Wydanie nr 2/2012 - Wiadomości Melioracyjne i Łąkarskie

Transkrypt

2/2012
wiadomości
melioracyjn
melioracyjne
i łąkarskie
ZAGADNIENIA INŻYNIERII
ŚRODOWISKA WIEJSKIEGO
Informacje naukowo−techniczne
ISSN 0510-4262
Treść numeru
Do Czytelników....................................................................... 49
Artykuły naukowe i inżynierskie
Poldery powodziowe – zadania techniczne – dr inż. Marek Jarosław Łoś................................................................................. 52
Rola hydraulicznej charakterystyki przewałów polderowych
w redukcji wezbrania – prof. dr hab. Waldemar Mioduszewski,
prof. dr hab. Janusz Kubrak, dr hab. inż. Zbigniew Kowalewski, prof. ITP.......................................................................... 60
Informacje Wojewódzkich Zarządów Mielioracji
i Urządzeń Wodnych
Konwent Dyrektorów Zarządów Melioracji i Urządzeń Wodnych...................................................................................... 84
Udostępnienie jednostkom organizacyjnym Państwowej Straży
Pożarnej zasobu Wojewódzkiego Magazynu Przeciwpowodziowego i Kryzysowego dla woj. łódzkiego – Jarosław Pawlak....... 87
Dla praktyki
Analiza uszkodzeń wałów przeciwpowodziowych w okresie letnich wezbrań 2010 roku – prof. dr hab. Zbigniew Kledyński,
mgr inż. Wawrzyniec Lejman, prof. dr hab. Waldemar Mioduszewski................................................................................... 64
Przegrody przeciwfiltracyjne z zawiesin twardniejących w korpusach i podłożu wałów przeciwpowodziowych – prof. dr
hab. inż. Magdalena Borys...................................................... 89
Potrzeby intensyfikacji produkcji rolnej poprzez melioracje
– dr inż. Józef Lipiński............................................................ 70
Artykuł sponsorowany
Ocena przydatności wybranych makrofitów do nasadzeń na złożach stokowych oczyszczalni ścieków – dr inż. Andrzej Jucherski,
inż. Andrzej Walczowski.......................................................... 75
Założenia technologiczne wielozadaniowej maszyny nowej generacji do konserwacji i odbudowy rowów i kanałów melioracyjnych. Część II. Osprzęt do robót ziemnych – dr inż.
J. Rutkowski, dr hab. inż. J. Bykowski, dr inż. T. Pawłowski,
prof. dr hab. inż. Cz. Przybyła, mgr inż. M. Szychta................ 96
Informator ITP
Biopaliwa a środowisko – prof. dr Andrzej Sapek, prof. dr Barbara
Sapek..................................................................................... 81
Wydawca
Wspomnienia
Prof. dr hab. inż. Mikołaj Nazaruk (1925-2012)....................... 100
kolegium redakcyjne
Redaktor nacz. prof. dr hab. WALDEMAR MIODUSZEWSKI
Sekretarz red. GRAŻYNA GUTOWSKA
Redaktorzy tematyczni: dr hab. SZCZEPAN L. DĄBKOWSKI, mgr inż. JERZY MAZGAJSKI
dr inż. MAREK JAROSŁAW ŁOŚ, prof. dr hab. KAZIMIERZ PIEKUT
Redaktor statystyczny: dr inż. TOMASZ SZYMCZAK
Redaktor językowy: mgr OLGA GÓRCZAK-ŻACZEK
RADA PROGRAMOWA
Stowarzyszenie
Inżynierów i Techników
Wodnych i Melioracyjnych
Wersja pierwotna
papierowa
Przewodniczący: prof. dr hab. Krzysztof Wierzbicki
Zastępca przewodniczącego: prof. dr bab. Czesław Przybyła
Członkowie: dr inż. Zbigniew Ambrożewski, mgr inż. Kazimierz Choromański, prof. dr hab. Andrzej Drabiński, mgr inż.
Krzysztof Dzik, dr inż. Halina Jankowska-Huflejt, prof. dr hab. inż. Jerzy Jeznach, prof. dr hab. inż. Edmund
Kaca, dr inż. Marek Kalenik, prof. dr hab. Ryszard Kostuch, mgr inż. Krzysztof Latoszek, dr inż. Edward Leśniak,
mgr inż. Stefan Lorenc, dr inż. Marek Jarosław Łoś, prof. dr hab. inż. Zenon Pijanowski, prof. dr hab. Bogusław
Sawicki, mgr inż. Tadeusz Sieradz, mgr inż. Stanisław Staniszewski, dr inż. Leonard Szczygielski
Recenzenci artykułów naukowych i inżynierskich: dr Michał Fic, prof. dr Kazimierz Garbulewski, prof. dr Janusz
Kindler, prof. dr Stanisław Kostrzewa, prof. dr Leszek Łabędzki, prof. dr Andrzej Łachacz, mgr inż. Piotr Michaluk,
prof. dr Waldemar Michna, prof. dr Rafał Miłaszewski, prof. dr Edward Pierzgalski, prof. dr Piotr Stypiński, mgr
inż. Stanisław Wiśniewski
Redakcja: ul. Czackiego 3/5, 00-043 Warszawa, tel. (22) 8273850, http://www.sitwm.pl e-mail: [email protected]
Adres do korespondencji: 00-950 Warszawa 1, skr. pocztowa 15
warunki prenumeraty
Wpłaty na prenumeratę „Wiadomości Melioracyjnych i Łąkarskich” przyjmuje:
Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Wodnych i Melioracyjnych, 00-043 Warszawa, ul. Czackiego 3/5
nr konta 96 1160 2202 0000 0000 2921 0044
Prenumerata czasopisma na 2012 rok wynosi: 42 zł (w tym 5% VAT) za kwartał, 84 zł (w tym 5% VAT)
za półrocze, 168 zł (w tym 5% VAT) za cały rok. Członkowie Stowarzyszenia i IIB otrzymują 50% zniżki.
ISSN 0510-4262; INDEKS 38213/38122Cena 1 egz. wynosi 42 zł (w tym 5% VAT)
Nakład 550 egz.
I okładka: fot. W. Mioduszewski
Szanowni Czytelnicy
W 1992 roku ONZ ustanowiło Światowy Dzień Wody. Założeniem obchodzonego w dniu 22 marca święta jest propagowanie racjonalnego użytkowania zasobów
wodnych. W wielu krajach wykorzystuje się ten dzień do organizowania różnego
typu spotkań, uroczystości itp., aby dotrzeć do świadomości ludzi, że woda jest cennym zasobem przyrody, a jej ilość jest ograniczona i powinniśmy bardzo oszczędnie
gospodarować tymi zasobami. Dzień 22 marca w każdym roku obchodzony jest pod
innym hasłem. W roku 2011 było to „Woda Dla Miast” W roku 2012 przewodnim
mottem było hasło „WODA A BEZPIECZEŃSTWO ŻYWNOŚCIOWE – Świat
jest spragniony ponieważ jesteśmy głodni” (Water and Food Security – The World
is Thirsty Because we are Hungry). Uznano więc, że jednym z najważniejszych
aktualnych problemów w światowej gospodarce wodnej jest zaspokojenie potrzeb
rolnictwa. W światowej polityce wodnej podkreśla się, że jeśli występują obawy,
że zabraknie wody na kuli ziemskiej to dotyczy to głównie możliwości produkcji
żywności.(na IV stronie okładki pokazujemy potrzeby wodne różnych użytkowników). Dlatego też rozwinięciem tegorocznego hasła jest zawołanie: „zwiększenie
produkcji rolnictwa powinno odbywać się bez wzrostu poboru wody”.
W Polsce od paru lat niektóre instytucje związane z wodą obchodzą to święto
i próbują dotrzeć z informacjami o wodzie do możliwie szerokiego grona ludzi.
Bardzo ciekawą inicjatywę podjęło Miejskie Przedsiębiorstwo Wodociągów i Kanalizacji w Warszawie, organizując „piknik rodzinny” nad brzegiem Wisły, obejmujący zabawy dla dzieci ale również zwiedzanie
niektórych obiektów. Natomiast Polska Akcja Humanitarna (PAH), znana między innymi z budowy studni w Etiopii, zorganizowała
koncert w jednym z warszawskich teatrów. Dochód ze sprzedaży biletów zostanie przeznaczony na Kampanię Wodną PAH. Warto
wspomnieć, że Arcybiskup Metropolita Katowicki wystosował list do wiernych, w którym zwraca uwagę, że Światowy Dzień Wody to
„okazja do poważnej refleksji nad naszym sposobem korzystania z tego bezcennego dobra naturalnego”.
Natomiast media były bardzo skromne, jeśli chodzi o informacje dotyczące wody w dniu 22 marca. Z codziennej prasy jedynie
Rzeczpospolita poświęciła nieco miejsca tej problematyce. Ukazał się tam wywiad z Sekretarzem Stanu w Ministerstwie Środowiska,
oraz kilka innych wywiadów poświęconych głównie problemom gospodarki komunalnej, Ciekawe, że nawet pierwsze pytanie skierowane do Pana Ministra brzmiało: „22 marca obchodzimy Światowy Dzień Wody, w tym roku pod hasłem bezpieczeństwa wody. Co to
oznacza”. Ciekawe, czy to pomyłka w tłumaczeniu? Hasło „woda a bezpieczeństwo żywnościowe” ma przecież zupełnie inny sens niż
„bezpieczeństwo wody”.
Był w Polsce obchodzony Światowy Dzień Wody, ale nie pod hasłem „woda a bezpieczeństwo żywnościowe”. Żadna z instytucji
zajmujących się gospodarką wodną na terenach rolniczych nawet nie próbowała wykorzystać tego dnia i tego aktualnego hasła do
propagowania swoich działań, a szkoda bo społeczeństwo nie ma wiedzy o dużej roli wody w produkcji żywności (rolnictwie). Bardzo często melioracje utożsamiane są z błędnymi, niepotrzebnymi regulacjami rzek
i odwodnieniami terenów mokradłowych. Przegapiliśmy więc okazję wytłumaczenia ludziom znaczenia wody w produkcji żywności. Redakcja Wiadomości Melioracyjnych i Łąkarskich z przykrością stwierdza, że też przegapiła Światowy Dzień
Wody i nie ma nic na swoje usprawiedliwienie. W poprzednim numerze Wiadomości (1/2012) nawet nie wspomnieliśmy, że istnieje taki dzień poświęcony wodzie.
A w tym roku szczególnie dzień ważny dla nas bo poświęcony wodzie i rolnictwu.
Komitet Melioracji i Inżynierii Środowiska Rolniczego razem z Komitetem Gospodarki Wodnej i Komitetem Inżynierii Lądowej i Wodnej zorganizowali wspólne
posiedzenia z okazji dnia wody. Wygłoszono kilka ciekawych referatów. Jest to jednak wymiana poglądów we własnym gronie, spotkanie specjalistów zajmujących się
problematyką wodną. Natomiast ideą Światowego Dnia Wody jest dotarcie z informacjami do społeczeństwa. Uczulenie ludzi, że wody mamy mało i trzeba nią
gospodarować oszczędnie i to dotyczy głównie rolnictwa jako największego użytkownika wody.
Może z okazji Światowego Dnia Wody lub skromniejszych Dni Hydrotechnika,
Melioranta i Łąkarza udałoby się zorganizować piknik na łąkach z działającym
systemem melioracyjnym?? Ale nie dla własnego środowiska jak to robione jest dotychczas, ale dla ludzi spoza branży (dla społeczeństwa).
Redakcja
49
czasopismo poświęcone
budownictwu wodnomelioracyjnemu, łąkarstwu,
inżynierii wiejskiej,
z uwzględnieniem
zagadnień ekologicznych
nr 2 (433)
kwiecień-czerwiec
rok LV
2012
Złota
Odznaka
Honorowa
SITWM
wiadomości
melioracyjne
i łąkarskie
ŁOŚ M.J. Poldery powodziowe – zadania techniczne. Wiad. Mel.
i Łąk. 2012, t. LV; nr 2, s. 52
Wykorzystanie istniejących obszarów chronionych wałami przeciwpowodziowymi jako zbiorników wykorzystywanych do ochrony przed powodzią jest bardzo złożonym zagadnieniem. Tworzenie
polderów uwarunkowane jest charakterystyką hydrologiczną rzeki
(wielkością i czasem trwania przepływów powodziowych), warunkami hydraulicznymi budowli, stanem technicznym wałów przeciwpowodziowych oraz stanem zagospodarowania i użytkowania zawala.
Generalną analizę tej problematyki przedstawiono w artykule.
Słowa kluczowe: powodzie, poldery, wały przeciwpowodziowe, gospodarka wodna
ŁOŚ M.J. Flood polders – technical tasks. Wiad. Mel. i Łąk. 2012,
t. LV; nr 2, s. 52
Use of existing protected areas by flood control banks as reservoirs used for protection against flood is a very complex question.
Creation of polders is conditioned by river hydrological characteristic (magnitude and time of flood flow), hydraulic conditions of
construction, technical status of flood control embankment and
state of management and use land behind bank. General analyse of
these problems was presented in the paper.
Key words: floods, polders, flood control banks, water management
MIODUSZEWSKI W., KUBRAK J., KOWALEWSKI Z. Rola hydraulicznej charakterystyki przewałów polderowych w redukcji wezbrania. Wiad. Mel. i Łąk. 2012, t. LV; nr 2, s. 60
Warunki hydrauliczne koryta budowli wpustowych stosowanych
przy polderach przeciwpowodziowych są bardzo złożone i muszą być
rozpatrywane w nawiązaniu do zmiennego poziomu wody w rzece
i na polderze. W pracy dokonana została analiza wpływu hydraulicznej przepustowości na efektywność działania polderu w ograniczaniu wysokości natężenia przepływu. Wykazano, że przewały o stałej
koronie są mało efektywne i mogą być stosowane jedynie dla cieków
o dużym natężeniu przepływu, ale krótko trwającym. W przypadku
tak dużych rzek jak Wisła dobranie przelewu o odpowiednio dużej
przepustowości jest praktycznie niemożliwe. Stąd też rola polderów
w ograniczaniu powodzi jest niewielka.
Słowa kluczowe: gospodarka wodna, ochrona przed powodzią, poldery, hydraulika budowli
MIODUSZEWSKI W., KUBRAK J., KOWALEWSKI Z. Role
of hydraulic characteristic of polder inlet structures on flood flow reduction. Wiad. Mel. i Łąk. 2012, t. LV; nr 2, s. 60
Hydraulic conditions of trough inlet construction applied at
flood control polders are very complex and must be consider in
connection to changeable level of water in river and on polder. Analyze of hydraulic capacity on effectiveness of polder operation in
reduction of flow intensity rate was done in the work. It was proved
that throat with stable crown are ineffective and can be applied only
for courses with big flow capacity but lasting shortly. In the case of
such big river like Vistula overflow selection with appropriate big
flow capacity is practicaly impossible. Therefore role of polders in
flood control is slight.
Key words: water management, flood control, polders, hydraulic of
structures
KLEDYŃSKI Z., LEJMAN W., MIODUSZEWSKI W. Analiza
uszkodzeń wałów przeciwpowodziowych w okresie letnich wezbrań
2010 roku. Wiad. Mel. i Łąk. 2012, t. LV; nr 2, s. 64
Podstawową techniczną metodą ochrony przed powodzią są
wały przeciwpowodziowe. Podczas powodzi w 2010 roku, charakteryzującej się występowaniem długotrwałych wysokich stanów wody
na wielu odcinkach wałów wystąpiły uszkodzenia lub awarie powodujące zatopienie wielu chronionych obszarów. Przeprowadzono ankietyzacje w wojewódzkich zarządach melioracji i urządzeń
wodnych, która pozwoliła na zgromadzenie cennego materiału pozwalającego na analizę przyczyn awarii lub uszkodzeń. Dokonano
również próby oszacowania kosztów bieżących i docelowych napraw
wałów przeciwpowodziowych.
Słowa kluczowe: ochrona przed powodzią, stan techniczny budowli
piętrzących, awarie wałów przeciwpowodziowych, zagrożenia powodziowe
KLEDYŃSKI Z., LEJMAN W., MIODUSZEWSKI W. Analyze
of flood control embankment damages in the period of 2010 summer
bankful flow. Wiad. Mel. i Łąk. 2012, t. LV; nr 2, s. 64
Flood control embankments are the basic technical method of
protection against flood. During 2010 flood characterised by occurrence long lasting high water states on many on many cross-section of banks occurred damages or breakdowns causing inundation
many protected areas. Polling of voivodship management of amelioration and water facilities allowed gathering of valuable material
allowing on analyse of damages or breakdowns causes. An attempt
of current cost assessment and repairs of flood control banks was
also done.
Key words: flood control, technical status of damming construction,
flood control embankments breakdown, flood threat
LIPIŃSKI J. Potrzeby intensyfikacji produkcji rolnej poprzez melioracje. Wiad. Mel. i Łąk. 2012, t. LV; nr 2, s. 70
Zrównoważony bilans produkcji i spożycia w sektorze produkcji
rolnej oraz dodatnie saldo obrotów w handlu zagranicznym towarami
rolno-spożywczymi, przy jednoczesnym ugorowaniu pól, nie wskazuje na potrzebę realizowania krajowych programów melioracji.
Jednak melioracje są podstawą zwyżki plonowania roślin
i efektywności gospodarowania, a także podstawą uzyskania wysokiej jakości produktów, która jest warunkiem ich eksportu.
Eksport ten jest szczególnie potrzebny w sytuacji, gdy ogólne
saldo obrotów handlowych Polski z innymi krajami jest ujemne
– w latach 2007-2010 wynosiło ono kolejno -70,3; -91,6, -40,1
LIPIŃSKI J. Needs of agricultural production intensification
through amelioration. Wiad. Mel. i Łąk. 2012, t. LV; nr 2, s. 70
Sustainable balance sheet of production and consumption in
agricultural production sector and positive balance of turnover in
foreign trade of agrifood goods at the same time field set-aside do
not point on country amelioration programs realisation need. However ameliorations are the base of crops yielding increase and farming affectivity, and also base of high quality products obtaining,
which is condition for their export. Export is especially needed in
situation when general balance of Poland’s trade turnover balance
with other countries is negative – in years 2007-2010 amounted
successively -70,3; -91,6, -40,1 and -55,1 billions of zł, that’s why
50
i -55,1 mld zł, dlatego melioracje powinny być wspierane z funduszy UE i Budżetu Państwa wszędzie tam, gdzie rolnicy zgłaszają
zainteresowanie.
Słowa kluczowe: melioracje, produkcja rolna, bilanse handlowe
amelioration should be supported with UE funds and State Budget
everywhere, where farmers present interest.
Key words: amelioration, agricultural production, trade balances
JUCHERSKI A., WALCZOWSKI A. Ocena przydatności wybranych makrofitów do nasadzeń na złożach stokowych oczyszczalni ścieków. Wiad. Mel. i Łąk. 2012, t. LV; nr 2, s. 75
Specyficznym rozwiązaniem w technologii oczyszczania ścieków
bytowych autorstwa ITP – Górskiego Centrum Badań i Wdrożeń
w Tyliczu, przeznaczonym do stosowania na terenach górzystych o zabudowie rozproszonej, są specjalne stokowe złoża gruntowo-roślinne.
Wykorzystując ideę naturalnych młak górskich oraz filtracyjne właściwości odpowiednio dobranego wypełnienia gruntowego
i roślinno-korzeniowego, są one bardzo skutecznym narzędziem do
mineralizacji substancji organicznej oraz usuwania ze ścieków azotu i fosforu. W artykule omówiono rolę nasadzeń roślinnych, jaką
pełnią w tych złożach oraz poddano ocenie stosowane tu wybrane
rośliny wodolubne (mannę wodną, mozgę trzcinowatą i trzcinę).
