Jak miejskie tereny zieleni wpływają na infiltrację warstw wodonośnych: studium przypadku

Miejskie tereny zieleni to nie tylko przyjemniejsze środowisko życia i czystsze powietrze. Ich rozwój ma ogromne znaczenie dla płytkich warstw wodonośnych, zwiększając podaż wody w obrębie miast zagrożonych suszą. Przeprowadzone w stolicy Meksyku badanie naukowe kwantyfikuje korzyści związane z infiltracją.

Warstwy wodonośne w miastach

Już od lat wiadomo, iż betonowanie i asfaltowanie znacznych obszarów miast redukuje zdolność warstw wodonośnych do absorbowania wody deszczowej i jednocześnie zwiększa ryzyko lokalnych powodzi. Miejskie tereny zieleni mają mitygować to ryzyko, zapewniając szeroki zakres usług ekosystemowych. Naukowcy z Narodowego Autonomicznego Uniwersytetu w Meksyku (UNAM) postanowili zbadać, w jaki sposób charakter terenów zielonych determinuje poziom infiltracji wody opadowej.

Właściwości gleb wykorzystywanych na miejskich terenach zieleni często wynikają z funkcji estetycznej lub rekreacyjnej tych terenów. Niekorzystne zmiany struktury podłoża, zachodzące na skutek działań człowieka, obejmują takie aspekty, jak zmniejszenie ogólnej porowatości, redukcję makroporów i zwiększenie mezoporów, co w rezultacie prowadzi do obniżenia przewodności hydraulicznej. Pod pojęciem tej ostatniej rozumiemy zdolność gleby do przenoszenia wody w warunkach nasyconych lub prawie nasyconych, mierzoną w metrach na dzień. Nie bez znaczenia dla potencjału infiltracyjnego gleby pozostaje również rodzaj wegetacji i poziom jej ewapotranspiracji, czyli procesu parowania z gruntu i tkanek zielonych.

Na obszarach, gdzie obserwuje się wielowarstwowy układ wód podziemnych, jakość gleby w szczególny sposób oddziałuje na płytkie warstwy wodonośne. Znaczenie tych ostatnich, które generalnie nie są traktowane jako źródło wody, często jest lekceważone. Tymczasem według autorów badania opublikowanego 24 kwietnia br. w czasopiśmie PLOS Water to właśnie owa najpłytsza warstwa wodonośna jest najłatwiejsza i najtańsza do kontrolowania i może spełniać funkcję zbiornika retencjonującego najświeższe opady. Tym samym zwiększa ona dostępność wody w mieście i ogranicza ryzyko wystąpienia powodzi.

Niedostatek wody w stolicy Meksyku

To, w jaki sposób miejskie tereny zieleni oddziałują na warstwy wodonośne w miastach, badano w stolicy Meksyku, czyli metropolii o ponad 22-milionowej populacji, często borykającej się z niedostatkiem wody. W pierwszym kwartale 2024 r. sytuacja stała się na tyle poważna, iż w niektórych dzielnicach wodociągi działały jedynie 1-2 godziny dziennie, dostarczając gospodarstwom domowym zaledwie po kilka wiader wody.

Meksyk jest przykładem miasta, w którym nieplanowany rozwój urbanistyczny doprowadził do poważnych zaburzeń hydrologicznych. 71 proc. całkowitej podaży wody pochodzi z głębokich warstw wodonośnych, znajdujących się 70-500 m pod powierzchnią. Drugim istotnym źródłem jest płytka warstwa wodonośna na południu miasta, obejmująca bazaltowe podglebie powstałe wskutek wybuchu wulkanu Xitle w III w n.e. To właśnie w jej obrębie przeprowadzono badanie, mające bliżej wyjaśnić zależności między poszczególnymi elementami miejskiego systemu hydrologicznego i wskazać sposób na zarządzanie zasobami wodnymi.

Badanie poziomu infiltracji

Z pierwotnego powulkanicznego podglebia bazaltowego o powierzchni 80 km² ochroną objęto jedynie 22 km² – reszta została pochłonięta w procesie urbanizacji. W ramach pozostałego ekosystemu utworzono w 1983 r. rezerwat Reserva Ecological del Pedregal de San Angel (REPSA) o powierzchni 2,37 km², formalnie należący do UNAM. To właśnie na tym obszarze, stanowiącym jeden z ważniejszych miejskich terenów zielonych, zrealizowano przedmiotowe badanie. Średnia roczna suma opadów szacowana jest tu na poziomie 752 mm, zaś dzienne maksimum z lat 2014-2020 wynosiło 690 mm.

Pomiary przewodności hydraulicznej zrealizowane w 19 punktach na terenie REPSA oraz pobliskiego parku uniwersyteckiego wykazały ogromną zmienność – od 0,12 do 23,04 m/dzień. Oznacza to, iż lokalne tempo przenoszenia wody w glebie wynosi od 12 cm do 23 m w ciągu jednego dnia. W 42 proc. punktów pomiarowych infiltracja wyniosła od 1 do 5 m dziennie, w 32 proc. więcej niż 10 m, a jedynie w 16 proc. mniej niż 1 m dziennie. Dodatkowo oszacowano roczną ewapotranspirację badanego obszaru na poziomie 0,7 proc. całkowitej rocznej objętości wody opadowej.

Z badania wynikło, iż w aż 89 proc. punktów pomiarowych w obrębie rezerwatu potencjał infiltracji wody opadowej jest wyższy niż historyczne maksimum dzienne z ostatnich lat. W pozostałych 11 proc. stwierdzono, iż niewsiąknięta woda opadowa odpływa wskutek grawitacji w kierunku obszarów z pokruszonymi kamieniami lawowymi. W rezultacie cała woda deszczowa wsiąka w płytką warstwę wodonośną rezerwatu REPSA i nie dochodzi do spływu powierzchniowego poza jego obręb.

Miejskie tereny zieleni a płytkie warstwy wodonośne

W jaki sposób wyniki te wyjaśniają znaczenie miejskich terenów zieleni dla miasta, takiego jak Meksyk? Naukowcy obliczyli, iż woda, która wsiąkła w granicach REPSA może zaspokoić roczny popyt 39,4 tys. osób. Dodatkową korzyścią jest potencjał całkowitej absorpcji wody opadowej, a tym samym obniżenie ryzyka lokalnych powodzi.

Zdaniem autorów badania przykład meksykańskiej stolicy dobrze ilustruje znaczenie płytkich warstw wodonośnych, za których nasycenie odpowiadają miejskie tereny zieleni. W mieście, z jednej strony borykającym się z chronicznym niedostatkiem wody, z drugiej zagrożonym powodziami błyskawicznymi, rozwój terenów zieleni wydaje się więc priorytetem. W ramach planowania przestrzennego należy jednak uwzględniać wszechstronną analizę adekwatności gleby, podglebia oraz ewapotranspiracji – to właśnie te czynniki decydują o skuteczności przenikania wód opadowych do warstw wodonośnych.

Rozszerzając obszary infiltracji w miastach można znacząco poprawić zasilanie wód gruntowych. Miejskie tereny zieleni powinny być więc cenione nie tylko za potencjał redukowania wysokich temperatur letnich, wsparcie lokalnej bioróżnorodności oraz korzyści psychologiczne dla mieszkańców, ale również ze względu na ich kluczową rolę w utrzymywaniu równowagi hydrologicznej i zachowaniu funkcji ekosystemowych na obszarach zurbanizowanych.