Narodowe Centrum Badań
i Rozwoju

– Zasoby wodne w Polsce są ograniczone i należą do najmniejszych w Europie. Jednocześnie cechuje je duża zmienność w czasie i zróżnicowanie w przestrzeni. Narastająca presja na środowisko, która następuje w wyniku rozwoju rolnictwa, przemysłu, procesu urbanizacji, intensywnej rekreacji i turystyki, jest negatywnie wzmacniana przez zmiany klimatu. Powoduje to dodatkowe zagrożenia dla rosnącego zapotrzebowania na wodę dobrej jakości. Program Strategiczny Hydrostrateg „Innowacje dla gospodarki wodnej i żeglugi śródlądowej” rozpoznaje te wszystkie wyzwania i wychodzi im naprzeciw – wyjaśnia prof. dr hab. inż. Jerzy Małachowski, dyrektor Narodowego Centrum Badań i Rozwoju.  

Projekty, których w czwartym konkursie szuka NCBR, powinny dotyczyć minimum jednego z trzech wskazanych tematów:

• Obszar tematyczny „Woda w środowisku: bioróżnorodność/bioproduktywność”: Opracowanie i wdrożenie systemów ograniczających ilość zanieczyszczeń w wodach powierzchniowych wraz z systemem monitorowania parametrów jakości środowiska wodnego wywołanych wzrostem retencji;
• Obszar tematyczny „Woda w mieście”: Retencja w systemach kanalizacji ogólnospławnej;
• Obszar tematyczny „Woda w mieście”: Retencja w sieciach kanalizacji deszczowej.

Czysta woda dla przyszłych pokoleń

Pierwsze zadanie polega na stworzeniu systemów, które ograniczą zanieczyszczenia w wodach powierzchniowych i będą monitorować ich jakość. Większa retencja wody oznacza dłuższy kontakt zanieczyszczeń z ekosystemem, co jest problemem zwłaszcza na terenach rolniczych (nawozy) i w miastach (substancje ropopochodne, plastik, mikroplastiki). Dlatego trzeba opracować rozwiązania bliskie naturze, które zmniejszą ilość biogenów i zneutralizują wpływ miast. Ważne jest też stworzenie metod wykrywania i usuwania mikroplastików, systemów czujników do monitoringu w czasie rzeczywistym oraz technologii szybkiego reagowania na rozlewy substancji ropopochodnych. Jakość wody powinna być oceniana na podstawie bioróżnorodności, mierzonej automatycznie za pomocą nowoczesnych sensorów.

Kanalizacja dla miast

Z kolei drugie zadanie dotyczy systemów kanalizacji ogólnospławnej. Miasta borykają się tu z poważnymi problemami, takimi jak wylania ścieków na powierzchnię i częste uruchamianie przelewów burzowych, co prowadzi do zrzutu nieoczyszczonych ścieków do wód. Przyczyną jest rosnące uszczelnienie terenów, szybkie odprowadzanie wód opadowych oraz zmiany klimatu zwiększające intensywność opadów. Dodatkowo, nierównomierny dopływ ścieków do oczyszczalni zakłóca ich pracę, wymuszając awaryjne zrzuty. Dotychczasowe rozwiązania, jak duże zbiorniki retencyjne przy oczyszczalniach, chronią jedynie samą oczyszczalnię, nie poprawiając sytuacji w sieci kanalizacyjnej.

Aby skutecznie przeciwdziałać tym zagrożeniom, konieczne jest rozwijanie retencji rozproszonej i maksymalne wykorzystanie potencjału retencyjnego sieci. Obejmuje to lokalne zagospodarowanie wód opadowych poprzez retencję, rozsączanie i wykorzystanie na miejscu, budowę rozproszonych zbiorników retencyjnych, wdrażanie systemów monitoringu opadów w czasie rzeczywistym oraz inteligentnego sterowania odpływem z wykorzystaniem sztucznej inteligencji. Ważnym kierunkiem jest także adaptacja miast do zmian klimatu poprzez tworzenie Błękitno-Zielonej Sieci i stosowanie ekohydrologicznych biotechnologii, które poprawiają jakość wód i powietrza. Wzorem krajów Europy i USA należy wprowadzać rozwiązania integrujące infrastrukturę techniczną z zieloną przestrzenią, aby ograniczyć skutki ekstremalnych zjawisk pogodowych.

