Latem 2022 r. na Odrze doszło do jednej z najpoważniejszych katastrof ekologicznych w Polsce w ostatnich dekadach. Masowe śnięcie ryb i innych organizmów wodnych objęło niemal całą długość rzeki i wymagało szybkiego rozpoznania przyczyn, oceny skali zjawiska oraz koordynacji zarządzania kryzysowego na poziomie regionalnym i centralnym.
Zespół ds. sytuacji powstałej na rzece Odrze powołany przez Ministra Klimatu i Środowiska współtworzyli przedstawiciele różnych instytucji oraz środowiska naukowego, w tym m.in. Generalna Dyrekcja Ochrony Środowiska, Główny Inspektorat Ochrony Środowiska, Instytut Ochrony Środowiska – PIB, Instytut Rybactwa Śródlądowego, Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej – PIB oraz Politechnika Warszawska. W procesie badawczym wykorzystano monitoring terenowy, badania laboratoryjne oraz techniki satelitarne. Wydział Geodezji i Kartografii Politechniki Warszawskiej, będący partnerem Civil Security Hub Poland, odpowiadał za opracowanie produktów satelitarnych. Obejmowały one głównie teledetekcyjne wskaźniki spektralne świadczące o zakwitach glonów oraz mapy rozkładu chlorofilu. To doświadczenie stało się inspiracją do późniejszego rozwijania w ramach CS Hub PL usługi wsparcia monitorowania zagrożenia zakwitami glonów w rzekach, która będzie integrować wyniki analiz zobrazowań satelitarnych i pomiarów in-situ.
Przebieg katastrofy ekologicznej na Odrze
Pierwszy przypadek śnięcia ryb latem 2022 r. odnotowano 14 lipca na terenie województwa opolskiego. Na Kanale Gliwickim, drodze wodnej łączącej Port Gliwice z rzeką Odrą, zebrano wówczas 920 kg martwych ryb. Podobne zdarzenie na dalszym odcinku kanału miało miejsce 18 lipca, uznano wtedy jednak, że ma ono formę jednostkową i lokalną. Sytuacja uległa zmianie pod koniec miesiąca, gdy w dniach 27–28 lipca pojawiły się pierwsze sygnały o śniętych rybach w głównym biegu Odry, w rejonie stopnia wodnego Lipki, na granicy województw dolnośląskiego i opolskiego. W dniach 30–31 lipca w Kanale Żeglugowym w Oławie odłowiono łącznie około 3350 kg ryb do utylizacji, co uświadomiło wszystkim śledzącym rozwój wydarzeń, że zjawisko ma charakter masowy i postępuje, obejmując kolejne odcinki rzeki.
W kolejnych dniach dalsze przypadki śnięcia ryb i innych organizmów wodnych notowano poniżej Oławy, a od 18 sierpnia aż do początku września podobne zgłoszenia pojawiały się już niemal codziennie. Katastrofa objęła województwa śląskie, opolskie, dolnośląskie, lubuskie i zachodniopomorskie. Do 12 września 2022 r. łączna masa odłowionych ryb przekroczyła 249 ton. Oprócz masowego śnięcia ichtiofauny odnotowano również śmierć małży i ślimaków, lokalne załamanie populacji organizmów bentosowych oraz czasowe wstrzymanie działalności gospodarczej związanej z rybactwem i turystyką. Przełożyło się to na wymierne straty ekonomiczne i długofalowe skutki ekologiczne.
Analiza zdjęć satelitarnych Sentinel-2 wykazała, że w dniach 19-21 lipca 2022 r. lokalnie w okolicach Kędzierzyna Koźle w Odrze występowało podwyższone stężenie chlorofilu (ok. 60 mg/m3), co świadczyło o stopniowym rozwoju glonów, jednak biorąc pod uwagę panującą sytuację hydrologiczną (niski stan wód) i warunki pogodowe (wysokie temperatury) nie były to wartości alarmujące. W dniu 21 lipca 2022 r. wysokie stężenie chlorofilu (ok. 150 mg/m3) występowało jedynie w miejscu wlewu Kanału Gliwickiego do Odry.
Przyczyny powstania zjawiska i współpraca międzyinstytucjonalna
W początkowej fazie zdarzenie traktowano jako sytuację o charakterze lokalnym, a działania koordynowano na poziomie samorządów. Intensyfikacja zjawiska spowodowała podjęcie szerszych działań, które doprowadziły do powołania Samorządowego Sztabu Kryzysowego. Ponadto, w połowie sierpnia 2022 r. decyzją Ministra Klimatu i Środowiska stworzono Zespół ds. wyjaśnienia sytuacji na rzece Odrze. W jego skład weszło 49 naukowców z państwowych instytutów badawczych i uczelni. Oprócz Politechniki Warszawskiej w gronie tym znalazły się m.in. Generalna Dyrekcja Ochrony Środowiska (GDOŚ), Główny Inspektorat Ochrony Środowiska (GIOŚ), Instytut Ochrony Środowiska – PIB, Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej – PIB, Państwowy Instytut Weterynaryjny – PIB, Państwowy Instytut Rybactwa Śródlądowego im. S. Sakowicza w Olsztynie i Główny Inspektorat Weterynarii.
