Choć niewidoczne gołym okiem, wody podziemne stanowią podstawowe źródło zaopatrzenia w wodę pitną, są kluczowe dla rolnictwa i przemysłu, a także odpowiadają za podtrzymywanie przepływów w rzekach oraz stabilność mokradeł w okresach suszy. To cichy, często pomijany w głównej narracji, bohater bilansu wodnego. Jak to często bywa z tym, czego nie widzimy – wody podziemne doceniamy dopiero wtedy, gdy zaczyna ich brakować.
AUTOR: Maria Grodzka-Łukaszewska. Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Środowiska
W dobie obserwowanych trendów pogodowych – takich jak krótkie i bezśnieżne zimy, zmiana charakterystyki opadów (częstsze, intensywne ulewy zamiast równomiernych opadów) i częstsze występowanie ekstremalnych temperatur – coraz wyraźniej widać, jak istotne staje się kompleksowe zarządzanie zasobami wodnymi. Bez uwzględnienia wód podziemnych nie da się prowadzić odpowiedzialnej gospodarki wodnej. Dobrym krokiem, by je zrozumieć i chronić, jest… modelowanie komputerowe.
Coraz więcej czerwonych lampek
W prognozie sytuacji hydrogeologicznej w strefach zasilania i poboru wód podziemnych, opracowywanej przez Państwowy Instytut Geologiczny – PIB, przewidywano wystąpienie niżówki hydrogeologicznej w maju 2025 roku na dużym obszarze kraju. Szczególnie zagrożone były województwa północno-wschodnie i wschodnie – podlaskie, warmińsko-mazurskie, mazowieckie, lubelskie i małopolskie – gdzie zjawisko mogło mieć charakter regionalny. W pozostałych regionach, takich jak zachodniopomorskie, wielkopolskie, kujawsko-pomorskie, łódzkie, świętokrzyskie, podkarpackie i śląskie, prognozowano występowanie niżówki w mniejszej skali, ale wciąż z potencjalnym przekroczeniem progów ostrzegawczych. Lokalne obniżenia poziomu wód gruntowych poniżej stanu niskiego ostrzegawczego (SNO) mogły pojawić się także poza wymienionymi obszarami. W związku z tym Państwowa Służba Geologiczna ogłosiła Ostrzeżenie hydrogeologiczne nr 4/2025, obejmujące wszystkie wyżej wymienione województwa i wskazujące na wysokie ryzyko wystąpienia niekorzystnych zjawisk hydrogeologicznych w nadchodzących tygodniach.
Zasoby wód podziemnych kurczą się nie tylko w czasie samej suszy – ich odnowa trwa latami. Za pomocą modeli możemy oszacować, ile czasu będzie potrzebne, by sytuacja wróciła do normy – o ile w ogóle jest to możliwe w interesującej nas skali czasowej.
Kiedy znikają rzeki, to już za późno
Wody podziemne reagują na zmiany klimatu wolno – znacznie wolniej niż wody powierzchniowe. Kiedy latem widzimy wyschnięte rzeki i pękającą glebę, zasoby pod ziemią nadal mogą wyglądać „stabilnie”, ale to złudzenie. Ich reakcja przychodzi później – i często jest o wiele trudniejsza do odwrócenia. Z tego powodu monitorowanie samych opadów czy przepływów rzecznych nie wystarczy. Potrzebujemy narzędzi, które pozwolą nam diagnozować, co dzieje się pod ziemią – i na tej podstawie przewidywać, co dopiero się wydarzy. Zrozumienie funkcjonowania wód podziemnych ma kluczowe znaczenie nie tylko dla ujęć wody pitnej, lecz także dla zachowania cennych ekosystemów, takich jak torfowiska. Torfowiska, choć zajmują niewielki procent powierzchni kraju, pełnią niezwykle ważną rolę w retencji wody – działają jak naturalne gąbki, magazynując wodę w okresach mokrych i oddając ją w czasie suszy.
Poznać niewidzialne: sztuka modelowania wód podziemnych
Modele komputerowe (np. MODFLOW, FEFLOW) to cyfrowe narzędzia, które pozwalają symulować przepływ wód podziemnych, ich zasilanie i odpływ. Dzięki nim możemy tworzyć realistyczne scenariusze przyszłości. Co się stanie, jeśli zmieni się charakterystyka opadów? Jak zmieni się przepływ przez torfowiska? Co, jeśli zmeliorujemy dolinę rzeczną albo odtworzymy starorzecze? To właśnie modele pozwalają „zajrzeć pod powierzchnię” i lepiej zrozumieć, gdzie i jak gromadzi się woda oraz ile potrwa odbudowa jej zasobów po długotrwałej suszy. Samo modelowanie jest jednak dużym wyzwaniem, ponieważ nasza wiedza o tym, co znajduje się pod ziemią, opiera się na punktowych danych – z odwiertów, przekrojów geologicznych i badań geofizycznych. Na ich podstawie tworzymy interpretację, która odzwierciedla przypuszczalny układ warstw geologicznych i ich zmienność w przestrzeni. Duża część tego, co widzimy w modelu, jest zatem przemyślaną rekonstrukcją rzeczywistości — uproszczeniem, które pozwala jednak podejmować trafniejsze decyzje.