Słowa kluczowe: oczyszczalnie zagrodowe, złoża gruntowo-roślinne,
makrofity na złożach stokowych, rośliny wodno-błotne
JUCHERSKI A., WALCZOWSKI A. Assessment of selected macrophytes suitability for planting on slope sewage treatment plant beds.
Wiad. Mel. i Łąk. 2012, t. LV; nr 2, s. 75
Specific solution in household sewage treatment technology by
ITP – Mountain Centre of Research and Dissemination in Tylicz,
intended for application on mountain’s terrains with scattered housing are special slope soil-plant beds.
Useing idea natural mountain bog-spring and filtration properties of properly matched of soil and plant-root fulfilment, there are
very efficient tool for organic matter mineralisation and removing
of nitrogen and phosphorus from sewage. Role of plant’s plantings
which they play in these beds was discussed in the article, and assessment of applied here some water plants (mannagrass, ribbongras, reedgrass) was given.
Key words: household purification plants, soil-plant beds, macrophytes on slope beds, water-muddy plants
SAPEK A., SAPEK B. Biopaliwa a środowisko. Wiad. Mel. i Łąk.
2012, t. LV; nr 2, s. 81
Omówiono zastrzeżenia do propagowanej uprawy roślin energetycznych, przeznaczanych do produkcji biopaliw. Ważne pytanie
dotyczy konkurencyjności wobec produkcji żywności. Przeznaczenie w tym celu gruntów rolnych może ograniczyć podaż żywności i w konsekwencji wzrost jej ceny. Drugie pytanie wiąże się ze
skutkami w środowisku. Może nim być pogarszanie się żyzności
gleby w wyniku zwiększenia areału uprawy jednorocznych roślin
energetycznych, co może powodować zanikanie glebowej materii
organicznej. Rośliny przeznaczane na biopaliwo wymagają stosowania nawożenia mineralnego, często w dawkach większych niż pod
uprawy tradycyjne. Ocena skutków w środowisku jest utrudniona,
gdyż wszelkie programy związane z rozwojem stosowania biopaliwa
ograniczają się do podawania wskaźników procentowej, a nie przewidywanej masy paliwa.
Słowa kluczowe: rolnictwo, ochrona jakości wody, polityka wodna,
agrotechnika
SAPEK A., SAPEK B. Biofuels and environment. Wiad. Mel.
i Łąk. 2012, t. LV; nr 2, s. 81
Reservations to propagated cultivation of energy plants designated for biofuel production were discussed. Important question
regards competiveness towards food production. Destination for
this purpose of agricultural lands can limit food supply and in consequence price increase. Second question is bound with environmental effects. It can be soil fertility deteriorations results of increasing of area of cultivation of annual energy crops which can cause
decline of soil organic matter. Plants for biofuel require application
of mineral fertilization, frequently in higher doses than traditional
crops. Impact assessment in environment is difficult since all programs connected with development of biofuel are limiting to giving
percentage indicators not predicted fuel mass.
Key words: agriculture, water quality protection, water policy, agrotechnics
BORYS M. Przegrody przeciwfiltracyjne z zawiesin twardniejących w korpusach i podłożu wałów przeciwpowodziowych. Wiad. Mel.
i Łąk. 2012, t. LV; nr 2, s. 89
Obserwacje prowadzone w czasie powodzi oraz oceny stanu
technicznego wykazują, że jednym z zasadniczych zagrożeń dla stateczności obwałowań jest nadmierna filtracja przez korpus nasypu
lub jego podłożu. Stąd też istnieje konieczność modernizacji wałów a szczególnie wykonanie przesłon przeciwfiltracyjnych. W pracy przedstawiono podstawowe zasady i uwarunkowania stosowania
przesłon z materiałów twardniejących, które mogą stanowić pomoc
przy projektowaniu i wykonawstwie tego typu przesłon.
Słowa kluczowe: wały przeciwpowodziowe, rekonstrukcja budowli
ziemnych, uszczelnienia pionowe, zawiesiny twardniejące
BORYS M. Antifiltration barriers from hardening suspensions in
corps and substratum of flood control banks. Wiad. Mel. i Łąk. 2012,
t. LV; nr 2 , s. 89
Observations carried out during flood and technical status assessment shows that one of basic threat for embankment stability
is excessive filtration through embankment body or its substratum.
There is necessity banks modernization, especially making of antifiltration diaphragm. Basic principles and conditions of application
of diaphragm with hardening materials, which can make help at
designing and working of such type of diaphragms, were presented
in the paper.
Key words: flood control banks, earth structure reconstruction, vertical sealing, and hardening suspensions
Rutkowski J., Bykowski J., Pawłowski T., Przybyła Cz.,
Szychta M. Założenia technologiczne wielozadaniowej maszyny nowej generacji do konserwacji i odbudowy rowów i kanałów melioracyjnych. Część II.
Wiad. Mel. i Łąk. 2012, t. LV; nr 1, s. 96
W pracy przedstawiono założenia technologiczne konstrukcji nowej generacji wielozadaniowej maszyny do utrzymania i odbudowy cieków i kanałów melioracyjnych wraz z możliwościami i zakresem jej funkcjonowania.
W pierwszej części artykułu omówiono osprzęt do usuwania i zagospodarowania roślinności porastającej skarpy i dno, w części drugiej – osprzęt do robót
ziemnych, przy odbudowie koryt rowów i kanałów. Projekt maszyny powstaje
w Przemysłowym Instytucie Maszyn Rolniczych w Poznaniu, w ramach projektu Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka na lata 2007-2013,
pt.: „Technologia i nowej generacji urządzenie wielozadaniowe do regeneracyjnego kształtowania otwartych cieków wodnych” (nr projektu: WNDPOIG.01.03.01-00-165/09, okres realizacji 01.10.2009-31.12.2012 rok)
Słowa kluczowe: roboty konserwacyjne, rowy i kanały melioracyjne, mechanizacja
Rutkowski J., Bykowski J., Pawłowski T., Przybyła Cz.,
Szychta M. Technological foundations of multitasks machinery new generation for conservation and restoration of amelioration ditches and canals.
Part II. Wiad. Mel. i Łąk. 2012, t. LV; nr 1, s. 96
Technological foundations of the new generation of multitasks machinery construction for conservation and restoration of watercourses
and amelioration canals with possibilities and range of its work have
been presented in the paper. In the first part of the paper removing
gear of vegetation overgrowing banks and bottom were discussed, in
part second excavation works gear through reconstruction ditch and
canals trough. Machine scheme is working out in Industrial Institute
of Agricultural Machinery in Poznan in the framework of Operational
Program Innovative Economy 2007-2013, task: „Technology and new
generation multitask device for regeneration shaping of open watercourses” (Project No: WNDPOIG. 01.03.01-00-165/09, realisation period 01.10.2009 – 31.12.2012)
Key words: conservation works, drainage, ditches and canals, mechanisation
51
Dr inż. Marek Jarosław Łoś
Ośrodek Dokumentacji i Studiów w Lublinie
Poldery powodziowe – zadania techniczne
Wprowadzenie
Ostatnie, wielkie powodzie w dolinach głównych rzek
Polski (1997, 2001, a zwłaszcza 2010) wykazały poważne
niedomagania naszej gospodarki wodnej oraz raz jeszcze
potwierdziły konieczność wprowadzenia istotnych zmian
w istniejącym systemie ochrony przed powodzią. Za niezbędne do tego celu uznaje się, między innymi, utworzenie
względnie rozbudowę retencji, dysponowanie którą pozwoliłoby na istotne zmniejszenie przepływów maksymalnych.
Powszechnie są znane trudności związane z lokalizacją dużych zbiorników retencyjnych oraz nieuchronne konflikty
społeczne jakie wywołują zmiany własności i zmiany użytkowania terenu nieodzowne dla realizacji takich zbiorników. Dotychczas przyjmuje się, że użytkowanie retencyjne terenu w zasadzie wyklucza jego użytkowanie rolnicze.
W ostatnich latach lansowana jest koncepcja pogodzenia
obu sposobów użytkowania. Koncepcja ta dotyczy polderów
powodziowych, czyli określonych terenów, dostosowanych
do sterowanych zalewów przez wody wielkie. Koncepcja jest
oparta na oczywistym stwierdzeniu, że retencja powodziowa
jest potrzebna raz na kilka lub kilkanaście lat i to zazwyczaj
przez niewielką część roku. Użytkowanie retencyjne polderów można określić jako sporadyczne, z reguły krótkotrwałe.
Natomiast użytkowanie rolnicze polderów można określić
jako długotrwałe (wieloletnie), z nieuniknionymi rzadkimi
przerwami wynikającymi z wymagań użytkowania retencyjnego. Są to podstawowe założenia koncepcji polderów.
Rozwinięcia i uszczegółowienia wymaga szereg zasadniczych
problemów związanych z lokalizacją, budową i eksploatacją
polderów. Dotyczy to zwłaszcza problemów prawnych, organizacyjnych, ekonomicznych, społecznych, politycznych
oraz technicznych. Na poldery można spojrzeć z różnych,
nawet przeciwstawnych, punktów widzenia. W tym artykule skoncentrowano się na zadaniach technicznych wiążących
się z polderami powodziowymi. Pozostałe problemy, niewątpliwie bardzo ważne, są sygnalizowane, gdy mają bezpośredni związek z problemami technicznymi. Podejście techniczne zmusza do rozpatrywania powodzi, a ściśle biorąc dużych
wezbrań, jako zjawisk dotyczących transportu wody w warunkach przeciążenia systemu. Chodzi zwłaszcza o ogólną
ilość transportowanej wody, co charakteryzuje kubatura fali
[hm3] i czasowy rozkład natężenia przepływu [m3s-1]. Bardzo ważny jest stan wody, czy to w odniesieniu do poziomu morza [m] czy w układzie lokalnym odnoszącym się do
poszczególnych wodowskazów [cm]. Związki stanów wody
z odpowiadającymi im przepływami świadczą pośrednio
o warunkach istniejących na trasach transportu wody. Trasy
te w ogólnym zarysie uformowane zostały przez naturalne
koryta rzek oraz przez ich doliny. Zarówno koryta jak i doliny zostały znacznie zmodyfikowane przez wieloletnią działalność człowieka. Efekty tej działalności są różne, zarówno
pozytywne jak i negatywne. Podobnie pozytywne, a częściej
negatywne są efekty zaniechania działalności, zaniechania
52
charakterystycznego dla ostatnich dziesięcioleci. Obecny
stan tras transportu wód wielkich, tj. koryt i dolin rzecznych w Polsce, w ogólnym zarysie jest rozpoznany i opisany
dobrze, a przynajmniej zadowalająco, choć szereg zagadnień
wymaga niewątpliwie szczegółowych studiów. Wielokrotnie
podnoszona jest konieczność modyfikacji istniejącego stanu
tras transportu i dostosowania go do pracy w warunkach
przeciążenia, charakterystycznych dla okresów powodzi.
Może tu chodzić o zmniejszenie oporów ruchu oraz usunięcie występujących w korytach i dolinach utrudnień dla
swobodnego przepływu wody. W każdym razie chodzi tu
o działania „na trasie” transportu. W przypadku polderów
powodziowych chodzi o działania „obok trasy” transportu.
Poldery mają przejąć część wód wielkich, szczególnie część
szczytu fali powodziowej, a następnie okresowo przetrzymać zgromadzoną wodę. Przy takiej koncepcji poldery nie
wpływają na warunki charakteryzujące trasę transportu wód
wielkich, ale zmniejszają bądź eliminują występujące przeciążenia systemu transportowego. Zasygnalizowana koncepcja wymaga bliższej analizy, nie tylko opisowej lecz także
obliczeniowej. Konieczne jest uzyskanie wstępnych, niewątpliwie przybliżonych, danych liczbowych. Niniejszy artykuł
ma na celu zaproponowanie najprostszego sposobu przeprowadzenia obliczeń, a następnie przeprowadzenia oceny uzyskanych wyników.
Przyjęte podstawy obliczeniowe
Analiza warunków budowy i eksploatacji polderów została przeprowadzona na przykładzie odcinka Wisły Środkowej
określanym jako Wisła Lubelska, tj. położonym w granicach
województwa lubelskiego. Odcinek ten w znacznej mierze
pokrywa się z Małopolskim Przełomem Wisły. W artykule
przyjęto jako miarodajne przekroje wodowskazowe od Zawichostu (km 287.6, zlewnia A = 50 732 km2) do Dęblina
(km 393.7, A = 68 234 km2). Zjawiska powodziowe na tym
odcinku były charakteryzowane w paru publikacjach [Boguta, Łoś 2010; Łoś 2006; Politechnika Warszawska 2002],
wykonano także parę studiów szczegółowych dotyczących
ochrony przeciwpowodziowej na tym odcinku [Bipromel
2004; Instytut Technologiczno-Przyrodniczy 2011, Ośrodek
Dokumentacji i Studiów 2011]. Dla całej Wisły dysponujemy monografią powodzi roku 2010 [Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej 2011]. Wymienione opracowania
stanowią podstawową bazę do dalszych analiz. Na początku tego odcinka, tj. w Zawichoście letnie przepływy wielkie
Wisły osiągają swoje maksimum w skali dorzecza, a następnie stopniowo maleją, pomimo wyraźnego przyrostu powierzchni zlewni. Zmniejszenie przepływu wody stuletniej
Q1% jest znaczne. Z 8900 m3s-1 w Zawichoście spada on do
8000 m3s-1 w Dęblinie. Świadczy to bezpośrednio o istotnej
transformacji fali powodziowej, a pośrednio o skomplikowanych warunkach jej transportu. Dla przeprowadzenia szczegółowych obliczeń konieczna jest wiarygodna baza danych
hydrologicznych. Stanowią je publikowane i niepublikowane materiały IMGW. Dotyczy to nie tylko monografii lecz
także niektórych publikacji o charakterze szczegółowym [np.
Szkutnicki, Kadłubowski, Chudy 2009]. Nie tutaj jest miejsce do charakteryzowania polityki publikacyjnej tej instytucji. Natomiast należy się dłużej zastanowić nad możliwą do
uzyskania dokładnością, zwłaszcza danych dotyczących wód
wielkich, zarówno historycznych, jak i prawdopodobnych.
W obliczeniach hydraulicznych zazwyczaj podaje się wyniki
do trzeciej liczby znaczącej. W zestawieniach bilansu wodnego spotyka się wyniki podane z dokładnością do czwartej,
a niekiedy szóstej liczby znaczącej. Niestety są to wyniki tylko pozornie dokładne, gdyż uzyskane na podstawie z natury
przybliżonych danych hydrologicznych. Fakt ten jest zapewne ogólnie znany, ale zazwyczaj jakby zapominany. W pomiarach hydrometrycznych pewne czy prawie pewne są dane
o stanach wody. Odczyt stanu na wodowskazie podawany
jest z dokładnością do 1 cm, czyli zazwyczaj do trzeciej liczby znaczącej. Inaczej jest z przepływami, ustalanymi z zależności stan-przepływ ustalonej dla określonego wodowskazu.
W praktyce oczekiwana dokładność oceny przepływu opartych na krzywych konsumcyjnych wynosi w polskiej służbie hydrologicznej 10% [Szkutnicki, Kadłubowski, Chudy
2009]. Świadczy to o trudnościach w określeniu ilościowym
warunków transportu wód wielkich. Warunki te podlegają
zmianom krótko- i długookresowym, zwłaszcza związanym
ze zmianami oporów ruchu (tj. współczynnika szorstkości) na
trasie przepływu wody, głównie spowodowanymi zarastaniem
dolin zalewowych. Na omawianym odcinku Wisły Środkowej
zmiany oporów ruchu spowodowały wzrost prognozowanych
stanów wody stuletniej H1% o 177 cm w Zawichoście oraz
93 cm w Dęblinie [Bipromel 2004]. W praktyce oznacza to
całkowite przekreślenie danych wyjściowych uprzednio stoa)
b)
W
W
M
M
P
Z
Z
W
W
Rzeka
P
Z
M
Międzywale
Zawale
Istniejący
wał
główny
Projektowany
wał
działowy
W
Polder
Wysoczyzna
Istniejąca
sieć
odwadniająca
Projektowana
sieć
odwadniająca
Rys. 1. Schemat przestrzenny zawala: (a) przed utworzeniem
polderu i (b) po utworzeniu polderu
sowanych przy projektowaniu wałów powodziowych na tym
odcinku Wisły. Ponadto należy przypomnieć, że przepływy
wielkie o założonej częstotliwości pojawienia się są ustalane
na podstawie rachunku prawdopodobieństwa, który określa
także średni błąd oszacowania. Dla wody stuletniej Q1% na
Wiśle Środkowej wynosi on kilkanaście procent. Wszystkie
te zastrzeżenia podano nie dla podważenia osiągniętych wyników lecz dla podkreślenia stopnia trudności w prawidłowej
ocenie uwarunkowań hydrologicznych pracy polderów oraz
dla wykazania, że wszystkie podane wyniki obliczeń mają
charakter wstępny, z natury przybliżony. Wszystkie przedstawione obliczenia odnoszą się do wody stuletniej, jako miarodajnej dla budowli powodziowych klasy II, które dominują
wzdłuż Wisły Środkowej. W przedstawionej analizie pominięto bliższą charakterystykę doliny Wisły i szczegóły lokalizacyjne polderów. Wymagałoby to bardzo rozbudowanego
opisu. Skupiono się na toku analiz, złożoności problemów
i możliwościach uzyskania przybliżonych danych liczbowych,
dotyczących parametrów technicznych budowli oraz możliwych do uzyskania podstawowych efektów retencjonowania
wód powodziowych na polderach. W obszernej grupie zadań
technicznych wyróżniono zadania w układzie przestrzennym:
powierzchniowe, liniowe i punktowe oraz zadania eksploatacyjne: retencyjne i rolnicze.
Zadania powierzchniowe
Potencjalnymi terenami do lokalizacji polderów powodziowych w dolinach dużych rzek są istniejące zawala, dotychczas chronione przed zalewem. Użytkowanie zawali jest
zróżnicowane, choć zdecydowanie przeważa użytkowanie
rolnicze. Generalnie – w związku z ochroną przed powodzią
– na zawalach możemy wydzielić trzy strefy użytkowania:
 Użytkowanie intensywne, tj. strefa I, obejmująca tereny zabudowy mieszkaniowej, usługowej i produkcyjnej,
główne obiekty infrastruktury, użytki rolne o dużym stopniu zainwestowania, np. sady, chmielniki, stawy rybne.
Konieczność trwałej ochrony tej strefy przed powodzią
nie ulega wątpliwości. W tej strefie lokalizacja polderów
jest niedopuszczalna.
 Użytkowanie umiarkowane, tj. strefa U, obejmująca użytki rolne o umiarkowanym stopniu zainwestowania rolniczego, szczególnie pola orne i łąki. Należy podkreślić, że
bardzo często są to użytki o wysokiej produktywności, dobrych i bardzo dobrych glebach, szczególnie cenne dla rolnictwa. Strefa ta wymaga ochrony przed powodzią, przy
czym bliższej analizy może wymagać zakres tej ochrony
(trwała lub ograniczona). W tej strefie w zasadzie lokalizacja polderów jest możliwa, ale ich eksploatacja przynosić będzie istotne szkody rolnicze. Poldery powodziowe
w strefie U możemy określić jako rolnicze. Są one głównym tematem niniejszego artykułu.
 Użytkowanie nieznaczne, tj. strefa N, obejmująca bardzo
zróżnicowane siedliska, takie jak starorzecza, trwałe szuwary, zakrzaczenia, laski łęgowe, podmokłe łąki, namuliska piasku itp. tereny często określane jako nieużytki czy
półnieużytki. Lokalizacja polderów w tej strefie nie przynosi znaczących szkód rolniczych i może być uznana za racjonalny sposób użytkowania terenu. Poldery powodziowe w strefie N możemy określić jako bagienne. Wymagania techniczne (ale nie wymagania eksploatacyjne) są takie
same w strefach U i N.
