OCHRONA PRZED POWODZIĄ

Wezbranie - każdy znaczny wzrost stanów wody w ciekach i jeziorach wywołany:

• zwiększonym zasilaniem naturalnym:

• opady deszczu

• tajanie śniegu

• zahamowaniem odpływu przez:

• zatory lodowe lub śryżowe

• silny wiatr

Powódź - na tyle duże wezbranie, że woda występując z koryta głównego rzeki, zalewa tereny nadbrzeżne (doliny rzek) powoduje straty gospodarcze, społeczne i moralne.

• Wezbranie jest zjawiskiem przyrodniczym

• Powódź jest zarówno zjawiskiem przyrodniczym jak i gospodarczym

• Każda powódź jest wezbraniem, ale nie każde wezbranie jest powodzią

Klasyfikacja powodzi

Ze względu na genezę wezbrania i powodzie dzielimy na:

1. Spowodowane czynnikami naturalnymi:

• Opadowe - wywołane deszczami

• Zatorowe (Zimowe)

• Roztopowe - wywołane gwałtownym tajaniem śniegu

• Sztormowe - wywołane wiatrem wiejący od morza i powodującym podniesienie się poziomu wody w ujściowych odcinkach rzek

2. Spowodowane uszkodzeniem lub całkowitym zniszczeniem ochronnych budowli hydrotechnicznych (zapór, wałów i in. obiektów).

W zlewniach górskich i podgórskich dominują wezbrania opadowe - występują często i mają gwałtowny przebieg. Podobny charakter wezbrań, spowodowanych deszczami nawalnymi (tzw. oberwaniem chmury), występuje również w niewielkich zlewniach intensywnie zabudowanych na pozostałym obszarze kraju.

W dużych zlewniach na terenach nizinnych dominują wezbrania roztopowe. Są one znacznie większe od wezbrań opadowych i mają długotrwały przebieg - trwają nawet do 2 miesięcy.

Wezbrania sztormowe występują na ujściowych do morza odcinkach rzek w wyniku sztormów na Bałtyku i zalewach.

Powodzie zimowe charakteryzują się punktowym występowaniem i na ogół niewielkim zasięgiem. Mogą występować zarówno na rzekach górskich jak i nizinnych z tym, że najczęściej występują na dużych rzekach nizinnych. Warunki sprzyjające zatorom: • duża krętość rzeki (rzeki meandrujące),
• morfologia koryta - występowanie odsypisk, wysp, bocznych odgałęzień koryta (rzeki roztokowe),

• zwężone przekroje mostowe, • górne odcinki zbiorników zaporowych, gdzie następuje nagłe zmniejszenie prędkości przepływu (spływu lodu).

Przepływy maksymalne

W ochronie przeciwpowodziowej i hydrotechnice przepływy maksymalne przyjmowane są jako wartości o określonym prawdopodobieństwie wystąpienia.

Do wyznaczenia tych przepływów konieczny jest zbiór wartości maksymalnych, obserwowanych w danym roku i w określonym przekroju wodowskazowym.

Przykład:

Rzeka Wisła - przekrój wodowskazowy Nadwilanówka

W latach 1951 - 1990 wielkości przepływów maksymalnych rocznych wynosiły:

• od 1080 m³/s do 5650 m³/s

• średnio 2690 m³/s

Maksymalne roczne przepływy prawdopodobne

Rzeka Wisła - przekrój wodowskazowy Nadwilanówka

Prawdopodobieństwo wystąpienia p (%)	Okres powtarzalności (lata)	Natężenie przepływu Qmax (m^3/s)
1	100	7400
2	50	6670
5	20	5670
10	10	4890
25	4	3800
50	2	2800

Przepływ maksymalny o prawdopodobieństwie p = 1 % oznacza, że statystycznie takie natężenie przepływu może pojawić się w danym przekroju 1 raz na 100 lat (lub w odstępie 100 lat) Stąd często używana nazwa - przepływ wody stuletniej.

Na podstawie maksymalnych rocznych przepływów prawdopodobnych określa się:

• granice obszaru zagrożonego w dolinach rzek - na podstawie przepływu wody stuletniej (p=1%).

• maksymalną przepustowość koryta głównego rzeki - p = 10 ÷ 50% (w proj. regulacji rzeki),

• przepustowości budowli wodnych (jazów, przelewów, mostów itp.) oraz koryta wód wielkich i wysokości wałów przeciwpowodziowych - p = 3 ÷ 0,1 %

Wartość prawdopodobieństwa dla w/w celów obliczeniowych zależy od klasy budowli, czyli jej ważności ze względu na charakter i użytkowanie doliny oraz jej zagospodarowanie.

