facebook twitter instagram issuu linkedin google+ research gate youtube ustv

Nauka na wyciągnięcie ręki

Obszar nauk humanistycznych
Obszar nauk społecznych
Obszar nauk ścisłych
Obszar nauk przyrodniczych
Obszar nauk technicznych
Obszar sztuki

Zintegrowany system wspomagający zarządzaniem i ochroną zbiornika zaporowego

Koordynator projektu: prof. zw. dr hab. Paweł Migula z Katedry Fizjologii Zwierząt i Ekotoksykologii

 

Zintegrowany system wspomagający zarządzaniem i ochroną zbiornika zaporowego, w skrócie ZiZOZap, to strategiczny projekt badawczy zrzeszający wielu naukowców, którego koordynatorem jest Uniwersytet Śląski w Katowicach

Tajemnice Zbiornika Goczałkowickiego

Nic nie ukryło się przed czujnym okiem specjalistycznych zespołów badawczych, pracujących w ramach projektu, któremu przewodniczy prof. zw. dr hab. Paweł Migula z WBiOŚ UŚ. Zbiornik zaporowy badany jest począwszy od wód podziemnych, przez właściwości fizykochemiczne wody i klimat, aż po faunę i florę. Naukowcom od samego początku towarzyszy UŚka, łódź badawcza Uniwersytetu Śląskiego.

zdjecie


Zarządzanie i ochrona
Z zastępcą kierownika projektu, dr. Andrzejem Woźnicą (WBiOŚ), oraz rzecznikiem prasowym projektu, mgr inż. Wandą Jarosz (IETU), spotykam się w biurze ZiZOZap przy ul. Bankowej w Katowicach. Nasza rozmowa rozpoczyna się od pytania o muzykę, którą słychać w pomieszczeniu. – Wszyscy ostrzegają, że przy mnie trzeba będzie słuchać jazzu – uprzedza ze śmiechem dr Woźnica. – Podobno ten gatunek muzyki stymuluje do pracy zespołowej – dodaje. Jeśli to prawda, jazzu rzeczywiście nie może zabraknąć. ZiZOZap jest bowiem z założenia projektem interdyscyplinarnym, zrzeszającym już ponad stu naukowców reprezentujących UŚ, Politechnikę Krakowską, Instytut Ekologii Terenów Uprzemysłowionych w Katowicach (IETU) oraz Instytut Podstaw Inżynierii Środowiska PAN w Zabrzu. W centrum zainteresowania znalazł się zbiornik w Goczałkowicach, jeden z największych obiektów tego typu w Polsce. Kiedy gromadzi się informacje na temat jakiegoś obiektu, zazwyczaj są to dane jednostronne. Każdy wielofunkcyjny obiekt tego typu leży w kręgu zainteresowań wielu dziedzin nauki, dlatego pomysłodawcy projektu od początku dążyli do nawiązania współpracy z przedstawicielami wielu dyscyplin.

Cel jest niebagatelny. Zbiornik w Goczałkowicach został potraktowany jako obiekt modelowy. Naukowcy wspólnie przygotowują sposób zintegrowanego zarządzania wybranym obiektem, uwzględniając wszystkie aspekty funkcjonowania akwenu tak, aby potem można było otrzymane rozwiązania przenieść na inne, podobne zbiorniki zaporowe. Uczestnicy projektu opracowują sposób gromadzenia i wizualizacji danych, umożliwiających modelowanie procesów zachodzących w zbiorniku i jego otoczeniu. Oprócz przygotowania sposobu zarządzania tym obiektem, ważna jest również jego ochrona, rozwiązywanie problemów związanych z obniżaniem się potencjału ekologicznego i funkcjonalnego zbiornika w wyniku jego starzenia oraz przestrzennego zagospodarowywania zlewni. Stąd tak silnie podkreślana interdyscyplinarność.

Na początku trzeba jednak zgromadzić niezbędne dane. Jak zaznacza Wanda Jarosz, projekt generuje ogromną liczbę informacji: – Obecnie w bazie danych projektu znajduje się ok. 6,5 miliona rekordów, przy czym dominują dane klimatyczne gromadzone w systemie on-line. – Wizualizacja będzie przygotowana w postaci geoportalu, w którym możemy sobie wyświetlić mapę dna zbiornika opracowaną na podstawie ponad 200 000 pomiarów głębokości wykonanych przez nas, podczas pływania po jeziorze. Na tę mapę nakładane są następne elementy, które nas interesują, na przykład lokalizacja punktów pomiarowych na zbiorniku – wyjaśnia dr Woźnica. Część danych będzie ogólnodostępna, do pozostałych będą mogli dotrzeć tylko specjaliści po uzyskaniu praw dostępu.

