Engineers and planners: Sustainable water management alliances

Copyright © 2011 ICE Publishing Ltd. Permission is granted by ICE Publishing to print one copy for personal use. Any other use of these PDF files is subject to reprint fees.In the future, increasing pressure will inevitably be placed on the spatial planning system to improve its consideration of water management issues. Emerging challenges include designing for climatic extremes, reducing flood risk, managing increasingly scarce water resources and improving water quality. These issues need to be balanced with a range of other spatial planning priorities and objectives, including meeting new housing needs, facilitating economic growth, and creating and maintaining quality places. The sheer complexity of the issues surrounding water management and the impacts upon spatial planning mean that partnership working is essential to achieve an integrated approach. Planners need the expertise, and crucially the understanding, of engineers and hydrologists. However, there can be considerable misunderstanding and miscommunication between disciplines, often concerning the institutional context in which the various parties operate. A plethora of policies, tools and assessments exist, which can make integrated water management an overwhelming prospect for the planner. This paper attempts to identify and address some of the issues faced, as well as examining how planners embed hydrological issues in decision making and how engineers could better facilitate this

The variability of Poland’s environment against the global data variability trends within the selected sensitive factors

Artykuł jest oparty na pierwszych spostrzeżeniach uzyskanych z realizacji tematu wieloczynnikowej analizy jakościowej nieustannych przemian geośrodowiska w ogóle, na świecie i w Polsce. Istotne długo- i krótkoczasowe trendy zmienności geośrodowiska oraz wynikające z nich zagrożenia są podstawą planowania i podejmowania istotnych decyzji ekonomiczno-politycznych. W artykule są przedstawione zmienności kilku tylko wybranych parametrów bogatej rzeczywistości naturalnej – zarówno przyrodniczej, jak i antropogenicznej, w tym ekonomicznej, związanych z rozwojem ludzkości. Założeniem metodycznym było wykorzystywanie w miarę możności danych pierwotnych lub tylko mniej przetworzonych w procesie udostępniania, a nie danych wywodzących się z uogólnionego modelowania rozpatrywanych zjawisk. Wybór przedstawionych parametrów został uzależniony od dostępności danych porównawczych zarówno w skali globalnej, jak i regionalnej oraz arbitralnego przekonania autora o ich istotności. Ze wstępnej analizy danych w perspektywie kilkunastu i kilkudziesięciu lat wyłania się obraz świata przyrody w wielu aspektach mniej alarmistyczny od powielanych opinii na temat ogólnej sytuacji człowieka w jego ziemskim środowisku, ale bardziej niepokojący w zakresie wzajemnych stosunków cywilizacji ludzkich w skali globalnej. Podstawową analizą struktury danych zostały objęte zmienności temperatury powierzchni terenu, nasłonecznienia, radiacji ziemskiej, fotosyntezy, smogu i zawartości CO, CO2 , NO2 w atmosferze oraz przyrostu populacji ludzkiej, kontrastów PKB i konfliktów społecznych.The determination of long-range and short-range tendencies to change within human surroundings and hazardous outcomes is critical in planning sustainability and economic-political decisions. In Parameters of the current reality factors, both natural and human controlled, including the economy, having an apparent impact on the “trendy” idea of sustainability, are presented in the paper. The selection of factors was mainly due to global and regional data accessibility, with arbitral certainty of their essential value. The data analyzed in the prospect of a decade to several decades back, shows a general image of the future of hums which is less alarming than multiplicative common beliefs, and more troubled than common judgment in the scope of global civilizations interaction. The conclusion was derived from the structural analysis of changes of land temperature, insolation, net radiation, outgoing longwave radiation, net primary productivity, aerosol size and optical depth, atmosphere content of CO, CO2, NO2 with respect to population increase, contrasts in wealth, GDP and PPP

Distribution of Earth's skin temperature in Poland - preliminary, geological views