53
W granicach istniejących zawali wymienione trzy strefy,
w zależności od rzeźby terenu, sieci hydrograficznej, pokrywy glebowej i wieloletniego użytkowania, mogą występować
w formie dużych jednolitych obszarów lub rozproszonych
płatów, a niekiedy rozdrobionej szachownicy. Zadaniem studiów kartograficzno-terenowych jest wydzielenie stref U i N,
bez kolizji z ochroną strefy I oraz przy zachowaniu możliwie zwartego kształtu planowanego polderu, a zwłaszcza przy
ograniczeniu długości niezbędnych wałów wewnętrznych,
chroniących strefę I. Przebieg wałów wewnętrznych musi nawiązywać do istniejącej sieci komunikacyjnej i sieci odwadniającej na zawalu. Niekiedy konieczna będzie przebudowa
obu sieci z dostosowaniem ich przebiegu do ograniczeń pojawiających się w związku z zalewaniem polderu. Generalnie
biorąc konieczna jest rozdzielczość sieci odwadniającej. Sieć
na polderze (strefy N i U) musi być niezależna od sieci na obszarze o trwałej ochronie (strefa I). W praktyce, w zależności
od uwarunkowań terenowych, mogą występować specyfiki
miejscowe. Najprostsza sytuacja jest na zawalach, na których
nie występuje strefa I. Takie zawala w całości mogą być przeznaczone na polder powodziowy, zazwyczaj rolniczy.
Przy rozpatrywaniu zadań powierzchniowych istnieje niebezpieczeństwo podejścia „płaskiego”, czyli pomijania wpływu spadku podłużnego doliny na koncepcję lokalizacyjną
i rozwiązania techniczne polderu. Oczywiście zwierciadło
wody zgromadzonej na polderze jest płaskie, natomiast dno
doliny jest z reguły pochylone zgodnie z głównym kierunkiem
biegu rzeki. Spadek podłużny dna doliny Wisły Środkowej
zawiera się w granicach 0,2–0,50/00. Wpływ spadku podłużnego jest znaczący w przypadku dużych polderów, a zwłaszcza polderów długich, to znaczy rozciągniętych wzdłuż biegu
rzeki. O maksymalnej rzędnej piętrzenia wody na polderze
decyduje (przy uwzględnieniu bezpiecznego wzniesienia nad
zwierciadło) najniższy punkt korony wału, czyli punkt położony w dolnej części polderu. Tu także wystąpią największe głębokości wody. W górnej części głębokości mogą być
znikome. Ostatecznie oznacza to niepełne wykorzystanie potencjału retencyjnego danego obszaru. Teoretycznie biorąc
są możliwe co najmniej dwa sposoby przeciwdziałania. Po
pierwsze: można na polderze wykonać jeden lub kilka wałów
poprzecznych (działowych) w celu utworzenia kaskady zbiorników. Po drugie: można przebudować wał tak, aby wzdłuż
brzegu polderu miał koronę poziomą. W istocie oznacza to
przekształcenie odcinka wału w zaporę ziemną. Oba sposoby są technicznie poprawne, ale niewątpliwie kosztowne. Zagadnienie to wymaga oddzielnych analiz.
Zadania liniowe
Zadania liniowe dotyczą wałów ograniczających polder,
szczególnie wałów głównych stanowiących rozgraniczenie
międzywala i zawali. Wały te są dotychczas podstawowymi
obiektami ochrony przed powodzią i podlegają różnym ocenom. Literatura melioracyjna z tym związana jest obszerna.
W artykule założono optymistycznie, że interesujący nas wał
główny jest w stanie dobrym i nie wymaga modernizacji czy
rekonstrukcji w celu polepszenia ochrony zawala. Założono
także, że korona tego wału jest wystarczająco wzniesiona ponad zwierciadło wody miarodajnej. W przypadku często występujących wałów klasy II chodzi o zwierciadło wody stuletniej (odpowiednio przepływ Q1% i stan H1%) oraz wzniesienie
o 1,0 m korony nad to zwierciadło. Przy braku innych prze54
a)
i
i
i
b)
i
i
c)
i
i=0
i
∆h
i
i
i
Spadek zwierciadła wody
Spadek korony wału
Rys. 2. Schemat wysokościowy polderu: (a) bez modyfikacji technicznych, (b) po wprowadzeniu wałów poprzecznych, (c) po
wprowadzeniu poziomej korony wału
słanek trzeba przyjąć, że ten sam warunek powinny spełnić
wały wewnętrzne, oddzielające polder od chronionej strefy I.
Wały główne są budowlami piętrzącymi okresowo, przy czym
piętrzenia mogące powodować zagrożenia występują zazwyczaj co kilka lub kilkanaście lat. Jest rzeczą oczywistą (przynajmniej dotychczas), że wał ma stronę odwodną (przy międzywalu) oraz stronę odpowietrzną (przy zawalu). Najczęściej
stosowana jest trapezowa konstrukcja ziemna, poszerzona po
stronie odpowietrznej o ławkę, która spełnia funkcje przeciwfiltracyjne oraz funkcje komunikacyjne. Wzdłuż stopy ławki przebiega rów opaskowy, przejmujący przesiąki. Z reguły
dba się, aby przy stopie skarpy odwodnej nie było rowów czy
wykopów. Niekiedy skarpa ta ma dodatkowe zabezpieczenia
przeciwfiltracyjne (ekrany), a pod ławką znajduje się drenaż
odprowadzony do rowu opaskowego. Konstrukcja taka może
być uznana za optymalną w warunkach jednostronnego piętrzenia wody. Budowa polderu oznacza, że dotychczasowe
warunki będą spełnione tylko w pierwszej fazie powodzi. Po
zalaniu polderu zwierciadła wody po obu stronach wału na
krótko się wyrównają, co można uznać za chwilowe zrównoważenie obciążeń i równie chwilowe zwiększenie bezpieczeństwa budowli. W istocie zagrożenia szybko się zwiększą, gdyż
bardzo szybko wał nasyci się wodą, co wyraźnie pogorszy warunki geotechniczne, a zwłaszcza stateczność skarp. W drugiej fazie powodzi zretencjonowana woda będzie w całości
lub części przetrzymywana na polderze, podczas gdy stany
wody w międzywalu będą się obniżać. Powstanie sytuacja
„odwróconego” piętrzenia, gdy ławka i skarpa określana jako
odpowietrzna będą zalane, a dotychczasowa skarpa odwodna
będzie osuszona. Powstaną też sytuacje specyficzne, gdyż drenaż będzie ułatwiał penetrację wody w głąb korpusu, a ekran
na skarpie odpowietrznej będzie pracował „na odrywanie”,
utrudniając przesychanie wału. „Odwrócone” piętrzenie wymaga zastosowania rozwiązań technicznych odmiennych od
stosowanych dotychczas.
Zadania liniowe dotyczą także dróg, zwłaszcza tych włączanych w działania przeciwpowodziowe: ewakuacyjne i in-
terwencyjne. Dotychczas najkorzystniejsze jest wykorzystanie dróg przebiegających po ławach wałów, ale po zalaniu
polderu nie będzie to możliwe. W ramach adaptacji do celów
polderowych konieczne będzie przeniesienie tych dróg na korony wałów co jednoznacznie oznacza konieczność ich poszerzenia. Potrzeba poszerzenia korpusów wałów może wynikać
także z uwarunkowań filtracyjnych w przypadku „odwróconego” piętrzenia. Z natury rzeczy podstawowym warunkiem
spełnienia zadań liniowych jest zachowanie ciągłości wałów
i dróg. Chodzi tu zwłaszcza o zagwarantowanie przejazdu,
także w warunkach powodzi, po koronach wałów. Dotyczy
to także przejazdów przez budowle wałowe, ponad przelewami czy rurociągami. Dotychczas było to oczywiste i bezproblemowe bo światła tych budowli zazwyczaj są ograniczone,
a z reguły stosuje się konstrukcje zamknięte, zasypane ziemią.
Powszechnie stosowane są śluzy wałowe o pojedynczych lub
wielokrotnych przewodach rurowych lub ramowych, które
nie stanowią utrudnienia przy użytkowaniu dróg. Przy rozwiązaniach polderowych światło budowli może osiągnąć
kilkadziesiąt lub kilkaset metrów, a preferowane mogą być
budowle otwarte, tj. niezapewniające łączności transportowej
pomiędzy sąsiednimi odcinkami wałów ziemnych. Technicznie jest możliwe wykonanie estakady (mostu) nad przelewem
takiej budowli, ale związane z tym koszty zapewne będą poważne, kwestionujące celowość inwestycji.
Poza wałami głównymi oddzielającymi polder od międzywala zazwyczaj konieczne jest wykonanie na obszarze zawala wałów wewnętrznych oddzielających polder od obszarów
chronionych przed zalewem, dotyczy to zwłaszcza strefy I.
Wały wewnętrzne powinny spełniać ogólnie obowiązujące
wymagania techniczne. Niekiedy możliwe jest adaptowanie
na takie wały istniejących w dolinach starych wałów („martwych”) lub nasypów drogowych.
Zadania punktowe
Zadania punktowe dotyczą budowli związanych z polderem, a zwłaszcza budowli wpustowych i spustowych. Jest to
określenie tradycyjne. Być może lepiej mówić o zadaniach
odcinkowych, gdyż budowle te mogą mieć znaczną długość.
Cechą charakterystyczną tych budowli jest ich usytuowanie
w linii wału głównego, a także pełnienie funkcji części linii
odgradzającej zawale od międzywala. Parametry tych budowli determinują warunki retencyjnej eksploatacji polderów,
a zwłaszcza ich wielkość oraz zakładaną prędkość zalewania
i opróżniania.
Wpusty (budowle wpustowe) służą do wprowadzenia
wody na poldery. Pracują one epizodycznie tylko w czasie
powodzi i służą do krótkiego, skoncentrowanego zalewania
polderów. Czas pracy wpustów może być liczony w godzinach lub dobach. Dla optymalnego wykorzystania polderu
istotne jest aby był on zalany w czasie przejścia kulminacji fali powodziowej, aby zapewnił możliwie znaczne „ścięcie szczytu”. Jest to łatwe do wyliczenia i przedstawienia na
wykresie przepływów, a znacznie trudniejsze do realnego
przeprowadzenia w czasie akcji powodziowej. Konstrukcja
wpustów może być zróżnicowana, występuje tu pewna dowolność i jak na razie nie można jednoznacznie preferować
wyboru określonego rozwiązania. Z tego względu wskazane
są analizy wariantowe, gdyż dobór konstrukcji ma znaczący
wpływ na koszty inwestycji i efektywność działania polderu.
Można wyróżnić wpusty otwarte (przewały i jazy stałe) oraz
wpusty zamknięte (jazy ruchome), tj. posiadające zamknięcia mechaniczne.
a. Przewały są budowlami najprostszymi, stosowanymi np.
w budownictwie rybackim. Ich istotą jest obniżenie korony wału na ustalonym odcinku, tak aby umożliwić skoncentrowane wlewanie się wody z międzywala na polder.
Zazwyczaj przewał ma w przekroju kształt trapezowy,
o łagodnym nachyleniu skarpy odwodnej. Pod względem
hydraulicznym występują tu analogie do bystrza, z tym
że szerokość progu przewału zazwyczaj jest znaczna, co
wynika z parametrów wału. Cała powierzchnia przewału musi być umocniona, zazwyczaj betonem, tj. płytami
monolitycznymi lub prefabrykowanymi. Umocniona
musi być także niecka wypadowa i poszur. Konieczne
mogą być zabezpieczenia przeciwfiltracyjne. Podobne wymagania dotyczące ubezpieczeń i ochrony przed filtracją
dotyczą wpustów i spustów wszystkich typów. Istotny jest
prawidłowy dobór parametrów hydraulicznych przewału.
Maksymalną rzędną wody na przewale określa – zgodnie
z wymaganiami dla budowli klasy II – stan wody stuletniej H1%. Jest to warunek brzegowy. Natomiast występuje
pewna swoboda przy wyborze rzędnej korony przewału
Hp. Im rzędna ta jest niższa tym wydatek jednostkowy
przewału q [m2 s-1] będzie większy. Jednocześnie wcześniej
zacznie się wlewanie wody na polder, a więc przedwczesne wykorzystywanie retencji. Do czasu przeprowadzenia
analizy wariantowej można orientacyjnie przyjmować
Hp = H1% – 1 m. W dalszych obliczeniach przyjęto dla
wpustów otwartych miąższość warstwy wody na przelewie
h = H1% – Hp = 1 m. Należy zaznaczyć, że wszystkie parametry hydrauliczne podane w tym artykule mają charakter
wstępny, do późniejszego skorygowania na podstawie konkretnych warunków terenowych czy przyjętych rozwiązań
konstrukcyjnych. Dla przewału współczynnik natężenia
przepływu można przyjąć orientacyjnie m = 0,32, co odpowiada wydatkowi jednostkowemu (liczonemu na 1 m
światła) około q = 1,4 m2s-1. Nie jest to dużo, w związku
z czym światło (długość) przewału musi być znaczne. Powstaje pytanie: czy korona przewału powinna być płaska,
czy też ma mieć pochylenie zgodne ze spadkiem zwierciadła podłużnego w rzece? Nie jest to jedyny problem
hydrauliczny wynikający ze specyfiki wpustów polderowych. W czasie przejścia wielkiej wody w korycie rzeki
i na międzywalu rozkład wektorów prędkości jest zróżnicowany, ale generalnie przeważają wektory w przybliżeniu równoległe do osi rzeki. Większe zakłócenia mogą
następować na zakolach, przy budowlach piętrzących czy
komunikacyjnych itp. Uruchomienie przewału może powodować pojawienie się wektorów w przybliżeniu prostopadłych do osi rzeki, a skierowanych z międzywala na
zawale. Nieuchronnie oznacza to zakłócenia na podejściu
wody do przewału. Sprawa wymaga niewątpliwie badań
modelowych, w celu ścisłego określenia parametrów hydraulicznych i optymalizacji rozwiązań przestrzennych.
W niektórych przypadkach uzasadnione może okazać
się wprowadzenie prowadnic na podejściu do budowli,
zalecenie podziału jednego długiego przewału na kilka
mniejszych lub wprowadzenie innych rozwiązań. Ponadto należy pamiętać, że w trakcie napełniania polderu pojawi się i stopniowo będzie narastać zjawisko podtopienia
a następnie zatopienia przelewu i stopniowe ograniczenie
przepływu na przelewie.
55
b. Jazy stałe, o ostrej koronie, których zastosowanie może
dać istotne korzyści, ze względu na lepsze niż w przypadku przewałów parametry hydrauliczne. Wstępnie można przyjąć, że wprowadzenie pionowej ściany spadowej
podniesie współczynnik natężenia przepływu do około m = 0,45, co odpowiada wydatkowi jednostkowemu
q = 2,0 m2s-1. Oznacza to jego przyrost o 42% w stosunku do przewału, czyli odpowiednie zmniejszenie światła.
Pozostałe aspekty konstrukcyjne i eksploatacyjne jazów
stałych są zbliżone do aspektów charakterystycznych dla
przewałów. Oba rodzaje wpustów działają samoczynnie.
Trzeba pamiętać, że przewały i jazy stałe są (czy mogą być)
w istocie budowlami wpustowo-spustowymi. W trakcie
opadania zwierciadła wody w międzywalu nastąpi powolny odpływ wody z polderu do międzywala, czyli w kierunku odwrotnym do pierwotnie zakładanego. Odpływ,
w warunkach silnego zatopienia przelewu, trwać będzie
do chwili, gdy zwierciadło wody na polderze opadnie do
rzędnej korony tego przelewu.
c. Jazy ruchome mają odmienną konstrukcję i odmienne
warunki eksploatacji. Przede wszystkim są wyposażone
w zamknięcia mechaniczne, co uniemożliwia samoczynne
wlewanie się wody na polder. Są to budowle sterowane,
otwierane i zamykane w sposób celowy. W związku z tym
występuje większa, niż w poprzednio opisanych przypadkach, swoboda wyboru rzędnej progu. Wstępnie można ją
przyjmować około 2,0 m poniżej zwierciadła H1%. W korzystnych warunkach terenowych należy dążyć do wartości
liczbowej około 2,5 m. Nie zawsze będzie to możliwe. Jeśli
grubość warstwy wody na przelewie wyniesie h = 2,0 m, to
przy współczynniku natężenia przepływu m = 0,45 otrzymujemy wydatek jednostkowy q = 5,6 m2s-1, czyli cztery razy więcej niż w przypadku przewału. Są to wszystko
obliczenia szacunkowe, niewątpliwie wymagające rozwinięcia, ale wskazują na możliwość istotnego zmniejszenia
światła wpustu, a więc zmniejszenia parametrów i kosztów
budowli. Plusy takiego rozwiązania są wyraźne, ale trzeba pamiętać także o minusach. Kilkakrotne zwiększenie
wydatku jednostkowego oznacza konieczność odpowiedniego zwiększenia głębokości niecki wypadowej i znacznego wydłużenia umocnień poszuru. Na marginesie trzeba
stwierdzić, że w przypadku dużych budowli wpustowych,
tj. służących do napełniania polderów o znacznej pojemności, prawdopodobnie konieczne będą badania modelowe także odnośnie do stanowiska dolnego, gdzie w warunkach znacznego zatopienia przelewu można spodziewać się
powstawania zjawisk falowych. Wracając do problemów
konstrukcyjnych warto zaznaczyć, że jazy ruchome mają
z reguły konstrukcję zamkniętą, co najmniej połączoną
z kładką dla obsługi zamknięć. Położenie płyty mostowej
na przyczółkach takiego jazu może rozwiązać problemy komunikacyjne.
Spusty (budowle spustowe) służą do odprowadzania wody
z polderów. W warunkach normalnych (poza okresami powodzi) spełniają one funkcje śluz wałowych, tj. zapewniają grawitacyjne odprowadzenie wody z zawali. Natomiast
w czasie powodzi, a więc epizodycznie, umożliwiają okresowe przetrzymanie wody na polderze, a następnie jej powolne,
kontrolowane odprowadzenie do rzeki, już po przejściu fali
powodziowej. Czas takiego odprowadzenia wymaga oddzielnych analiz. W każdym razie będzie to kilka, kilkanaście lub
kilkadziesiąt dni. Parametry spustów są znacznie mniejsze od
56
parametrów wpustów. Konstrukcje spustów mogą być niewątpliwie prostsze od konstrukcji wpustów. Można preferować budowle o wielokrotnych przewodach rurowych lub ramowych, z reguły wyposażone w zamknięcia mechaniczne.
Na obecnym, ogólnym, etapie rozważań pominięto zagadnienie mechanicznego odprowadzenia wody z polderu,
zdecydowanie preferując odprowadzenie grawitacyjne. Przemawiają za tym względy ekonomiczne, gdyż odpompowanie
kilku czy kilkudziesięciu hm3 wody byłoby bardzo kosztowne. Natomiast budowa pompowni przyśpieszającej końcowe
osuszenie czaszy, już po spuszczeniu większości wody, może
okazać się celowa, zwłaszcza na zawalach, które obecnie mają
zapewnione odwodnienie mechaniczne.
Użytkowanie retencyjne
Jak już stwierdzono polder ma zapewnić „ścięcie” szczytu
fali powodziowej. Realne możliwości takiego „ścięcia” zależą
od parametrów polderu, parametrów budowli wpustowych
i spustowych oraz decyzji eksploatacyjnych. Parametrem
nadrzędnym jest niewątpliwie pojemność retencyjna polderu
Vp. Zwykle jest ona bardzo mała w stosunku do objętości
fali powodziowej. Parametry budowli określają ich maksymalną przepustowość: Qw dla wpustu oraz Qs dla spustu.