Klasyfikacja wezbrań

Wielkość wezbrania	Kryterium
Zwyczajne	Qmax ≤ (SQ + Q50%)/2
Małe	(SQ + Q50%)/2 < Qmax ≤ Q50%
Średnio wielkie	Q50% < Qmax ≤ Q10%
Wielkie	Q10% < Qmax ≤ Q5%
Katastrofalne	Q5% < Qmax

SQ - średnie roczne natężenie przepływu

Najczęściej powodzie występują w czasie wezbrań średnio wielkich, wielkich i katastrofalnych. Zwykle wielkość powodzi i wywołanych nią strat zależy od wielkości wezbrania - im większe tym większą może spowodować powódź.

Wyznaczanie granic obszaru zagrożonego w dolinach rzecznych

Całkowita powierzchnia zagrożonych powodziami dolin rzecznych stanowi ok. 7 % powierzchni Polski - jest to obszar leżący w granicy zalewu wodą o prawdopodobieństwie p = 1 % (woda stuletnia).

Sposób zagospodarowania poszczególnych stref zagrożenia powodziowego w dolinach rzecznych w celu zmniejszenia strat powodziowych

Strefa zagrożenia (wg powyższego schematuu)	Dolina
		Rzeki nieobwałowanej	Rzeki obwałowanej
a - małego zagrożenia	zakaz lokalizacji budynków mieszkalnych i gospodarczych oraz zakładów przemysłowych dopuszcza się uprawy rolne	dopuszcza się uprawy rolne dopuszcza się lokalizację terenów rekreacyjnych
b - średniego zagrożenia	użytki zielone dopuszcza się uprawy rolne	użytki zielone dopuszcza się lokalizację terenów rekreacyjnych jeżeli nie będą utrudniały przepływu wód wielkich
c - dużego zagrożenia	użytki zielone	użytki zielone

Dopuszczalność i ograniczenia w lokalizacji obiektów na terenach zalewowych

wg wymagań niemieckich

Obiekty	Obszar przepływowy	Obszar nieprzepływowy (zastoiskowy)
Drzewa	Gatunki i rozmieszczenie wymagają zatwierdzenia	Dozwolone bez ograniczeń
Drogi, linie kolejowe	Dozwolone, jeżeli zminimalizowana jest koncentracja przepływu	Dozwolone bez ograniczeń
Budynki gospodarcze i przemysłowe	Niedozwolone za wyjątkiem niewielkich konstrukcji (np. małych pompowni)	Dozwolone pod warunkiem spełnienia określonych wymagań (podane niżej)
Budynki mieszkalne	Niedozwolone	Dozwolone pod warunkiem spełnienia określonych wymagań (podane niżej)

Warunki lokalizacyjne dla budynków określa się na podstawie rzędnej zwierciadła wody przy przepływie Q_{p = 1%} :

• bezpieczne wzniesienie - minimum 0,3 m powyżej rzędnej zw. wody

• bezpieczna odległość - minimum 10 m od granicy zalewu

Wielkość ryzyka powodzi
(wg Mioduszewskiego 2005, z niewielkimi zmianami)

Kategoria	Opis	Występowanie
I	Bardzo wysokie - zagrożenie życia, zniszczenia budynków mieszkalnych i gospodarczych oraz obiektów infrastruktury	Obwałowane rzeki w miastach i terenach zamieszkanych, zabudowane doliny pozbawione ochrony
II	Umiarkowane - straty głównie w rolnictwie i obiektach infrastruktury	Doliny chronione lub doliny pozbawione ochrony użytkowane rolniczo, brak zabudowy mieszkaniowej i gospodarczej
III	Niskie - niewielkie straty ekonomiczne, miejscowe uszkodzenia obiektów infrastruktury	Pozbawione ochrony doliny rzeczne pokryte roślinnością (lasy, mokradła, użytki zielone), obiekty infrastruktury o znaczeniu lokalnym

Z powyższej tabeli wynika, że wielkość ryzyka powodzi zależy od rodzaju użytkowania doliny, stopnia jej zagospodarowania i zabudowy, a także od tego czy jest dolina chroniona wałami czy też nie. Pomimo istniejących obwałowań ryzyko powodzi na obszarze chronionym jest wysokie, ponieważ wały nie dają 100% bezpieczeństwa - może się np. zdarzyć takie wezbranie, w którym przepływy będą większe od wartości projektowych, albo wał zostanie zniszczony w wyniku rozmycie podłoża
lub korpusu, osiadania itp.