zdjecie

Rejs UŚką
Zanim jednak informacje zostaną przetworzone, muszą wcześniej zostać zgromadzone, dlatego bardzo ważna jest obserwacja bezpośrednia. Przez cały okres realizacji projektu naukowcom towarzyszy UŚka, łódź badawcza Uniwersytetu Śląskiego, zakupiona ze środków Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka, środek transportu i niezbędne narzędzie pierwszego kontaktu z wodą. Liczone są ptaki, ryby, obserwowane ruchy wody, piętrzenia, badana roślinność. W tym miejscu rozpoczyna się również kolejna historia. Nadszedł bowiem czas, by przyjrzeć się zbiornikowi z bliska.

Jest początek sierpnia, wtorek. Wyruszamy UŚką o godzinie 9.00 w pięcioosobowym składzie: za sterem – dr Woźnica. Obok niego Anna Fojt z IETU, dr hab. Eugeniusz Małkowski z Katedry Fizjologii Roślin oraz dr Andrzej Pasierbiński z Zakładu Botaniki Systematycznej (UŚ, WBiOŚ). Zaczyna padać deszcz, niebo całkowicie pokryte chmurami. Zimno, około 13°C. Dr hab. Małkowski zwraca się do dr. Woźnicy: – A teraz mów mi, szczurowi lądowemu, co to bakista? Pytanie jest ważne, bo w niej ukryte są dwa termosy z gorącą wodą. Okazuje się, że bakista to schowek w postaci skrzyni, znajdujący się w kabinie. W tle słychać jazz – na początku towarzyszy nam Miles Davis.

Pierwszym punktem podróży jest Zatoka Bajerki, tam będą pobierane próby do badań. Botanicy opuszczają UŚkę. Dr Pasierbiński zajmuje się identyfikacją oraz mapowaniem roślinności za pomocą zdjęć satelitarnych i, wspólnie z dr. hab. Małkowskim, dr Agnieszką Błońską, prof. dr. hab. Stanisławem Wiką oraz dr. hab. Zbigniewem Wilczkiem, tworzy podzespół, którego zadaniem jest opis szaty roślinnej zbiornika goczałkowickiego. Przygotowywany jest model dynamiki roślinności, dzięki wykorzystaniu zdjęć satelitarnych możliwa staje się przestrzenna analiza oraz integracja informacji zbieranych w terenie przez botaników. Naukowcy oznaczają również zawartość fosforu i azotu, magazynowanych w ciągu jednego okresu wegetacyjnego w roślinach. Tę część badań wykonują pracownicy Katedry Ekologii UŚ.

– Na początku zamawiane jest zdjęcie satelitarne. Dla większych obszarów wykorzystujemy zdjęcia Landsat TM, dostępne w archiwach, możemy więc sięgnąć do zdjęć nawet sprzed 25 lat! To jest niesamowita informacja – tłumaczy dr Pasierbiński. W ramach swoich badań pracuje jednak na zdjęciach WorldView-2 o znacznie lepszej rozdzielczości: 2 m/piksel. – Zawsze kochałem mapy i kartografię, to moje hobby. Kiedy pojawiły się pierwsze ogólnodostępne systemy informacji geograficznej, od razu się nimi zainteresowałem, jestem samoukiem – dodaje. Zamówione zdjęcie satelitarne musi być odpowiednio przygotowane przez oczyszczenie z wpływu atmosfery. Kolejnym krokiem jest przeliczanie wartości rejestrowanych przez sensor na rzeczywiste wartości odbicia promieniowania, które generuje odpowiedni obraz. Następnie wybierany jest algorytm, dzięki któremu przeprowadzona zostaje klasyfikacja pikseli zdjęcia i przypisanie ich określonym typom roślinności. Dzięki temu można zbudować bardzo dokładną mapę roślinności zbiornika.

Tymczasem botanicy dopłynęli już do brzegu zatoki, aby pobrać próby. Czekamy. Jaskółki nadal nisko latają nad wodą, to zły znak. Ciągle pada deszcz. Nad nami przeleciały dwa kormorany i jedna czapla. Półtorej godziny później załoga znowu w komplecie. Badacze wracają z trzema niebieskimi workami, wypełnionymi materiałem badawczym. Dr Woźnica przygotowuje gorącą herbatę.