Rozwiązania techniczne powinny być dostosowane do wody
obliczeniowej, jak już wspomniano dla obiektów klasy II do
wody stuletniej, którą opisuje maksymalny przepływ Q1%
oraz maksymalny stan H1%. Oczywiście chodzi o przepływy
i stany prognozowane jakie są znane w czasie projektowania
polderu. W trakcie eksploatacji polderu wielkości prognozoa)
b)
c)
d)
Zarys nasypu i wykopu
Zarys rozbudowy
Zwierciadło wody
Nawierzchnia drogi
Kierunek filtracji
Rys. 3. Schematyczne przekroje poprzeczne wału: (a-c) dotychczasowy stan techniczny oraz (d) zmodernizowany stan
techniczny. Schematy: (a) przy dotychczasowej eksploatacji, (b) po zalaniu polderu i wyrównaniu zwierciadeł wody,
(c) w czasie utrzymywania piętrzenia na polderze po przejściu fali powodziowej, (d) jak wyżej, lecz po modernizacji
(poszerzeniu) wału
wane mogą ulegać korektom. Pojawią się także inne wezwania, np. w przypadku wystąpienia wód wielkich o większej
częstotliwości, powiedzmy Q2% czy Q5%. Mogą także wystąpić przypadki szczególne, np. pojawienie się fal bliźniaczych.
W każdym razie trzeba się liczyć z koniecznością eksploatacji polderu w warunkach odmiennych od tych jakie przyjęto
w projekcie. Może to być eksploatacja wymuszona lub sterowana. W przypadku wpustów otwartych (przewałów i jazów
stałych) eksploatacja jest wymuszona, a służby odpowiadają
jedynie za bezpieczeństwo obiektów i ludzi, bez realnej możliwości wpływu na osiągany efekt retencjonowania. Wpusty
otwarte dają pewność, że zadziałają z chwilą gdy rzędna wody
w międzywalu przekroczy rzędną korony przelewu. Działanie wpustów zamkniętych zależy od sprawności służb eksploatacyjnych. Zawsze istnieją obawy, że służby te spóźnią się
z działaniem lub zadziałają przedwcześnie. Służby mogą być
poddawane różnym presjom, o co łatwo przy emocjach towarzyszących powodziom. Wszystko to prawda, ale nie sposób zaprzeczyć, że optymalne efekty możemy osiągnąć tylko
dzięki świadomemu i przemyślanemu działaniu. Jako efekt
optymalny należy uznać maksymalną, osiągalną w określonych warunkach, redukcję szczytu fali powodziowej. Chodzi
o konkretną falę, która właśnie wystąpiła i o posiadaną retencję polderową. Redukcję szczytu fali odnosimy do stanów
wody w rzece (zwykle na wodowskazie) i określamy jako różnicę stanów, wyrażoną w centymetrach:
RH = Hmaxn – Hmaxp,
gdzie:
Hmaxn – maksymalny stan wody w czasie przejścia danej fali
w warunkach dotychczasowych,
Hmaxp – maksymalny stan wody w czasie przejścia danej fali
po zastosowaniu retencji polderowej.
Zazwyczaj zakłada się, że maksymalny stan Hmax w czasie
przejścia danej fali odpowiada maksymalnemu przepływowi
Qmax. Ostatnie publikacje IMGW wskazują, że być może
zależność taka jest niejednoznaczna, gdyż występuje „zapętlenie” krzywej konsumcyjnej. Nie ma dostatecznych podstaw
– przynajmniej obecnie – do przeprowadzenia wystarczającej
analizy tego zjawiska. W związku z tym musimy się oprzeć
na analizie stanów, gdyż zazwyczaj zagrożenie czy katastrofę powodziową powodują właśnie wysokie (najwyższe) stany wody. Jednocześnie należy pamiętać, że redukcję stanów
w rzece osiąga się przez skierowanie na polder części maksymalnego przepływu Qmax. Tą część określamy jako pobór na
polder i odpowiada ona (w danych warunkach) maksymalnej
przepustowości budowli wpustowej Qw. Po całkowitym zalaniu polderu następuje okresowe przetrzymanie retencjonowanej wody, a następnie rozpoczyna się jego odwadnianie,
przy natężeniu odpowiadającym przepustowości budowli
spustowej Qs.
Oddzielnego rozważenia wymaga określenie kiedy polder
nie będzie zalewany pomimo wystąpienia zalewu międzywala i pomimo ogłoszenia alarmu powodziowego. Nie każdy
zalew międzywala musi skutkować zalewem polderu. Musi
być każdorazowo określona granica, po przekroczeniu której zaczyna się zalew, a zatem rozpoczyna się użytkowanie
retencyjne. W przypadku wpustów otwartych (przewałów
i jazów stałych) granicę określa rzędna progu przelewu. Po
przekroczeniu tej rzędnej woda zacznie się wlewać na polder.
Jak zwykle najbardziej istotny jest moment krytyczny, tzn.
moment w którym woda zaczyna płynąć przez próg przelewu. Jeżeli dalszy przyrost stanów wody w międzywalu jest
znaczny dopływ wody na polder wyraźnie wzrasta, a redukcja
fali powodziowej może być znacząca. Jeżeli jednak przyrost
stanów jest niewielki, woda przelewa się przez próg jedynie
cienką warstwą, o miąższości kilku czy kilkunastu centymetrów, to trudno zakładać że efekt redukcji będzie znaczący.
W takim przypadku trudno mówić o korzyściach uzyskanych
dzięki retencji. W przypadku wpustów zamkniętych należy
określić stan graniczny wody w międzywalu, przy którym
można podnieść zamknięcia i rozpocząć zalewanie polderu.
Podkreśla się słowo „można”, bo ostateczna decyzja zależeć
musi od aktualnej prognozy hydrologicznej. Wstępnie założono, że granica odpowiada wodzie dziesięcioletniej, tj. H10%.
Oznacza to, że polder będzie zalewany średnio raz na dziesięć
lat. Na podstawie doświadczeń z eksploatacji takie założenia
mogą podlegać rewizji. Powyższe wytyczne dotyczą polderów
rolniczych, tj. położonych w strefie U. W przypadku polderów bagiennych, tj. położonych w strefie N, zalew (zapewne
częściowy) może następować nawet co roku. Nie może to być
jednak działanie dowolne, gdyż polder ma służyć do redukcji
szczytu fal powodziowych.
Użytkowanie rolnicze
Użytkowanie rolnicze polderu wymaga oddzielnych studiów. Wstępnie należy zasygnalizować, że istotne jest aby
szkody rolnicze wystąpiły tylko w tym roku, w którym nastąpiło zalanie polderu. W dolinach najważniejszych rzek
Polski dominują powodzie letnie, zazwyczaj występujące
w lipcu i sierpniu. W roku 2010 powódź pojawiła się wcześniej: w maju i czerwcu. Tak czy inaczej można spodziewać
się zalania polderu w szczytowym okresie wegetacji roślin
uprawnych. Z tego względu należy wprowadzić zakaz uprawy
w czaszach polderów roślin wieloletnich, takich jak: drzewa
i krzewy owocowe, chmiel, truskawki, krzewy kwiatowe itp.,
a więc roślin o znacznej dochodowości. Dopuszczalna jest
uprawa roślin jednorocznych, takich jak: zboża ozime i jare,
rzepak, buraki cukrowe, ziemniaki, warzywa, oleiste, niektóre kwiaty itp. Ograniczenia w użytkowaniu rolniczym czaszy
przynosić będą znaczące zmniejszenie dochodów właścicieli
gruntów również w latach, w których polder nie będzie zalewany. Natomiast w roku zalewu należy się liczyć z całkowitym przepadkiem plonów. Po zejściu wody konieczne będzie
usunięcie z użytków rolnych namułów i zgniłej roślinności
oraz ewentualne jej zakompostowanie, a także dokonanie
niezbędnych prac agrotechnicznych. Może okazać się konieczne oczyszczenie odwadniającej sieci melioracyjnej. Sieć
ta musi być dostosowana do różnych stanów eksploatacji.
A mianowicie: eksploatacji normalnej w latach, gdy polder
nie będzie zalewany oraz eksploatacji nadzwyczajnej w związku z zalewem polderu. W początkowej fazie napełniania,
a także w końcowej fazie opróżniania należy spodziewać się
przeciążenia sieci odwadniającej. Budowle komunikacyjne
i piętrzące na tej sieci muszą być dostosowane do pracy w warunkach częściowego i pełnego zatopienia. Sieć odwadniająca
musi być intensywna, aby zapewnić możliwie szybkie osuszenie czaszy w celu umożliwienia prac konserwacyjnych i agrotechnicznych wkrótce po zejściu wody. Szczególnie istotne
może to być, gdy zalew polderu nastąpił w drugiej połowie
roku. Wówczas osuszenie gleby powinno być zagwarantowa57
ne do czasu obowiązujących terminów siewu roślin ozimych.
Jeśli nie okaże się to możliwe trzeba będzie wprowadzić dalsze
ograniczenia w płodozmianie i przejść na rośliny jare. Opłacalność produkcji rolniczej na polderach wymaga oddzielnej
analizy. Zapewne konieczne będzie dotowanie produkcji.
Efekty retencyjnej eksploatacji polderu
Nie łatwo jest liczbowo określić spodziewany wpływ polderów na warunki transportu wód powodziowych. Tok obliczeń i uzyskane wyniki przedstawiono na przykładzie „wirtualnego” polderu położonego na lubelskim odcinku Wisły
Środkowej. Nie wchodząc w bliższe szczegóły lokalizacyjne
założono przykładowo, że do dyspozycji jest retencja polderowa wynosząca Vp = 25 hm3. Odpowiada to w przybliżeniu
powierzchni zalewu wynoszącej 10 km2. Może to być jeden
duży polder, lub – co bardziej prawdopodobne – suma trzech
czy czterech mniejszych obiektów. Do potrzeb analizy pominięto warunki lokalizacyjne oraz szczegółowe rozwiązania
techniczne i skupiono się na uwarunkowaniach hydrologicznych i hydraulicznych. Można szacować, że na tym odcinku
Wisły woda stuletnia osiąga 8000–9000 m3s-1. Kubatura fali
powodziowej liczona jest w tysiącach hm3, co wielokrotnie
przekracza wielkość posiadanej retencji. Dla osiągnięcia dobrego, czy raczej zadowalającego efektu redukcji, napełnianie
należy przeprowadzić w samym szczycie fali powodziowej. Im
krócej będzie ono trwało tym lepiej. Założono optymistycznie,
że przy sprawnej obsłudze czas napełnienia uda się skrócić do
1,5 doby, założono także że kształt szczytu fali jest pośredni
pomiędzy trójkątem a prostokątem. Oznacza to współczynnik kształtu około 0,75. Przy takich założeniach maksymalny
pobór wody na polder o pojemności Vp = 25 hm3, czyli redukcja szczytu fali, wyniesie RQ = 257 m3s-1. Odpowiada to
około 3% przepływu Q1%. Oczywiście jest to znikomo mało.
To stwierdzenie jeszcze niczego nie przesądza, gdyż podstawowym celem jest redukcja stanów, a redukcja przepływów
jest jedynie zjawiskiem towarzyszącym. Możliwa do osiągnięcia redukcja stanów jest uzależniona od hydraulicznych
uwarunkowań transportu wód wielkich na danym odcinku
koryta i doliny Wisły. Warunki te obrazuje krzywa konsumcyjna, a ściśle biorąc średnie jej nachylenie w górnej części
przebiegu. Wspomniane nachylenie ustala się dla przedziału
pomiędzy wodą pięćdziesięcioletnią, a wodą stuletnią, jako
stosunek przyrostu przepływów do przyrostu stanów i określamy w m3s-1 na 1 cm:
N = (Q1% – Q2%): (H1% – H2%)
Dla wodowskazów od Zawichostu do Dęblina N = 25,6428,93, średnio 27 m3s-1 cm-1. Jest to wartość znaczna i wskazuje że górna część krzywej konsumcyjnej ma znikome nachylenie. Potocznie mówi się, że jest płaska. Znając wielkości
redukcji przepływu RQ i nachylenie krzywej można określić
przewidywaną redukcję stanu wody, osiągniętą dzięki wykorzystaniu retencji polderowej:
RH = RQ: N = 257: 27 = 9,5 cm.
Niestety i w tym przypadku redukcja szczytu fali jest
znikoma. Można stwierdzić, że dla obniżenia maksymalnego stanu o 1 cm musimy wykorzystać retencję wynoszącą
25: 9,5 = 2,6 hm3. Na omawianym odcinku Wisły Środko58
wej różnica stanów wody stuletniej i wody pięćdziesięcioletniej wynosi średnio 34 cm. Obliczona redukcja RH stanowi
około 28% tej różnicy. Również tak liczony efekt działania
retencji polderowej jest znikomy. Dla osiągnięcia znaczących
efektów redukcji trzeba dysponować retencją (polderową czy
zbiornikową) rzędu stu hm3. Nie wydaje się to realne. Reasumując można stwierdzić, że wykorzystanie retencji polderowej Vp = 25 hm3 umożliwia redukcję przepływu w szczycie fali stuletniej o RQ = 257 m3s-1, a odpowiadającego mu
stanu o RH = 9,5 cm. Jednocześnie oznacza to jednoroczny
przepadek plonów na powierzchni około 1000 ha. Oznacza
to także konieczność modernizacji istniejących wałów głównych, wykonanie budowli wpustowych i spustowych oraz
wykonanie nowych wałów wewnętrznych. Łączną długość
wałów przy opisywanym polderze można przyjąć na 30 km.
Jest to wartość szacunkowa ustalona na podstawie wskaźnika
długości obwałowań dla polderów na Wiśle Środkowej wynoszącego około 3 km/100 ha powierzchni czaszy. Na szczególną uwagę zasługują budowle wpustowe i spustowe, których parametry, a zwłaszcza wielkość światła, odbiegają od
przeciętnych wielkości budowli melioracyjnych. Przytoczone
wyliczenia dotyczą sumarycznych świateł, w zależności od
przyjętych rozwiązań może to być jedna duża budowla lub
odpowiednio mniejsze trzy czy cztery budowle. Istotna jest
ich suma. Redukcja fali o 257 m3s-1, przy podanych uprzednio wydatkach jednostkowych q, oznacza konieczność zastosowania alternatywnie: światła przewału B = 184 m, jazu
stałego B = 129 m lub jazu ruchomego B = 46 m. Te liczby
mają charakter przybliżony, ale dają wstępne pojęcie o skali
inwestycji. Mogą one dać także pojęcie o skali problemów
jakie pojawią się w pierwszych godzinach napełniania polderu. Zakładając, że w ciągu 1,5 doby średnie napełnienie ma
osiągnąć 2,5 m, zwierciadło wody na polderze powinno się
podnosić o około 7 cm na godzinę. To tylko wielkość średnia. Oczywiście tuż przy wpuście woda podniesie się dużo
szybciej, będzie się rozlewać strumieniami po czaszy, płynąc
lokalnymi rynnami czy zaklęśnięciami i dotrze ze sporym
opóźnieniem w rejon spustu. Ta pierwsza faza, gdy przepływ
będzie szybko wzrastał od zera do wartości QR, może okazać
się niszcząca dla powierzchni czaszy a zwłaszcza dla pokrywy
glebowej. O warunkach rozlewania się wody w czaszy bez
szczegółowych badań (być może także modelowych) trudno
powiedzieć coś wiążącego. Oczywiście wystąpi erozja, ale nie
wiadomo jak znaczna. W każdym razie będziemy mieli do
czynienia z krótkotrwałymi, lokalnymi, nieuporządkowanymi strumieniami wody o natężeniu przepływu rzędu dziesiątek m3s-1. W miarę postępującego napełniania polderu sytuacja będzie się normować. Odmienne problemy pojawią
się w końcowej fazie opróżniania polderu. Przede wszystkim
nie można w chwili obecnej określić jak szybko polder powinien być odwodniony. Kryteria hydrologiczne wskazują,
że powinno to następować możliwie powoli, tak aby „rozciągnąć w czasie” fazę opadania wezbrania. Jest to oczywiste
w przypadku pojedynczej fali powodziowej. Ale w przypadku fal bliźniaczych musimy działać pospiesznie, gdyż musimy
jak najszybciej odbudować retencję dyspozycyjną. Eksploatacja rolnicza ma też swoje prawa. Jeśli zalew czaszy nastąpi
w czerwcu czy lipcu to można zwlekać z opróżnianiem. Jeśli
zalew nastąpi w sierpniu to trzeba się spieszyć aby przygotować pola do jesiennych siewów. Niewątpliwie konieczne będą
tu analizy wariantowe, o których wyniku trudno przesądzać.
Można jedynie powiedzieć, że opróżnienie polderu, o retencji
25 hm3, w ciągu miesiąca oznacza średni odpływ 9,6 m3s-1,
a w ciągu tygodnia odpływ 41,3 m3s-1. Zapewne rzeczywisty
okres opróżnienia polderu będzie się mieścił w tych granicach
czasowych. Oznacza to, że przepustowość budowli spustowej
i głównego kanału odwadniającego polder powinna być odpowiednio duża, znacznie większa niż stosowana w rozwiązaniach dotychczasowych przy odwodnianiu zawali.
Podsumowanie
Przedstawiona analiza zmusza do stwierdzenia, że budowa
polderu niesie daleko idące konsekwencje przestrzenne, techniczne i eksploatacyjne. Pozornie proste zadanie rozrasta się
i komplikuje, zwłaszcza że dotychczasowe rozpoznanie wielu
zagadnień z nim związanych jest niewątpliwie tylko wstępne,
wymagające uzupełnienia i rozwinięcia. Jednocześnie trzeba
stwierdzić, że przewidywane efekty eksploatacji polderów
powodziowych będą bardzo ograniczone. Na opisywanym
odcinku Wisły Środkowej (Zawichost-Dęblin) dla obniżenia
maksymalnego stanu fali powodziowej o 1 cm potrzebna jest
dyspozycyjna retencja ok. 2,6 hm3, a dla redukcji maksymalnego przepływu fali powodziowej o 100 m3s-1 potrzebna jest
dyspozycyjna retencja ok. 9,7 hm3. W odniesieniu do niezbędnej powierzchni polderu odpowiada to 105 ha dla redukcji maksymalnego stanu fali powodziowej o 1 cm oraz
389 ha dla redukcji maksymalnego przepływu fali powodziowej o 100 m3s-1. Na tym tle nasuwają się dwa zasadnicze wnioski. Pierwszy wniosek: eksploatacja dużego polderu
(Vp = 25 hm3) pozwala na osiągnięcie rezultatów mieszczących się w granicach błędu ustalania podstawowych parametrów wody stuletniej: Q1% i H1%. Drugi wniosek: tworzenie
polderów wiąże się z bardzo swobodnym (a raczej rozrzutnym) dysponowaniem powierzchnią zawali, gdyż dla osiąg-
nięcia bardzo ograniczonych rezultatów musimy wprowadzać znaczne ograniczenia w użytkowaniu rolniczym zawali.
Kończąc trzeba podkreślić, że powyższe stwierdzenia dotyczą
Wisły Środkowej, a więc odcinka wielkiej rzeki o bardzo dużych przepływach wody stuletniej. O skali trudności na tym
odcinku świadczy wyjątkowo płaski przebieg krzywej konsumcyjnej (N = 27 m3s-1 cm-1). W tym kontekście ochrona
przeciwpowodziowa doliny Wisły Środkowej może być uznana za przypadek szczególny. Nie należy wykluczać, że efekty
zastosowania polderów w dolinach mniejszych rzek mogą dać
lepsze efekty, ale ten problem wymaga oddzielnych studiów.
