INOVATIVNI PRISTUP UPRAVLJANJA KAKVOĆOM VODA ......biti nadograđen za specifične potrebe. Također, uklapa se i u okvir integralnog modeli-ranja, te tako omogućava korištenje

HRVATSKE VODE NA INVESTICIJSKOM VALU6 . H R V A T S K A K O N F E R E N C I J A O V O D A M A

OPATIJA 20. - 23. SVIBNJA 2015.

R 1.20.

INOVATIVNI PRISTUP UPRAVLJANJA KAKVOĆOM VODA RURALNIH SLIVOVA

Gorana Ćosić-Flajsig, Barbara Karleuša

SAŽETAK: Implementacija Okvirne direktive o vodama je polazna točka integralnog up-ravljanja vodama. Mali ruralni riječni slivovi, uz manjak sanitacije u aglomeracijama manjim od 2000 ES i poljoprivrednim aktivnostima, predstavljaju izazov upravljanja kakvoćom voda svake države. Takvi riječni slivovi su izvor organskog onečišćenja i nutrijenata. Metodologija rješavanja problema je specifična i rješava se na nacionalnoj razini, a europska vodna politika provodi se prvenstveno u smislu postizanja dobrog stanja svih vodnih tijela i ciljeva zaštite okoliša riječnog sliva. Posebno, ukoliko se radi o prekograničnim slivovima sa velikom biološkom raznolikosti i mnogobrojnim područjima NATURA 2000, nužno je primjenjivati inovativni pristup upravljanja kakvoćom voda. Ovim radom analizirat će se preduvjeti upravljanja vodama korištenjem DPSIR pristupa uzimajući u obzir načela održivosti. Uspješno upravljanje ruralnim riječnim slivovi-ma uključuje različite mjere, od iznimno skupih do niskobudžetnih mjera zaštite vod-nih tijela. Korištenje prikladnih matematičkih modela može pomoći prilikom procjene utjecaja na okoliš i provedbi optimizacije mjera. U radu će se prikazati preliminarna analiza matematičkih modela, njihova primjena i ograničenja vezana uz mogućnost up-ravljanja kakvoćom voda. Preliminarnim odabirom prikladnog modela za ruralne slivove, na primjeru rijeke Sutle, procijenjeno je da je matematički model SWAT prikladan i može biti nadograđen za specifične potrebe. Također, uklapa se i u okvir integralnog modeli-ranja, te tako omogućava korištenje ekonomskih analiza i servisa ekosustava.KLJUČNE RIJEČI: DPSIR pristup, Ruralni riječni sliv, Nutrijenti i organsko onečišćenje, Procjena utjecaja na okoliš, Matematički modeli

INNOVATIVE APPROACH TO WATER QUALITY MANAGEMENT OF RURAL RIVER BASINS

SUMMARY: The implementation of the Water Framework Directive is the starting point of integrated water management. Small rural river basins, together with the lack of sanita-tion in agglomerations of less than 2000 ES and agricultural activities, present a challenge to water quality management for each state. These river basins are sources of organic pollution and nutrients, and the methodology to solve such problems is specific and dealt with at the national level, while the European water policy is conducted primarily in terms

260 Gorana Ćosuić-Flajsig, Barbara Karleuša

of achieving good status of all water bodies and environmental objectives for the river basin. In case of transboundary basins with high biological diversity and numerous NA-TURA 2000 areas, it is particularly necessary to apply an innovative approach to water quality management. This paper will analyze the conditions for water management using the DPSIR approach and taking into account the principle of sustainability. Successful management of rural river basins includes various measures, from very expensive to low-cost measures to protect water bodies. Using appropriate mathematical models can help in the assessment of environmental impact and implementation of optimization measures. The paper will present a preliminary analysis of mathematical models, their application and restrictions with regard to the ability of water quality management. Through a pre-liminary selection of appropriate models for rural river basins, as examplified by the Sutla River, it was estimated that the mathematical model SWAT is an appropriate model which can be upgraded for specific needs. It also fits in the framework of integrated modeling, and thus allows the use of economic analysis and ecosystem services.KEY WORDS: DPSIR approach, Rural river basin, Nutrients and organic pollution, Envi-ronmental impact assessment, Mathematical models