– Podstawowym narzędziem badacza jest rolniczy sprzęt, pamiętający czasy naszych przodków, czyli sierp – wyjaśnia dr Pasierbiński, prezentując swoje narzędzie pracy. Wstępna klasyfikacja zdjęcia satelitarnego pozwala wyznaczyć w terenie miejsca, w których znajdują się najbardziej reprezentatywne płaty roślinności szuwarowej. Głównym przedmiotem zainteresowań badaczy są trzy gatunki: manna Mielec (Glyceria maxima), trzcina pospolita (Phragmites australis) oraz mozga trzcinowata (Phalaris arundinacea).

zdjecie

Geoinformacja w służbie botanika
Dane pochodzące z analizy zdjęć satelitarnych pozwalają opracować przestrzenny model roślinności zbiornika, jego najbliższego otoczenia i zlewni, oraz określić rolę, jaką mogą odgrywać niektóre elementy szaty roślinnej w funkcjonowaniu zbiornika w różnych scenariuszach zdarzeń. – Sama analiza zdjęć satelitarnych nie wystarcza, trzeba jeszcze „przedeptać” szuwary. W terenie gromadzę informacje o występujących typach pokrycia terenu przy użyciu odbiornika GPS. Stosuję obszary treningowe, na których algorytm klasyfikacji pikseli „uczy się”, co oznacza dany piksel na zdjęciu satelitarnym – wyjaśnia biolog. Dzięki temu możliwa staje się automatyczna identyfikacja interesującej nas roślinności na całym badanym obszarze.

W terenie wybierany jest w miarę jednolity płat roślinności, reprezentowany przez jeden gatunek. Badacze mierzą wysokość roślin, obliczają średnią i wycinają fragment otoczony kwadratową ramką o wymiarach 0,5 x 0,5 m. Część roślin oraz gleba pobierane są dodatkowo do analizy zawartości pierwiastków. Dalsza obróbka zebranego materiału odbywa się już w Katowicach. – Materiał roślinny pobrany w celu określenia biomasy tnę na drobne kawałeczki, ważę, rozkładam w papierowych korytkach i suszę w temperaturze 100-105°C. Następnie dostarczam próby roślinne i glebowe koleżankom z Katedry Ekologii do dalszej analizy – tłumaczy dr Pasierbiński. Badanie gleby jest jeszcze bardziej czasochłonne. Jak dodaje dr hab. Małkowski, jeśli określa się zawartość pierwiastków, gleba najpierw musi być ucierana w moździerzu, aż cała próbka przejdzie przez sito o wymiarach otworu 0,25 mm, zanim zostanie poddana dalszym analizom. Określenie zawartości azotu i fosforu jest szczególnie interesujące ze względu na to, że ich nadmiar powoduje rozwój glonów, co w efekcie prowadzi do „zakwitów” na zbiorniku. Badania pokazują, że rośliny szuwarowe mogą być konkurentami glonów jednokomórkowych w wykorzystaniu tych dwóch pierwiastków. Są to pierwiastki warunkujące przyrost biomasy roślinności. Badacze mają nadzieję, że utrzymanie określonego poziomu stałej produkcji biomasy szuwarów pozwoli ograniczyć wzrost glonów w zbiorniku goczałkowickim.

zdjecie

Powróćmy znów na pokład UŚki. Mijamy stary bunkier wystający nad powierzchnią wody. Tam została umieszczona widoczna z daleka stacja meteorologiczna, obok której siedzą naturalnie kormorany. O 13.30 dopływamy wreszcie do fragmentu odsłoniętego dna, na którym pojawiły się pierwsze rośliny zagospodarowujące nowy obszar. Kotwica rzucona. Ubieramy specjalistyczne obuwie. Moment nieuwagi i zapadłam się w goczałkowickim błocie po kostki. Każdy kolejny krok i jestem głębiej. Przez myśl przeszło mi: chyba zostanę na zbiorniku, razem ze szkieletami ptaków i pionierską roślinnością. Na szczęście z pomocą przyszedł mi dr hab. Małkowski. Jak grząsko, trzeba iść szybciej. Dwa razy nie trzeba było mi powtarzać. Odsłonięte dno zostało tymczasem oznaczone przy pomocy odbiornika GPS. Misja zakończona. Mogliśmy powoli wracać. W drodze powrotnej zwalniamy, płytsze fragmenty zbiornika są niebezpieczne dla śruby UŚki. Gdybyśmy ugrzęzli, trzeba wysiadać i pchać. Prawie jak z samochodem – komentuje ze śmiechem dr Pasierbiński. Na szczęście dopływamy do brzegu w komplecie. Wanda Jarosz miała rację. Rejs UŚką – bezcenny. Zespół hydrogeologów z Wydziału Nauk o Ziemi UŚ zajmuje się określeniem relacji ilościowo-jakościowej wód podziemnych i powierzchniowych w rejonie Zbiornika Goczałkowickiego, w ramach projektu ZiZOZap