Literatura
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Bipromel w Warszawie: 2004. Generalna strategia ochrony przed powodzią dolin dorzecza Wisły Środkowej (maszynopis)
Boguta L., Łoś M. J.: 2010. Wielka woda na Wiśle Lubelskiej w maju
i w czerwcu 2010 r., Wiad. Mel. i Łąk. z. 4
Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej w Warszawie: 2011. Dorzecze Wisły, monografia powodzi maj czerwiec 2010
Instytut Technologiczno–Przyrodniczy w Falentach: 2011. Gospodarka wodna na obszarach wiejskich do 2020 r ze szczególnym uwzględnieniem wpływu zmian klimatycznych oraz działań adaptacyjnych do
tych zmian (maszynopis)
Łoś M. J.: 2006. Uwarunkowania użytkowania rzeki i doliny w Małopolskim Przełomie Wisły, Gosp. Wod. z. 7
Ośrodek Dokumentacji i Studiów w Lublinie: 2011. Charakterystyka
doliny Wisły w granicach województwa lubelskiego w aspekcie budowy polderów powodziowych (maszynopis)
Politechnika Warszawska: 2002. Powódź w regionie Małopolskiego
Przełomu Wisły w lipcu 2001 r.
Szkutnicki J., Kadłubowski A., Chudy Ł.: 2009. Metody wyznaczania
przepływu w warunkach zmiennego spadku zwierciadła wody, IMGW
Warszawa
n
Światowe Forum Wodne,
Marsylia, 12-17 marca 2012
W marcu br. w Marsylii odbyło się 6. Światowe Forum Wodne. Impreza ta zgromadziła ponad 35 tysięcy uczestników z całego świata. Tradycją jest, że w ramach Forum odbywa się „Ministerialna Konferencja”, na której przyjmuje się wspólną deklarację. Tegoroczna deklaracja składa się z 32 punktów, a dwa punkty
są poświęcone bezpośrednio problematyce gospodarki wodnej
w rolnictwie. Ministrowie zebrani na Konferencji stwierdzają:
– Woda jest podstawowym czynnikiem decydującym o stanie
rolnictwa, rozwoju obszarów wiejskich, produkcji żywności i wyżywienia, ponieważ bez wody nie ma bezpieczeństwa żywnościowego. Polityka wodna i żywnościowa muszą być zintegrowane
zabezpieczając jednocześnie efektywne wykorzystanie i ochronę
zasobów wodnych. Dla zapewnienia bezpieczeństwa żywnościowego zwiększającej się liczby ludzi na świecie w warunkach globalnych zmian klimatu i zróżnicowanej sytuacji na świecie działania w zakresie gospodarki wodnej muszą uwzględniać dostępność
i jakość wody, gleby i ziemi, jak również poziom rozwoju infrastruktury dla rolnictwa, biorąc pod uwagę zarówno rolnictwo
oparte na wodach opadowych jak i nawadniane, w warunkach
występujących zagrożeń powodzią i suszą, przy różnych możliwościach organizacyjnych użytkowników wody.
– Zgromadzenie ministrów zapewnia, że polityka bezpieczeństwa wody i żywności będzie zgodna z potrzebami lokalnych samorządów, drobnych rolników, kobiet i miejscowej
ludności. Zarządzanie wodą i glebą musi zapewniać minimalizowanie erozji, ochronę przed degradacją krajobrazu i ograniczanie zanieczyszczeń wód lokalnych z jednoczesnym zapewnieniem wzrostu produkcji żywności, Zasadą jest dążenie
do zapewnienia efektywności powiedzenia „z pola do widelca” oraz przyjmowanie rozwiązań uwzględniających oszczędność wody i technologie jej retencjonowania w obszarach
rolnictwa nawadnianego i opartego na opadach. Istotnym
elementem gospodarki jest obniżanie potrzeb wodnych rolnictwa oraz marnotrawstwa żywności. Bezpieczne powtórne
wykorzystanie wód ściekowych w rolnictwie i przemyśle, intensyfikacja wykorzystania starych gatunków roślin i odmian
odpornych na stres wodny, większe zaangażowanie w procesy decyzyjne użytkowników wody (rolników), a szczególnie
organizacji producentów są priorytowymi zadaniami. Uważa
się za celowe zobowiązanie organizacji Państw G20 i G8 do
szerszego uwzględnienia w swoich pracach problematyki bezpieczeństwa wodnego i żywnościowego.
59
Prof. dr hab. Waldemar Mioduszewski1)
Prof. dr hab. Janusz Kubrak2)
Dr hab. inż. Zbigniew Kowalewski, prof. ITP1)
1)
2)
Instytut Technologiczno-Przyrodniczy
Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska, SGGW
Rola hydraulicznej charakterystyki przewałów polderowych
w redukcji wezbrania
Wstęp
Duże obszary dolin rzecznych w Polsce, ale również w Europie
i na całym świecie, chronione są przed zalaniem w czasie wysokich stanów wody w rzece za pomocą wałów przeciwpowodziowych. W Polsce jest ponad 8 tys. km wałów chroniących przed
zatopieniem ponad 1 mln hektarów dolin rzecznych. Doliny te
są w różnym stopniu zagospodarowane i użytkowane. Na obszarach chronionych wałami znajdują się duże ośrodki miejskie, jak
np. część Warszawy, Wrocławia, Opola i wiele innych miejscowości, ale również występują doliny, na których prowadzona jest
jedynie gospodarka rolna, od bardzo intensywnych form (warzywa, sadownictwo) do ekstensywnych jak niskowydajne łąki i pastwiska. Zasadne są dążenia do likwidacji niektórych obwałowań
lub wykorzystania jako polderów (suchych zbiorników retencyjnych) dla ograniczenia wysokości fali wezbraniowej.
Zmiana funkcji terenów chronionych wałami przeciwpowodziowymi jest bardzo złożonym działaniem. Przed podjęciem
decyzji o budowie polderu niezbędne jest przeprowadzenie szeregu analiz, w tym między innymi przyrodniczych, gospodarczych (ekonomicznych), hydraulicznych i hydrologicznych oraz
oceny stanu technicznego obwałowań w kontekście zmiany warunków statycznych i dynamicznych pracy budowli ziemnych.
W artykule ograniczono się do analizy wybranych zagadnień
hydraulicznych. Oceniono na ile charakterystyka hydrauliczna
przewału wpływa na obniżenie stanów wody poniżej polderu.
Podstawowe założenia
Budowa polderu okresowo zalewanego wodą, na obwałowanych dolinach rzecznych może być inspirowana różnymi celami
do osiągnięcia:
● utworzenie obiektu o dużych walorach przyrodniczych przez
kreowanie warunków wilgotnościowych poprzez okresowe
zalewy, zbliżonych do historycznych, jakie istniały przed budową wałów przeciwpowodziowych, a z różnych przyczyn nie
jest możliwa całkowita likwidacja obwałowań;
● utworzenie pojemności retencyjnej, która pozwoli na ograniczenie wysokości wezbrania powodziowego na terenach
dolinowych niżej położonych, np. ochrona niżej położonych
terenów zurbanizowanych;
● działanie awaryjne polegające na świadomym przerwaniu wału
przeciwpowodziowego i zalania terenu w celu ochrony niżej położonych obszarów, o znacznie większej wartości gospodarczej.
Pierwszy cel budowy polderu, który można nazwać ekologicznym jest trudny, a nawet nie jest możliwy do liczbowego oszacowania korzyści przyrodniczych. Większość ekologów jest przekonana
i chyba słusznie, że oddanie rzekom doliny jest działaniem korzystnym z uwagi na ochronę i zachowanie walorów przyrodniczych.
Pozostałe cele budowy polderów, powinny być potwierdzone ilościowo. Dotyczy to zarówno elementów ekonomicznych,
60
jak i technicznych, w tym hydraulicznych. Szczegółowe rozpoznanie skuteczności oddziaływania wprowadzenia wody na polder w celu obniżenia fali wezbraniowej jest podstawowym elementem niezbędnym do rozpoznania przed podjęciem dalszych
działań. Ewentualne pomyłki w tej ocenie mogą skutkować poniesieniem znacznych strat materialnych, łącznie z narażeniem
życia ludzi, na terenach położonych niżej, gdy okaże się, że ta
skuteczność jest mniejsza od zakładanej.
Skuteczność oddziaływania polderu na zmniejszenie stanów
wody w rzece zależy od szeregu czynników, a głównie od:
 pojemności retencyjnej polderu w stosunku do objętości fali
wezbraniowej;
 przepustowości hydraulicznej budowli wpustowej (przewału), za pomocą której woda wprowadzana będzie na polder;
 rodzaju i typu budowli wpustowej: możliwe są rozwiązania
przewału ze stałym progiem, w których woda zaczyna automatycznie przelewać się na polder po przekroczeniu określonej rzędnej; bardziej efektywne są budowle z zamknięciami
ruchomymi, które są otwierane w zależności od stanu wody
w rzece, w dostosowaniu do prognozy hydrologicznej;
 sposobu eksploatacji urządzeń i budowli – największe efekty
uzyskuje się, gdy na polderze przechwytywany jest jedynie
szczyt fali wezbraniowej, a przy niższych przepływach polder
pozostaje suchy;
 możliwości odprowadzenia wody z polderu do koryta.
W artykule skoncentrowano się na problematyce hydraulicznej, tj. na ocenie wpływu przepustowości hydraulicznej urządzenia wpustowego na zmiany położenia zwierciadła wody i wielkość
natężenia przepływu poniżej tego przewału. Jest to jedna z istotniejszych zależności, decydująca o efektywności oddziaływania
polderu na ochronę przed powodzią terenów położonych niżej.
Przepustowość hydrauliczna budowli wpustowej
w nawiązaniu do natężenia przepływu w rzece
Rozpatrywano dwa typy budowli wpustowej (przewału) na
polderach, a mianowicie:
– przewał zlokalizowany na linii wału przeciwpowodziowego,
w postaci stałego progu z koroną poniżej korony wału; poziom
wody w rzece po osiągnięciu poziomu korony przewału swobodnie przelewa się na teren polderu; natężenie przepływu wody
przez budowlę rośnie wraz ze wzrostem położenia zwierciadła
wody nad koroną stałego progu; od bardzo małego do maksymalnego przy najwyższym położeniu zwierciadła wody w rzece;
– budowla wpustowa również zlokalizowana w linii wału przeciwpowodziowego, ale wyposażona w ruchome zamknięcia
otwierane po osiągnięciu określonej rzędnej zwierciadła wody
w rzece. Przyjmuje się, że otwarcie zasuw budowli następuje bardzo szybko, co powoduje natychmiastowy gwałtowny
napływem wody na polder o natężeniu zależnym od poziomu wody w rzece ponad progiem budowli. Podobna sytuacja
(natychmiastowy duży przepływ) ma miejsce w przypadku
przerwania korpusu wału.
Ponieważ celem pracy jest analiza przewału głównie w aspekcie oceny wpływu hydraulicznej zdolności przepustowej budowli na poziom wody poniżej polderu, przyjęto, że rozpatrywany
polder ma nieograniczenie dużą pojemność retencyjną. Takie
założenie pozwoli na bardziej wyraziste wykazanie wpływu hy-
a)
b)
c)
d)
Rys. 1. Przykładowe schematy przewału o stałej koronie na
redukcję stanów wody w rzece: a) przewał o małym świetle
qprzewału = 0,1Qrzeki, b) przewał o średnim świetle qprzewału = 0,3Qrzeki,
c) przewał na różnej wysokości korony, d) przewał o bardzo dużym świetle qprzewału = 0,8Qrzeki; 1 – naturalny przepływ w rzece,
2 – krzywa przepustowości przewału, 3 – przepływ w rzece poniżej przewału
drauliki przewału na stan ochrony przed powodzią terenów położonych poniżej.
Na rysunku 1 schematycznie przedstawiono zależność natężenia przepływu (Q) od stanów wody (H) w rzece oraz zmianę
tej zależności w wyniku budowy polderu i przewału o określonej
przepustowości. We wszystkich analizowanych wariantach przyjęto identyczną krzywą konsumpcyjną dla koryta rzeki i doliny
ograniczonej wałami przeciwpowodziowymi. Założono, że na wysokości H = 2,0 m nad dnem koryta rzeki znajduje się korona
stałego progu budowli wpustowej. Wypełnianie polderu następuje po wystąpieniu w rzece stanów wyższych od rzędnej koron
przewału. W analizach zmieniano hydrauliczną charakterystykę
budowli wpustowej w wyniku np. zwiększenia światła przewału. Przyjęto, że maksymalny przepływ przez budowlę wpustową
wynosi odpowiednio 10, 30, 60% natężenia przepływu w rzece
(rys. 1a, b, c), przy poziomie wody w rzece na wysokość 5,0 m ponad dnem koryta. Wyraźnie widać, że przy małej przepustowości
budowli wpustowej (np. 10%) wpływ odpływu do polderu na obniżenie stanów wody w rzece (∆h) poniżej polderu jest niewielki.
Dopiero przy przepływie przez budowlę upustową wynoszącym
60% natężenia przepływu w rzece (rys. 1c) widoczne jest wyraźne
obniżenie stanów wody poniżej polderu w odniesieniu do krzywej
przepływu w korycie rzeki naturalnej (powyżej polderu). Wielkość dopływu wody na polder w dużym stopniu zależy też od wysokości położenia stałego progu. Na rysunku 1d przedstawiono
charakterystyki przepływu dla przewału o świetle identycznym jak
na rysunku 1c lecz z progiem usytuowanym znacznie wyżej. Ze
względu na mniejszą miąższość warstwy wody nad progiem (H)
jego oddziaływanie na przepływ poniżej polderu jest niewielkie.
Na schematach (rys. 1) zaprezentowano jedynie podstawowe
elementy problemu. Wykazano, że przy stałym progu jego oddziaływanie na przepływy poniżej może mieć miejsce jeśli przewał będzie dostatecznie szeroki by przejąć duży procent objętości wody dopływającej rzeką.
Nieco inaczej przedstawia się rozrząd wody, gdy mamy do
czynienia z budowlą wpustową z regulowanymi zamknięciami.
Schematycznie rozdział przepływu wód na rzekę i polder przedstawiono na rysunku 2. Krzywe przepływy w rzece i dolinie
przyjęto jak na rysunku 1 przy budowli o stałym progu. Natomiast przepustowość przewału przy całkowitym otwarciu zasuw
przyjęto jak równą 30% natężenia maksymalnego przepływu
w rzece. Jest to wielkość identyczna jak na rysunku 1b.
Założono, że zamknięcia zostaną szybko, w czasie t = 0, otworzone, przy stanie wody w rzece na wysokości 4,0 m. Ponieważ próg
przyjęty jest na wysokości 1,0 m natężenie dopływu wody na polder
od momentu otwarci przewału jest bardzo duże. Stąd też widoczna
Rys. 2. Wpływ przewału z regulowanymi zamknięciami na
rozkład przepływów w rzece: 1 – przepływ naturalny w rzece,
2 – krzywa przepływu przez budowlę upustową, 3 – przepływ
w rzece poniżej przewału przy koronie przewału na wysokości
H = 2,5 m
61
jest dużo większa efektywność takiego rozwiązania w stosunku do
przewału ze stałym progiem (rys. 1b). Jest to zrozumiałe, bo szybkie otwarcie budowli, przy progu na wysokości 1,0 m powoduje
natychmiastowy duży napływ wody do polderu (zwierciadło wody
w rzece wysoko ponad progiem przepału). Przy odpowiedniej eksploatacji budowli możliwe jest „ścinanie fali powodziowej” w sposób świadomy i na zamierzonej wysokości. Problemem jest, że są
to kosztowne budowle, wymagające stałej konserwacji i utrzymania
w pełnej sprawności. Utrzymanie takiego obiektu o skomplikowanej konstrukcji budowli jest równie kosztowne, a jego wykorzystanie następuje raz na kilka, kilkadziesiąt lat.
Zwraca się uwagę, że oba warianty (próg stały oraz z zamknięciami) rozpatrywano jako progi o swobodnym, niezatopionym
przepływie. Nie uwzględniano zmniejszenia natężenia przepływu przez próg upustu, przy ewentualnym podwyższeniu się stanów wody na obszarze polderu.
Obliczenia numeryczne
Obliczenia wykonano własnym programem numerycznym,
w którym przejście fali wezbraniowej opisano układem równań
różniczkowych de Saint-Venanta w założeniu nieustalonego,
jednowymiarowego przepływu wody w rzece [Kubrak, 1989].
Do obliczeń przyjęto odcinek rzeki o długości 7000 m i o typowym przekroju poprzecznym, pokazanym na rysunku 3. Jest
to rzeczywisty przekrój doliny i koryta rzeki Wisły poniżej przekroju wodowskazowego X. Z szeregu występujących tu fal wezbraniowych wybrano do obliczeń wezbranie z 2010 roku, przy
którym najwyższe natężenie przepływu osiągnęło 1600 m3/s
przy maksymalnym stanie wody w wybranym przekroju na wysokości 115,65 m n.p.m. (rys. 3).
Założono, że w linii wału przeciwpowodziowego wykonane
zostanie obniżenie, pełniące funkcje przewału, w pierwszym wariancie na rzędnej 114,25 m n.p.m., a w drugim na 115,00 m
n.p.m. (rys. 3). Dla obu wspomnianych wariantów zakładano
różne szerokości przewału.
Przyjmowano, że szerokość przepału (światło) wynosić będzie
100, 200 i 300 m. Nie rozpatrywano zagadnień technicznych
i konstrukcyjnych, przyjmując jedynie, że jest to budowla o szerokim progu, a krzywe wydatków przewałów przedstawiono na
rysunku 5. W tym przypadku przyjmowano wysokość H = 0 na
koronie przewału, to jest na wysokości rzędnej 114,25 m n.p.m.
lub 115,00 m n.p.m., w zależności od przyjętej wysokości korony budowli wpustowej.
Obliczenie przepływów i stanów wody wykonano dla 7 przekrojów położonych wzdłuż przyjętego odcinka rzeki. Przekrój
I usytuowany był tuż powyżej budowli wpustowej (przewału).
Natomiast przekrój II za tą budowlą. Wpływ budowy przewału oceniano porównując hydrogram stanów wody w przekroju
położonym poniżej budowli wpustowej obliczony dla poszczególnych wariantów obliczeniowych. Wyniki obliczeń w postaci
hydrogramów stanów wody przedstawiono na rysunkach 6 i 7.
Natomiast na rysunku 8 pokazano maksymalne różnice w stanach wody dla obu wariantów (próg 114,25 m n.p.m. i 115,00 m
n.p.m.), przy szerokościach przewału 100, 200 i 300 m.
Rys. 5. Krzywe wydatku budowli wpustowej przy różnych szerokościach/światłach przewału (B)
118
115,65
116
115
114
115,00
114,25
H [m]
Y [m n.p.m.]
117
113
112
0
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600
[m]
przepływ
stan wody
1400
[m n.p.m.]
Q [m 3 /s]
800
600
400
200
0
116,8
115,4
115,2
115,0
114,8
1200
1000
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37
dni
114,6
114,4
114,2
114,0
113,8
113,6
Rys. 4. Hydrogram przepływów i stanów wody w korycie rzeki
62
B=100 m
B=300 m
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36
dni
Rys. 6. Obliczone stany wody w rzece przy różnych szerokościach
budowli upustowej (B). Próg na rzędnej 114,25 m n.p.m.
Rys. 3. Przekrój poprzeczny doliny i koryta rzeki
1600
bez przewału
B=200 m
115,6
115,4
bez przewału
B=100 m
115,2
B=200 m
B=300 m
115,0
114,8
114,6
114,4
114,2
114,0
113,8
113,6
113,4
113,2
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36
H [m]
111
115,6
115,4
115,2
115,0
114,8
114,6
114,4
114,2
114,0
113,8
113,6
113,4
113,2
dni
Rys. 7. Obliczone stany wody w rzece przy różnych szerokościach
budowli upustowej (B). Próg na rzędnej 115,00 m n.p.m.