1. UVODPrimjena europske vodne politike i Okvirne direktive o vodama (u daljnjem tekstu: ODV) je polazišna točka integralnog upravljanja vodama riječnog sliva za primjenu inovativnog metodološkog pristupa održivog upravljanja kakvoćom voda riječnog sliva. Ruralni riječni slivovi, s manjkom sanitacije u naseljima manjim od 2000 ekvivalenata stanovnika (u daljnjem tekstu: ES), sa intenzivnim poljoprivrednim aktivnostima, su poseban izazov upravljanju kakvoćom voda riječnog sliva jer se rješenja temelje na zajedničkom upravljanju točkastim i raspršenim izvorima onečišćenja i primjeni kombiniranog pristupa. Posebno je potrebno naznačiti da sanitacija aglomeracija manjih od 2000 ES nije uključena u prioritetne mjere europske vodne politike, a probleme vezane uz njih potrebno je rješavati nacionalnim implementacijskim programom i prikladnim mjerama. Ruralni riječni slivovi predstavljaju veliki izvor nutrijenata i organskog onečišćenja, te su prijetnja postizanju dobrog stanja voda i ciljeva zaštite okoliša riječnog sliva. Aglomeracije manje od 2000 ES u Hrvatskoj čine polovicu državnog teritorija što ukazuje na značaj i rasprostranjenost problema. Velika razina biološke raznolikosti i postojanje područja koja su uključena u NATURA-u 2000 ukazuju na nužnost pronalaženja prikladnog, inovativnog pristupa upravljanja kakvoćom voda riječnog sliva. Implementacijom ODV-a u Europi razvijeni su mnogi metodološki pristupi (Ćosić-Flajsig i Karleuša, 2104).Uzimajući u obzir navedena iskustva ustanovljeno je da uz znatnu količinu potrebnog rada i niz komplementarnih istraživanja, radi postizanja ciljeva ODV-a i integralnog upravljanja vodama riječnog sliva, potrebno je koristiti problemski orijentirani DPSIR pristup (D-Driving Forces-Pokretači; P-Pressure-Pritisci; I-Impact-Utjecaj; S-State-Stanje; R-Responsible-Nadležnost i Mjere).

2. SLIV RIJEKE SUTLE Vezano uz problem upravljanja kakvoćom vode ruralnih riječnih slivova, istraživanje je provedeno na slivu rijeke Sutle (slovenski: Sotla) (Slika 1). U prošlosti, uz karakteristične

261HRVATSKE VODE NA INVESTICIJSKOM VALU

hidrološke osobine sliva i specifi čni režim tečenja uzrokovan izgradnjom pregrade i brane za formiranje akumulacije Vonarje/Sutlanskog jezera, uz unos nutrijenata i organskog onečišćenje iz točkastih i raspršenih izvora, uzrokovali su eutrofi kaciju rijeke Sutle. Usprkos implementiranih mjerama vezanim uz kakvoću voda, posebno izgradnjom uređaja za pročišćavanje otpadnih voda naselja Rogaška Slatina i Hum na Sutli, podaci dobiveni nadzornim monitoringom voda rijeke Sutle ukazuju na opterećenje organskim tvarima i nutrijentima vodnih tijela rijeke Sutle (Slika 2), te se zaključuje da je mogućnost eutrofi kacije rijeke Sutle još uvijek prisutna. Rijeka Sutla formira granicu između Republike Slovenije i Republike Hrvatske. Veličina sliva rijeke Sutle je gotovo 600 km2. Akumulacija Vonarje/Sutlansko jezero, volumena 12.4 milijuna m3, napunjena je 1980. godine. Cilj izgradnje akumulacije bilo je osiguranje vode za javni vodoopskrbni sustav za hrvatska i slovenska naselja, navodnjavanje poljoprivrednih površina, uz istovremeno retenciranje vode u svrhu zaštite od poplava nizvodnih područja. Ubrzo nakon punjenja, akumulacija je eutrofi zirala (Ćosić-Flajsig i Karleuša, 2014).

Slika 1. Riječni sliv Sutle. Desni dio (zapadni) riječnog sliva je slovenski. Lijevi dio (istočni) riječnog sliva je hrvatski

3

pročišćavanje otpadnih voda naselja Rogaška Slatina i Hum na Sutli, podaci dobiveni nadzornim monitoringom voda rijeke Sutle ukazuju na opterećenje organskim tvarima i nutrijentima vodnih tijela rijeke Sutle (Slika 2), te se zaključuje da je mogućnost eutrofikacije rijeke Sutle još uvijek prisutna.

Rijeka Sutla formira granicu između Republike Slovenije i Republike Hrvatske. Veličina sliva rijeke Sutle je gotovo 600 km2. Akumulacija Vonarje/Sutlansko jezero, volumena 12.4 milijuna m3, napunjena je 1980. godine. Cilj izgradnje akumulacije bilo je osiguranje vode za javni vodoopskrbni sustav za hrvatska i slovenska naselja, navodnjavanje poljoprivrednih površina, uz istovremeno retenciranje vode u svrhu zaštite od poplava nizvodnih područja. Ubrzo nakon punjenja, akumulacija je eutrofizirala (Ćosić-Flajsig i Karleuša, 2014).

