla okresu 2021-2050 i 2071-2100), wykaz proponowanych działań adaptacyjnych i obszar ich oddziaływania oraz wskaźniki monitorowania działań adaptacyjnych. Ponadto określono czynniki warunkujące prawidłowe funkcjonowanie sektora wodnego uwzględniając rozwój gospodarczy i zmiany demograficzne zgodnie ze scenariuszem makroekonomicznym, a ponadto przeprowadzono: ocenę niepewności zmian zasobów i potrzeb wodnych oraz ocenę przyszłych korzyści i zagrożeń wynikających ze zmian klimatu.

W oszacowaniach zasobów wodnych oraz hydrologicznych zjawisk ekstremalnych wykorzystano skorygowaną wiązkę scenariuszy klimatycznych, z usuniętym błędem systematycznym, udostępnionych na stronie http://klimat.icm.edu.pl w ramach serwisu klimatycznego opracowanego przez zespół M. Liszewska i inni.

 

Zmiany średniego rocznego współczynnika odpływu dla terenu całej Polski

Podstawowa miarą zasobów wodnych są odpływy średnie roczne (objętość wody odpływająca z danego obszaru w ciągu roku). Do oszacowania średniego rocznego odpływu (SSQ) zastosowano podejście uproszczone z wykorzystaniem indeksu suszy (aridity index) (Koster i Surez 1999, Arora 2001, i McMahon i inni 2011). W podejściu tym średnie roczne odpływy wyznaczane są na podstawie wyników z wiązki modeli RCM/GCM.

Wyniki uproszczonego szacowania zmian średniego rocznego odpływu na terenie Polski przez poszczególne modele klimatyczne z wiązki wskazują na różną tendencję i intensywność symulowanych zmian zarówno w skali kraju, jak i też dla poszczególnych województw. Na terenie wszystkich województw w okresie 2021-2050 symulowany jest wzrost średniej z wiązki wartości przepływu średniego z wielolecia (SSQ – jest średnią arytmetyczną ze średnich rocznych wartości przepływów poszczególnych lat okresu obserwacji). Najintensywniejsze zmiany są symulowane dla województwa zachodniopomorskiego, wynoszą one średnio, 12.02%.

W drugim okresie zmienionego klimatu (2071-2100) szacowania mediany, czyli wartości środkowej z wiązki symulacji, wskazują na różny kierunek zmian dla poszczególnych województw. Mediana z wiązki symulacji wskazuje na spadek SSQ na terenie województw: dolnośląskiego lubelskiego, małopolskiego, opolskiego podkarpackiego, śląskiego, świętokrzyskiego. Dla pozostałych województw symulowany jest niewielki wzrost wartości średniego rocznego odpływu.

Rysunek 1 Względna zmiana średniego rocznego odpływu (clim2-ref)/ref na podstawie danych z usuniętym obciążeniem

Rysunek 1. Względna zmiana średniego rocznego odpływu (clim2-ref)/ref na podstawie danych z usuniętym obciążeniem.

 

Zmiany maksymalnej średniej wysokości oraz czasu zalegania pokrywy śnieżnej dla terenu całej Polski

Na podstawie wyników symulacji ośmiu modeli oszacowano długość zalegania oraz maksymalną i średnią wysokość pokrywy śnieżnej w ciągu roku kalendarzowego. Różnice średniej liczby dni z pokrywą śnieżną pomiędzy okresami ze zmienionym klimatem (2021-2050 i 2071-2100) a okresem referencyjnym (1971-2000) dla jedenastu stacji synoptycznych mają tendencję spadkową. W okresie 2021-2050 pokrywa śnieżna będzie zalegała średnio o 28 dni krócej niż w okresie 1971-2000. Pod koniec XXI wieku pokrywa śnieżna będzie zalegała średnio tylko 37 dni w roku, czyli średnio o 51 dni krócej niż w okresie referencyjnym.

Rysunek 2 Różnica w liczbie dni z pokrywą śnieżną pomiędzy okresem zmienionego klimatu 2071-2100 a okresem referencyjnym 1971-2000.

Rysunek 2. Różnica w liczbie dni z pokrywą śnieżną pomiędzy okresem zmienionego klimatu 2071-2100 a okresem referencyjnym 1971-2000.

 

Zmiany wybranych charakterystyk hydrologicznych  dla wybranych zlewni na terenie Polski

Ocena wpływu zmian klimatu na przepływy maksymalne roczne o okresie powtarzalności raz na sto lat przeprowadzone dla dwóch wybranych zlewni (Orli i Wełny) wskazuje na spadek przepływów maksymalnych rocznych o okresie powtarzalności raz na 100 lat.