Rys. 8. Redukcja stanów wody w rzece w zależności od szerokości przewału (B)
Przewał [m 3 /s]
Obliczenia prowadzone były przy założeniu, że pojemność
polderu jest nieskończenie duża i może on przyjąć każdą objętość wody. Założenie to pozwoliło na wykazanie roli, jaką odgrywa budowla upustowa w ograniczaniu skutków powodzi na
terenach doliny poniżej polderu.
Wykonane obliczenia potwierdziły, że przepustowość przewału, przy dużych przepływach w rzece może decydować o skuteczności oddziaływania polderu na przepływy poniżej tej budowli.
Porównanie hydrogramów stanów wody (rys. 6 i 8) wykazuje, że przewały o większej długości (świetle) mocniej obniżają stany wody w rzece, co jest zrozumiałe z uwagi na możliwość odprowadzenia większej objętości wody. Nie stawiano
tu ograniczeń wynikających z określonej w rzeczywistości pojemności polderu. Również wyżej położony próg przewału
w mniejszym stopniu wpływa na stany wody w rzece poniżej
przekroju obliczeniowego, z uwagi na niższą przepustowość
takiego progu. Objętość dopływającej wody jest niewielka ze
względu na niewielką wysokość przelewającej się wody nad
koroną budowli.
Wykonano obliczenia przyjmując, że przewał wyposażony jest w zamknięcia mechaniczne. Założono, że próg prze240
220
200
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36
B=100 m
B=200 m
Podsumowanie
Wielkość redukcji stanów wody przy przejściu fali wezbraniowej zależy od wielu czynników, w tym od objętości wezbrania,
natężenia przepływu i czasu trwania wezbrania, objętości polderu, który przyjmuje wodę z rzeki, ale również od usytuowania
przewału, jego hydraulicznej charakterystyki i czasu rozpoczęcia
napełniania polderu.
Przeprowadzone analizy i obliczenia numeryczne wskazują na dużą rolę warunków hydraulicznych budowli upustowej.
Przy małej przepustowości przewału, oddziaływanie polderu nawet o bardzo dużej pojemności retencyjnej, będzie niewielkie.
Najprostsze rozwiązanie w postaci obniżenia wzniesienia korony wału przeciwpowodziowego na określonym odcinku może
być rozwiązaniem efektywnym, ale jedynie w przypadku małych
przepływów w rzece w stosunku do przepustowości przewału.
Efektywne wykorzystanie polderu może mieć miejsce w przypadku, gdy zbiornik (polder) pozostaje suchy i dopiero po osiągnięciu określonej wysokości stanów wody następuje dopływ
wody na polder. Przy dużych przewałach obserwuje się obniżenie stanów w rzece poniżej polderu i „ścięcie wierzchołka” fali
wezbrania. Jeśli na polder o ograniczonej pojemności, dopływa woda przy stosunkowo niskich stanach wody, to może być
on już napełniony, gdy występują stany najwyższe. Dlatego też
przewały o stałej koronie mogą być budowane w szczególnych
przypadkach i raczej na mniejszych rzekach o niedużych maksymalnych przepływach. Najefektywniejszym rozwiązaniem, a jednocześnie najdroższym, jest budowa przewałów z regulowanymi
zamknięciami. Światło tych budowli musi być tak dobrane, aby
pozwalały wprowadzić objętość wód szczytu fali wezbraniowej
w możliwie krótkim czasie. Stąd też istotną sprawą jest dostosowanie przepustowości hydraulicznej tych budowli do natężenia
przepływu w rzece.
B=300 m
0,30
LITERATURA
1.
0,25
H [m]
0,20
2.
0,15
0,10
0,05
0,00
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36
B=100 m
B=200 m
3.
B=300 m
Rys. 9. Redukcja przepływów i stanów wody w rzece, przy przewale z zamknięciami
wału znajduje się na rzędnej
114,00 m n.p.m., a zamknięcia zostały otwarte gdy poziom wody osiągnął rzędną
115,00 m n.p.m., czyli 1,0 m
ponad progiem przewału. Wyniki obliczeń przedstawione na
rysunku 9 wykazują, że nawet
przy niewielkim, bo wynoszącym 1,0 m, otwarciu zasuw
efektywność przewału jest dużo
większa od tych rozwiązań bez
zamknięć (rys. 8).
4.
Malinger A., Przedwojski B.: 2007. Wykorzystanie modelu matematycznego do charakterystyki hydraulicznej doliny Konińsko-Pyzderskiej Warty. Nauka Przyroda Technologie. Dział Melioracje i Inżynieria
Środowiska. Tom 1, zeszyt 2, s. 1-0
Huang S., Rauberg J., Apel H., Lindenschmidt K.E.: 2007. The effectiveness of polder systems on peak discharge capping of floods along
the middle reaches of the Elbe River in Germany. Hydrology and Earth
System Sciences Discussions 4 s. 211-241
Projekt planu ochrony przeciwpowodziowej w rejonie wodnym – ocena zasadności wykorzystania polderów w dolinie Konińsko-Pyzderskiej
w celu redukcji fali powodziowej na rzece Warcie, 2004. Opracowanie:
Hydroprojekt
Kubrak J.: 1989: Modele numeryczne rozprzestrzeniania się fali wypływającej przez wyrwę w zaporze. SGGW-AR, Warszawa
n
63
Prof. dr hab. Zbigniew Kledyński1)
Mgr inż. Wawrzyniec Lejman1)
Prof. dr hab. Waldemar Mioduszewski2)
Politechnika Warszawska1)
Instytut Technologiczno-Przyrodniczy2)
Analiza uszkodzeń wałów przeciwpowodziowych
w okresie letnich wezbrań 2010 roku
Wstęp
Latem 2010 roku miały miejsce wezbrania powodujące
wystąpienie licznych szkód powodziowych. Objęły one szczególnie zlewnie górnej i środkowej Wisły oraz znaczną część
zlewni Odry.
Z uwagi na długi czas utrzymywania się wysokich stanów,
obserwowano liczne uszkodzenia i awarie wałów przeciwpowodziowych. Według oficjalnych danych, w czasie powodzi,
jakie wystąpiły w maju i czerwcu 2010 r. w Polsce, zalanych
zostało 550 tys. ha, w tym 470 tys. ha użytków rolnych. Powodzie dotknęły 2200 miejscowości i 67 tys. gospodarstw rolnych. Na zalanych terenach mieszkało 280 tys. ludzi, z których
ponad 35 tys. było ewakuowanych. Straty materialne oszacowano wstępnie na ponad 3 mld zł, przy czym późniejsze i dokładniejsze rachunki wskazują na wartości 2-3-krotnie wyższe.
Warunki klimatyczne i hydrologiczne powodzi 2010 zostały
stosunkowo dokładnie przeanalizowane, a wyniki analiz są opublikowane w dwu interesujących monografiach [Dorzecze Wisły, 2011; Dorzecze Odry, 2011]. Natomiast brak jest informacji
dotyczących zachowania się obwałowań w czasie wysokich stanów wody, opisu przebiegu i przyczyn występujących uszkodzeń
i awarii. Z uwagi na to, że wały przeciwpowodziowe są w Polsce
podstawowym urządzeniem technicznym służącym ochronie
przed powodzią, dokonano próby oceny występujących problemów na podstawie ankiet, o wypełnienie których poproszono
wojewódzkie zarządy melioracji i urządzeń wodnych.
Autorzy składają serdeczne podziękowania dyrekcji i pracownikom wojewódzkich zarządów melioracji i urządzeń
wodnych za trud, jaki włożono w wypełnienie tych ankiet.
Szczególnie dziękujemy Panu Dyrektorowi Piotrowi Michalukowi za pomoc i cenne rady w przygotowaniu ankiet.
nia, nadmierną filtrację itp., mogące zagrażać stateczności
wału (nie dotyczy szkód powodowanych przez zwierzęta);
● informacja o uszkodzeniach wałów przeciwpowodziowych
spowodowanych przez zwierzęta.
W powyższych ankietach pytano o lokalizację, dane dotyczące stanu wody, opis prawdopodobnej przyczyny awarii
oraz opis uszkodzeń. Również proszono o podanie przybliżonych kosztów likwidacji awarii lub uszkodzenia z podziałem na działania doraźne i koszty napraw docelowych.
Przy okazji zgromadzono także materiał (przyczynkowy)
do ewentualnych dodatkowych analiz, np. o stosowanych
technologiach naprawy, wielkości chronionych terenów i ich
zagospodarowaniu itp. Ostatecznie zgromadzony materiał
obejmuje awarie i uszkodzenia odnotowane na obszarze 11
z 16 wzmiuw (wzmiuw, które odpowiedziały na ankietę, administrują 5719,7 km obwałowań, 67,3% utrzymywanych
w Polsce – tabela 1).
Materiał uzyskany z ankiet nie jest do końca jednorodny.
Z niektórych wzmiuw nadeszły dane w innej formie niż oczekiwana. Powodowało to trudności w opracowaniu wyników ankieTabela 1
Dane dotyczące klas obwałowań przeciwpowodziowych
(stan na 31.12.2006)
Łączna długość obwałowań [km]:
Pozaklasowe
Lp.
Województwo
1
2
1
dolnośląskie
1339,0 52,3 186,5 133,7 845,4
2
kujawsko-pomorskie
178,7
0,0
166,6
0,0
12,1
0,0
3
lubelskie
196,3
2,3
146,7
39,9
3,2
4,1
4
lubuskie
815,9 138,9 298,0 124,3 254,7
0,0
Metodyka
5
łódzkie
162,8
21,0
28,1
2,6
6
małopolskie
1016,3 158,3 426,4 342,3
89,3
0,0
W celu pozyskania informacji dotyczących występujących
problemów na wałach przeciwpowodziowych opracowano
ankietę skierowaną do wojewódzkich zarządów melioracji
i urządzeń wodnych. Odpowiedź uzyskano z 11 województw,
które administrują prawie 70% długości obwałowań w Polsce. Zarządy poproszone były o wypełnienie formularza ankiety dla każdego wyodrębnionego odcinka wału, na którym
nastąpiło opisywane wydarzenie. Ankiety w postaci karty informacyjnej obejmowały trzy wydarzenia:
● karta informacyjna awarii wału przeciwpowodziowego –
za awarię przyjęto uszkodzenie wału objawiające się przerwaniem wału lub przelaniem się wody;
● karta informacyjna uszkodzenia wału przeciwpowodziowego – za uszkodzenie przyjmowano występujące odkształce-
7
mazowieckie
671,1
8
opolskie
9
podkarpackie
10
64
razem
3
w tym w klasie:
I
II
III
IV
4
5
6
7
0,0
111,1
8
121,0
49,0 513,6
54,2
18,4
35,9
369,1
2,6
192,3 152,4
0,0
630,0
30,1 322,4 184,1
91,4
2,3
podlaskie
31,2
0,8
19,6
2,3
11
pomorskie
655,0 104,3 74,7
223,9 245,7
6,4
12
śląskie
340,9
0,0
95,0
61,2
184,7
0,0
13
świętokrzyskie
347,9
28,4 174,7
86,8
46,4
11,5
14
warmińsko-mazurskie
446,5
0,0
42,4
228,5 137,5
38,1
15
wielkopolskie
765,4
0,0
18,0
327,2 420,2
0,0
16
zachodnio-pomorskie
535,6
0,0
0,5
40,6
44,6
Razem Polska [km]
%
21,7
1,7
5,7
450,1
8501,8 566,9 2600,0 2066,7 2999,3 268,8
100,0
6,7
30,6
24,3
35,2
3,2
Adnotacja: pogrubioną czcionką wyróżniono województwa, które objęła ankieta.
Tabela 2
Oznaczenia form awarii i uszkodzeń obwałowań
Lp. Symbol
1
2
1
Z
2
Os
3
4
5
6
Osw
Osp
Ps
Psp
7
Phk
8
Php
9
R
10
P
11
12
Prz
Pkp
13
U
Opis
3
zaniżenie korony
osunięcie, podmycie lub uszkodzenie skarpy bez wskazania
czy była to skarpa odwodna, czy odpowietrzna
osunięcie, podmycie lub uszkodzenie skarpy odwodnej
osunięcie, podmycie lub uszkodzenie skarpy odpowietrznej
przesiąki przez korpus wału
przesiąki przez podłoże
przebicie hydrauliczne w korpusie wału, także wzdłuż
budowli wałowych
przebicie hydrauliczne w podłożu
rozmycie wału wskutek przesiąków lub przebić w korpusie
lub podłożu, prowadzące do przedostania się wody
powierzchniowej na zawale
przelanie zarówno od strony międzywala, jak i zawala (wody
spływające)
przekop dla wód spływających z zawala
pęknięcie podłużne wału
inne uszkodzenia, najczęściej koleiny na koronie powstałe
w czasie akcji przeciwpowodziowej, uszkodzenia darni na
skarpach, dróg u podnóża wału, ramp itp.
ty. W wielu wypadkach interpretacja uzyskanych odpowiedzi nie
jest jednoznaczna, co wynika ze zróżnicowania sposobów opisu
analogicznych procesów. Nie wszystkie odpowiedzi, zwłaszcza te
odbiegające od oczekiwanej formy, zawierają wyczerpujące informacje. Jednak w sumie uzyskano bardzo wiele istotnych informacji, których analiza pozwala na ocenę przebiegu powodzi
w 2010 roku z uwagi na stan wałów przeciwpowodziowych.
Pozyskane dane grupowano wg charakteru zdarzenia –
stanu obiektu. Wyróżniono: awarie, które związano z przedostaniem się wody poza linię wałów i zalaniem terenu chronionego (symbole P, R i Prz w tabeli 2) oraz uszkodzenia,
które z kolei podzielono na: scharakteryzowane w tabeli 2
pod symbolami innymi niż P, R i Prz oraz uszkodzenia spowodowane przez dzikie zwierzęta.
W wielu wypadkach w przyczynach awarii swój prawdopodobny udział miała także działalność dzikich zwierząt, dlatego
w tej grupie wyodrębniono podgrupę „awarie z udziałem dzikich
zwierząt”. Uszkodzenia wałów nie zawsze były spowodowane
jednym czynnikiem. Dlatego przeanalizowano grupę przypadków uszkodzeń spowodowanych jedną przyczyną oraz pozostałe, gdy przyczyn (form) uszkodzenia było więcej. W tej grupie,
na podstawie opisu wskazywano jedną z przyczyn (formę) jako
główną, a pozostałe traktowano jako wtórne lub towarzyszące.
Dane analizowane w układzie podziału administracyjnego
(województwa) oraz w układzie podziału hydrograficznego (dorzecza Wisły i Odry, rzeki główne – Wisła, Odra – oraz dopływy
I i II rzędu, inne cieki). Koszty działań doraźnych i docelowych
napraw zestawiono tylko w układzie administracyjnym.
Analiza wyników ankiety
a. Zestawienia liczbowe
W roku 2010 odnotowano 672 „zdarzenia” na wałach przeciwpowodziowych. 131 z nich zaklasyfikowano do awarii, 541
do uszkodzeń (w tym 186 przypadków uszkodzeń spowodowa-
Uwagi
4
5
czynnik, jeśli wał nie zostanie doraźnie podwyższony,
także formy
prowadzący do przelania się wody (P) przy stanach
niższych od nominalnej rzędnej korony obwałowania finalne uszkodzeń
wywołanych
przelaniem się (P)
wody lub rozmyciem
(R) korpusu wału
czynniki występujące przy stanach wody poniżej
korony wału, poprzedzające i prowadzące do
ewentualnego rozmycia (R) korpusu budowli
przy stanach wody poniżej korony wału
przy stanach wody powyżej korony wału
nych wyłącznie przez dzikie zwierzęta, niezwiązanych bezpośrednio z wezbraniami). Blisko 91% zdarzeń (z wyłączeniem nieokreślonych w czasie przypadków uszkodzeń spowodowanych
wyłącznie przez dzikie zwierzęta) miało miejsce w okresie występowania wysokich stanów w miesiącach maj-czerwiec (tab. 3).
W tabeli 3 podano również dane Nadzoru Budowlanego [Świderska, Lebiecki, 2011], prezentowane jako uznane
przerwania wałów przeciwpowodziowych, które można porównywać z podaną liczbą awarii uzyskanej z ankiety. Występują tu dość istotne różnice, które najprawdopodobniej
wynikają z różnej interpretacji tych zdarzeń. Według danych
wzmiuw liczba awarii jest znacznie większa niż stwierdzona
przez Nadzór Budowlany. W większości niewielkie, szybko
Tabela 3
Awarie i uszkodzenia wałów przeciwpowodziowych w 2010 r.,
wg województw
Lp.
Województwo
1
2
Uszkodzenia (U)
Zda„Przerwania”
Awarie
rzenia wywołane spowodowane
wg .
(A)
(A+U) w wyniku przez dzikie
[Świderska...]
wezbrań
zwierzęta
3
4
5
6
7
4
1 lubelskie
4
0
15
4
2 lubuskie
102
39
52
11
5
3 małopolskie
276
209
35
32
10
4 mazowieckie
88
45
36
7
1
5 opolskie
42
19
0
23
27
6 podkarpackie
30
4
10
16
6
7 podlaskie
2
0
2
0
0
8 śląskie
30
13
2
15
9
9 świętokrzyskie
32
6
6
20
13
10 wielkopolskie
12
3
8
1
2
11 zachodnio-pomorskie
37
15
20
2
0
672
355
186
131
77
Razem
65
likwidowane przerwania wałów nie są interpretowane przez
Nadzór jako awarie.
Przyczyny awarii prezentowane są na rysunku 1. Najczęściej
występującymi przyczynami są przelania (P), stanowiące 62%
wszystkich zdarzeń. W drugiej kolejności są rozmycia (R), które
w jakiejś części mogą być powodowane działalnością zwierząt.
Zwraca się jednak uwagę, że brak tu niezbędnych dowodów na
taką diagnozę, ale jest ona bardzo prawdopodobna.
Uszkodzenia, które opisane są jako spowodowane jedną
przyczyną, podano na rysunku 2.
Natomiast zestawienie uszkodzeń, dla których wskazano
więcej niż jedną przyczynę wystąpienia, przedstawiono na rysunku 3. Przyjęto tutaj podanie przyczyny zasadniczej wraz
z towarzyszącymi.