Slika 1. Riječni sliv Sutle. Desni dio (zapadni) riječnog sliva je slovenski. Lijevi dio (istočni) riječnog sliva je hrvatski

Osim toga, ekstremni problemi vezani uz kakvoću vode ustanovljeni su ne samo u jezeru već i u nizvodnom dijelu rijeke. Problem visokog rizika za ljude i okoliš uspješno je riješen, u nedostatku boljih remedijacijskih mjera, pražnjenjem akumulacije 1988. godine. Akumulacija sada funkcionira samo kao suha retencija za zaštitu od poplava jer voda kontinuirano istječe

Brana Vonarje Akumulacija Vonarje Naselja

Rijeke Pritoka Sutla

Visina (m)

Osim toga, ekstremni problemi vezani uz kakvoću vode ustanovljeni su ne samo u jezeru već i u nizvodnom dijelu rijeke. Problem visokog rizika za ljude i okoliš uspješno je riješen, u nedostatku boljih remedijacijskih mjera, pražnjenjem akumulacije 1988. godine. Akumulacija sada funkcionira samo kao suha retencija za zaštitu od poplava jer voda kontinuirano istječe kroz temeljni ispust (Slika 3). Močvarni ekosustav razvijen je u dnu prirodne retencije. To je bio ključan razlog da se područje akumulacije, kao i cijela rijeka Sutla, proglasi područjima NATURA-e 2000 (Ćosić-Flajsig i Karleuša, 2014).


Masovno cvjetanje planktonskih algi, a neke od njih su bile toksične, pojavilo se u trenucima značajne eurofikacije jezera. Kod raspadanja algi, kisik u vodi je potrošen, pridnene životinje uginule, a ribe su uginule ili napustile ugroženo područje. Voda je postala neupotrebljiva za korištenje voda. Pretpostavlja se da je eutrofikaciju uzrokovao prekomjerni unos nutrijenata. Glavni izvor onečišćenja dušikom je otjecaj sa poljoprivrednih površina, dok većina onečišćenja fosfora dolazi iz kućanstava i industrije (Ćosić-Flajsig i Karleuša, 2014).

Slika 2. Sutlansko jezero nekada i sada

4

kroz temeljni ispust (Slika 3). Močvarni ekosustav razvijen je u dnu prirodne retencije. To je bio ključan razlog da se područje akumulacije, kao i cijela rijeka Sutla, proglasi područjima NATURA-e 2000 (Ćosić-Flajsig i Karleuša, 2014).

Masovno cvjetanje planktonskih algi, a neke od njih su bile toksične, pojavilo se u trenucima značajne eurofikacije jezera. Kod raspadanja algi, kisik u vodi je potrošen, pridnene životinje uginule, a ribe su uginule ili napustile ugroženo područje. Voda je postala neupotrebljiva za korištenje voda. Pretpostavlja se da je eutrofikaciju uzrokovao prekomjerni unos nutrijenata. Glavni izvor onečišćenja dušikom je otjecaj sa poljoprivrednih površina, dok većina onečišćenja fosfora dolazi iz kućanstava i industrije (Ćosić-Flajsig i Karleuša, 2014).

Slika 2. Sutlansko jezero nekada i sada 3. KORIŠTENJE PROBLEMSKI-ORJENTIRANOG PRISTUPA -

DPSIR PRISTUPA

U radu će se ukratko prikazati primjena problemski orijentirani DPSIR pristupa (D-Driving Forces-Pokretači; P-Pressure-Pritisci; I-Impact-Utjecaj; S-State-Stanje; R-Responsible-Nadležnost i Mjere) na ruralni riječni sliv Na primjeru ruralnog riječnog sliva Sutle, moguće je napraviti preliminarnu analizu i odabir prikladnog matematičkog modela procjene utjecaja na vodna tijela, te osigurati procjenu utjecaja kao ideje u sljedeća četiri koraka: - opis Pokretača: posebno korištenje zemljišta, razvitak urbanih područja, industrije,

poljoprivrede i ostalih aktivnosti koje vode pritisku, bez uzimanja u obzir njihovog trenutačnog utjecaja;

- identifikacija Pritisaka sa mogućim utjecajima na vodno tijelo i korištenje voda, uzimajući u obzir veličinu pritisaka i osjetljivost vodnih tijela;

- procjena Utjecaja koji proizlaze iz pritisaka; te - unaprjeđenje Rizika ne postizanja ciljeva (Ćosić-Flajsig i Karleuša, 2014).

Provedba analize pritisaka i utjecaja većinom prognozira razvoj pritisaka, prvenstveno do 2015. godine u kojoj je obveza postizanja dobrog stanja voda, na način da će vodno tijelo biti pod rizikom ne postizanja ekološkog dobrog stanja ukoliko prikladni programi mjera nisu dobro izrađeni i primijenjeni. Nadalje je nejasna procjena rizika nepostizanja dobrog stanja voda u praksi. Određena pojašnjenja mogu se izraditi temeljem identifikacije značajnih uzlaznih trendova Pokretača/Pritisaka u riječnom slivu.

