Wody śródlądowe są w większości wodami pitnymi. Zaspakajają popyt na wodę rolnictwa, rybo-łówstwa, oraz przemysłu i potrzeb komunalnych. Są wykorzystywane do żeglugi i do gaszenia pożarów.
Wody podziemne służą do bezpośredniego wykorzystania, oraz stanowią rezerwy dla zaopatrzenia ludności, przemysłu i instytucji obronnych podczas zagrożeń bezpieczeństwa państwa. Powierzchnio-we wody płynące są głównym przyrodniczym środkiem przemieszczania produktów wietrzenia skał w kierunku jezior i mórz, oraz bezpiecznego przebywania i przemieszczania się fauny wodnej wśród lądów. Są także powodem zagrożeń powodziowych.
Z wodami śródlądowymi i wpływami człowieka na środowisko są związane sprzężenia zwrotne w Sahelu, w Afryce. Nomadzi wędrujący z bydłem przez sawannę i busz oraz półnomadzi i mieszkańcy wiosek trudniący się warzywnictwem korzystają w czasie pory deszczowej z wód opadowych groma-dzących się w lokalnych obniżeniach terenu zamienianych stopniowo w okresowe oczka wodne (z ang.
waterholes, rys. 34). Z czasem wody opadowe infiltrują w głąb, dążąc powoli do lokalnych poziomów wodonośnych usytuowanych kilkanaście, a nawet kilkadziesiąt metrów pod powierzchnią terenu.
Wody z takich lokalnych depresji, ale występujących na obrzeżach rozległych niecek geologicznych, docierają do poziomów artezyjskich i subartezyjskich i są osiągane otworami wiertniczymi, jako wody artezyjskie z dala od obszarów zasilania.
Korzystający z wody nomadzi i ogrodnicy ingerują w naturalne procesy geośrodowiskowe po-głębiając łopatkami obniżenia terenu i koryta lokalnych strumieni, a z czasem wkopując się w głąb do kilkunastu metrów nieocembrowanymi studniami o średnicy około 2 m. W ścianach tych stud-ni umieszczają warkocze wyplatane z lokalnej wikliny, które pełstud-nią rolę filtrów powstrzymujących
Rys. 34. Oczko wodne otoczone zielenią (ang. waterhole) w buszu; okolice Sambisa Swamps, w stanie Borno w NE Nigerii; zanikające po wiosennej porze deszczowej z czasem zamieni się w dziurawioną studniami kopanymi depresję z wodopojami, a następnie w suche zagłębienie terenowe
z suchymi pozostałościami po zapadniętych studniach, w końcu stanie się depresją terenową zatrzymującą wody opadowe podczas kolejnej pory deszczowej [foto S.O. 1984]
wypływ mułków z lokalnych soczewek i przewarstwień w seriach gliniasto-piaszczystych osadów na-syconych wodami zawieszonymi. Ten proceder był opisany wcześniej z obrzeży basenu Jeziora Czad w Nigerii(1).
Tu sprzężenie zwrotne polega na odwróceniu zasilania lokalnych poziomów wód podziemnych ze studni kopanych w czaszy niecki Jeziora Czad oraz wód artezyjskich i subartezyjskich ze studni ko-panych na wyższych obrzeżach tej niecki podczas kolejnych pór deszczowych. Proceder wkopywania się w głąb terenu w ślad za opadającymi wodami zawieszonymi powoduje regularne odtwarzanie zasobów podczas następnej pory deszczowej. Co więcej, studnie kopane bez ocembrowania w za-głębieniach terenowych zalewane ponownie przez gromadzące się wody deszczowe ulegają w tym czasie obwałom przyczyniając się do pogłębiania i poszerzania oryginalnej, lokalnej depresji tere-nowej z własnymi niszami ekologicznymi drzew, krzewów i traw oraz rozmaitości zwierząt. Z bie-giem lat niektóre depresje się powiększają, przejmując tym samym wiodącą funkcję zaopatrzenia w wodę nomadów na rozległych, ogólnie płaskich przestrzeniach wyżyn afrykańskich (rys. 35). Sto-sownie do budowy geologicznej terenu, stosunków etnicznych i administracyjnych oraz tradycyj-nych tras przegonów bydła w niektórych okolicach depresji Mega Czadu, nasycenie terenu takimi
„oczkami wodnymi” sięga kilkudziesięciu na km2, a w innych kilku lub jeszcze mniej. Warto obej-rzeć obraz satelitarny tych okolic, korzystając z dostępu przez Google Earth, na przykład w okolicach punktu o współrzędnych geograficznych N-11–53-50 i E-13-28-30. Tam można dostrzec wieloletnie oczka wodne o średnicy kilkudziesięciu metrów i setki świeżych, codziennych „pogoni” za obniżają-cym się z dnia na dzień zwierciadłem wody zawieszonej, widocznych w postaci bardzo jasnych kop-ców-plamek na całym terenie, zwłaszcza w pobliżu także widocznych szlaków okresowego przego- nu bydła.