„Wanienka” z przeciekami


– Nasz zespół nie może działać w oderwaniu od prac innych zespołów badawczych, ponieważ zajmujemy się jednym komponentem środowiska, który jest ściśle powiązany z pozostałymi elementami – przekonuje dr inż. Marek Sołtysiak z Katedry Hydrogeologii i Geologii Inżynierskiej (WNoZ), członek zespołu kierowanego przez prof. UŚ dr. hab. Andrzeja Witkowskiego. Rzeczywiście, trudno sobie wyobrazić projekt o takim zasięgu, jak ZiZOZap, bez udziału hydrogeologów.

Oczekiwania
Ważnym aspektem funkcjonowania zbiornika zaporowego w Goczałkowicach są interakcje zachodzące między wodami podziemnymi i powierzchniowymi w rejonie obiektu. To jeden z elementów branych pod uwagę przy opracowywaniu sposobu zintegrowanego zarządzania zbiornikiem, w ramach projektu ZiZOZap, o którym pisaliśmy w numerze październikowym „GU”. W działania podzespołu prof. Witkowskiego zaangażowani są wszyscy pracownicy Katedry Hydrogeologii i Geologii Inżynierskiej. O szczegółach realizowanych prac opowiadają: prof. Witkowski, dr Sołtysiak oraz doktorantka Joanna Czekaj.

Na początku została stworzona baza danych wyjściowych. Informacje były gromadzone przede wszystkim w oparciu o dostępne materiały archiwalne, zlokalizowane m. in. w Centralnym Archiwum Geologicznym Państwowego Instytutu Geologicznego w Warszawie. – Te informacje zostały wręcz wyłuskane, nie wszystkie dane w archiwach okazały się użyteczne. Trzeba było znaleźć dokumentację, zapoznać się z nią i wskazać fakty istotne z punktu widzenia naszych celów – tłumaczy dr Sołtysiak.

Zakres badań hydrogeologów jest wyznaczony przez cztery zadania, realizowane w ramach głównego projektu. Należy do nich: identyfikacja kluczowych problemów w rejonie zbiornika zaporowego, wykonanie kartowania hydrogeologicznego i sozologicznego obszaru badań oraz ocena wraz z monitoringiem stanu ilościowego i chemicznego wód podziemnych. Ważnym elementem będzie również przygotowanie numerycznego modelu zlewni zbiornika.

W ubiegłym roku w Katedrze został wykonany projekt systemu monitorowania wód podziemnych w rejonie zbiornika. Po jego zatwierdzeniu przez Starostwo Powiatowe w Pszczynie i Cieszynie, zostały odwiercone 22 piezometry, służące do pomiaru zwierciadła wody w warstwach wodonośnych oraz poboru prób wody do analizy jakościowej. Istotnym elementem tego systemu były dwa poligony badawcze, składające się z tzw. piezometrów gniazdowych, ujmujących wody podziemne na różnych głębokościach i różnej odległości od zbiornika. Dzięki temu możliwe staje się określenie charakteru relacji między wodami powierzchniowymi i podziemnymi. Nie chodzi tylko o rodzaj przepływu, lecz również o bilans związków takich, jak związki azotu czy fosforu. Innymi słowy, badacze próbują odpowiedzieć na pytanie, w jakim stopniu i czy w ogóle wody podziemne mają wpływ na jakość wody w analizowanym zbiorniku.

Z kolei kartowanie sozologiczne służy wskazaniu potencjalnych źródeł zanieczyszczeń wód podziemnych w badanym obszarze. Efektem podjętych prac będzie opracowanie modelu migracji zanieczyszczeń oraz realizacja modelowania hydrogeochemicznego, którego celem jest ocena procesów zachodzących w warstwie wodonośnej (na przykład określenie formy, w jakiej występują pierwiastki, czy określenie stopnia nasycenia wody pod względem występujących w niej minerałów). Warto zaznaczyć, że modele opracowywane przez zespół hydrogeologów są modelami wspomagającymi i nie będą ściśle zintegrowane z innymi modelami realizowanymi w ramach projektu ZiZOZap. Jak tłumaczy prof. Witkowski, badane relacje są bowiem trudne do zaaplikowania w innych zbiornikach, ze względu na swój indywidualny charakter. Otrzymane wyniki odnoszą się tylko do zbiornika w Goczałkowicach. Uniwersalny jest jednak sposób przeprowadzania badań i to on może być wykorzystany w podobnych projektach dotyczących zarządzania zbiornikami zaporowymi.