3. KORIŠTENJE PROBLEMSKI-ORJENTIRANOG PRISTUPA - DPSIR PRISTUPA

U radu će se ukratko prikazati primjena problemski orijentirani DPSIR pristupa (D-Driving Forces-Pokretači; P-Pressure-Pritisci; I-Impact-Utjecaj; S-State-Stanje; R-Responsible-Nadležnost i Mjere) na ruralni riječni sliv Na primjeru ruralnog riječnog sliva Sutle, moguće je napraviti preliminarnu analizu i odabir prikladnog matematičkog modela procjene utjecaja na vodna tijela, te osigurati procjenu utjecaja kao ideje u sljedeća četiri koraka:- opis Pokretača: posebno korištenje zemljišta, razvitak urbanih područja, industrije,

poljoprivrede i ostalih aktivnosti koje vode pritisku, bez uzimanja u obzir njihovog trenutačnog utjecaja;

- identifikacija Pritisaka sa mogućim utjecajima na vodno tijelo i korištenje voda, uzimajući u obzir veličinu pritisaka i osjetljivost vodnih tijela;

- procjena Utjecaja koji proizlaze iz pritisaka; te- unaprjeđenje Rizika ne postizanja ciljeva (Ćosić-Flajsig i Karleuša, 2014).Provedba analize pritisaka i utjecaja većinom prognozira razvoj pritisaka, prvenstveno do 2015. godine u kojoj je obveza postizanja dobrog stanja voda, na način da će vodno tijelo biti pod rizikom ne postizanja ekološkog dobrog stanja ukoliko prikladni programi mjera nisu dobro izrađeni i primijenjeni. Nadalje je nejasna procjena rizika nepostizanja dobrog stanja voda u praksi. Određena pojašnjenja mogu se izraditi temeljem identifikacije značajnih uzlaznih trendova Pokretača/Pritisaka u riječnom slivu.


Temeljem europskih i međunarodnih iskustava vezanih uz upravljanje ruralnim područjima, korištenje DPSIR pristupa uzimajući u obzir načelo održivosti kroz niz indikatora i indeksa na primjeru sliva rijeke Sutle, može se dobiti važne informacije vezane uz mehanizme utjecaja onečišćenja na stanje voda i razloge eutrofikacije i organskog onečišćenja u području riječnog sliva Sutle, kao i mogućnost njihova prognoziranje. Pokretači su ljudske aktivnosti koje vrše pritisak na okoliš, i to: a) prekomjerna uporaba okolišnih resursa, b) promjene korištenje zemljišta, i c) direktne ili indirektne emisije. Oni mogu postati opasnost za ljudsko zdravlje i promjenu prirodnog stanja okoliša (zrak, voda, tlo, biološka raznolikost), a promjene stanja okoliša određuju kakvoću ekosustava, ljudsko zdravlje i socijalno stanje društva i blagostanje/dobar život (eng. well-being). DPSIR okvir može biti korišten kao analitički alat za procjenu i modeliranje problema vezanih uz vode.U slivu rijeke Sutle poljoprivreda je značajan Pokretač u smislu ekološkog stanja voda, onečišćenja voda nutrijentima, organskim onečišćenjem i opasnim tvarima. Brane i akumulacije, kao što je u slučaju rijeke Sutle, uzrokuju hidromorfološke promjene i pritiske na riječni ekosustav i eventualno pogoršanje ekološkog stanja voda. Intenziviranje urbanizacije, industrijskih i socio-ekonomski-financijskih aktivnosti, povećava zahtjeve za korištenjem voda, posebno za vodoopskrbu i navodnjavanje. Urbanizacija je identificirana kao Pokretač koji povećava zahtjeve za korištenjem voda, vodoopskrba i navodnjavanje kao Pritisak. Posljedica može biti loše ekološko stanje voda uslijed protoka u rijeci manjih od ekološki prihvatljivog protoka (Ćosić-Flajsig i Karleuša, 2014).