Przeprowadzono analizę rozkładu temperatur w przypowierzchniowej strefie Ziemi na podstawie danych satelitarnych NASA (http://earthobservatory.nasa.gov/GlobalMaps/). Bezpośredni wpływ oświetlenia słonecznego, pokryw śniegowych oraz lodów wyeliminowano przez wykorzystanie tylko średnich nocnych temperatur miesięcznych z czerwca, lipca, sierpnia i września z lat 2000 i 2012. Pobierane były obrazy globalne z tego okresu w przedziale EO° do E360° i N-63° do N63°; dla Polski przyjęto lądowy obszar E14° do E25°/N49° do N55° oraz obszar NW Polski od E14° do E18°/ od N51° do N55°. Miesięczne średnie temperatur nocnych były pobierane z całych wymienionych obszarów oraz dla porównania z profili diagonalnych NW-SE i SW-NE. Stwierdzono wyraźne podwyższenia temperatury w obszarach miejskich i przy zbiornikach wód otwartych. Mniej wyraźne, ale nieprzypadkowe odchyłki negatywne temperatur średnich stwierdzono w obszarach spiętrzeń morenowych i w obszarach górskich. Mniejszy wpływ na odchyłki temperatur powierzchni terenu ma zróżnicowanie pokryw roślinnych. Stwierdzona regionalizacja rozkładu anomalii średnich może mieć związek ze zróżnicowaniem intensywności naturalnego strumienia cieplnego Ziemi (por. Szewczyk i Gientka 2009). Badania są dopiero zainicjowane, ale pierwsze wyniki wykazują przydatność tego źródła danych w określaniu: wstępnych parametrów ujęć geotermalnych, temperaturowych anomalii antropogenicznych oraz trendów krótkotrwałych zmian klimatycznych.The Earth's superficial temperature distribution in Poland was analyzed based on the NASA satellite data (http://earthobservatory.nasa.gov/GlobalMaps/). The direct impact of sunrays, snow cover and ices was eliminated by using only night pictures from the months without snow — June to September 2000 and 2013. Geographically, data images were acquired from images covering the following areas: global EO° to E360°/N —63° to N63°; for Poland E14° to E25°/N49° to N55° and for the NW Poland E14° to E18°/N51 ° to N55°. Average monthly temperature data were collected from the entirety of the mentioned areas and, for the control, from the diagonal profiles NW-SE and SW-NE: Urbanized areas and peripheries of open waters were characterized by higher temperatures then average, while lower than average were temperatures of glacial end moraines and mountain areas. Vegetation cover has a lesser impact on night temperatures on land. The apparent regional distribution of temperature variances may represent some manifestations of variables in the natural heat flow from the deeper subsurface spheres of the Earth (see Szewczyk and Gientka 2009). The presented analyses have only just been initiated, but preliminary results point to the prospective applicability of global temperature data in geothermic studies, land use planning, and delineating of global temperature trends