Straty powodziowe

Straty powodziowe dzielimy na:

• bezpośrednie (ekonomiczne), które są wyrażane:

• w jednostkach fizycznych - jako tzw. szkody powodziowe, np. powierzchnia zalana w km² lub ha, ilość w sztukach: zniszczonych budynków, mostów, długość w km: zniszczonych brzegów rzek, wałów, dróg, linii kolejowych, energetycznych itp.;

• w złotych - jako tzw. wartość odtworzeniowa, czyli kwota potrzebna do odbudowy zniszczonych obiektów i usunięcia szkód.

• pośrednie (pozaekonomiczne) - trudno je określić w złotych:

• straty społeczne - ofiary śmiertelne, utrata zdrowie lęk i niepewność mieszkańców terenów dotkniętych powodzią,

zahamowanie rozwoju społeczno-gospodarczego na terenach dotkniętych powodzią,

• pośrednie skutki powodzi na terenach przyległych - np. przerwy w dostawie wody, energii, utrudnienia komunikacyjne, ograniczenie produkcji i usług.

Struktura strat spowodowanych klęskami żywiołowymi na świecie w latach 1963 - 1992

Rodzaj zagrożenia	Przyczyny powstawania strat w %	Rozkład zagrożenia w %	Ofiary śmiertelne w %
Powodzie	32	32	26
Cyklony (huragany)	30	20	19
Susze	22	33	3
Trzęsienia ziemi	10	4	13
Inne klęski	6	11	39
Suma	100	100	100

Średnioroczne straty powodziowe w Polsce w okresach wieloletnich (GUS)

Okres	Straty w mln zł
1958 - 1967	368
1968 - 1979	489
1980 - 1990	549
1991 - 1998 w roku 1997	2 274 7 873
1999 - 2004	883

Podobne tendencje systematycznego wzrostu strat występują we wszystkich państwach na świecie. W państwach najbogatszych straty gospodarcze są proporcjonalnie większe niż w państwach biednych - pozbawionych systemów ochrony przed powodzią lub z niepełnym systemem.

Jest to efekt tzw. „błędnego koła” w ochronie przed powodzią - wyjaśnia to schemat pokazany niżej.

Schemat powiązań: zagrożenia - straty - systemy ochrony przed powodzią

: Przyczyny wzrostu ryzyka powodzi i strat nimi wywołanych

1. Wzrost liczby ludności i rozwój osadnictwa

- zmiany użytkowania terenu powodujące zmniejszenie retencyjności zlewni (urbanizacja, wylesianie, przekształcenia naturalnych terenów zalewowych)

- zmiany warunków odpływu wód opadowych i roztopowych - wzrost odpływu powierzchniowego z jednoczesnym zmniejszeniem się odpływu gruntowego;

2. Wzrost dobrobytu i związany z tym wzrost inwestycji i rozwój społeczno-gospodarczy na terenach potencjalnie zagrożonych.

3. Ocieplenie klimatu i związany z tym:

• wzrost pojemności wodnej atmosfery i wzrost intensywności opadów,

• zmiany układów cyrkulacji mas powietrza i sezonów klimatycznych.

Środki ochrony przed powodzią

1. Organizacyjno-administracyjne:

• Działanie Komitetów Przeciwpowodziowych (organizacja, kompetencje, sprawność działania, mapy obszarów zagrożonych, plany ewakuacji itp.)

• Główny KPP - przewodniczy Minister Środowiska

• Wojewódzki KPP - wojewoda

• Powiatowy KPP - starosta

• Gminny KPP - wójt

• Działanie Centrum Antykryzysowego - na szczeblu krajowym i województwach - zarządzanie i koordynacja działań ratowniczych Straży Pożarnej, Policji, Wojska;

• System Monitoringu i Osłony Kraju (w ramach działalności IMGW (Inst. Meteorologii i Gosp. Wodnej) - sieć obserwacyjna, prognozowanie i ostrzeganie przed ekstremalnymi zjawiskami pogodowymi;

• Nakazy i zakazy wynikające z Prawa Wodnego oraz innych przepisów dotyczących:

• zagospodarowania i utrzymania terenów zagrożonych powodziami - dolin rzek, koryt wód wielkich na odcinkach obwałowanych