4. MODELI RIJEČNOG SLIVA ZA PROCJENU UTJECAJA NA VODNO TIJELO

U radu Ćosić-Flajsig i Karleuša (2014) predlažu inovativni pristup koji uključuje: procjenu utjecaja na vodno tijelo, procjenu rizika nepostizanja dobrog stanja voda, i optimizaciju raspoloživih mjera (strukturnih i nestrukturnih mjera) i korištenje prikladnih matematičkih modela koji mogu pomoći u odgovoru na navedene zahtjeve. Obzirom na mogućnosti holističke interpretacije riječnog sliva i prezentacije komponenti hidrološkog ciklusa, korištenje modela riječnog sliva široko je rasprostranjeno. Od velike grupe modela riječnog sliva, mali broj modela je javno dostupan i prikladan za korištenje za ruralne riječne slivove. Danas je teško razmišljati o problemima utjecaja na okoliš i upravljanja vodama ukoliko rješenja ne uključuju korištenje različitih vrsta matematičkih modela riječnog sliva. Oni su postali glavno oruđe u rješavanju širokog spektra problema planiranja i upravljanja vodama, koje uključuju i utjecaj klimatskih promjena na vode. Današnja generacija modela riječnog sliva vrlo je raznolika, posebno u odnosu na potrebu korištenja sofisticiranih podataka i računalnih zahtjeva vezanih uz njih. Poznavanje raspodjele vode u vremenu i prostoru zahtijeva integraciju modela riječnog sliva s modelima koji pokušavaju integrirati znanost o atmosferi s hidrologijom, vodni ekosustav, okolišne komponente, biološki sustavi, geokemiju, itd. Unatoč tome, mnogi modeli nisu “prijateljski” za korištenje, niti su ugrađeni u socijalni i okolišni sustav (Ćosić-Flajsig i Karleuša, 2014).Iznimna je važnost podataka koji se koriste pri modeliranju, pa se sustav podataka ispituje obzirom na homogenost, pogreške i točnost, a pohrana, rukovanje, dohvat, obrada, upravljanje, analiziranje i manipulacija podataka su važna pitanja u obradi podataka.


Geografski informacijski sustav (GIS), sustavi za upravljanje bazama podataka data (engl.: data base management systems - DBMS), i alati grafičkog i vizualnog dizajna postaju nužni za obradu velikih količina podataka. Oni su integrirani s hidrologijom riječnog sliva i služe za projektiranje, kalibraciju, modifikaciju, unaprjeđenje i uspoređivanje hidroloških modela. Korištenje GIS-a dozvoljava podjelu riječnog sliva prema hidrološki homogenim podpodručjima na horizontalne i vertikalne domene. S GIS-om je moguće prikazati gubitak tla, identificirati potencijalna područja raspršenih izvora poljoprivrednog onečišćenja, izrada karata ranjivosti podzemnih voda, a poboljšana je i mogućnost uključivanja prostornih detalja. Analize modela riječnog sliva uključuju: analize scenarija, primjenu kvantifikacije alata u različitim uvjetima, kalibraciju i validaciju modela što predstavlja unaprijeđenije sustava modeliranja sliva. Najvažniji rezultati rada Ćosić-Flajsig i Karleuša (2014), u odnosu na usporedne procedure korištenja modela koje se bave analizom primjene modela za različite aspekte korištenja i različite scenarije, prikazani su u nastavku.Sve je veća potreba za korištenjem modela koji uključuju poljoprivredu s mogućnošću izrade scenarija upravljanja zemljištem u odnosu na otjecaj nutrijenata u površinske vode (Schoumans i Silgram, 2003). Radi osiguranja priklanog alata za krajnje korisnike, Europska Komisija je financijski potpomogla EUROHARP projekt (Schoumans i Silgram, 2003), koji je imao zadatak harmonizacije i postizanja transparentnosti postojećih projekata koji se koriste prilikom procjene nutrijenata iz raspršenih izvora onečišćenja. EUROHARP projekt uključio rad 22 istraživačka instituta iz 17 europskih država (2002-2005), a uspoređivao je devet različitih modela riječnog sliva sa naglaskom na raspršene izvore onečišćenja iz poljoprivrede. EUROHARP-ova studija pokazuje da modelari još uvijek nisu sposobni da predlože samo jedan, najbolji model za sve riječne slivove u Europi, zbog toga što je kvaliteta modela utemeljena na ulaznim podacima, kao i na kvaliteti modelara. Temeljem rezultata projekta, među prva tri najbolja modela pogodna za sve vrste izrade scenarija izdvojeni su sljedeći matematički modeli: Soil and Water Assessment Tool (SWAT), Nutrient Losses on CATchment scale (NL-CAT) i Transport - Retention - Source Apportionment: Pollution Loads to the Sea (TRK-N). Pri tome za modeliranje eutrofikacije pogodni su samo SWAT i TRK. Istaknuto je da Model NL-CAT nije testiran van Nizozemske, te daje za TRK model potrebna vrlo visoka razina vještina za njegovu primjenu. Temeljem analize zaključaka EUROHARP-a i pilot projekata riječnog sliva na kojima su testirani različiti modeli u sklopu projekta, zaključeno je da je za male ruralne slivove, s velikim utjecajem poljoprivrede, SWAT najprikladniji model. Obzirom na otvorenost zajednice istraživača i modelara koji koriste SWAT model, kao i različitih oblika kontinuirane edukacije korištenja SWAT-a, očekuje se širenje broja korisnika i unaprjeđenja modela. Prema definiranim kriterijima najveću mogućnost primjene za hrvatske ruralne riječne slivove imaju SWAT i NL-CAT (Schoumans i Silgram, 2003). SWAT model, kao pod-model od Automated Geospatial Watershed Assessment Tool (AGWA) sistem i Better Assessment Science Integrating point & non-point Sources (BASINS) sistem, najčešće su korišteni modeli za ruralna područja. To su najprikladniji modeli za izračun ukupne maksimalne dnevne masene koncentracije (tereta) (engl. Total Maximum Daily Load - TMDL) i simulacije primjene različitih mjera, uključujući najbolje upravljačke prakse (engl. Best management Practice –BMP).