Na rzekach, potokach i strumieniach są powszechnie budowane jazy, zapory piętrzące dla ce-lów retencyjnych i ochronnych przed powodziami, oraz budowane liczne wały przeciwpowodziowe
(1) S. Ostaficzuk, Geoecology of the Nigerian part of the Lake Chad Basin, Univ. Silesia 1996; s. 98+XXIII Tablice.
Rys. 35. Oczko wodne w przegłębieniu koryta okresowej rzeki Yedseram w okolicach na S od Bama w NE Nigerii; foto S.O. 1987.
W porze suchej depresje okresowych oczek wodnych są oczyszczane z resztek roślin przez zwierzęta i pożary buszu i traw, a dodatkowo podlegają deflacji eolicznej.
W efekcie łączne wpływy procesów naturalnych, warunków klimatycznych i działalności ludzkiej powodują, że te z pozoru nietrwałe formy krajobrazu są utrwalane pospołu bio- i abiotycznie
oraz antropogenicznie
i kanały melioracyjne oraz suche zbiorniki awaryjne. Wszystkie sztucznie utworzone otwarte zbiorniki wodne powodują zmiany w otaczających je systemach hydrogeologicznych. Zmienia się poziom wód podziemnych i kierunki ich migracji w zależności od stanu wód zbiornika. Abrazja brzegowa powoduje transport rumoszu, inicjację lub aktywację osuwisk, zmienia się mikroklimat i energia przepływów hy-drologicznych poniżej i powyżej zbiornika. Przy drogach oraz zakładach przemysłowych są budowane zbiorniki wodne przeciwpożarowe.
Wielkie konstrukcje wodne, umacnianie nabrzeży morskich i rzecznych oraz budowa zapór wod-nych dla celów energetyczwod-nych i retencyjwod-nych zmieniają krajobrazy i sposoby użytkowania terenów oraz ograniczają egzogeniczne procesy naturalne na skalę porównywalną ze zmianami naturalnego użytkowania ziemi wskutek rozwoju rolnictwa. W ogóle inicjatywy inżynierskie, obejmujące budownic-two lądowe i wodne, oraz podziemne, są specyficznym rodzajem oddziaływania ludzi na środowisko.
Szczególną działalnością jest drążenie tuneli i komór podziemnych związanych z eksploatacją górniczą, transportem, magazynami oraz potrzebami ochrony przed zagrożeniami. Inną, jest „przeciskanie” ele-mentów infrastruktury komunalnej i przemysłowej powodującej zmianę geotechnicznych właściwości terenów i ograniczenie możliwości ich użytkowania, z jednoczesnym uwalnianiem powierzchni terenu od obiektów trwałych.
Nowością inżynierską, związaną z rozwojem technologii, jest budowanie sztucznych wysp i zwią-zanych z nimi fizycznie portów, doków i „marin”. Nieco starsze poszerzanie lądów metodą polderów ograniczanych groblami i zagospodarowywanie ich dla różnych celów, w tym mieszkalnych, komunika-cyjnych i magazynowo produkkomunika-cyjnych(1) , jest też de facto związane z wodami śródlądowymi, a ściślej z ich tworzeniem w dawnym środowisku morskim. Te inicjatywy zmiany przeznaczenia obszarów poza lądowych w przylądowe strefy ekonomiczne i strategiczne mają też implikacje polityczne, bo powo-dują rozszerzanie terytoriów oraz stref ekonomicznych, zwykle kosztem uszczuplania podobnych stref w sąsiedztwie.