Model torfowiska Górnej Biebrzy
Funkcjonowanie torfowisk w dużej mierze zależy od stabilnych zasobów wód podziemnych, dlatego stanowią idealne „laboratorium” do analizy wpływu zmian klimatycznych i hydrologicznych. Przykład doliny Górnej Biebrzy pokazuje, jak modelowanie komputerowe może pomóc lepiej zrozumieć i chronić te wrażliwe ekosystemy.
W badaniu opublikowanym w 2022 roku w czasopiśmie PeerJ, pt. „The role of the river in the functioning of marginal fen: a case study from the Biebrza Wetlands”, autorzy skupili się na unikatowym przypadku doliny Górnej Biebrzy, w której rzeka płynie przez torf bez bezpośredniego kontaktu z warstwą mineralną. Celem badania było lepsze zrozumienie mechanizmów wymiany wody między rzeką a torfowiskiem oraz wpływu morfologii doliny na te procesy, aby umożliwić skuteczniejszą ochronę i zarządzanie zasobami wodnymi tego wrażliwego ekosystemu. W ramach projektu przeprowadzono gruntowne intensywne pomiary terenowe (36 piezometrów, pomiary charakterystyki gruntu), a następnie zbudowano trójwymiarowy model numeryczny przepływu wód gruntowych w środowisku torfowym przy użyciu oprogramowania FEFLOW. Model uwzględniał jedenaście warstw, ponad milion elementów i był kalibrowany na podstawie danych monitoringowych zebranych w latach 2018-2019.
W wyniku przeprowadzonego modelowania wysunięto dwa kluczowe wnioski. Po pierwsze, rzeka pełni głównie funkcję drenującą – odprowadza ponad 70 proc. wody z torfowiska Górnej Biebrzy, szczególnie w wąskich fragmentach doliny (200-300 m), gdzie różnica ciśnień między rzeką a torfem wymusza przepływ w kierunku rzeki. Po drugie, ewapotranspiracja odgrywa istotną rolę w szerokich dolinach (>300 m), gdzie stanowi główne źródło odpływu — w takich miejscach to właśnie ograniczenie strat przez parowanie jest kluczem do ochrony torfowisk. Badanie pokazuje, że modelowanie komputerowe może skutecznie wspierać identyfikację dominujących mechanizmów zasilania i drenażu torfowiska, a także pomaga w zrozumieniu, jak różne elementy środowiska – takie jak morfologia doliny, położenie rzeki czy struktura warstw torfu – wpływają na jego bilans wodny.
Bo choć wody podziemne są ukryte, skutki ich braków są bardzo realne
Dolina Górnej Biebrzy stanowi cenny przykład pogłębionych badań nad funkcjonowaniem torfowiska. Jednak należy pamiętać, że każde torfowisko jest unikatowe – zarówno pod względem budowy geologicznej, jak i lokalnych warunków hydrologicznych. Dlatego dla skutecznej ochrony i odbudowy tych ekosystemów niezbędne jest prowadzenie badań dostosowanych do ich specyfiki, z uwzględnieniem przestrzennych różnic w zasilaniu i odpływie wody. Możliwe jest wskazanie stref uprzywilejowanego dopływu i odpływu oraz modelowanie scenariuszy prognostycznych, które pozwalają ocenić, jakie konkretne działania (np. ograniczenie strat przez parowanie, lokalizacja piętrzeń, zmiany w użytkowaniu terenu) mogą przyczynić się do zatrzymania wody w torfowisku i powstrzymania jego długofalowej degradacji. Nie da się skutecznie planować, chronić i zarządzać tym, czego nie rozumiemy. Wody podziemne są fundamentem naszej gospodarki wodnej, a ich znaczenie rośnie z każdym suchym rokiem. Modele komputerowe nie zastąpią deszczu, ale pozwalają zrozumieć skutki jego braku. Umożliwiają świadome decyzje, lepsze planowanie i – przede wszystkim – dają szansę na działanie zanim skutki staną się nieodwracalne.