SWAT je uspješno primijenjen za riječne slivove različitih država, a sve je publicirano i dostupno javnosti (Edsel i drugi, 2011). SWAT model je fizikalno utemeljen, deterministički model, simulacijski model riječnog sliva koji je napravljen i unaprjeđen od strane United States Department of Agriculture (USDA) Agricultural Research Service (Douglas-Mankin, 2010). Model je uznapredovao od brojnih individualnih modela kroz razdoblje od preko 30-tak godina, testiran za široki raspon regija, uvjeta, prakse. Gassman i drugi (2007), objedinili su više od 250 referenciranih radova objavljenih u časopisima znanstvenike koji koriste SWAT širom svijeta. Unaprijeđenije dnevnog, mjesečnog, ukupnog protoka i izlaznog onečišćenja ukazuje na to da SWAT vrlo dobro funkcionira u različitim riječnim slivovima. Pregled potencijalnih prednosti i slabosti modela SWAT daje u Tablici 1.

Tablica 1: Pregled potencijalnih prednosti i nedostataka modela SWAT (Schoumans i Silgram, 2003)

7

Tablica 1: Pregled potencijalnih prednosti i nedostataka modela SWAT (Schoumans i Silgram, 2003)

Model riječnog

sliva Prednosti Slabosti

SWAT

- Model u potpunosti opisuje cikluse N I P i stanja voda - Kontinuirano u vremenu i pogodan za simuliranja dugog vremenskog

razdoblja za analizu scenarija npr. klimatske promjene. - Omogućuje utjecaj točkastih izvora koji može biti modeliran - Široka upotreba u Europi i svijetu - Računski učinkovit rad na velikim slivovima u razumnom vremenu - Raspoloživo za ESRI ArcView (Windows NT/2K) i GRASS (Unix) GIS - Osigurava fleksibilnu konfiguraciju riječnog sliva (nemjerljiv broj

podslivova) - Vrlo kooperativna korisnička mreža

- Simulacija rasta šume je siromašna

- Simulacija P je nešto jednostavnija

- Hidrološke upravljačke jedinice nisu georeferencirane unutar podsliva

- Zahtijeva opsežne ulazne podatke

SWAT se počeo više koristiti kod izrade planova upravljanja kakvoćom vode riječnih

slivova s povećanjem sofisticiranog onečišćenja. Modelari su ukazali na važnost vremenski i prostorno točnih ulaznih podataka, kao što su oborine i korištenje zemljišta. Ne postoje studije, prema raspoloživoj literaturu, koji povezuju SWAT hidrologiju i rezultate kakvoće voda, te njihov utjecaj na uslugu ekosustava. S ove točke gledišta, postoji potreba za integracijom SWAT-a i ostalih modela riječnog sliva s klimatskim, ekološkim, i socio-ekonomskim modelima radi boljeg prikazivanja utjecaja upravljanja krajobrazom i društva (Gassman i drugi, 2007). Model je poludistribuiran, složen, konceptualni, hidrološki, u trenutku formiranja, fizički postavljen i računski učinkovit, koristi brzi pristup ulaznih podataka i omogućuje korisniku proučavanje dugoročnih učinaka.

