Projekt EH-REK pt.: „Ekohydrologiczna rekultywacja zbiorników rekreacyjnych w Arturówku” (Łódź) jako modelowe podejście do rekultywacji zbiorników miejskich” (LIFE08 ENV/PL/000517) finansowany z programu LIFE+ realizowany był Łodzi w Arturówku w latach 2010-2015.

W dniu 24 maja 2018 r. podczas Europejskiego Zielonego Tygodnia – największego wydarzenia środowiskowego w Europie – komisarz Karmenu Vella ogłosił zwycięzców nagród LIFE Awards 2016 i 2017. Spośród 62 finalistów projekt EH-REK otrzymał tytuł „Najlepszy projekt LIFE”. Nagrody LIFE Awards wyróżniają najbardziej innowacyjne, inspirujące i efektywne projekty LIFE w dziedzinie ochrony przyrody, środowiska i działań na rzecz klimatu. Stosowane na szeroką skalę mogą mieć bardzo pozytywny wpływ na środowisko, pobudzając wzrost gospodarczy i zapewniając znaczne korzyści obywatelom Europy.

Fot. 1. Przedstawiciele projektu EH-REK – Prof.. dr hab. Maciej Zalewski i dr Tomasz Jurczak odbierają z rąk komisarza Karmenu Vella prestiżową nagrodę „Best of the best” (https://cinea.ec.europa.eu/news/eu-awards-best-life-projects-nature-envi...)

Zbiorniki w Arturówku są jednym z najważniejszych obszarów rekreacji dla mieszkańców Łodzi. Podobnie jak większość wód na terenach zurbanizowanych, znajdują się one pod znacznym wpływem oddziaływań antropogenicznych, negatywnie oddziałujących na jakość wody, a tym samym ograniczających użyteczność tego obszaru. Podejmowane w przeszłości działania dla poprawy tego stanu nie przynosiły oczekiwanych wyników. Dlatego koniecznym było podjęcie działań ograniczenie dopływu zanieczyszczeń do tych zbiorników, co umożliwiłoby ich rekreacyjne wykorzystywanie.

Projekt proponował innowacyjne podejście w zakresie: 1) skonsolidowania wiedzy dotyczącej funkcjonowania wodnych ekosystemów miejskich, 2) metod planowania i podejmowania decyzji w zarządzaniu ekosystemami wodnymi na terenach miejskich, 3) opracowania i zastosowania technologii ekohydrologicznych i ich synergii dla osiągnięcia celów wyznaczonych przez dyrektywy europejskie (Dyrektywa 2006/7/WE dotycząca zarządzania jakością wody w kąpieliskach, Ramowa Dyrektywa Wodna 2000/60/WE) oraz 4) systemu szkoleń, rozpowszechnienia wiedzy i współpracy w oparciu o współdziałanie w ramach platformy interesariuszy. Działania te miały przyczynić się do poprawy jakości wód w zbiornikach rekreacyjnych znajdujących się w Łodzi w Arturówku oraz zredukować problem corocznie pojawiających się sinic.

Projekt podzielono na pięć etapów. W latach 2010-2011 w ramach projektu realizowane były działania polegające na identyfikacji źródeł zanieczyszczeń w postaci analizy zagrożeń i szans, a także ocenie bilansu zanieczyszczeń dopływających i odpływających ze zbiorników w Arturówku. Na ich podstawie opracowano model matematyczny, który posłużył do opracowania w roku 2012 koncepcji rekultywacji zbiorników, według której zrealizowano projekty techniczne, wykonano stosowne uzgodnienia i uzyskano wymagane pozwolenia. Zgromadzona dokumentacja pozwoliła na realizację prac inwestycyjnych trwających w okresie od stycznia do czerwca 2013 r. Prace inwestycyjne mające na celu poprawę jakości rzeki Bzury i wyeliminowanie pojawiających się w zbiornikach w „Arturówku” sinic obejmowały zarówno typowe działania rekultywacyjne związane głównie z odmuleniem trzech zbiorników rekreacyjnych Arturówek dolny (AD), Arturówek środek (AŚ) i Arturówek górny (AG) oraz dwóch spośród 17 zbiorników małej retencji (Bzura-7 i Bzura-17), wymianą wody i biomanipulacją. Ponadto, skonstruowano innowacyjne systemy ograniczające dopływ zanieczyszczeń wprowadzanych do zbiorników z terenów miejskich rzeką oraz dopływami wód burzowych. Z kolei optymalizacja ich działania przeprowadzona w roku 2014, jako kolejny etap projektu, zwiększyła skuteczność oczyszczania wody. Wykonane inwestycje miały na celu przywrócenie stanu pierwotnego zdegradowanym ekosystemom wodnym oraz ograniczenie dopływu zanieczyszczeń w przyszłości. Ostatnim elementem projektu była realizacja szkoleń dla uczniów, studentów, nauczycieli i trenerów oraz samorządowców, decydentów i instytucji monitorujących stan wód w oparciu o zastosowane w projekcie rozwiązania.