Eksperci przeanalizowali kilkadziesiąt tysięcy wyników badań i 200 pozycji literatury zagranicznej, a także zdjęcia satelitarne i inne dostępne materiały badawcze zarówno z okresu poprzedzającego masowe śnięcie ryb, jak i z czasu, kiedy zjawisko było już obserwowane na Odrze.
GIOŚ uruchomił i prowadził monitoring interwencyjny, który objął 26 miejsc wzdłuż biegu Odry. Celem powstałych stanowisk był regularny pobór prób oraz szeroki zakres oznaczeń fizykochemicznych i biologicznych, w tym analiza składu fitoplanktonu. Dane te stanowiły podstawę do oceny postępu katastrofy ekologicznej oraz weryfikacji modeli wykorzystywanych w analizach teledetekcyjnych.
Identyfikacja przyczyny katastrofy wymagała wykonywania szeregu różnych analiz. Na ich podstawie 19 sierpnia potwierdzono obecność gatunku „złotej algi” (Prymnesium parvum) w próbce wody pobranej 12 sierpnia w Słubicach. W toku dalszych badań wykazano, że mikroglony te wytwarzały ichtiotoksyny, prowadzące do uszkodzeń skrzeli i narządów silnie ukrwionych u organizmów wodnych. Jednocześnie, badania toksykologiczne obejmujące ponad 300 substancji wykluczyły obecność w wodach Odry metali ciężkich, pestycydów, substancji ropopochodnych oraz bakterii i wirusów jako przyczyn zjawiska.
Eksperci wykazali też, że masowy zakwit mikroglonów wywołały nakładające się na siebie czynniki, takie jak wysokie zasolenie wody, niski przepływ i upały podnoszące jej temperaturę. Wnioski te sformułowano na podstawie ponad 36 tys. wyników badań oraz analiz zdjęć satelitarnych i danych monitoringowych, które pozwoliły na odtworzenie mechanizmu wystąpienia zdarzenia. Identyfikacja miejsc występowania glonów była wspierana analizami teledetekcyjnymi, ponieważ tylko ta metoda umożliwiała uzyskanie przestrzennego rozkładu ich zakwitów, co było szczególnie cenne biorąc pod uwagę wielkość obszaru objętego zajwiskiem.
Stężenie chlorofilu jest powszechnie stosowanym wskaźnikiem rozwoju glonów w wodach powierzchniowych. Jednak rutynowo realizowane pomiary punktowe nie są w stanie ujawnić przestrzennego zróżnicowania zjawiska zakwitów. Doskonale widać to na ilustracji ukazującej zmianę stężenia chlorofilu w okresie od 19 lipca do 18 sierpnia 2022 r. w Jeziorze Turawskim Dużym.
Wraz z rozszerzaniem się katastrofy na kolejne odcinki Odry powołano także zespół międzyinstytucjonalny na poziomie centralnym. Jego spotkania odbywały się regularnie, a analizy zarówno terenowe, jak i satelitarne realizowane były w trybie ciągłym. Dodatkowo zdarzenie miało charakter transgraniczny, co wymagało współpracy z administracją niemiecką.
Wykorzystanie technik satelitarnych w analizie zakwitu glonów i tworzeniu map rozkładu chlorofilu
Zespół Wydziału Geodezji i Kartografii Politechniki Warszawskiej odpowiadał za komponent analiz teledetekcyjnych i przetwarzanie danych satelitarnych. Działania objęły przygotowanie metodyki, opracowanie modeli obliczeniowych oraz interpretację wyników w ujęciu przestrzennym i czasowym. Do zadań ekspertów należało również integrowanie zobrazowań satelitarnych z pomiarami terenowymi oraz przygotowywanie syntetycznych produktów kartograficznych i analiz wspierających ocenę skali zjawiska.
Istotnym elementem podnoszącym świadomość sytuacyjną zaangażowanych służb i instytucji było operacyjne wykorzystanie zobrazowań satelitarnych Sentinel-2 z satelitów obserwacji Ziemi programu Copernicus. Dane o rozdzielczości 10 i 20 metrów, rejestrowane co 2–3 dni, umożliwiły analizę różnych wskaźników spektralnych związanych z rozwojem zakwitów glonów. W pierwszej fazie testowano różne metody i modele (w tym modele Inherent Optical Properties) szacowania stężenia chlorofilu, a następnie prowadzono ich weryfikację w oparciu o pomiary terenowe.
Opracowana metodyka pozwoliła na operacyjne obliczanie rozkładu chlorofilu dla całej długości Odry w granicach Polski, wynoszącej 742 km. Ze względu na rozległość obszaru konieczne było przetwarzanie od 9 do 11 zobrazowań dla jednego cyklu obserwacyjnego. Dodatkowym wyzwaniem było znaczne zachmurzenie oraz brak wcześniej zweryfikowanych algorytmów dla rzek w Polsce. Najlepszy model szacowania chlorofilu charakteryzował się niepewnością na poziomie 10–15%.