• eksploatacji, utrzymania i kontroli obiektów gospodarki wodnej

• zagospodarowania terenów zagrożonych (Miejscowe Plany Zagospodarowania Terenu)

• Edukacja ludności terenów zagrożonych

2. Ekonomiczne:

• ubezpieczenia i wynikające z nich odszkodowania,

• podatki (ulgi podatkowe dla terenów zagrożonych)

• kary pieniężne za nieprzestrzeganie przepisów

3. Techniczne:

• środki ochrony czynnej - których celem jest zwiększenie ilości retencjonowanej wody i tym samym hamowanie odpływu, co powoduje zmniejszanie wielkości przepływów wód wielkich i wysokości fal wezbraniowych. Do środków ochrony czynnej zaliczamy:

• poldery

• suche zbiorniki

• wielozadaniowe zbiorniki retencyjne

• obiekty małej retencji

• retencyjne przysposobienie zlewni

• środki ochrony biernej - których celem jest ograniczenie częstotliwości występowania i skutków powodzi (wpływają na „bezpieczne” przeprowadzenie wód wielkich):

• wały przeciwpowodziowe

• regulacja rzek

• kanały ulgi

• osłona hydrometeorologiczna

• prognozy

Wały przeciwpowodziowe:

• wały tzw. „zimowe” - chronią przed wezbraniami (powodziami) roztopowymi i opadowymi, są projektowane na przepływy maksymalne roczne

• wały tzw. „letnie” chronią przed wezbraniami (powodziami) opadowymi występującymi w lecie - są to wały niższe od zimowych i leżące najbliżej rzeki - są stosowane tylko do ochrony użytków zielonych.

Zalety:

• stosunkowo prosta konstrukcja i niskie koszty wykonania (?)

• bezpośrednia skuteczność (?)

• łatwość włączenia do kompleksu urządzeń wodno - gospodarczych

Wady:

• utrudniona regulacja stosunków wodnych na obszarze doliny odciętym wałami,

• 
  
  
  zwężenie koryta wód wielkich podniesienie poziomu wody wzrost prędkości erozja koryta głównego,

• 
  
  
  przy zarośniętym międzywalu akumulacja rumowiska unoszonego zmniejszenie powierzchni przekroju zmniejszenie przepustowości międzywala,

• 
  
  odcięta retencja dolinowa wzrost prędkości przemieszczania się fali wezbraniowej wzrost zagrożenia dla niżej leżących terenów,

• 
  odcięcie siedlisk dolinowych od rzeki zanikanie mokradeł, zarastanie starorzeczy i oczek wodnych,

• 
  zmiana użytkowania doliny poza wałami: użytki zielone grunty orne, urbanizacja doliny,

• wzbudzanie fałszywego poczucia bezpieczeństwa.

Aktualne problemy ochrony przed powodzią - podsumowanie i wnioski

• Zmiany w środowisku naturalnym mają istotny wpływ na ryzyko i podatność na powodzie. Zmiany te w większości są negatywne i zauważalne w każdej skali - globu, kraju, regionu a także lokalnie

• Istotnym czynnikiem zmian jest wzrost liczby ludności, powodujący rozwój osadnictwa i gospodarki oraz zmiany użytkowania terenu zlewni.

• Treny zagrożone, obecnie intensywnie zagospodarowane wymagają coraz skuteczniejszej ochrony.

• Programy rozwoju gospodarczego i użytkowania terenu powinny być dostosowanie do potencjalnego zagrożenia powodziowego:

• konieczne jest wyznaczanie granic obszarów zagrożenia w dolinach rzecznych,

• w planach zagospodarowania przestrzennego należy uwzględniać ograniczenia w użytkowaniu i zabudowie terenów zalewowych.

• Ochrona przed powodzią wymaga kompleksowych rozwiązań i powinna obejmować zespół różnorodnych i wzajemnie powiązanych działań technicznych, ekonomicznych i administracyjnych.

• W działaniach tych należy uwzględniać wymagania ochrony środowiska i rozwoju zrównoważonego.

• Jako priorytetowe należy uznać działania wpływające na wzrost retencji w zlewni:

• renaturyzacja rzek i dolin,

• budowa polderów, suchych zbiorników oraz obiektów małej retencji,

• retencyjne przysposobienie zlewni.

• Istniejące obiekty wymagają racjonalnej modernizacji w celu poprawy ich funkcjonowania.

---