Nowatorstwo rozwiązań proponowanych w ramach projektu EH-REK wiąże się z zastosowaniem technologii łączących wiedzę z zakresu biologii, hydrologii i inżynierii wodnej (Jurczak i in. 2018a). Istotą tych innowacyjnych metod jest wykorzystanie własności ekosystemów jako narzędzia do poprawy stanu środowiska i budowania zrównoważonego rozwoju. Tego typu rozwiązania noszą nazwę ekohydrologii (Zalewski 2000, Zalewski 2015). W myśl tej koncepcji, infrastruktura hydrotechniczna pozwala na sterowanie parametrami hydrologicznymi rzeki czy zbiornika, kontrolując jakość ich wody. Z kolei modyfikowanie elementów biologicznych w systemie pozwala na zmianę – i w ten sposób zarządzanie – obiegiem wody. Takie podejście nie jest powszechnie stosowane w obszarach zurbanizowanych, gdzie tradycyjnie korzysta się jedynie z rozwiązań inżynierskich, w których możliwości sterowania cyklami naturalnymi są silnie ograniczone z uwagi na ogromny wpływ człowieka na środowisko.

Rys. 1. Sekwencyjny system sedymentacyjno-biofiltracyjny (SSSB) skonstruowany w czaszy akwenu w miejscu dopływu rzeki Bzury do zbiornika Bzura-7 (A), Bzura-17 (B) i zbiornika Arturówek górny (C) (fot. T. Jurczak) oraz prototyp tego systemu zainstalowany na lewym brzegu rzeki Sokołówki do retencjonowania i podczyszczania wód burzowych (D) (fot. S. Szklarek).

Integracja metod hydrologicznych i biologicznych może skutecznie ograniczać dopływ zanieczyszczeń do zbiorników wodnych i redukować problem występowania sinicowych, toksycznych zakwitów wody. Przykładem takiego połączenia są zastosowane w zbiorniku Arturówek górny oraz w zbiornikach Bzura-7 i Bzura-17 sekwencyjne systemy sedymentacyjno-biofiltracyjne (SSSB) (Rys. 1). Prototyp tego systemu wdrożono w projekcie SWITCH w latach 2006-2011 w Łodzi na rzece Sokołówce (Szklarek i in. 2018).

Zastosowany w Arturówku SSSB, umieszczony w czaszy zbiornika w miejscu dopływu rzeki jest podejściem wykorzystującym stosowany w oczyszczalniach sekwencyjny proces oczyszczania wód (strefa sedymentacji, strefa adsorpcji zanieczyszczeń w strukturach geochemicznych oraz strefa asymilacji zanieczyszczeń w strukturach roślin) i nie wymagającym zajmowania dodatkowej powierzchni. Jego wydajność można poprawić poprzez zastosowanie struktur wspierających proces sedymentacji i obniżających prędkość przepływu dopływającej wody. Właściwe zarządzanie tą strefą, w tym regularne monitorowanie i usuwanie nadmiaru osadów, zapewni większą wydajność i wydłuży czas pracy systemu. Skuteczność takiego systemu w usuwaniu zanieczyszczeń oszacowano na podstawie badań monitoringowych prowadzonych w roku 2014 w zbiorniku Arturówek górny (Rys. 1c), gdzie uzyskano redukcję zawiesiny dopływającej rzeką do zbiornika rzędu 90%. Jednocześnie osiągnięto redukcję całkowitych form azotu i fosforu rzędu 57%, a form jonowych (NO3-, NO2-PO43-, NH4+) tych związków od 49 do 91,3% (Jurczak i in. 2019b). Opracowany system może być modyfikowany w zależności od wielkości i rodzaju dopływu zanieczyszczeń oraz morfologii i charakterystyki hydrologicznej zbiornika.

Tego typu systemy mogą być doposażone w podziemne separatory i osadniki odpowiedzialne za wstępne podczyszczanie wód obciążonych szczególnie uciążliwymi zanieczyszczeniami odprowadzanymi z ulic i parkingów (np. smary czy paliwa z pojazdów mechanicznych). Tak wzbogacone systemy (Rys. 2), noszące nazwy systemów hybrydowych, charakteryzują się znacznie wyższą skutecznością w usuwaniu zawiesiny (dochodzącą nawet do 98,6%) i substancji biogenicznych od 40% do 97,5% (Jurczak i in. 2019b; Jurczak i in. 2018a). 