Opracowanie produkty satelitarne dla całego biegu Odry umożliwiły analizę przebiegu zjawiska.
Mapy rozkładu chlorofilu były opracowywane wraz z pojawianiem się kolejnych zobrazowań i przekazywane administracji centralnej odpowiedzialnej za koordynację działań kryzysowych. Na późniejszym etapie wykonano analizy wieloczasowe oraz opracowano spójny sposób wizualizacji danych dla całej rzeki. W ramach działań badawczych na zlecenie Instytutu Rybactwa Śródlądowego zrealizowano również naloty lotnicze z wykorzystaniem zobrazowań hiperspektralnych w celu oceny możliwości określania parametrów wody, w tym zasolenia i przewodności elektrycznej. W latach 2023–2024 prowadzono dalszą automatyzację przetwarzania danych pozyskanych dzięki programowi Copernicus oraz kontynuowano opracowywanie produktów geoprzestrzennych w formacie umożliwiającym ich bezpośrednie wykorzystanie w analizach.
„Działania ukierunkowane na realne wzmacnianie bezpieczeństwa oraz odporności społeczeństwa na zagrożenia wynikające z katastrof ekologicznych, zmian klimatycznych czy napięć geopolitycznych stanowią dziś istotną potrzebę społeczną. W tym kontekście rozwijanie koncepcji Civil Security Hub Poland wpisuje się w odpowiedź na te wyzwania, wzmacniając potencjał współpracy, innowacji oraz transferu wiedzy w obszarze bezpieczeństwa cywilnego. Technologie kosmiczne w zakresie komunikacji, nawigacji i obrazowania umożliwiają zdalne monitorowanie zagrożeń oraz wczesne ostrzeganie, co przekłada się na szybszą reakcję, sprawniejsze zarządzanie kryzysowe oraz ograniczenie strat społecznych i gospodarczych” – tłumaczy dr hab. inż. Janusz Walo, Dziekan Wydziału Geodezji i Kartografii PW, prof. PW.
Znaczenie technik satelitarnych podczas monitorowania stanu rzek
Katastrofa ekologiczna na Odrze w 2022 r. była jednym z pierwszych przypadków w Polsce, kiedy techniki satelitarne zostały wykorzystane operacyjnie do analizy rozległego zdarzenia środowiskowego wzdłuż rzeki. Analiza zobrazowań satelitarnych umożliwiła określenie przestrzennego zasięgu zakwitu, identyfikację odcinków o podwyższonym stężeniu chlorofilu oraz śledzenie dynamiki przemieszczania się zjawiska w czasie, z rozdzielczością pozwalającą na obserwacje co kilka dni na całym biegu rzeki. Produkty analiz satelitarnych przekazywane były do Generalnego Dyrektora Ochrony Środowiska i prezentowane na spotkaniach Zespołu ds. wyjaśnienia sytuacji na rzece Odrze. Pozyskane dane zostały zestawione z wynikami pomiarów terenowych, co pozwoliło na kalibrację modeli obliczeniowych i ograniczenie niepewności szacowań, a tym samym zwiększenie wiarygodności wniosków.
Powyższe doświadczenia Politechniki Warszawskiej mają bezpośrednie przełożenie na rozwój Civil Security Hub Poland, którego uczelnia jest Partnerem. CS Hub PL przekłada innowacyjne rozwiązania oparte na danych satelitarnych na potrzeby ratownictwa, ochrony ludności i zarządzania kryzysowego. Katastrofa ekologiczna z 2022 r. wskazała potrzebę stworzenia mechanizmu wsparcia dla monitorowania zagrożenia zakwitami glonów w rzekach, który będzie integrować wyniki analiz zobrazowań satelitarnych i pomiarów terenowych. Politechnika Warszawska kontynuuje obecnie rozwój usługi monitorowania rzek w ramach Hubu, koncentrując się na doskonaleniu metod detekcji anomalii jakości wód, automatyzacji przetwarzania zobrazowań oraz integracji danych wieloźródłowych w jednym środowisku analitycznym.
Katastrofa na Odrze stała się także impulsem do zmiany świadomości podmiotów administracji centralnej oraz do budowania kompetencji w zakresie operacyjnego wykorzystania technik satelitarnych w zarządzaniu kryzysowym. W odpowiedzi na wydarzenia z 2022 r. utworzono Międzyresortowy Zespół do Spraw Przeciwdziałania Sytuacjom Kryzysowym i Zagrożeniom Środowiskowym na rzece Odrze. Prowadzi on m.in. bieżący nadzór parametrów jakości wody, w tym pod kątem ryzyka ponownego wystąpienia zakwitów. Funkcjonuje wielostopniowa procedura ostrzegawcza, a wyniki analiz publikowane są w formie na bieżąco aktualizowanych map i komunikatów. Oznacza to, że sytuacja na Odrze pozostaje przedmiotem stałej obserwacji i oceny, a wypracowane po 2022 r. rozwiązania mają charakter systemowy i długofalowy.