Zarządzanie kanalizacją deszczową

Rozbudowa sieci kanalizacji deszczowych oraz zmiany klimatu powodują, że tradycyjny system zbierania i odprowadzania wody przestaje być wystarczający. Do realizacji trzeciego zadania potrzebne są więc rozwiązania, które zatrzymują i wykorzystują wodę opadową, zamiast szybko ją odprowadzać. Kluczowe działania to rozwój cyfrowych narzędzi projektowania z uwzględnieniem retencji i rozsączania, nowe technologie poprawiające trwałość zbiorników i systemów infiltracyjnych, oczyszczanie wód opadowych przy dłuższym magazynowaniu oraz inteligentne sterowanie odpływem. Ważne jest też łączenie klasycznych rozwiązań inżynieryjnych z ekohydrologicznymi metodami bliskimi naturze. Obliczanie pojemności zbiorników musi opierać się na nowoczesnych danych opadowych i cyfrowych atlasach, a nie na starych empirycznych wzorach. Równocześnie, rośnie znaczenie monitoringu pracy obiektów i jakości wód, co jest kluczowe dla eksploatacji i zarządzania kryzysowego. W przyszłości konieczne będzie wdrożenie systemów dynamicznego sterowania odpływem, które wydłużą czas retencji i poprawią współpracę sieci z odbiornikami wód – takie rozwiązania są już stosowane na świecie i zaczynają pojawiać się w Polsce.

Nauka i biznes na ratunek

Do czwartego konkursu w Programie Strategicznym Hydrostrateg mogą przystąpić konsorcja składające się z organizacji badawczych, przedsiębiorstw oraz innych podmiotów niebędących organizacją badawczą ani przedsiębiorcą, posiadających zdolność do wdrożenia (zastosowania w praktyce) rozwiązania będącego wynikiem realizacji projektu, jak również posiadających zdolność prawną lub zdolność do czynności prawnych, mogący występować w konkursie i działać w ramach konsorcjum. W skład konsorcjum może wchodzić maksymalnie pięć podmiotów, z czego co najmniej jedno przedsiębiorstwo i co najmniej jedna organizacja badawcza. Zgłoszone projekty mogą obejmować badania podstawowe, badania przemysłowe, prace rozwojowe oraz prace przedwdrożeniowe.

Budżet konkursu to 100 mln zł. Minimalna wysokość dofinansowania pojedynczego projektu wynosi 1 mln zł, a maksymalna – 25 mln zł. Nabór wniosków o dofinansowanie projektów rozpocznie się 5 grudnia 2025 i potrwa do 13 lutego 2026 roku (w ostatnim dniu naboru do godz. 16:00).

Projekty doceniane na świecie

W ramach drugiego konkursu w programie Hydrostrateg realizowany jest obecnie projekt „Autonomiczny System Internetu Rzeczy do Monitorowania Jakości Wód oraz Operacyjnego Wspomagania Identyfikacji Zagrożeń”. Jego autorzy (konsorcjum w składzie Politechnika Warszawska – lider projektu, Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej – Państwowy Instytut Badawczy oraz firmy Magly i Nebucode) zostali zwycięzcami w globalnym finale konkursu o Nagrodę Jamesa Dysona, w kategorii „Zrównoważony rozwój".