zdjęcie

Realizacja założeń
Wykonanie poszczególnych zadań wiązało się z wyborem optymalnej metodologii, dostosowanej do specyficznego charakteru zbiornika i jego otoczenia oraz określonego celu badań. Wykonane dotychczas prace wskazują na stosunkowo złożoną budowę geologiczną rejonu zbiornika i jego podłoża. Skomplikowane są także warunki hydrogeologiczne, wynikające z wielowarstwowego układu poziomów wodonośnych – co w istotny sposób utrudnia wiarygodną ocenę wzajemnych relacji między wodami podziemnymi i powierzchniowymi, a także relacji pomiędzy różnymi poziomami wodonośnymi. W takiej sytuacji wykonanie wiarygodnego modelu hydrodynamicznego całego systemu nie jest łatwe i w pierwszej kolejności wiąże się z opracowaniem modelu budowy geologicznej, następnie modelu koncepcyjnego systemu wodonośnego i, w konsekwencji, właściwego modelu matematycznego. W ramach pierwszego wykonano trójwymiarowy model budowy geologicznej całego systemu. – Pani Joasia zestawiła profile ponad dwustu otworów geologicznych, hydrogeologicznych i badawczych, które posłużyły stworzeniu modelu – wyjaśnia kierownik zespołu. Na to nałożone zostały warunki hydrogeologiczne, to znaczy rozprzestrzenienie wód podziemnych, parametry warstwy wodonośnej oraz granice całego systemu. Aktualnie zespół pracuje nad realizacją modelu hydrodynamicznego uwzględniającego kierunki przepływu wód oraz relacje między wodami podziemnymi i powierzchniowymi zbiornika.

Ze względu na interdyscyplinarny charakter projektu, ważna jest również ciągła współpraca między poszczególnymi zespołami badawczymi. Organizowane są spotkania w siedzibie ZiZOZapu, warsztaty tematyczne, podczas których prezentowane są dotychczasowe wyniki badań, jest forum oraz strona internetowa projektu i stały kontakt. Podczas naszej rozmowy telefonuje dr Andrzej Woźnica, zastępca kierownika ZiZOZapu, aby przekazać, że wkrótce ma się rozpocząć zrzucanie wody ze stawów hodowlanych. – Dostajemy informację, że coś się dzieje, i zastanawiamy się wspólnie, jakie podjąć kroki – tłumaczy dr Sołtysiak. Informacja o zrzucie jest ważna z punktu widzenia gospodarki wodnej zbiornika. Zespół próbuje określić wpływ stawów hodowlanych na stan wody w zbiorniku. W okresie jesiennym w wyniku zrzutu następują duże przepływy w Bajerce, która jest jednym z dopływów zbiornika goczałkowickiego. – W zeszłym roku w październiku, w rejonie mostu drogowego koło Chybia stwierdziliśmy, że przepływ osiągnął poziom 360 litrów wody na sekundę. Miesiąc później, w tym samym miejscu, przepływ wynosił jedynie 6 litrów na sekundę. Uchwycenie prawidłowości przyrodniczych jest więc niezwykle trudne, właśnie ze względu na częściowe „sterowanie” rękoma właścicieli stawów – wyjaśnia dr Sołtysiak. Określenie wpływu wód zrzucanych ze stawu jest również ważne ze względu na ich skład fizykochemiczny i możliwą obecność związków azotu i fosforu, mogących mieć wpływ na ewentualną eutrofizację wód zbiornika.

zdjecie

Rzeczywistość…
…zaskoczyła badaczy. Przede wszystkim relacja między wodami podziemnymi i powierzchniowymi okazała się skomplikowana. – Zbiornik Goczałkowicki jest wyjątkowy ze względu na zaobserwowaną izolację. Jest to swego rodzaju „wanienka” ze szczelnym dnem, i tylko gdzieniegdzie dostrzec można przecieki – wyjaśnia prof. Witkowski. Model geologiczny pokazał, że w podłożu znajdują się głównie izolujące gliny, dlatego kontakt między wodami podziemnymi i powierzchniowymi jest fragmentaryczny. Potwierdzony w badaniach słaby związek także jest cenną informacją, chociażby w kontekście wykonanej kartografii sozologicznej. Opróbowanie fizykochemiczne pozwoliło określić jakość wód podziemnych i powierzchniowych. Okazało się, ku zaskoczeniu członków zespołu, że jakość wody w zbiorniku jest wyższa! – To dobra wiadomość. Całe szczęście, że kontakt między wodami podziemnymi i powierzchniowymi jest niewielki. Gdyby wody z dużą zawartością azotanów dostawały się bezpośrednio do zbiornika, sytuacja w zbiorniku wyglądałaby zupełnie inaczej, z pewnością gorzej – tłumaczy prof. Witkowski.