Natomiast należy się spodziewać wzrostu średniego czasu trwania niżówek i wzrostu objętości niedoboru niżówki w okresie 2021 – 2050 dla obu zlewni. Dla okresu 2070 – 2100 wyniki nie są jednoznaczne.

Wyniki oszacowań wskazują na wzrost temperatury wody we wszystkich przypadkach. W pierwszym okresie zmienionego klimatu prognozowany jest wzrost temperatury wody w grudniu oraz w miesiącach wiosennych (kwiecień, maj). Prognozowane zmiany temperatury wody dodatkowo mogą zintensyfikować już obserwowane skracanie czasu występowania pokrywy lodowej na rzekach i jeziorach. W drugim okresie zmienionego klimatu (2071 – 2100) prognozowany wzrost temperatury wody jest jeszcze bardziej intensywny.

 

Zmiany potrzeb wodnych gospodarki w skali kraju z podziałem na województwa, wraz z rozbiciem na potrzeby przemysłu, energetyki, rolnictwa i gospodarki komunalnej

Oszacowano dla okresów 2021-2050 i 2071-2100 zmiany potrzeb wodnych, w skali kraju jak i dla poszczególnych województw, z rozbiciem na potrzeby przemysłu, energetyki, rolnictwa i gospodarki komunalnej. Jako okres referencyjny dla oszacowania zmian potrzeb wodnych w tych okresach, przyjęto lata 1998-2010, dla których wielkości rocznych poborów wody na potrzeby ludności i gospodarki narodowej, zarówno dla całego kraju jaki poszczególnych województw są dostępne w opracowaniach statystycznych GUS.

Ze względu na przyjętą (zgodnie z wytycznymi Europejskiej Agencji Środowiska) czasowo-przestrzenna skalę analizy, pobory wody przez energetykę w okresie referencyjnym, jak również zmiany tych poborów w obydwu okresach prognostycznych, zostały oszacowane bez uwzględniania podziału zakładów energetycznych z punktu widzenia rodzaju ich układów chłodzenia.

W rolnictwie oceniano potrzeby  wodne całego rolnictwa bez uwzględniania szczegółowego ich podziału i w obliczeniach bilansowych zasobów i potrzeb wodnych, operuje się średnimi rocznym.

W obliczeniach bilansowych nie uwzględniano podziału źródeł wody pobieranej na cele komunalne na wody powierzchniowe i podziemne.
Prace poświęcone oszacowaniu przyszłych potrzeb wodnych ludności i gospodarki narodowej prowadzono przy wykorzystaniu opracowanego przez Instytut Badan Systemowych  modelu przystosowanego do generowania długookresowych prognoz odniesienia.

W analizach  uwzględniono trzy scenariusze społeczno-gospodarczego rozwoju Polski: LOW (scenariusz stagnacji), MEDIUM, oraz HIGH (scenariusz innowacji – osiągniecie poziomu rozwiniętych krajów Europy Zachodniej).

Projekcje przyszłych potrzeb wodnych w kolejnych latach całego okresu 2010-2100, obliczono dla czterech sektorów (przemysł, energetyka, rolnictwo, gospodarka komunalna) jako funkcję PKB oraz odpowiadających tym sektorom współczynnikom wodochłonności w przeliczeniu na jednostkę PKB (hm3/mln euro, ceny z 2010 r.). Współczynniki wodochłonności były ustalane w modelu przy uwzględnieniu zmian związanych z nadrabianiem przez Polskę opóźnień efektywności wykorzystania czynników produkcji (m.in. energia i woda), oraz z wprowadzaniem „czystych” technologii. Wartości tych współczynników były konfrontowane z wynikami studiów własnych dotyczących zmian współczynników wodochłonności w krajach Europy Zachodniej, w ostatnich 50 latach.

Analiza dynamiki zmian przyszłych potrzeb wodnych w skali całego kraju wskazuje, że do ok. 2020 roku, potrzeby te będą rosły, a następnie będą stale malały do roku 2050.  W dalszych latach potrzeby wodne ustabilizują się i nieznacznie rosną po 2070 r. Ten wynik pozwala na sformułowanie ogólnego wniosku, że szacunkowo średnie roczne potrzeby wodne gospodarki i ludności Polski w końcu XXI wieku nie będą przekraczały ich obecnych wartości, a raczej będą miały tendencję malejącą (patrz rys. 3)

Rysunek 3 POLSKA. Szacunkowe potrzeby wodne w okresach 2021-2050 i 2071-2100 – 3 scenariusze: LOW, MED. i HIGHRys.3Rysunek 3. POLSKA. Szacunkowe potrzeby wodne w okresach 2021-2050 i 2071-2100 – 3 scenariusze: LOW, MED. i HIGH.