Rozwiązania te, ze względu na umiejscowienie elementów technicznych pod ziemią, nie są widoczne i nie szpecą krajobrazu. Przykład takiego systemu wdrożono poniżej ulicy Wycieczkowej w Łodzi do retencjonowania i oczyszczania wód deszczowych odprowadzanych do rzeki z ulicy, chodnika i parkingu. Dodatkowo zastosowane w tym systemie hybrydowym rozwiązanie w postaci szandoru szczelinowego w sposób bezobsługowy poprawia zdolność retencyjną zbiornika do gromadzenia napływającej wody opadowej utrzymując stały przepływ w rzece poniżej systemu. System ten łagodzi występujące w rzece w trakcie nawalnych opadów intensywne przepływy, tym samym zwiększając sedymentację materii transportowanej wraz z wodami opadowymi, przyczyniając się do ich podczyszczania. Przeprowadzone badania wykazały, iż system hybrydowy służący do podczyszczania i retencjonowania wód opadowych odprowadzanych z ulicy Wycieczkowej do rzeki Bzury skutecznie redukuje fale wezbraniowe dla opadów nie przekraczających 9 mm (Jurczak i in. 2018a). Ograniczenie to spowodowane jest jedynie określoną wielkością systemu demonstracyjnego, który nie pozwala na całkowite zretencjonowanie wód przy wyższych opadach. 

Z kolei wykorzystanie roślinności wodnej zarówno w systemach hybrydowych jak SSSB, oprócz redukcji substancji biogenicznych dostających się do zbiorników, ma również pozytywny wpływ na inne aspekty funkcjonowania tych akwenów tworząc np.: miejsca siedliskowe (kryjówki, miejsca żerowania i rozrodu) dla różnych gatunków ptaków, ryb i bezkręgowców, w tym poprawiających jakość wody w zbiornikach zooplanktonowych filtratorów, podtrzymując bioróżnorodność w zbiorniku i jego otoczeniu oraz poprawiając estetykę zbiorników jako miejsc rekreacji.

Rys. 2. System hybrydowy zainstalowany w Łodzi do retencjonowania i podczyszczania wód odpadowych odprowadzanych z ulicy Wycieczkowej (fot. T. Jurczak).

Rys. 3. Schemat systemu hybrydowego do oczyszczania wód deszczowych transportowanych z terenów nieprzepuszczalnych do zbiornika Arturówek środkowy (fot. T. Jurczak, schemat: M. Łapińska).

W połowie roku 2013 zbiorniki w Arturówku oddano do użytkowania rekreacyjnego. W latach 2014-2015 przeprowadzono w ramach projektu prace optymalizacyjne wykonanych systemów i monitoring pozwalający na ocenę skuteczności funkcjonowania zastosowanych rozwiązań. Utrzymująca się wysoka jakość wód w tych zbiornikach (Jurczak i in. 2019b) potwierdza skuteczność podjętych działań.

Zaprezentowane w Łodzi w ramach projektu EH-REK rozwiązania wpływają pozytywnie na poprawę bilansu wodnego poprzez retencję wody w krajobrazie oraz ograniczenie fal powodziowych w rzekach będących skutkiem nadmiernego odpływu wód burzowych z utwardzonych powierzchni miasta. Retencja wody w krajobrazie poprawia warunki termiczne w miastach i zwiększa wilgotność, co pośrednio ma wpływ na stan zdrowia jego mieszkańców, przyczyniając się do redukcji chorób astmatycznych i alergii (Kupryś-Lipińska i in. 2009). Z kolei ograniczenie fal powodziowych w rzekach redukuje negatywne konsekwencje intensywnych opadów deszczu w postaci zalanych ulic, wiaduktów czy nieruchomości, co znajduje pozytywne przełożenie na gospodarkę miast.

Rys. 4. Miejsce dopływu wód deszczowych do zbiornika Arturówek dolny przed działaniami inwestycyjnymi (A) i po konstrukcji systemu hybrydowego (B). Dopływ rzeki Bzury do zbiornika Arturówek górny przed działaniami inwestycyjnymi (C) i po konstrukcji SSSB (D). Wpływ działań rekultywacyjnych i ochronnych na stan jakości wód w Arturówku (E i F) (fot. T. Jurczak).