Bardzo interesująca okazała się Bajerka, biorąca swój początek... z Wisły. Jest to w zasadzie kanał, który uległ naturalizacji. Liczne zastawki i rozwinięta gospodarka rybacka powodują, iż przepływy zaobserwowane przez hydrogeologów są bardzo zmienne. W ubiegłym roku zanotowane zostało również miejscowe wysychanie koryta tej specyficznej rzeki. Jeżeli poziom wody w zbiorniku jest wyższy niż w korycie Bajerki, wówczas ma miejsce cofka – woda płynie w kierunku przeciwnym – od ujścia w stronę Skoczowa. Takie procesy utrudniają badanie ilościowych relacji między wodami. Trudno bowiem zmierzyć, ile wody tak naprawdę wpływa z Bajerki do zbiornika, a ile płynie w przeciwnym kierunku.


Aktualna sieć obserwacyjna wód podziemnych obejmuje wspomniane już 22 piezometry, zlokalizowane w dwóch wyznaczonych poligonach badawczych, na północ i na południe od zbiornika, oraz 54 studnie gospodarcze. W czterech piezometrach zamontowane są czujniki do ciągłego pomiaru zwierciadła i temperatury wody. Cały ten system pozwala na precyzyjne obserwowanie przebiegu wahań poziomu wód podziemnych. Ponadto we wszystkich piezometrach oraz wyznaczonych 35 studniach prowadzone są okresowe badania składu chemicznego wód podziemnych. Za tę część badań odpowiada Joanna Czekaj, stypendystka w ramach projektu „DoktoRIS – Programu stypendialnego na rzecz innowacyjnego Śląska”. Raz w miesiącu mierzone jest zwierciadło wody, natomiast opróbowania realizowane są dwa razy w roku, następne planowane są w listopadzie i, być może, jeszcze w marcu 2013 roku – wyjaśnia doktorantka. Dzięki pomiarom będzie można ocenić kierunek zarówno pionowego, jak i poziomego przepływu wód podziemnych w otoczeniu obiektu oraz ich relacji z wodami zbiornika. Do kompleksowej oceny tych relacji niezbędne są także dane dotyczące wielkości dopływu wód powierzchniowych do zbiornika, poziomu wody w zbiorniku i opadów atmosferycznych. Wszystkie te informacje są na bieżąco gromadzone w bazach danych dostępnych dla realizatorów projektu.

Znaczna część badań jest w trakcie realizacji. Zakończenie prac nad zadaniami z zakresu hydrogeologii przewidziane jest w 2013 roku. Na ostateczne wyniki przyjdzie nam jeszcze poczekać, ale warto wierzyć słowom Joanny Czekaj, która już teraz zapowiada, że będzie ciekawie!


Wielki Integrator


W ramach projektu ZiZOZap zgromadzono już ponad 7,5 miliona rekordów różnych danych. Aby uporządkować, przechowywać i przetworzyć tak ogromną ilość danych, niezbędny okazał się specjalny system informacyjny wraz z bazą danych. Jest to jedno z zadań, którego podjęli się pracownicy Instytutu Ekologii Terenów Uprzemysłowionych (IETU) w Katowicach.

Wspomaganie
Już po raz trzeci przenosimy się nad wody Zbiornika Goczałkowickiego, który stał się przedmiotem badań ponad stu naukowców z czterech jednostek naukowych (przypomnijmy: z Uniwersytetu Śląskiego, Politechniki Krakowskiej, IETU oraz z Instytutu Podstaw Inżynierii Środowiska PAN), pracujących w ramach projektu ZiZOZap. Tym razem kontakt jest jeszcze bardziej bezpośredni. Okazuje się bowiem, że wraz z rozmówcami pijemy kawę przygotowaną właśnie na bazie wody ze zbiornika, która wcześniej przeszła cały proces oczyszczania w Zakładzie Uzdatniania Wody w Goczałkowicach.