Shale gas & geothermal energy

Eenergia geotermiczna jest ciągle perspektywicznym źródłem ciepła w użytkowaniu na dużą skalę. Przeszkodą w przejściu z perspektyw do powszechnego wykorzystania są wysokie nakłady inwestycyjne - wykonanie otworów wiertniczych oraz szczelinowanie górotworu, konieczne do uzyskania zadawalającej wydajności energetycznej ujęć ciepła. Te nakłady można obniżyć przy okazji poszukiwania i udostępniania gazu łupkowego w Polsce przez zainicjowanie przekształcania głębokich otworów "gazowych" (>3,5 km) po szczelinowaniu - "suchych" oraz wyeksploatowanych, w produkcyjne i chłonne otwory geotermalne. Jeden km3 szczelinowanych łupków zawiera gaz niskokaloryczny (14,5 MJ/m3) w wydobywalnej ilości około ok. 1,5 do ok. 3,0 Gm3, co w przeliczeniu odpowiada od ok. 22 PJ (PJ = Peta Joule = 1015 Joule) do ok. 44 PJ energii. Natomiast jeden km3 skał na głębokości od około 3,5 km do około 4,5 km zawiera 2,6 PJ/K ciepła. To oznacza, że przy spadku temperatury o 2 stopnie Celsjusza zostanie wydzielone 5,2 PJ energii cieplnej. Pobieranie ciepła z łupków gazonośnych zwiększy opłacalność operacji wydobywczych gazu oraz spowoduje rozwój geotermii w Polsce. Transfer ciepła skał z głębi otworu na powierzchnię będzie się odbywał za pośrednictwem wód technologicznych, zatłaczanych po oddaniu ciepła z powrotem do górotworu, tak jak w systemie pozyskiwania ciepła w technologii gorących skał suchych (HDR). Potencjalne zasoby gazu łupkowego w Polsce znajdują się w trzech paleozoicznych basenach geologicznych - bałtyckim, podlaskim i lubelskim (jak na rys. 1 według DOE-EIA 2011a) o powierzchni/średniej miąższości, odpowiednio: 22 911 km2/96 m; 3432 km2/90,6 m oraz 30 044 km2 /69 m, na głębokości od kilkuset metrów do ponad 4 kilometrów. Zatem w najgłębszym - bałtyckim basenie łupkowym gazonośne łupki tworzą blok o objętości niemal 2200 km3 o średniej temperaturze sięgającej 90 stopni Celsjusza.Heat extraction from Hot Dry Rocks (HDR) is difficult and expensive due to costly prerequisite drilling and fracking. According to Kastei (2011), the cost of drilling and fracking reaches $4,500 per kW of installed power. In geothermal development on shale gas fields, these costs would be substantially reduced. The remaining costs would be adaptation of the well, installation of heat exchangers, and maintenance of hydraulic connections between the production and injection wells. According to available data (Michalczyk 2011), shale gas possesses low calorific power of approx. 14.5 MJ/m3; on the other hand, one cubic kilometer of fractured shale may provide about 1.5 to about 3.0 bln. m3 of low calorific gas with a total energy content of about 22 PJ (PJ = Peta Joule = 1015 Joule) to about 44PJ. One km3 of rock at depth of from approx. 3.5 km to 4.5 km within the shale gas exploitation zone contains 2.6 PJ/K of heat. This indicates a release of 5.2 PJ of heat energy at 2 degrees of Celsius drop in temperature; the natural geothermic heat flux within the 50 to 75 mW/m2 range typical in Poland (Szewczyk, Gientka 2009) was ignored in this assessment. Extracting heat from within the gas-bearing shales may contribute significantly to the Polish economy and may help in geothermal development. Heat will be transferred from downhole rocks by hot water to the surface heat exchangers, and the water will be injected back into the fractured rocks similarly to the traditional HDR system technology. The prospective Polish resources of gas shales are in three geological basins: the Baltic, Podlasie, and Lublin Basins (see Fig. 1 after DOE-EIA 2011a) of an areal extent/average thickness (in meters) as follows: 22,911 km2/96 m; 3,432 km2/90.6 m and 30,044 km2 /69 m respectively. Depth varies from several hundred to 4,000 meters. Thus, the deepest basin shales constitute a volume of almost 2,200 km3, with an average temperature reaching up to 90 degrees of Celsius

Exclusion free areas – Screening areas open for hazardous constructions planning in Poland. Mapping standards in zone selection studies for the location of susceptible structures – siting a nuclear power plant