 

Jeśli chodzi o przemysł, od końca lat 20. XXI wieku obserwuje się stały (wyraźnie szybszy niż w innych sektorach) spadek potrzeb wodnych przemysłu we wszystkich scenariuszach rozwoju. Wynika to przede wszystkim ze zmniejszania się wodochłonności produkcji przemysłowej (obecny jej poziom jest ok. dwukrotnie wyższy niż w krajach Europy Zachodniej) oraz zmian strukturalnych polskiego przemysłu. W sektorze energetycznym potrzeby wodne będą początkowo malały, głównie z powodu wycofywania starych bloków z drugiej połowy XX wieku i zastępowania ich bardziej nowoczesnymi rozwiązaniami z zamkniętym obiegiem wód chłodzących. Pomimo, że produkcja energii elektrycznej we wszystkich scenariuszach stale rośnie, w pierwszym okresie prognostycznym (2021-2050) redukcja współczynników wodochłonności decyduje o szybkim zmniejszaniu się potrzeb wodnych. W drugim okresie prognostycznym (2071-2100), następuje stabilizacja potrzeb wodnych w wyniku poprawy efektywności produkcji energii elektrycznej i szybkiej dyfuzji innowacji w produkcji i konsumpcji energii. 

Rolnictwo jest jednym z czterech sektorów, w którym średnie roczne potrzeby wodne wykazują stałą tendencję rosnącą. Obecnie polskie rolnictwo jest bardzo mało wodochłonne w porównaniu z tym sektorem w innych krajach UE o podobnych warunkach klimatycznych. Zmiany klimatu prowadzące do zmniejszenia opadów i wzrostu ewapotranspiracji powodują konieczność intensyfikacji sztucznych nawodnień rolnych, co szczególnie wyraźnie zaznacza się w drugim okresie prognostycznym (2071-2100). Ograniczenie zużycia wody w gospodarstwach domowych (zmiany technologiczne i upowszechnienie się „ekologicznego” trybu życia) oraz znaczny spadek liczby ludności implikują stałą redukcję zużycia wody w tym sektorze, osiągając wartości ok. 15-20% mniejsze niż w okresie referencyjnym.

Procedura szacowania potrzeb województw bierze pod uwagę nie tylko zmiany danego sektora w skali krajowej, lecz również tendencje zmian w poszczególnych województwach w okresie referencyjnym 1998-2010. Należy jednak podkreślić, że przedstawione tu szacunki należy traktować wyłącznie jako wysoce orientacyjne. 

Poniżej na rys. 4 przedstawiono porównanie średnich z wielolecia całkowitych wojewódzkich poborów w okresie referencyjnym z całkowitymi potrzebami wodnymi szacowanymi dla dwóch okresach zmienionego klimatu. Rysunek ten pokazuje, że w siedmiu województwach zmiany całkowitych średnich rocznych potrzeb wodnych szacowanych dla dwóch okresów zmienionego klimatu nie przekraczają podobnych potrzeb zarejestrowanych w okresie referencyjnym. Są to województwa łódzkie, małopolskie, opolskie, pomorskie, śląskie, świętokrzyskie, wielkopolskie i zachodnio-pomorskie.

Rysunek 4. Wizualizacja oszacowania procentowych względnych zmian całkowitych średnich rocznych wojewódzkich potrzeb wodnych w dwóch okresach zmienionego klimatu względem okresu referencyjnego (%)

Rysunek 4. Wizualizacja oszacowania procentowych względnych zmian całkowitych średnich rocznych wojewódzkich potrzeb wodnych w dwóch okresach zmienionego klimatu względem okresu referencyjnego (%).

 

Bilans wodny w skali kraju oraz w skali województw

Przyszłe zasoby wodne charakteryzowano w dwóch okresach prognostycznych, 2021-2050 i 2071-2100, na podstawie wiązki z modeli RCM/GCM) czterema wielkościami, opisującymi średni roczny odpływ: minimum, maksimum, wartość średnia i mediana. Podobnie dla potrzeb wodnych szacowanych dla każdego z ww. okresów prognostycznych, określono ich średnie roczne wartości dla scenariuszy LOW, MEDIUM i HIGH. Rachunki bilansowe wykonano w dwóch wariantach: (1) porównanie wartości średniej zasobów z potrzebami MEDIUM (wariant średni), oraz (2) porównanie wartości minimalnej zasobów z potrzebami HIGH (wariant pesymistyczny). W obydwu wariantach, w żadnym z dwu okresów prognostycznych, nie występują sytuacje deficytowe w skali kraju.