Obecnie (w roku 2017) na świecie są czynne(2) 182 zapory wodne o zainstalowanej mocy ge-neratorów prądu elektrycznego co najmniej 1000 MW, a w trakcie budowy jest 31 zapór. Największa zapora ma dostarczać prąd elektryczny o mocy 22 GW.
Sztuczne zbiorniki wodne mają pojemności rzędu milionów m3, największy osiąga 169 milionów m3; wysokości zapór wodnych wynoszą od kilku do 300 m.
Katastrofy powodowane przez działania inżynierskie występują zwykle z opóźnieniem. Bowiem z oczywistego powodu podejmowanie działań inżynierskich jest poprzedzone projektowaniem i oblicze-niami bezpieczeństwa, stateczności i ocenami możliwych skutków egzystencji obiektów inżynierskich.
Z pominięciem awarii i katastrof wynikających z inżynierskich błędów projektowych i realizacyjnych, należy tu wymienić te katastrofy, które są powodowane przez naturalne procesy wietrzenia i denudacji oraz długotrwałe oddziaływanie konstrukcji inżynierskich na środowisko, w którym są sytuowane. Ich wpływ może wynikać z istoty funkcjonalnej obiektu, jak długotrwałe generowanie wstrząsów, emisji, wycieków, zużywania surowców, albo długotrwałe obciążanie podłoża, zasłanianie, zaciemnianie, roz-świetlanie, czy też bierne zaburzanie naturalnych procesów swoją obecnością.
Charakterystycznym przykładem konstrukcji inżynierskiej budownictwa wodnego może być planowany przekop przez Mierzeję Wiślaną, umożliwiający konieczną(3) komunikację wodną Zalewu Wiślanego z Zatoką Gdańską oddzielonymi od siebie wąskim pasem piaszczystej młodoholoceńskiej mierzei pokrytej wydmami o wysokości od kilku do ponad pięćdziesięciu metrów.
Przekopanie Mierzei Wiślanej w poprzek w dogodnym miejscu wydaje się najprostsze. Takim miejscem okazał się rejon osady Nowy Świat, kilkaset metrów na wschód za Skowronkami w
kie-(1) Dla porządku należy tu wspomnieć jednak o znacznie starszych, a nieustępujących rozmachem dzisiejszym, inicjatywach budownictwa wodnego, ziemnego i skalnego, a znanych nam z archeologii i historii dzisiejszego Egiptu, Iraku, Meksyku, Peru i Chin.
(2) https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/.
(3) A. Olszak, Jak nie przekop to co, „Magazyn Pomorskie”, bezpłatne pismo samorządowe, Wyd. spec., 2018; s. 1–16.
runku Przebrna(1). Nie jest to jednak rozwiązanie optymalne z wielu względów. Przekopywanie na-turalnej morskiej struktury nabrzeżnej, utworzonej w wyniku krótkookresowej stabilizacji warunków przyrodniczych, wrażliwej na wszelkie zmiany fizjograficzne, spowoduje nieuchronne, katastrofalne zaburzenie jej trwałości ekogeologicznej. Jednak po wykonaniu przekopu z torem wodnym i wybudo-waniu na zewnątrz mierzei falochronów osłaniających wejście do kanału, strumień rumoszu przemiesz-czanego wzdłuż mierzei zostanie przerwany, a transportowany materiał będzie deponowany przy fa-lochronach i w kanale toru wodnego. Zaburzenie transportu rumoszu spowoduje intensyfikację erozji brzegów pozbawionych naturalnego zasilania, poza krótkotrwałym, sezonowym redeponowaniem starszych nagromadzeń osadów strefy brzegowej, stosownie do aktualnych kierunków wiatru. Te zja-wiska mogą zapoczątkować dalszą destabilizację procesów podtrzymujących równowagę dynamiczną mierzei i wzmacniających ją procesów eolicznych. Dlatego to zamierzenie inżynierskie wzbudza kon- trowersje(2) .