– Istniejące czujniki i boje pomiarowe są obecnie standardem w monitoringu jakości wód, szczególnie w zastosowaniach oceanicznych i morskich. Niestety, rozwiązania te nie radzą sobie wystarczająco dobrze w zróżnicowanych biologicznie środowiskach rzecznych. Największym wyzwaniem jest szybkie zarastanie biofilmem, które obniża dokładność pomiarów i wymusza częste kalibracje oraz manualne czyszczenie sprzętu przez wyspecjalizowany personel. To z kolei zwiększa koszty i czasochłonność utrzymania, praktycznie uniemożliwiając wdrażanie takich systemów przez mniejsze podmioty — gminy, miasta czy lokalne przedsiębiorstwa. Ponadto boje dostępne na rynku często wymagają interwencji ze względu na brak pełnej autonomii energetycznej, Ich zasilanie opiera się głównie na panelach słonecznych, które często nie zapewniają wystarczająco długiej pracy w warunkach zacienienia lub surowej zimowej pogody. Systemy analizy danych także nie nadążają za potrzebami nowoczesnych użytkowników — są przestarzałe, wymagają skomplikowanej obsługi i dostarczają zbiory informacji, które są czytelne jedynie dla ekspertów. Globalni producenci tych rozwiązań od lat utrzymują te same technologie, co spowalnia rozwój innowacji w monitoringu jakości wód środlądowych – powiedział Filip Budny, kierownik ds. inżynierii technicznej projektu i pomysłodawca urządzenia. – Istnieje pilna potrzeba eksplorowania nowych, innowacyjnych rozwiązań, które będą lepiej dostosowane do specyfiki ekosystemów rzecznych i odpowiedzą na dynamicznie zmieniające się w nich warunki środowiskowe, atmosferyczne oraz otaczające je warunki infrastrukturalne. Zwiększenie niezawodności, prostoty analizy danych oraz obniżenie kosztów instalacji i utrzymania takich rozwiązań otworzyłoby drogę do szerokiego wdrażania autonomicznych systemów monitoringu i umożliwiłoby dostęp do informacji o jakości wód znacznie większej liczbie użytkowników.  

Opracowywany system będzie sygnalizował bieżące zagrożenia dla ekosystemów oraz przewidywał potencjalne skutki dla środowiska, umożliwiając odpowiednie i wczesne działania. Składać się on będzie z trzech innowacyjnych na skalę światową komponentów:

• autonomicznej stacji pomiarowej – będzie na bieżąco sprawdzać 10 najważniejszych parametrów wody, takich jak: pH, chlorki, azotany, amon, fosforany, przewodność, tlen, temperatura, prędkość przepływu i głębokość. Siedem z nich będzie mierzone za pomocą specjalnego modułu z rolką, na której znajdują się setki jednorazowych, tanich czujników – nie trzeba ich kalibrować ani czyścić. Gdy czujnik się zużyje, system sam wymieni go na nowy. Stacja będzie działać przez cały rok, nawet zimą, dzięki prądowi wytwarzanemu przez mały hydrogenerator w wodzie i technologii podgrzewania elektroniki;
• inteligentnego chmurowego systemu zarządzania stacjami pomiarowymi – czyli platformy do monitorowania, zarządzania i analizy danych wyposażonej w moduły SI identyfikujące anomalie oraz prognozujące wartości parametrów wody na 72 godziny do przodu;
• interaktywnej krajowej mapy ryzyka zanieczyszczeniem rzek – narzędzia wspierającego w doborze optymalnego planu pomiarowego i w odpowiednim umieszczeniu stacji pomiarowych na obszarze badanym.

Odbiorcami opracowywanego w ramach projektu rozwiązania będą różnorodne podmioty: instytucje odpowiedzialne za gospodarkę wodną i ochronę środowiska, przedsiębiorstwa wodno-kanalizacyjne, jednostki samorządu terytorialnego, jak również przedsiębiorstwa, które będą zainteresowane monitorowaniem jakości wód w trybie ciągłym, oraz instytucje badawcze.

Więcej informacji nt. czwartego konkursu w Programie Strategicznym Hydrostrateg znajduje się na stronie internetowej NCBR.