Dokonano również zestawienia „zdarzeń” w układzie zlewniowym (tab. 4, rys. 4 i rys. 5)
45
Php+inne
Osp+inne
2% 0%
Phk+inne
Pkp+inne
0%
3%
41
40
35
30
Z+inne
8%
25
25
19
20
16
15
10
10
5
4
2
0
Psp+inne
12%
0
Ps
Os +inn
?+ e
i
U+ nne
Ps inne
p
Os +inn
w+ e
in
Z+ ne
Pk inne
p+
O s in n
p+ e
P h in n
p+ e
P h in n
k+ e
in n
e
0
U+inne
14%
Zlewnia Odry cieki II rzędu
9%
Zlewnia Odry cieki I rzędu
6%
48
40
30
20
10
32
30
29
20
6
5
Osw Ps U
Psp Os? Osp
5
5
0
Z Pkp Phk
Php
rzę
i II
iek
iek
ry
–c
–c
e
ra
du
iI
rzę
Od
rzę
i II
Od
ry
Od
ia
Zle
wn
ia
wn
Zle
148
100
60
0
59
59
Wisła
29%
Rys. 2. Udział pojedynczych form uszkodzeń wałów przeciwpowodziowych
Odra
11%
a
isł
W
Zlewnia
Wisły - cieki
II rzędu
27%
66
Zlewnia
Wisły - cieki
I rzędu
11%
Rys. 5. Rozkład uszkodzeń wałów w zlewniach Wisły i Odry
Tabela 4
Awarie i uszkodzenia wałów przeciwpowodziowych w 2010 r. w układzie zlewniowym
AWARIE
R - rozmycie
w tym z przyczynkiem dzikich
zwierząt
P - przelanie
Prz - przerwanie/przekop
USZKODZENIA
Bez przyczynku zwierząt
Z przyczynkiem dzikich zwierząt
Wywołane tylko przez dzikie
zwierzęta
Inne
1%
53
4
du du ra
ę
u
z
ę
d
r
d
iI
I rz O I rzę zędu ne
iek ki I
i
In
Ir
– c – cie
iek eki I
c
y
ł
i
–
s sły
c
i
y
–
r
W Wi
ry
ia
Od
ia
wn nia
Od
ia
wn
Zle Zlew
n
e
l
w
Z
Zle
Ps
21%
U
20%
1
du
a
–c
sły
Wi
150
Psp
16%
10
0
158
50
15
Zlewnia
Odry - cieki
II rzędu
Zlewnia
10%
Odry - cieki I
rzędu
11%
200
Osw
21%
Os?
14%
25
iek
iek
iI
rzę
du
isł
–c
sły
Wi
35
ia
ia
40
Zlewnia Wisły
- cieki II rzędu
36%
Rys. 4. Rozkład awarii wałów w zlewniach Wisły i Odry
Pkp Phk
1% Php
Z
0%
Osp 2% 2%
3%
40
wn
wn
45 44 43
Zlewnia Wisły
- cieki I rzędu
15%
Odra
21%
0
Zle
Zle
Rys. 1. Procentowy udział form awarii wałów przeciwpowodziowych (oznaczenia jak w tabeli 2)
12
8
0
Inne
0%
Wisła
13%
du
R + dzikie
zwierz.
10%
W
P
62%
27
19
17
Inn
Prz
11%
R bez
zwierząt
17%
Os?+inne
19%
Rys. 3. Udział wielopostaciowych przypadków uszkodzeń wałów
przeciwpowodziowych
50
R; 27 %
Ps+inne
31%
Osw+inne
11%
15
MajInne
Zlewnia W. Zlewnia W.
Zlewnia O. Zlewnia O.
Wisła
Odra
Inne
czerwiec wezbrania
cieki II rzędu cieki III rzędu
cieki II rzędu cieki III rzędu
120
11
17
19
48
27
8
12
0
22
15
8
1
7
13
5
3
0
131
37
100,00%
28,24%
13
35,14% R
12
1
8
0
3
0
1
1
0
81
13
541
307
29
61,83%
9,92%
100%
58,81%
5,56%
62
13
508
284
19
19
0
33
23
10
7
2
158
100
8
17
1
60
42
1
31
10
148
121
4
14
0
59
25
4
3
0
59
16
0
9
0
53
3
10
0
0
4
0
2
186
35,63%
50
17
23
15
39
40
2
-
respondenta – odcinkom wałów, licząc takie uszkodzenie za
jedno, chociaż na odcinku liczba nor mogła iść w setki sztuk.
Dla ilustracji – fragment opisu z jednej z ankiet: „Ogółem
zainwentaryzowano 1830 szt. nor, przy czym charakterystyczne jest występowanie znacznej populacji bobrów na terenie powiatu kozienickiego i grójeckiego, gdzie liczba nor
bobrowych wyniosła w kozienickim 1647 szt. (na odcinku
73,673 km) i w grójeckim 172 szt. (na odcinku 11,225 km)”
[Opis uszkodzeń…, 2010]. Ponadto, uszkodzenia mogą się
powtarzać w tym samym miejscu i być usuwane wielokrotnie
[Informacja o uszkodzeniach…, 2010].
Nie analizowano charakteru uszkodzenia, przy czym
w nadesłanych opisach potwierdzała się wysoce destrukcyjna działalność bobrów i lisów, które w obwałowaniach kopią
głębokie i rozgałęzione nory oraz mniej groźna działalność
dzików, które niszczą wały płycej, ale na większych zwykle
powierzchniach. Z tego powodu respondenci podawali najczęściej orientacyjną liczbę nor w przypadku bobrów i lisów
oraz powierzchnię nasypów zniszczoną przez dziki. Inne zwierzęta (nornice, wydry, mrówki, krety i borsuki oraz gatunki
niezidentyfikowane), z racji rzadszego bytowania na wałach
lub w ich pobliżu oraz ze względu na mniejsze wymiary, nie
powodowały znaczących zniszczeń.
Z przywołanych powodów szkody wywołane przez dzikie
zwierzęta podzielono na towarzyszące incydentom (uszkodzeniom i awariom) powodziowym oraz takie, przy których nie
zaobserwowano innych form degradacji wałów, a wyłącznie aktywność dzikich zwierząt. Pierwsza grupa została pokazano ilościowo we wcześniejszych
119
120
zestawieniach tabelarycznych
i wykresach. Druga
100
grupa uszkodzeń przedstawia się następująco.
80
Udział poszczegól60
nych gatunków zwierząt
w uszkodzeniach wałów
40
39
przeciwpowodziowych
21
20
w roku 2010 przedsta7
wiono na rysunku 6.
0
Bóbr
Z kolei na rysunku 7
Lis
Dzik
Inne
pokazano uszkodzenia
w układzie zlewniowym.
b. Udział zwierząt w obserwowanych uszkodzeniach wałów
W relacjach z przebiegu powodzi 2010 roku wielokrotnie
podkreślano fakt osłabiania konstrukcji wałów przeciwpowodziowych przez dzikie zwierzęta, głównie bobry. Gatunek
ten podlega szczególnej ochronie i likwidacja skutków jego
działalności nastręcza poważne trudności formalno-prawne,
wynikające z prawa ochrony przyrody. Pod naciskiem poszkodowanych i sztabów akcji przeciwpowodziowej minister
środowiska wydał zgodę na odstrzał kilkudziesięciu osobników tego gatunku. Niezależnie od prawie całkowitej nieskuteczności tej akcji (myśliwi bowiem niechętnie podejmują
się tego zadania ze względu na trudność samego odstrzału,
jak i koszt zutylizowania ciała zwierzęcia; uszkodzenie futra
i brak popytu na mięso sprawiają, że są one bezużyteczne)
środowiska proekologiczne rozpoczęły akcję propagandową
ośmieszającą problem przez sprowadzenie go do hasła: Bobry
nie są winne powodzi!
Starając się uzyskać rzetelną miarę problemu ankietę rozwinięto o temat uszkodzeń wałów przeciwpowodziowych
spowodowanych przez działania dzikich zwierząt. Charakter
tych uszkodzeń jest z punktu widzenia ankiety złożony.
Po pierwsze, uszkodzenia wywołane przez dzikie zwierzęta mają miejsce nie tylko w okresie powodzi, jakkolwiek
powódź może je intensyfikować, gdyż zagrożone powodzią
zwierzęta (zwłaszcza w okresie rozrodu) przenoszą się wyżej,
na nasypy wałów. Ocenia się, że szkody bobrowe powstawały
głównie podczas powodzi majowej. Ciężarne samice wychodziły na ląd i szukały miejsca do porodu. Podobnie jak zmęczone pływaniem zwierzęta z uwagi na długo utrzymujący się
wysoki poziom wody w Wiśle [Informacja o…, 2010].
W tabeli 5 podano zestawienie liczby odcinków wałów,
na których stwierdzono występowanie bobrów oraz liczbę zauważonych nor. Podano tu również szacunkowe koszty napraw wałów uszkodzonych przez bobry.
Po drugie, uszkodzenia te mogą przyczyniać się do poważnych incydentów, w tym awarii obwałowań, lub wręcz je wywoływać, ale przebieg incydentu nie zawsze daje możliwość
określenia wagi działalności dzikich zwierząt w złożonym
procesie awarii.
Z punktu widzenia statystyki uszkodzenia wywołane przez
zwierzęta przypisywano – zgodnie z informacją pozyskaną od
Rys. 6. Rozkład uszkodzeń wałów spowodowanych przez różne
gatunki dzikich zwierząt w 2010 r.
Tabela 5
Zestawienie liczebności stwierdzonych nor bobrów
w wałach przeciwpowodziowych w czerwcu 2010 r.
Województwo
Liczba .
odcinków wałów
Liczba .
nor
Lubelskie
15
525
271 273
Lubuskie
45
1876
5 551 000
Małopolskie
50
bd
bd
Mazowieckie
37
3733
1 263 625
Podkarpackie
47
68
150 176
Podlaskie
4
4
Śląskie
3
2
31 735
Świętokrzyskie
5
20
28 000
Wielkopolskie
10
311
223 800
Zachodniopomorskie
23
bd
624 055
50
50
Koszty napraw .
razem [zł]
40
Inne
1%
40
39
30
Zlewnia Odry cieki II rzędu
22%
23
20
17
15
10
0
i
W
Zle
w
nia
W
sła
isł
rz
y–
sł
i
aW
i
wn
Zle
iI
iek
c
y–
u
ęd
i II
k
cie
du
ra
rzę
ia
wn
Zle
2
Od
ry
Od
–c
nia
w
Zle
i
iek
–
dry
O
u
ęd
I rz
c
i
iek
du
zę
II r
e
Inn
Zlewnia Odry cieki I rzędu
21%
Odra
8%
Wisła
27%
Zlewnia
Wisły cieki
I rzędu
9%
Zlewnia Wisły
- cieki II rzędu
12%
Rys. 7. Uszkodzenia wałów spowodowane przez dzikie zwierzęta w 2010 r. – podział zlewniowy
67
Tabela 7
Koszty napraw uszkodzeń wałów przeciwpowodziowych
spowodowanych w roku 2010 przez dzikie zwierzęta,
według gatunków
c. Ocena kosztów
Koszty robót doraźnych zwykle nie są znane administratorom obwałowań, gdyż ponosiły je miejscowe władze samorządowe. W wielu wypadkach działań doraźnych nie podejmowano. Jeśli wydatkowano konkretne kwoty, to były one
w ankietach podawane precyzyjnie, z dokładnością do groszy
lub złotówki. Koszty prac odtworzenia poprzedniego stanu
(czasami z oczywistą modernizacją), w przypadku zrealizowania robót, podawano również dokładnie.
W wielu wypadkach naprawy docelowe były dopiero planowane lub łączono je z szerszą modernizacją wałów. W takich wypadkach koszty tych robót były zwykle szacowane,
z dokładnością do tysięcy złotych (np. w województwie małopolskim).
W tabeli 6 przedstawiono zestawienie kosztów poniesionych przez wzmiuw w ankietowanych województwach
w związku z usuwaniem awarii i uszkodzeń spowodowanych
przez wezbrania w maju i czerwcu 2010 roku oraz uszkodzeń
wywołanych w tym samym roku działalnością dzikich zwierząt. W zestawieniu pojawia się województwo dolnośląskie,
które wprawdzie nie odpowiedziało na ankietę, ale dane go
dotyczące są dostępne w opracowaniu [Dorzecze Odry…,
2011].
W tabeli 7 podano rozkład kosztów poniesionych na usuwanie uszkodzeń wałów spowodowanych przez dzikie zwierzęta w rozbiciu na gatunki zwierząt.
Na rysunku 8 przedstawiono porównanie liczby zgłoszonych zdarzeń (awarii i uszkodzeń wałów) w roku 2010
Koszty napraw uszkodzeń .
spowodowanych przez dzikie .
zwierzęta (% wszystkich kosztów)
9
2
3
4
5
6
7
1 dolnośląskie
58,10
-
-
-
-
-
-
2 lubelskie
21,89 18,53 84,66% 3,09 14,10%
0,27
1,24%
3 lubuskie
184,37 11,46 6,22% 168,49 91,39%
4,41
2,39%
4 małopolskie
336,00 40,89 12,17% 295,11 87,83%
0,00
0,00%
5 mazowieckie
38,70
9,90 25,58% 27,31 70,58%
1,49
3,85%
6 opolskie
17,86
5,71 31,97% 12,15 68,03%
0,00
0,00
0,15
0,51%
34,52 24,79 71,82% 9,71 28,12%
0,02
0,06%
10 świętokrzyskie 33,13 23,05 69,56% 10,03 30,29%
11 wielkopolskie 11,82
Lp.
1
Koszty napraw .
poawaryjnych
(mln zł)
Koszty napraw .
poawaryjnych
(% wszystkich kosztów)
Koszty napraw .
uszkodzeń .
(mln zł)
Koszty napraw .
uszkodzeń .
(% wszystkich kosztów)
Łączne koszty napraw .
(mln zł)
8
Województwo
Koszty napraw uszkodzeń .
spowodowanych przez .
dzikie zwierzęta (mln zł)
Tabela 6 Zestawienie kosztów usuwania skutków awarii i uszkodzeń wałów
przeciwpowodziowych w województwach w 2010 r.
7 podkarpackie 29,39 28,65 97,48% 0,59
8 podlaskie
9 śląskie
12
zachodnio-.
pomorskie
Suma
68
2,01%
brak danych
0,05
0,15%
0,25
2,07% 11,38 96,26%
0,20
1,66%
0,43
8,20%
4,37 82,39%
0,50
9,42%
771,07 163,65 22,95% 542,23 76,05%
7,09
1,00%
5,30
Lp.
Gatunek
1
Łączne koszty napraw [zł]
2
Koszty napraw [%]
3
4
6 299 137
88,85
lis
146 575
2,07
dzik
32 700
0,46
inne
611 600
8,63
7 090 012
100,00
1
bóbr
2
3
4
Suma
a)
b)
Wielkopolskie
2% ZachodnioLubelskie
3% Opolskie pomorskie
1% Podlaskie
2%
Podkarpackie
brak danych
4%
Świętokrzyskie
4%
Śląskie
4%
Wielkopolskie
2%
Lubelskie Podlaskie
Śląskie 3%
0%
4%
Podkarpackie
5%
Świętokrzyskie
5%
Zachodniopomorskie
6%
Opolskie
6%
Mazowieckie
13%
Małopolskie
42%
Mazowieckie
5%
Małopolskie
43%
Dolnośląskie
8%
Lubuskie
24%
Lubuskie
15%
Rys. 8. Zgłoszone zdarzenia (awarie i uszkodzenia wałów)
w roku 2010 (a) oraz koszty napraw zaistniałych zniszczeń (b)
a)
b)
Lis
2%
Inne
21%
Dzik 4%
Lis
11%
Dzik
0%
Inne
9%
Bóbr
64%
Bóbr
89%
Rys. 9. Zgłoszone uszkodzenia wałów w wyniku działalności
dzikich zwierząt w roku 2010 (a) oraz koszty napraw zaistniałych zniszczeń (b)
z kosztami napraw zaistniałych zniszczeń. Na rysunku 9
przedstawiono analogiczne zestawienie dla szkód spowodowanych wyłącznie przez dzikie zwierzęta.
Wnioski
Dane ilościowe i jakościowe zebrane w wyniku ankiety
ukazują obraz stanu technicznego wałów przeciwpowodziowych, który wielokrotnie określany był już jako niezadowalający. Ważnym spostrzeżeniem z ankiety oraz opracowań
powstałych po powodzi 2010 r. jest konstatacja braku satysfakcjonującej korelacji między oceną stanu wału przed
powodzią a lokalizacją występujących awarii. Wynika to
z wielu powodów: niedostatecznego zakresu badań diagnostycznych (zarówno co do długości objętych nimi wałów, jak
i rodzajów podjętych badań i ich liczby), niedoskonałości sa-
mych metod badawczych i wnioskowania na ich podstawie,
zmian stanu wałów w okresie między badaniami (szczególnie
duża zmienność wiąże się z działalnością dzikich zwierząt).
Wszystko to potwierdza ograniczoność i losowy charakter
kontroli prewencyjnej. Dlatego należy dążyć do wdrożenia
ciągłej kontroli stanu wałów, w tym przede wszystkim w zakresie zjawisk filtracyjnych i w okresach wezbrań w czasie
rzeczywistym.
W odniesieniu do uciążliwych i często groźnych w swoich
konsekwencjach tzw. szkód bobrowych respondenci przekazywali swoje doświadczenia w zakresie metod przeciwdziałania takim uszkodzeniom. Spostrzeżenia te mają szczególne
znaczenie, zwłaszcza wobec medialnie nagłaśnianych, łagodnie mówiąc niefortunnych pomysłów przyrodników, gdyż
bazują na praktyce i wynikającym z niej doświadczeniu. Oto
przykłady.
W wyniku analizy miejsc wykonania nor przez bobry
stwierdzono, że uszczelnienie skarpy odwodnej matą bentonitową stanowi pewną przeszkodę przy drążeniu nor,
które ograniczone są do około jednometrowej warstwy
przykrywającej matę bentonitową. Jednak z uwagi na niemożność „przejścia” w głąb korpusu, nory te są rozległe
powierzchniowo. Zabezpieczenie siatką metalową wbudowaną w korpus, z uwagi na jej lokalizację bezpośrednio
pod darnią, zapobiegło uszkodzeniom korpusu wału [Opis
uszkodzeń…, 2010].
Uszkodzenia spowodowane przez bobry wymagały często
dowozu ziemi w ilości od 0,5 do 10 m3, różna jest również
powierzchnia skarpy wału objęta uszkodzeniem, niekiedy są
to punktowe uszkodzenia wymagające rozkopania na powierzchni ok. 2-3 m2, często jednak obejmują całą skarpę
odwodną i częściowo koronę na powierzchni ok. 20-30 m2.
Naprawy polegały na:
− rozkopaniu nory ze złożeniem obok gruntu z wykopu
i odłożeniem osobno darniny,
− zasypaniu nory z ubijaniem gruntu warstwami ziemią
z rozkopania,
− dowozie, dodatkowo, gruntu piaszczysto-gliniastego na
całkowitą zabudowę miejsca uszkodzonego, jego wbudowanie z ubiciem,
− obsiewie skarpy i korony w miejscu wykonanej naprawy
lub jej darniowanie.
Przy rozproszonych na całej długości wału uszkodzeniach
nie ma możliwości wykonania zabezpieczenia skarpy, np.
siatką. Takim zabezpieczeniem powinny być obejmowane
większe odcinki wału na całej szerokości skarpy [Informacja
o uszkodzeniach…, 2010].
Podjęto także problem oceny stosowanych sposobów
modernizowania wałów przeciwpowodziowych oraz brak
towarzyszących im działań służących m.in. ułatwieniu dostępu do wału w czasie akcji przeciwpowodziowej: „Ponadto
z uwagi na długotrwałość stanów powodziowych i utrzymywanie się przez okres 4 tygodni stanów wody przekraczających stany ostrzegawcze zaobserwowano zjawiska nadmiernej filtracji przez korpusy i podłoża wałów. Zjawiska te
były znacznie ograniczone na odcinkach wałów, gdzie była
wykonana modernizacja z zastosowaniem uszczelnienia korpusu wału matą bentonitową, a podłoża przesłoną bentonitowo-cementową. Zatem ta metoda modernizacji wałów,
jako sprawdzona w ekstremalnych warunkach powinna mieć
zastosowanie na następnych odcinkach wału wymagających
odbudowy. Zwrócić należy uwagę również na niedostatecz-
ny stan dróg przywałowych, niezbędnych w przypadku prowadzenia akcji przeciwpowodziowej. Jak wskazano w ocenie
stanu technicznego obwałowań, na znacznych odcinkach
wałów brak jest dróg przywałowych i dróg dojazdowych do
wałów. Istniejące drogi na ławkach przywałowych, z uwagi
na najczęściej stosowaną nawierzchnię tłuczniową na podbudowie o zbyt małej grubości, po przejściu wielkich wód
w większości zostały uszkodzone, w wyniku poruszania się
po nich sprzętu niezbędnego do akcji przeciwpowodziowej”
[Opis uszkodzeń…, 2010].