Jak wynika z analizy morfologii północnego brzegu Mierzei Wiślanej i jej otoczenia oraz poja-wiających się publikacji, przekopywanie Mierzei może również spowodować duże koszty własne ge-nerowane przez konieczność utrzymywania jej drożności, chronienia zagrożonych elementów środo-wiska, nowej organizacji ruchu kołowego i konieczności sztucznego zasilania dużych odcinków brzegu z powodu prawdopodobnego, a nawet nieuniknionego wzmożenia niektórych procesów współczesnej geodynamiki przypowierzchniowej. Przekopanie Mierzei, a nawet tylko ulokowanie trwałych obiek-tów zaburzających naturalne prądy przybrzeżne, spowoduje zasadnicze zmiany w naturalnym układzie przybrzeżnego ruchu rumoszu, a zatem i stabilności struktury brzegu.
W Polsce znany jest, i traktowany jako podręcznikowy, przykład niefortunnego ulokowania portu rybackiego na prostym odcinku wybrzeża klifowego u nasady piaszczystego Półwyspu Hel (rys. 36).
Półwysep Hel będący wyłącznym produktem rumoszu transportowanego przez prądy przybrzeżne po-bierające od strony zachodniej materiał okruchowy z podmywania klifów Jastrzębiej Góry i Chłapow-skiego, został pozbawiony dostaw świeżych osadów zasilających. Dlatego podlega częstym erozjom sztormowym, gdy zachodnie falochrony portu we Władysławowie są obsypywane strumieniem ru-moszu wcześniej transportowanego dalej wzdłuż Helu w kierunku jego wschodniego cypla wchodzą-cego w Zatokę Gdańską. W miarę upływu czasu transport przybrzeżny rumoszu od zachodu dociera wokół falochronu do portowego toru wodnego, który należy kosztownie utrzymywać w stanie drożno-ści. Natomiast Hel jest sztucznie zabezpieczany palami, przed erozją brzegów pozbawionych dopływu świeżego materiału osadowego od zachodu(3).
Stosowane są także rekonstrukcje przez sztuczne zasilanie, budowę wałów przeciwsztormowych i ostróg. Na odcinku od Władysławowa do Juraty namyto 10 mln m3 materiału do 2003 roku i jesz-cze 5 mln m3 do 2013 roku. Rekonstruowane są wydmy oraz opaski, a nad wydmą na cyplu została zbudowana kładka. Podobne i inne zabezpieczenia są stosowane na kolejnych 8 odcinkach brzegu zagrożonego abrazją morską w kierunku zachodnim. Ale na Mierzei Wiślanej takie zabiegi nie są sto-sowane, bo nie były dotąd potrzebne. Umacniane są tam jedynie zbocza plażowego wału wydmowego dewastowanego przez plażowiczów. Równowaga w strumieniu rumoszu wzdłuż Mierzei jest bowiem podtrzymywana przez sztuczne ujście Wisły zwane Przekopem (1890–1895), przez który rzeka dostar-cza od 1895 roku zawiesinę piaszczystą w ilościach wystardostar-czających do naturalnego zasilania brzegów Mierzei oraz sypania niewielkich wysp piaszczystych w pobliżu ujścia (rys. 37).
Z przeglądu kartograficznych obrazów wielu obiektów na świecie, w różnych sytuacjach fizjogra-ficznych, wynika, że przekopy mierzei i ustabilizowanych linii brzegów lądu stałego zachowują trwałość
(1) http://www.zulawyimierzeja24.pl/aktualnosci/16116, kanal-zeglugowy-przez-mierzeje-wislana-jest-ostate.
(2) M. Sterlingow, Pomyłka za 880 milionów, „Magazyn Pomorskie”, bezpłatne pismo samorządowe, wyd. specj., Maj 2018; s. 1–16, 7–8.
(3) M. Szruba, Sposoby ochrony brzegów morskich i ich wpływ na środowisko przyrodnicze polskiego wybrzeża Bałtyku. Raport, red. T. Łabuz, Fundacja WWF, Warszawa 2013, http://www.nbi.com.pl/assets/NBI-pdf/2017/1_70_2017/
Pdf/17_Ochrona_ brzegow_ morskich.pdf.