Jezgra SWAT modela razvijena je u ranim 90-ih, temeljem 30 godišnjeg iskustva u modeliranju, a potekao je iz Ministarstva poljoprivrede Sjedinjenih Američkih Država (USDA). Model je nastao spajanjem triju postojećih modela (CREAMS, EPIC, GLEAMS), a u početku je nazvan SWRRB, kasnije nadograđen i preimenovan u SWAT. Model funkcionira na razini riječnog sliva, s ciljem upravljanja zemljištem radi smanjenja utjecaja onečišćenja na stanje voda uslijed iznosa sedimenta i poljoprivrednih kemijskih tvari (dušik, fosfor, pesticidi). Glavni parametri modela su hidrologija, vrijeme, parametri tla, rast biljaka, hranjive tvari, pesticidi i uzgoj tla. ArcSWAT i ArcGIS su produžetak grafičkog sučelja za svakog korisnika SWAT model (Arnold i drugi, 1998). Sučelje zahtijeva podatke o: korištenju zemljišta, pedologiji, vremenu, podzemnim vodama, korištenju voda, obradi tla, kemiji tla, podatke o kakvoći voda jezera i rijeka, te podatke o duljini simulacije, a sve navedeno omogućava učinkovito modeliranje. APEX je program koji je nadogradnja SWAT-u u ekonomskom smislu (Glavan i Pintar, 2012). Vezano uz rezultate znanstvenog istraživanja na riječnim slivovima Reke i Dragonje, malim ruralnim prekograničnim riječnim slivovima između Hrvatske i Slovenije kao što je sliv rijeke Sutle, SWAT model riječnog sliva je pokazao dobru primjenjivost uz modeliranje hidrologije heterogenih slivova i rijeka (Glavan i Pintar, 2012).

SWAT model, u poljsko-norveškoj suradnji, korišten je za modeliranje unosa nitrata u površinske vode uslijed oborinskog otjecaja malih ruralnih slivova, te modeliranja zaštitnih zona uz vodotoke (engl. buffer zone) (Szmarinska i drugi, 2009).

Jedna od prednosti korištenja SWAT modela je i povezivanje s drugim različitim modelima, kao što su: modeli dodatne procjene podataka vezanih uz okoliš, drugi modeli riječnog sliva koji se odnose na kakvoću voda i ekosustav, te modeliranje korištenja ekosustava. Kroz integralni okvir modeliranja koji uključuje različite modele, omogućena je simulacija

SWAT se počeo više koristiti kod izrade planova upravljanja kakvoćom vode riječnih slivova s povećanjem sofisticiranog onečišćenja. Modelari su ukazali na važnost vremenski i prostorno točnih ulaznih podataka, kao što su oborine i korištenje zemljišta. Ne postoje studije, prema raspoloživoj literaturu, koji povezuju SWAT hidrologiju i rezultate kakvoće voda, te njihov utjecaj na uslugu ekosustava. S ove točke gledišta, postoji potreba za integracijom SWAT-a i ostalih modela riječnog sliva s klimatskim, ekološkim, i socio-ekonomskim modelima radi boljeg prikazivanja utjecaja upravljanja krajobrazom i društva (Gassman i drugi, 2007). Model je poludistribuiran, složen, konceptualni, hidrološki, u trenutku formiranja, fizički postavljen i računski učinkovit, koristi brzi pristup ulaznih podataka i omogućuje korisniku proučavanje dugoročnih učinaka. Jezgra SWAT modela razvijena je u ranim 90-ih, temeljem 30 godišnjeg iskustva u modeliranju, a potekao je iz Ministarstva poljoprivrede Sjedinjenih Američkih Država (USDA). Model je nastao spajanjem triju postojećih modela (CREAMS, EPIC, GLEAMS), a u početku je nazvan SWRRB, kasnije nadograđen i preimenovan u SWAT. Model funkcionira na razini riječnog sliva, s ciljem upravljanja zemljištem radi smanjenja utjecaja onečišćenja na stanje voda uslijed iznosa sedimenta i poljoprivrednih kemijskih tvari (dušik, fosfor, pesticidi). Glavni parametri modela su hidrologija, vrijeme, parametri tla, rast biljaka, hranjive tvari, pesticidi i uzgoj tla. ArcSWAT i ArcGIS su produžetak grafičkog sučelja za svakog korisnika SWAT model (Arnold i drugi, 1998). Sučelje zahtijeva podatke o: korištenju zemljišta, pedologiji, vremenu, podzemnim vodama, korištenju voda, obradi tla, kemiji tla, podatke o kakvoći voda jezera i rijeka, te podatke o


duljini simulacije, a sve navedeno omogućava učinkovito modeliranje. APEX je program koji je nadogradnja SWAT-u u ekonomskom smislu (Glavan i Pintar, 2012). Vezano uz rezultate znanstvenog istraživanja na riječnim slivovima Reke i Dragonje, malim ruralnim prekograničnim riječnim slivovima između Hrvatske i Slovenije kao što je sliv rijeke Sutle, SWAT model riječnog sliva je pokazao dobru primjenjivost uz modeliranje hidrologije heterogenih slivova i rijeka (Glavan i Pintar, 2012). SWAT model, u poljsko-norveškoj suradnji, korišten je za modeliranje unosa nitrata u površinske vode uslijed oborinskog otjecaja malih ruralnih slivova, te modeliranja zaštitnih zona uz vodotoke (engl. buffer zone) (Szmarinska i drugi, 2009).Jedna od prednosti korištenja SWAT modela je i povezivanje s drugim različitim modelima, kao što su: modeli dodatne procjene podataka vezanih uz okoliš, drugi modeli riječnog sliva koji se odnose na kakvoću voda i ekosustav, te modeliranje korištenja ekosustava. Kroz integralni okvir modeliranja koji uključuje različite modele, omogućena je simulacija različitih rješenja, kalibracija i validacija modela, te optimizacija i vizualizacija optimalnog rješenja (Johnston i drugi, 2011).