Zaproponowane w projekcie rozwiązania i zaprezentowane podejście systemowe poprawiły jakość wód w zbiornikach rekreacyjnych w Arturówku w Łodzi i podniosły ich wartość krajobrazową, przyczyniając się do wzrostu bioróżnorodności biologicznej (Jurczak i in. 2019b). Oszacowano, że koszt budowy sekwencyjnych systemów sedymentacyjno-biofiltracyjnych oraz systemów hybrydowych do redukcji zawiesiny i substancji biogenicznych dopływających do zbiorników był niższy niż koszt bagrowania tych zbiorników (Jurczak i in. 2019b). Usuwanie osadów jest kosztowne i dość często przynosi krótkotrwały efekt, szczególnie w obszarach miejskich. Zakłada się, że SSBS i systemy hybrydowe mają długofalowe działania, chroniąc zbiorniki przed dopływem zanieczyszczeń, przy znacznie niższych kosztach inwestycyjnych. Jednak w celu określenia ich długoterminowego wpływu na jakość wód oraz realnie ponoszonych kosztów zarządzania takimi systemami w perspektywie najbliższych co najmniej 10 lat, w stosunku do tradycyjnych zabiegów bagrowania zbiorników (Jurczak i in. 2019b), wymagany jest stały monitoring zastosowanych rozwiązań. 

Wiedza i doświadczenie pozyskane w ramach realizowanego projektu zostały wykorzystane do opracowania koncepcji rekultywacji innych miejskich zbiorników rekreacyjnych, stanowiących elementy błękitno-zielonej sieci Łodzi. Szczegółową koncepcją objęto zbiorniki Stawy Jana i Stawy Stefańskiego, które podobnie jak zbiorniki w Arturówku, są miejscem wypoczynku i aktywności fizycznej wielu Łodzian. Ich stosunkowo mała pojemność, oraz znaczny dopływ substancji biogenicznych ze zlewni sprzyjają powstawaniu zakwitów wody w postaci glonów i sinic, które są obserwowane na tych zbiornikach już od wielu lat. Stworzona w 2014 roku koncepcja została skonsultowana i zaakceptowana przez władze miasta i obecnie jest stopniowo wdrażana w tych akwenach. 00000000000 Uzyskane w osiągnięciu wyniki badań posłużyły do złożenia trzech wniosków patentowych. Zrealizowane w Łodzi prace badawcze i wdrożeniowe zostały zaprezentowane podczas licznych konferencji międzynarodowych w tym ECOSUMMIT2016 i SEFS2017 oraz w podręczniku pt.: „Woda w mieście” jako demonstracyjne i innowacyjne systemy, z jednej strony do oczyszczania i retencjonowania wód burzowych, z drugiej zaś jako przykłady rozwiązań systemowych w ramach podejścia typu Nature Based Solution. Znalazły one również uznanie w Unii Europejskiej, czego wymiernym efektem była przyznana projektowi EH-REK nagroda „Best of the best” dla najlepszego projektu, spośród wszystkich projektów LIFE, które zakończyły się w roku 2016 i 2017.

Przedstawione w projekcie ekohydrologiczne podejście do rekultywacji miejskich zbiorników rekreacyjnych zrealizowane w Arturówku może być obecnie wykorzystywane jako modelowy systemem zarządzania ekosystemami wodnymi w innych obszarach zurbanizowanych. Przykładem takich działań, uwzględniających harmonizację rozwiązań hydrotechnicznych (retencja wody opadowej i jej podczyszczanie) i biotechnologii ekologicznych są obecnie realizowane jako innowacyjne projekty przez gminy w Konstantynowie Łódzki, Zgierzu, czy Łasku. Projekty te są wdrażane w oparciu o wiedzę i doświadczenie wypracowane przez zespół realizujący projekt EH-REK w Łodzi w latach 2010-2015. 

Ponadto, rozwiązania z zakresu biotechnologii ekologicznych jakimi są systemy hybrydowe oraz SSSB z powodzeniem mogą być stosowane jako elementy błękitno-zielonej infrastruktury do adaptacji miast do zmian klimatycznych (Zalewski i in. 2012). Przykładem takich działań jest projekt LIFE14 CCA/PL/000101 „Adaptacja do zmian klimatu poprzez zrównoważoną gospodarkę wodą w przestrzeni miejskiej Radomia”, wykorzystujący przedstawione w osiągnięciu podejście do zarządzania wodą w mieście. Projekt ten http://www.life.radom.pl/pl/ został wybrany w 2015 r. jako jedyny z Polski projekt w konkursie Programu LIFE „Adaptacje do zmian klimatu” i skierowany do finansowania. Realizacja tego projektu pozwoli na zastosowanie wdrożonych w Łodzi rozwiązań jako elementów miasta Radomia przyczyniających się do jego adaptacji do zmian klimatycznych.