Rys. 37. Ujście Wisły utworzone sztucznie pod koniec XIX wieku; obraz z Google, udostępniony w 2018 roku, (W) wyspy utworzone z osadów Wisły i jej ujścia, (O) nadbudowa brzegu w postaci utworów plażowych
i wałów rumoszu transportowanego przez prądy przybrzeżne po udrożnieniu przekopu
Rys. 36. Port rybacki we Władysławowie; A – Zarys linii brzegowej Bałtyku w rejonie nasady półwyspu Hel, przedstawiony na mapie topograficznej 1:100k z 1935 r. [Einheistblatt 13 Danzig-Putzig];
B – na mapie współczesnej [Geoportal-2]
i żeglowność jedynie tam, gdzie ujścia przekopów prowadzą zawiesinę rumoszu zwietrzelinowego – piasków, mułków i żwirów. W innych sytuacjach, ujścia przekopów są zamulane, a wybrzeża erodo-wane, bądź przybrzeża spłycane, stosownie do ich usytuowania względem przeważających prądów morskich. Dlatego porty morskie i inne trwałe obiekty budownictwa wodnego o dużych rozmiarach są z reguły lokowane w zatokach, we wcinających się głęboko w ląd fiordach, estuariach lub w przy-brzeżnych dolinach rzecznych. W obrębie wygładzanych przez prądy morskie wybrzeży zbudowanych z gruntów niespoistych, porty są lokowane w cieniu cypli, lub kos od strony lagun w pobliżu natural-nych przerw w mierzejach (rys. 38)(1). Przekop Mierzei Wiślanej nie spełniałby tego warunku. Bowiem istota abrazji brzegowej polega na ujemnym sprzężeniu zwrotnym między energią fal przyboju, a spły-caniem strefy brzegowej przez produkty abrazji.
Kosy i wydłużone cyple usypywane w poprzek płytkich zatok przez przybrzeżne prądy mor-skie z rumoszu pobieranego po drodze z podcinanych abrazyjnych odcinków brzegów wypukłych są formami młodymi. Zachowują wyraźnie strukturę terenu odzwierciedlającą kierunki i sekwen-cje deponowania wleczonego materiału w płytkiej falującej wodzie (rys. 39–42). W skrupulatnej analizie poszczególnych elementów struktury kos i wklęsłych odcinków wybrzeża można odtwo-rzyć zarówno zmienności w dostawie materiału okruchowego, czyli określać intensywność abra-zji, określać zmienne stany morza podlegającego spiętrzeniom sztormowym, jak i zmianom po-ziomu związanego z poziomem oceanu światowego. Część z tych zmian może być przejawem okresowego utrudniania połączeń Bałtyku z Morzem Północnym, jak i może odzwierciedlać piono-we ruchy skorupy ziemskiej wywołane izostazją polodowcową, lub też i neotektonicznymi procesami podlitosferycznymi.
Przydatność danych lidarowych do analizy sprzężeń zwrotnych w młodej historii geologicznej terenu za pomocą numerycznego modelowania rzeźby terenu jest dopiero odkrywana. Jednak już wiadomo, że pomiary lidarowe będą narzędziem wrażliwym na przejawy zmian wysokościowych, śla-dowych spadków terenu, utrwalonych w rzeźbie terenu i w mikroreliefie śladów dawnych procesów, lub inicjalnych deformacji pod wpływem naprężeń poziomych, osiadań i powolnej utraty stabilności konstrukcji wzmacniających strefy poddawane erozji i abrazji, bądź degradacji naturalnych zboczy ma-sywów skalnych.
(1) http://distart119.ing.unibo.it/albertonew/ ?q=node/100; https://www.dec.ny.gov/permits /67096.html.