ZAKLJUČAKProblemski orijentiran pristup Okvirnoj direktivi o vodama EU-a i metodološki pristup procjeni rizika ne postizanja dobrog ekološkog stanja, DPSIR pristup je početna točka rješavanja problema eutrofikacije. Procjena utjecaja na vodno tijelo može biti napravljena korištenjem matematičkih modela sliva. U odnosu na problem malih, ruralnih riječnih slivova, na primjeru sliva rijeke Sutle, analizirana je mogućnost procjene utjecaja na vodno tijelo i procjenu rizika ne postizanja dobrog stanja voda. Sukladno preliminarnim analizama raspoloživih komercijalnih modela, prikazanih u ovome radu, može se zaključiti da svi modeli ne mogu dati sve odgovore na pitanja vezana uz uspješno upravljanje kakvoćom voda riječnog sliva. Temeljem provedenih analiza modela i analiza rezultata dostupnih u literature, može se zaključiti da svaki model riječnog sliva ima svoja ograničenja. Za mali, ruralni, poljoprivredni sliv rijeke Sutle, procijenjeno je da je SWAT model riječnog sliva primjenjiv za probleme hidrologije, korištenja zemljišta, onečišćenja nutrijentima - točkastih izvora onečišćenja i raspršenih izvora onečišćenja, itd. Prednosti SWAT modela riječnog sliva je mogućnost GIS prezentacije, izrada ekonomskih analiza i korištenje vrlo kooperativne mreže korisnika. Za ostale probleme vezane uz sliv rijeke Sutle, korištenje prirodne retencije, očuvanje lokaliteta NATURA 2000 i korištenje usluga ekosustava (engl. ecosystem service), model riječnog sliva treba biti adaptiran i unaprjeđen u skladu sa specifičnim potrebama, odnosno mogu biti korišteni neki drugi modeli.

LITERATURA [1] Ćosić-Flajsig G., Karleuša B., (2014): An Approach to Water Quality Management

in Rural Areas, International Conference People, Building and Environment (PBE 2014), Kromeriž, Czech Republic http://www.fce.vutbr.cz/ekr/pbe/

[2] Schoumans O.F., Silgram M., (2003): Review and Literature Evaluation of Quan-tification Tools for the Assessment of Nutrient Losses at Catchment Scale, EURO-


HARP 1-2003[3] Moriasi D.N., Wilson B.., Douglas-Mankin K.R., Rnold J.gG, Gowda P.H., (2012):

Hydrologic and Water Quality Models: Use, Calibration, and Validation, Ameri-can Society of Agricultural and Biological Engineers ISSN 2151-0032, Vol. 55(4): 1241-1247

[4] Douglas-Mankin K.R., (2010): Soil and Water Assessment Tool (SWAT) Model; Current Development and application, American Society of Agricultural and Bio-logical Engineers, ISSN 2151-0032, Vol: 53(5) 1423-1431

[5] Gassman et. al., (2007): The Soil and Water Assessment Tool: Historical develop-ment, applications, and future research directions, trans. ASABE, 53(3):711-740

[6] Glavan M. and Pintar M., (2012): Modelling of Surface Water Quality by Catch-ment Model SWAT, Studies on Water Management Issues, ISBN 978-953-307-961-5, Publisher: In Tech, www.intechopen.com

[7] Szmarinska K. et.al,(2009): Application SWAT Model to Small Agricultural Catch-ment in Poland, 2009 International SWAT Conference, Colorado, USA, 163-170

[8] Johnston J.M. et. al., (2011): An integrated modelling framework for performing environmental assessments: Application to ecosystem services in the Albemarle-Pamlico basins (NC and VA, USA), Ecological Modelling 222, 2471-2484

AUTORImr.sc. Gorana Ćosić-Flajsig a

izv.prof.dr.sc. Barbara Karleuša b

a Tehničko veleučilište u Zagrebu, Graditeljski odjel, Av.V. Holjevca 15, Hrvatska, [email protected]

b Građevinski fakultet Sveučilišta u Rijeci, Radmile Matejčić 3, Hrvatska, [email protected]

268 HRVATSKE VODE NA INVESTICIJSKOM VALU

Documents

INOVATIVNI PRISTUP UPRAVLJANJA KAKVOĆOM VODA ......biti nadograđen za specifične potrebe. Također, uklapa se i u okvir integralnog modeli-ranja, te tako omogućava korištenje