Natomiast analiza różnic pomiędzy prognozowanymi zasobami a prognozowanymi potrzebami w skali wojewódzkiej wskazuje na potencjalne zagrożenia niedoborami wody.

Jak wynika z  Rys. 5 (średni wariant) zarówno w pierwszym, jak i w drugim okresie zmienionego klimatu, różnica pomiędzy prognozowanymi zasobami a prognozowanymi potrzebami nie przyjmuje w żadnym z województw wartości ujemnej. Dla pierwszego podokresu sytuacja najgorzej przedstawia się w województwie mazowieckim i świętokrzyskim, gdzie potrzeby nieomal zrównują się z zasobami, a ogólna sytuacja pogorszy się w województwach opolskim, kujawsko-pomorskim i lubelskim.

Rysunek 5 Różnica pomiędzy średnimi prognozowanymi zasobami a średnimi poborami prognozowanymi w scenariuszu rozwoju gospodarczego MED – przypadek średni

Rysunek 5. Różnica pomiędzy średnimi prognozowanymi zasobami a średnimi poborami prognozowanymi w scenariuszu rozwoju gospodarczego MED – przypadek średni.

 

W scenariuszu pesymistycznym, zarówno w pierwszym jak i drugim okresie zmienionego klimatu, obserwujemy wystąpienie ujemnego bilansu wodnego dla województw: mazowieckiego, świętokrzyskiego i wielkopolskiego. Pomimo prognozowanego zmniejszenia się potrzeb wodnych w drugim okresie zmienionego klimatu, zmniejszające się jednocześnie prognozowane zasoby powodują, że deficyty są większe dla drugiego okresu zmienionego klimatu.

 

Działania adaptacyjne

Na podstawie opracowanych scenariuszy wpływu zmian klimatu na zasoby wodne oraz gospodarkę wodną zaproponowano działania adaptacyjne. Przy uwzględnieniu dotychczas prowadzonych prac nad dokumentami programowymi w obszarze gospodarki wodnej, działania zostały podzielone w cztery grupy: wykorzystujące instrumenty administracyjno-prawne, wykorzystujące instrumenty ekonomiczne, wykorzystujące perswazję moralną oraz działania techniczne.

Działania wykorzystujące instrumenty administracyjnoprawne obejmują przede wszystkim wdrożenie zasady: „użytkownik płaci” i „zanieczyszczający płaci”, doskonalenie zasady partycypacji w utrzymaniu urządzeń wodnych, poprawę mechanizmu uzależnienie otrzymania pozwolenia wodno-prawnego od dostępności zasobów i sprecyzowania warunków korzystania z wód zlewni, oraz silniejsze powiązanie z planowaniem przestrzennym.

W zakresie działań wykorzystujących instrumenty ekonomiczne są to przede wszystkim: poprawa zarządzania popytem na wodę, dostosowanie opłat za wodę do „rzadkości” wody w danym rejonie, wzmocnienie funkcji bodźcowej opłat za wodę (obecnie opłaty za pobór wody nie są istotnym elementem kosztów produkcji w jakimkolwiek sektorze gospodarczym).

Działania wykorzystujące perswazje moralną to przede wszystkim działania edukacyjne promujące oszczędzanie wody.

Wreszcie działania techniczne to między innymi: substytucja wody o wyższej jakości wodą o niższej jakości, zwiększanie „małej” i „dużej” retencji, zmiany technologiczne redukujące wodochłonność, relokacja użytkownika wód i realizacja działań przewidzianych programem wodno-środowiskowym kraju.

Jeśli chodzi o koszty działań adaptacyjnych zastosowanie instrumentów administracyjno-prawnych, jak np. poprawa efektywności umów partycypacyjnych, nie generuje znaczących stałych kosztów dla budżetu. Działania związane z instrumentami ekonomicznymi będą zmieniać rozkład obciążeń poszczególnych podmiotów gospodarczych, ale łączne obciążenie gospodarki pozostanie bez zmian.  Kluczowe znaczenie oczywiście będą miały koszty działań technicznych, ale ich określenie nie jest możliwe w rachunku zagregowanym w skali kraju czy województa i wykonanym na średnich rocznych wartościach zasobów i potrzeb.

Oprac. na podstawie ekspertyz projektu KLIMADA

Link1 Instytu Ochrony Środowiska Ministerstwo Ochrony Środowiska