Kryteria bezpiecznej lokalizacji elektrowni jądrowej (EJ) są zależne od charakterystyki reaktora i systemów peryferyjnych oraz od unikalnych geologicznych warunków terenowych. Podstawą wyboru optymalnej lokalizacji jest uwzględnienie warunków koniecznych do uzyskania na podstawie studiów terenowych i badania dostępnych materiałów prawnie obowiązującej decyzji lokalizacyjnej. Do określenia stopnia bezpieczeństwa i identyfikacji czynników zagrażających budowie i funkcjonowaniu reaktora jest niezbędna opinia geologiczno-inżynierska wraz ze scenariuszem awarii i likwidowania jej skutków w konkretnej sytuacji geologiczno-terenowej, z uwzględnieniem zastrzeżeń i oporów opinii społeczno-politycznej. W ocenie zagrożeń należy odrębnie uwzględniać możliwość wystąpienia niekorzystnych zbiegów okoliczności naturalnych oraz podatności obiektu na zagrożenia antropogeniczne wynikające z zaniedbań oraz intencjonalne. Podstawą wstępnego wyboru lokalizacji jest mapa obszarów niekonfliktowych z uwzględnieniem przyjętego marginesu szkodliwych oddziaływań wzajemnych obiektu EJ i istniejącej sytuacji terenowej. Przed rozpoczęciem analizy terenów możliwej lokalizacji, z powodu dużych wymiarów kraju, należy wyeliminować miejsca oczywiście nie nadające się do rozważań z powodów naturalnych i antropogenicznych. Wielkie aglomeracje przemysłowe, obszary objęte górnictwem podziemnym, tereny zwartej zabudowy oraz rezerwaty przyrody, tereny bagnisk i zagrożeń powodziowych, jak również tereny podatne na osuwiska i rozległą erozję należy wyeliminować z dalszych rozważań lokalizacyjnych. Jednak można dopuścić możliwości lokalizacji EJ w miejscach niekorzystnych, jeśli inne przesłanki są sprzyjające. Nowoczesne technologie są wystarczające do omijania przeszkód jeśli ekonomiczne względy przeważają.A safe location site for Nuclear Power Plant (NPP) depends on, both, technical characteristics of a reactor with its peripheral systems, and on unique geological terrain conditions. Field and archive studies of possibly all materials, relevant for issuing legal decision are the basis for choosing an optimal NPP site. Evaluation of the safety level and detection of factors hazardous for the safe operation of a NPP must be supported by a comprehensive geological engineering report, supplemented with the modeled scenario of a plant’s possible catastrophe, its minimizing and prevention of disastrous effects. Another inalienable factor for choosing site place for NPP are “pros” and “cons” concessions resulting from social consultations. In determining the risks, one must consider all the possible unfortunate coincidences on natural factors, and the vulnerability of the NPP to human errors caused by negligence or, ill will. A base map presenting areas free of interaction conflicts with topographic and infrastructural objects outside a margin safety zone remains the base for initial terrain selection

Mapped lithological units of marginal deposits of the pleistocene’s last ice sheet in Poland

Przedmiotem tego opracowania jest rozbieżność tożsamościowa, widoczna w terenie i na mapach geologicznych w konfrontacji z ukształtowaniem terenu, także występująca w prezentacjach treści szczegółowych map geologicznych Polski (SMGP) na podkładzie numerycznym modelu terenu NMT (ZGW 2000) . Zastanawiająco ubogi jest na mapach geologicznych obszar wydzieleń osadów czołowo-morenowych przy równoczesnym występowaniu imponująco wielkich i spójnych ciągów wzgórz sięgających do trzystu metrów wysokości widocznych w krajobrazie, jak i na NMT w uznanych strefach zasięgu i oscylacji poszczególnych epizodów glacjalnych plejstocenu. Niniejsza strukturalna analiza rzeźby terenu i treści współczesnego zdjęcia geologicznego Niżu w Polsce jest podstawą propozycji wzmocnienia w geologicznej kartografii genetycznego pojęcia „osady strefy czołowej lądolodu”. Propozycja jest wsparta graficznymi przykładami fragmentów pojezierzy – Suwalskiego i Kaszubskiego, przekrojami geologicznymi oraz profilami morfologicznymi szczegółowymi i o większym zasięgu regionalnym.The paper presents the inconsistencies between the prominently developed end moraine hills up to 300 m high, presented by DTMs and the hypsometric contour line images of Northern Poland, and their representation in the Detailed Geological Map of Poland 1:50,000 (SMGP), small scale map compilations included. The demonstrated graphic examples are taken from NE Poland’s Suwalskie and N Poland’s Kashubian Lake Districts. Both cover areas of temporary oscillations and variable time limits of the final episodes of the last Pleistocene glaciations in Poland

The numerical spatial model (3D) of geological structure of Poland- from 6000 m to 500 m b.s.l.

The article describes the methodology and the results of the pilot stage of a project, aimed at representing the deep geological structure of Poland from 6000 m to 500 m b.s.l. as a 3D numeric spatial model in scale 1 : 500,000, in the "1992" georeference system