Rys. 38. Fragment południowego wybrzeża Long Island w USA; jasne są plaże na rozbudowanych mierzejach;
brak jakichkolwiek portów i przystani z obiektami trwałymi od strony otwartego morza;
obraz satelitarny udostępniony przez Google; szerokość terenu około 75 km
Rys. 39. NMT fragmentu półwyspu Hel; widoczne są linie przyrostu eolicznie zmienionych stref piasków plażowych i nisz deflacyjnych z lokalnymi wydmami; wyróżniają się dwa ciągi wydm bardziej masywnych, niż pozostałe i wysokości rzędu 10 m npm od strony Zatoki Puckiej i od strony otwartego morza, jako przejawy
lokalnego zwiększenia dostaw materiału piaszczystego, czego powodem mogło być na przykład epizodyczne obniżenie poziomu wód Bałtyku i odsłonięcie piaszczystego dna; NMT (S.O. 2018, dane z CODGIK)
Rys. 40. Abrazyjno-depozycyjne wyrównywanie linii brzegowej odziedziczonej po terenie zlodowaconym podczas ostatniej fazy deglacjacji najmłodszego lądolodu na południowym brzegu Bałtyku;
szerokość obrazu ~10 km; NMT (S.O. 2018, dane z CODGIK)
Sprzężenia zwrotne są w tym zakresie istotne z powodu możliwości wykorzystywania wstępnych wyników badań na formułowanie i podejmowanie nowych zadań badawczych jeszcze przed ukończe-niem badań dotychczasowych. Bowiem te mogą się okazać już niecelowe, wobec nowych możliwości analitycznych dynamiki powierzchniowej terenu. Szczególnie perspektywiczna wydaje się możliwość weryfikowania dawnych szczegółowych map geologicznych powierzchniowych i rewidowania obowią-zujących mezo- i mikropodziałów fizycznogeograficznych kraju.
Rys. 42. Struktury brzegowe rejonu ujścia Świny
1–7 struktury przyrostu brzegu kształtującego się Bałtyku i wypełniania osadami estuariowych oraz lagunowych przestrzeni wodnych; 1 – najmłodsze linie przyrastania utworów brzegowych, 2 – charakterystyczny epizod budowy masywnego wału wydmowego na wybrzeżu południowego Bałtyku między Uznamem, a wschodnim odcinkiem Mierzei Wiślanej, 3–7 – pięć odrębnych cykli wypełniania liniowo układanymi osadami brzegowymi
przybrzeżnych depresji zarówno od strony otwartego morza, jak i od strony rzeki uchodzącej do morza;
8 – terenowe struktury antropogeniczne współczesne; NMT (S.O. 2018, dane z CODGIK) Rys. 41. Struktury przybrzeżne strefy przyboju
1 – współczesna strefa przyboju i plaża; 2 – linie przyrostu brzegu; 3 – utwory brzegowe dawnej laguny;
4 – masywne ciągi wydm przekraczających 15 m wysokości; 5 – dawne, zachowane zarysy linii przyrastania brzegu mierzei odcinającej ostatecznie lagunę (6) od morza; 7 – najmłodsza kopalna mierzeja w rejonie ujścia
Piaśnicy; we wschodniej części laguny na podłożu torfowiska niskiego znajdują się cienkie pokrywy piasków z historycznych ingresji morskich podczas sztormowego przerywania wału piaszczystego młodej, kilkusetletniej mierzei (w okolicy prawego górnego narożnika rys. 31; NMT (S.O. 2018, dane z CODGIK)
Jak wynika z przedstawionych szczegółowych opisów sytuacji terenowych, naturalne sprzęże-nia zwrotne oraz ludzka aktywność inżynierska związana z konstrukcją sztucznych wysp, polderyza-cją obszarów wód przybrzeżnych, czy łączeniem akwenów śródlądowych z morskimi za pomocą śluz, kanałów, zapór i obwałowań, tworzą w istocie złożony system wzajemnych oddziaływań z przewagą zwrotnych sprzężeń ujemnych. Bowiem utrzymanie zamierzonych efektów inżynierskich jest możliwe tylko przy nieustannym ludzkim wysiłku odwadniania, palowania, bagrowania i zasilania oraz kon-serwacji implantowanych w naturalnym środowisku infrastruktur człowieczych. Bez tych zabiegów przyroda zniweczyłaby w sposób naturalny, stopniowo, lub katastrofalnie efekty ludzkiej inwencji inżynieryjnej.