Podmiotem zarządzającym zbiornikiem w Goczałkowicach jest Górnośląskie Przedsiębiorstwo Wodociągowe SA. Będąc jednym z głównych dostawców wody pitnej dla mieszkańców aglomeracji śląskiej, podmiot ten prowadzi nie tylko nadzór nad zbiornikiem, ale odpowiada również za jakość wody, dba o środowisko naturalne. Szczególnie ważne jest zarządzanie zaporą w sytuacjach kryzysowych, takich jak powódź czy susza. Stąd ogromne znaczenie przygotowywanego Systemu Informacyjnego do Wspomagania Zarządzania Zbiornikiem Zaporowym, którego celem będzie dostarczenie narzędzi ułatwiających podejmowanie optymalnych decyzji w zarządzaniu zbiornikiem. Interpretacja danych oraz wybór konkretnych działań zawsze leży po stronie decydenta, ale to system dostarczy niezbędnych informacji oraz pozwoli przewidzieć skutki podejmowanych decyzji. Na tym właśnie polega jego wspomagająca funkcja.

– Budowany system wymaga przede wszystkim dużej wiedzy – mówi dr Joachim Bronder z zespołu GIS (IETU). – Nasz instytut zabezpiecza akurat techniczną stronę gromadzenia danych, ich przechowywania, oraz dostarcza narzędzi umożliwiających dostęp do informacji – dodaje. Na początku była burza mózgów. Inicjatorzy projektu prof. Paweł Migula (UŚ), dr hab. Piotr Łaszczyca (UŚ), dr Andrzej Woźnica (UŚ), dr Czesław Kliś (IETU) oraz dr Antoni Bojarski (PK) wielokrotnie dyskutowali podczas przygotowywania wniosku na temat zakresu badań. Próbowano ustalić wstępną liczbę zespołów badawczych, rodzaj informacji oraz sposób ich gromadzenia. Wraz z rozpoczęciem realizacji projektu, informatycy zaczęli przygotowywać bazę danych. – Przyznam szczerze, że na początku byliśmy zaskoczeni ogromem całego przedsięwzięcia. We wniosku wszystko wyglądało dosyć niewinnie. Byliśmy przyzwyczajeni do monitoringu automatycznego. Tymczasem w praktyce okazało się, że na przykład biolodzy prowadzą monitoring w zupełnie inny sposób. Wychodzą w teren, zbierają rośliny, zwierzęta, mierzą, ważą… – mówi Jacek Długosz, koordynator zadania trzeciego, w ramach którego przygotowywany jest system informacyjny.

Przeważająca część informacji pochodzi jednak z automatycznego monitoringu. Specjalistyczne urządzenia pomiarowe zostały zamontowane na wlocie do zbiornika oraz przy jego ujściu, jak również na środku obiektu, w najgłębszym punkcie. W urządzeniach znajdują się sondy mierzące poszczególne parametry, takie jak stężenie azotanów i fosforanów, poziom pH, nasycenie tlenem czy temperaturę wody. Największa część danych dociera do bazy co 10–15 minut. Przy czym bardzo ważna jest również kontrola stanu technicznego urządzeń. – Napisaliśmy program, który informuje nas o każdej wartości anomalnej, na przykład temperatura wody -3 °C to sygnał, że mamy problem z sondą – tłumaczy Długosz. Poza tym, jak dodaje, automatyczne stacje hydrologiczno-meteorologiczne mogą być narażone na wyładowania atmosferyczne, które mogą spowodować uszkodzenie sondy czy urządzenia transmitującego dane. W takich sytuacjach konieczna jest wyprawa na zbiornik, naprawa lub wymiana urządzenia.

zdjecie

Scenariusze
Oprócz prowadzonego automatycznego monitoringu, do baz danych wprowadzane są również dane uzyskane w trakcie badań prowadzonych przez poszczególne grupy zaangażowane w projekt. Są to wartości zinterpretowane i dodane do bazy danych. Jedną z ważniejszych funkcji budowanego systemu będzie bowiem możliwość sprawdzania różnych scenariuszy sytuacyjnych na zbiorniku. Dzięki nim osoba zarządzająca obiektem sprawdzi, w jakim stopniu działania podjęte w sytuacjach kryzysowych wpłyną na ekosystem zbiornika. Okazało się, że okres realizacji projektu jest nietypowy pod względem warunków środowiskowych. Pierwszy rok badań był czasem powodzi, następny był przeciętny, natomiast w bieżącym roku mamy do czynienia z wyjątkową suszą. – Z naukowego punktu widzenia jest to idealna sytuacja. Otrzymane wyniki są zróżnicowane i uzyskujemy obraz zbiornika w przedziale warunków środowiskowych, którego granice stanowią dwie skrajności – powódź i susza – przekonuje Długosz.

Bardzo ważne są również ogólne informacje dotyczące zbiornika oraz dane archiwalne. Nie wszystkie dane pochodzą bowiem z monitoringu prowadzonego w ramach projektu. Część z nich była już wcześniej dostępna lub została zakupiona ze środków projektu, inne studenci Uniwersytetu Śląskiego skrupulatnie przepisywali z papierowych rejestrów do przygotowanych w arkuszu kalkulacyjnym tabel. Bagatela – 64 tysiące rekordów.

Specyfikę baz oraz systemu informacji przestrzennej przybliżają również Piotr Cofałka oraz Maciej Rzychoń z Zespołu Systemów Informatycznych (IETU). Przygotowana baza danych jest na tyle uniwersalna, że każdy zespół badawczy może wprowadzać wyniki swoich prac. Jest to ważne również z punktu widzenia zadań realizowanych przez poszczególne zespoły. Zespół z IETU wspomaga również działania dotyczące przygotowania numerycznego modelu dna zbiornika w Goczałkowicach. – Zaproponowaliśmy narzędzie, które wspomaga budowę modelu batymetrycznego w oparciu o pomiary głębokości rejestrowane przez sonar zainstalowany na „UŚce”. Podczas każdego rejsu rejestrowana jest nie tylko trasa UŚki, lecz również głębokość zbiornika – wyjaśnia Cofałka. Otrzymane dane są korygowane ze względu na poziom piętrzenia wody w zbiorniku. Dane uzyskane w ten sposób pozwalają na ciągłą aktualizację i uszczegóławianie modelu dna zbiornika.

Geoportal
Kolejnym narzędziem informatycznym, które zostało udostępnione uczestnikom projektu ZiZOZap, jest geoportal, bazujący na rozwiązaniu ArcGIS Server firmy ESRI. Dzięki niemu użytkownicy mogą zobaczyć w formie mapy dane zgromadzone w trakcie realizacji projektu, pochodzące zarówno od poszczególnych zespołów badawczych, jak również z monitoringu automatycznego. W geoportalu znajdują się również archiwalne mapy z okresu  przedwojennego, pokazujące teren przed budową zbiornika.

Geoportal został powiązany z bazą danych, dzięki czemu nie tylko upublicznia dane, lecz również wspomaga zarządzanie zasobami bazodanowymi. Umożliwia także kontrolę jakości, spójności i poprawności gromadzonych informacji. Ponadto ułatwia przeglądanie danych oraz planowanie kolejnych badań naukowych, co przy takiej liczbie zgromadzonych rekordów jest niezwykle ważne.

Warto wspomnieć o autorskich rozwiązaniach zaproponowanych i wprowadzonych przez IETU. Unikalną funkcjonalnością wprowadzoną do naszego geoportalu jest możliwość samodzielnego dodawania przez użytkowników własnych warstw informacyjnych.

Tym, na co warto zwrócić uwagę, jest możliwość nakładania kolejnych warstw informacyjnych na mapę zbiornika. Jak wyjaśnia Maciej Rzychoń, każdy użytkownik po zalogowaniu otrzymuje dostęp do warstw informacyjnych, w zależności od grupy, do której został wcześniej przyporządkowany. Co więcej, sam może również takie warstwy tworzyć w oparciu o uzyskane wyniki badań, dodawać je do systemu lub usuwać. Ułatwia to komunikację między zespołami i pozwala monitorować postęp prac w ramach całego projektu. Nowością w geoportalu, jak podkreśla dr Bronder, jest możliwość zmiany układu tych warstw. – Jeśli wyobrazimy je sobie w postaci przeźroczystych folii nakładanych kolejno na mapę, to w naszym systemie możliwa jest zmiana ich kolejności, a liczba tworzonych warstw nie jest ograniczona.

Dzięki zbudowanym narzędziom, łatwiejsze staje się integrowanie oraz analiza zgromadzonych danych. Jak zaznaczają informatycy, geoportal został przyjęty ciepło przez uczestników projektu. – To było dla nas mocne zielone światło. Dobre narzędzie, które pomoże nie tylko lepiej zrozumieć procesy zachodzące na zbiorniku, ale i nim zarządzać – przyznaje dr Bronder. Zakończenie całego projektu przewidziane jest w 2014 roku. Wtedy też udostępnione zostaną kolejne narzędzia wspomagające zarządzanie zbiornikami zaporowymi.

 loga

 

Więcej informacji na stronie internetowej projektu: www.zizozap.pl.
 

Małgorzata Kłoskowicz

Teksty ukazały się w „Gazecie Uniwersyteckiej UŚ” (2012/10. 2012/11, 2012/12)

Skróty

Biuletyn Informacji Publicznej
Copyright © 2001-2018
Uniwersytet Śląski w Katowicach
Wszelkie prawa zastrzeżone.