Zaprezentowana ankieta i jej wyniki są obarczone pewnymi błędami, wynikającymi m.in. z różnego stopnia precyzji
opisu technicznego zachodzących zdarzeń ze strony respondentów. Zadawane pytania pozostawiły możliwość zbyt obszernej interpretacji.
W przypadku podjęcia kolejnej ankietyzacji, należy dołożyć starań na rzecz uzyskania jednolitych odpowiedzi (np.
poprzez przedstawienie graficznego pola wyboru znanych
form uszkodzeń).
Inwentaryzacja zaistniałych w czasie wezbrań zdarzeń dotyczących wałów przeciwpowodziowych na terenie całego
kraju pozwoliłaby na doskonalszą analizę przyczyn i skutków
wystąpienia tych incydentów, stwarzając tym samym szansę
na zapobieganie awariom i uszkodzeniom omawianych budowli hydrotechnicznych.
LITERATURA
1.
Boguta L., Łoś M.: 2010. Wielka woda na Wiśle Lubelskiej w maju
i czerwcu 2010 r. Wiadomości Melioracyjne i Łąkarskie nr 4, s. 171-178
2. Bortkiewicz A., Marecki J.: 2010. Awarie wałów przeciwpowodziowych Wisły na terenie województwa lubelskiego. Wiadomości Melioracyjne i Łąkarskie nr 4, s. 179-183
3. Borys M.: 2002. Stan wałów przeciwpowodziowych przed powodzią
2001. Gospodarka Wodna 2, s. 63-70
4. Dorzecze Odry. Monografia powodzi 2010. Red. M. Maciejewski,
M. Ostojski, T. Tokarczyk. IMGW, Warszawa 2011
5. Dorzecze Wisły. Monografia powodzi maj-czerwiec 2010. Red. M. Maciejewski, M. Ostojski, T. Walczykiewicz. IMGW, Warszawa 2011
6. Flood and Coastal Defence Project Appraisal Guidance. Approaches to
Risk. Ministry of Agriculture. Fisheries and Food. February 2000. UK
7. Fundamentals on Water Defence. Technical Advisory of Committee
on Water Defences. January 1998. The Netherlands
8. Informacja o uszkodzeniach wałów spowodowanych przez dzikie zwierzęta w 2010 r. Rzeka Wisła, Dolina Czerska i Dolina Moczydłowska.
Plik 011. Warszawa: WZMiUW
9. Informacja o uszkodzeniach wałów spowodowanych przez dzikie zwierzęta w 2010 r. Lewostronny wał rzeki Narew odc. Nowy Dwór Maz.
Dębe, gmina Wieliszew. Plik 002. WZMiUW Warszawa. Inspektorat
Nowy Dwór Mazowiecki
10. Jakimiuk S.: 2010. Powódź w maju i czerwcu 2010 roku na Wiśle
w granicach województwa lubelskiego. Wiadomości Melioracyjne i Łąkarskie nr 4, s. 166-170
11. Mioduszewski W.: 2010. Ochrona przed powodzią. Wiadomości Melioracyjne i Łąkarskie nr 4, s. 152-159
12. Opis uszkodzeń obwałowań w wyniku wezbrań powodziowych w maju
i czerwcu 2010 r. Plik 002-1. WZMiUW Warszawa. Oddział w Radomiu. Inspektoraty w Zwoleniu, Kozienicach i Grójcu
13. Powódź 2010. Materiały Konferencji. Warszawa: IMGW, 2010
14.Świderska I., Lebiecki P.: 2011. Stan bezpieczeństwa budowli piętrzących wodę w Polsce na koniec 2009 roku. XXV Konferencja Naukowo-Techniczna „Awarie Budowlane 2011”. Międzyzdroje 24-27 maja
2011. t. 1, s. 283-290
n
69
Dr inż. Józef Lipiński
Instytut Technologiczno-Przyrodniczy w Falentach
Potrzeby intensyfikacji produkcji rolnej poprzez melioracje
Wstęp
Zadaniem rolnictwa jest zaspokojenie potrzeb żywnościowych naszego kraju oraz w miarę możliwości eksport
produktów rolnych w celu poprawy bilansu obrotów handlowych z innymi krajami. Rozwój rolnictwa i przetwórstwa rolno-spożywczego związany jest też z tworzeniem
nowych miejsc pracy, co przekłada się na zmniejszenie bezrobocia.
Wolumen produkcji rolnej można zwiększyć poprzez wykorzystanie ugorów, albo poprzez intensyfikację produkcji,
której podstawą jest rozwój genetyczny roślin, podwyższanie
poziomu agrotechniki (nawożenie, ochrona przed szkodnikami i chorobami) oraz melioracje. Warunkiem konkurencyjności polskiego rolnictwa na rynku międzynarodowym jest
produkcja towarów wysokiej jakości – dotyczy to szczególnie
upraw ogrodniczych (jabłka, truskawki, warzywa), której nie
można osiągnąć bez odpowiedniej agrotechniki i zapewnienia roślinom właściwego uwilgotnienia gleby.
Celem artykułu jest analiza wykorzystania rolniczej przestrzeni produkcyjnej, plonowania roślin i rozmiarów produkcji rolnej, a także bilansu obrotów w handlu zagranicznym
ogółem oraz towarami rolno-spożywczymi. Analiza zmian
plonowania roślin prowadzona jest w aspekcie potrzeby intensyfikacji produkcji rolnej poprzez melioracje i obejmuje
okres od roku 1990 – po którym nastąpił regres w melioracjach użytków rolnych – do roku 2009.
no grunty pozostałe (tab. 1), które odnoszą się do gruntów ornych, sadów oraz łąk i pastwisk nieużytkowanych
i niebędących w dobrej kulturze rolnej. Ich powierzchnia
w 2009 roku wynosiła 495,0 tys. ha. Tak więc, w roku
2009, około 900 tys. ha użytków rolnych nie było wykorzystanych produkcyjnie.
Tabela 1
Powierzchnia użytków rolnych według użytkowania (tys. ha)
[GUS, 1981-2010]
Użytkowanie przestrzeni rolniczej
Powierzchnia użytków rolnych w roku 1980 zmniejsza się
z 18 844,8 tys. ha do 16 119,6 tys. ha w 2009 r. Spadek powierzchni odnosi się głównie do gruntów ornych i pastwisk.
W analizowanym okresie ich powierzchnia zmniejszyła się
kolejno o 2444,7 tys. ha (z 14 588,3 na 12 113,6) i o 786,1
tys. ha (z 1502,7 na 716,6). Powierzchnia łąk zasadniczo nie
zmieniła się, a sadów wzrosła z 277,1 do 331,4 tys. ha.
W tabeli 2 zaprezentowano wykorzystanie gruntów ornych i jego zmiany od 1980 roku. Z zestawienia wynika,
że zmniejszyła się drastycznie powierzchnia uprawy ziemniaków z 2343,7 tys. ha w roku 1980 do 488,7 tys. ha
w 2009 r., buraków cukrowych odpowiednio z 466,6 na
199,9 tys. ha oraz warzyw z 283 na 178,8 tys. ha. Wzrosła
natomiast powierzchnia uprawy zbóż z 7846,5 (rok 1980)
do 8582,6 tys. ha (rok 2009) oraz rzepaku i rzepiku kolejno z 319,8 do 810 tys. ha. Zmniejszyła się nieznacznie
powierzchnia odłogów i ugorów, która w roku 2000 wynosiła 1288,9 tys. ha, a w 2006 – 984,0 tys. ha. W kolejnych latach, ich areał wynosił w granicach 413,1-462,8
tys. ha (tab. 2), ale ze względu na zmianę sposobu ewidencjonowania gruntów odnosi się on tylko do ugorów
(tj. gruntów niewykorzystanych produkcyjnie, ale w dobrej kulturze rolnej). Dodatkowo w tym czasie wydzielo70
Rok
Powierzchnia
UR ogółem
Grunty
orne
1980
18 844,8
14 588,3
277,1 2476,7
1502,7
1985
18 722,4
14 474,8
262,5 2480,7
1504,4
1990
18 539,1
14 311,0
268,8 2426,7
1532,6
1995
17 934,3
13 885,8
278,6 2272,2
1497,7
2000
17 812,3
13 683,5
256,7 2502,8
1369,3
2001
17 787,8
13 666,0
258,1 2492,2
1371,5
2002
16 899,3
13 066,5
271,0 2531,3
1030,5
2003
16 169,4
12 650,5
250,4 2340,8
927,7
2004
16 327,4
12 684,6
277,6 2390,0
975,1
2005
15 906,0
12 222,0
296,5 2529,2
858,3
2006
15 957,3
12 449,3
292,4 2390,2
825,5
2007
16 177,1
11 869,1
336,8 2497,4
773,8
699,9
2008
16 154,3
12 093,8
329,4 2450,3
734,1
546,6
2009
16 119,6
12 113,6
331,4 2463,1
716,6
495,0
Sady
Łąki
Pastwiska
Grunty
pozostałe
Tabela 2
Wykorzystanie gruntów ornych (tys. ha) [GUS, 1981-2010]
Rok
Grunty Ugory
Buraki Rzepak
Zboża Ziemniaki
Warzywa
orne i odłogi
cukrowe i rzepik
1980 14 588,3
7846,5
2343,7
466,6
319,8
268,3
1985 14 474,8
8205,0
2095,1
436,4
467,0
241,1
1990 14 311,0
8530,8
1835,3
440,2
500,4
254,6
1995 13 885,8 913,5 8571,2
1522,4
384,5
606,4
279,2
2000 13 683,5 1288,9 8813,6
1250,6
333,1
436,8
247,7
2001 13 666,0
8820,2
1194,2
317,5
443,2
239,9
2002 13 066,5 2302,2 8293,7
803,4
303,0
439,0
171,3
2003 12 650,5 1399,2 8165,7
765,8
286,3
426,3
198,4
2004 12 684,6 1762,0 8380,9
713,3
292,4
538,2
207,8
2005 12 222,0 1028,6 8328,8
588,2
286,2
550,2
166,1
2006 12 449,3 984,0 8387,5
597,2
262,0
623,9
197,9
2007 11 869,1 413,1 8348,1
549,4
247,4
796,8
185,1
2008 12 093,8 462,8x 8604,4
529,5
213,5
771,1
169,0
2009 12 113,6 414,8x 8582,6
488,7
199,9
810,0
178,8
x
grunty ugorowane, tj. niewykorzystane produkcyjnie, ale w dobrej kulturze
rolnej
x
Zmiany plonowania wybranych ziemiopłodów
w okresie 1990-2009
600
ziemniaki
buraki cukrowe
kapusta
Liniowy
(ziemniaki)
1990
578
163,9
39,6
198
380
335
24,1
1991
538
95,1
38,0
168
316
335
22,3
1992
545
62,1
30,6
133
294
246
18,2
1993
606
65,8
33,3
206
392
353
17,1
1994
644
71,1
31,4
136
292
293
20,4
1995
655
79,7
36,0
164
346
336
22,7
1996
620
84,5
34,6
203
394
383
15,9
1997
636
88,3
32,1
159
348
366
18,7
1998
704
89,6
36,2
200
379
396
23,6
1999
639
87,4
35,0
157
338
361
20,8
2000
630,9
85,8
32,3
194
394
392
21,9
2001
743,4
90,8
35,3
162
358
369
24,0
2002
673,3
93,2
38,5
193
443
440
21,7
2003
489,3
93,6
34,0
179
410
389
18,6
2004
621,5
99,3
42,8
196
428
424
30,3
2005
580,3 102,4
39,5
176
416
377
26,3
2006
624,1 123,3
32,4
150
438
351
26,5
2007
719,2 121,8
39,4
207
513
397
26,7
2008
648,6 133,0
40,7
191
465
405
27,3
2009
683
118,0
41,7
191
543
421
30,8
Średnia
629
97,4
36,2
178,2
394,4
368,5
22,9
Minimum
489
62,1
30,6
133,0
292,0
246,0
15,9
Maksimum
743
163,9
42,8
207,0
543,0
440,0
30,8
Odchylenie
standardowe
62
24,4
3,7
23,2
66,3
45,7
4,2
0,25
0,10
0,13
0,17
0,12
0,20
Współczynnik
0,10
zmienności
2008
2006
2004
2002
2000
1998
1996
1994
1992
1990
Rok
Rys. 1. Zmiany plonowania ziemniaków, buraków cukrowych
i kapusty w okresie 1990-2009
70
60
50
pszenica
rzepak
siano
Liniowy
(pszenica)
Liniowy
(siano)
Liniowy
(rzepak)
40
30
20
2008
2006
2004
Rok
2002
0
2000
10
1998
buraki
rzepak
kapusta
cukrowe
i rzepik
0
1996
Opady NPK
mm kg∙ha-1 pszenica ziemniaki
100
1994
Rok
Liniowy
(buraki cukrowe)
Liniowy
(kapusta)
200
1992
Plony q∙ha-1
300
1990
Tabela 3
Plony wybranych ziemiopłodów, na tle opadów i zużycia nawozów
[GUS, 1991-2010]
400
Plon, q/ha
Średnie plony wybranych ziemiopłodów w Polsce, na tle
średnich krajowych opadów i zużycia nawozów z dwudziestolecia 1990-2009 przedstawiono w tabeli 3. Wynoszą one,
w przypadku ziemniaków 178,2 q∙ha-1 (odchylenie standardowe 23,2), buraków cukrowych 394,4 q∙ha-1 (66,3), kapusty
368,5 q∙ha-1 (45,5) i pszenicy 36,2 q∙ha-1 (3,7).Współczynnik zmienności plonowania roślin zawiera się w granicach
0,1-0,17. Zestawione dane nie wynikają ze ścisłych doświadczeń polowych obrazujących zależność pomiędzy opadami
i nawożeniem, a plonowaniem roślin. Mają więc charakter
poglądowy, niemniej jednak można dostrzec pewne związki
pomiędzy średnimi opadami w kraju a plonowaniem roślin.
Najniższe plony ziemniaków (168 q∙ha-1), buraków cukrowych (294 q∙ha-1), kapusty 246 q∙ha-1) i pszenicy (30,6
q∙ha-1) uzyskano w roku 1992, który był trzecim z kolei
w serii lat suchych (opady w latach 1990-1992 zawierały się
w granicach 538-578 mm, przy średniej z dwudziestolecia –
629 mm). W roku 2003, kiedy zanotowano najniższe opady
w analizowanym okresie, spadek plonów nie był aż tak drastyczny, ze względu m.in. na to, że w roku poprzedzającym
Plony, g/ha
500
Rys. 2. Zmiany plonowania pszenicy, siana oraz rzepaku i rzepiku w okresie 1990-2009
(2002) opady były relatywnie wysokie – 673,3 mm. Kolejna
obniżka plonów miała miejsce w roku 2006 (opady w roku
2006 wynosiły 624,1 mm, a w 2005 – 580,3 mm), ale odnosiła się tylko do ziemniaków i pszenicy.
Tendencję wzrostową plonowania roślin obserwuje się wraz
z upływem czasu (rys. 1 i 2) pomimo praktycznie zaniechania melioracji rolnych po 1990 roku. Wyjątkiem są ziemniaki,
wobec których, w analizowanym dwudziestoleciu, nie zaobserwowano istotnej tendencji zmian plonowania oraz siano,
którego plony spadają. Wzrost plonów niektórych roślin wynika częściowo z rezygnacji wykorzystania gleb najsłabszych.
Przychody i rozchody wybranych ziemiopłodów w Polsce
Zaprezentowane w poprzednim rozdziale zmiany w strukturze zasiewów i użytkowania gruntów, są wynikiem dostosowania produkcji do popytu. Pomimo iż około 900 tys. ha
użytków rolnych nie jest produkcyjnie wykorzystywane, to
wolumen produkcji roślinnej pokrywa krajowe potrzeby,
a często je przekracza.
W przypadku zbóż podstawowych, w roku rolniczym
2008/09 (tab. 4), produkcja wyniosła 25 738 tys. ton, a zużycie
krajowe 24 781 tys. ton. Eksport był nieco większy (2172 tys.
ton) niż import (1528 tys. ton). Jednak w latach poprzednich relacje były mniej korzystne – import przeważał nad eksportem.
W przypadku ziemniaków produkcja w latach 2006/072008/09 była wyższa od spożycia, a eksport nieco większy od
importu (tab. 4) – w roku rolniczym 2008/09 o około 200
71
Tabela 4
Przychód i rozchód zbóż i ziemniaków [GUS, 2010]
2006/07 2007/08 2008/09 2006/07 2007/08 2008/09
zboża podstawowe
Wyszczególnienie
litrów. W latach 2007-2009 importowaliśmy w granicach
588-792, a eksportowaliśmy od 2546 do 2999 milionów litrów (tab. 6).
ziemniaki
Tabela 6
w tysiącach ton
Przychód
25 698
26 887
27 333
9333
12 020
10 701
Produkcja
20 454
25 318
25 738
8982
11 791
10 462
Import
2500
1549
1528
351
229
239
Zmniejszenie
zapasówa
2744
20
67
–
–
–
Rozchód
25 698
26 887
27 333
9333
12 020
10 701
Eksport
895
878
2172
393
408
441
Zużycie krajowe
24 803
26 009
24 781
8940
11 612
10 260
siew/sadzenie
1711
1737
1751
1395
1360
1220
straty
950
1015
1052
781
950
900
15 535
15 003
15 241
1646
3964
2887
1315
1380
1550
517
723
753
spasanie
zużycie
przemysowec
w tym na skrobię
120
130
160
420
650
670
spożycie
5292
5247
5187
4601
4615
4500
Zwiększenie
zapasówb
–
1627
380
–
–
–
a – Łącznie z przeznaczonymi na przetwory. b – zapasy w przetwórstwie przemysłowym
i w handlu; łącznie z zapasami w gospodarstwach rolnych. c – bez przemiału zbóż
tys. ton. W przypadku warzyw (tab. 5), produkcja krajowa
w latach 2006/07 i 2008/09 była wyższa od spożycia, a eksport przeważał nad importem – w roku rolniczym 2008/09
wynosiły one kolejno 844 i 386 tys. ton.
Produkcja owoców, w analizowanym okresie, była nieco niższa od spożycia, a import wyższy od eksportu. Jednak
w roku rolniczym 2008/09 różnica ta zmniejszyła się do 44
tys. ton. W roku rolniczym 2007/08 eksport wynosił 641,
a import 1239 tys. ton. Rok 2007 był bardzo niekorzystny
dla produkcji owoców (przymrozki), bo produkcja na poziomie 1684 tys. ton (tab. 5.) była niższa o 66% od tej z roku
2008/09, kiedy wyniosła 3826 tys. ton.
Produkcja mleka w Polsce oscyluje wokół 12,0 miliardów
litrów na rok przy zużyciu krajowym 9,6-10,2 miliardów
Przychód i rozchód mleka [GUS 2010]
Wyszczególnienie
warzywa
owoce
w tysiącach ton
12 332
12 807
12 930
11 744
12 063
12 085
588
644
792
Import
–
100
53
Rozchód
12 332
12 807
12 930
Eksport
2546
2999
2732
Zużycie krajowe
10 198
Zmniejszenie
zapasówa
9623
9808
straty
24
24
24
spasanie
550
550
500
spożycie
9049
9234
9674
163
–
–
zwiększenie zapasówb
Łącznie z przeznaczonym na przetwory. Zapasy w przetwórstwie przemysłowym i w handlu.
a
b
Tabela 7
Obroty handlu zagranicznego wyrobami przemysłu spożywczego
i produktami rolnictwa (ceny bieżące) na tle obrotów ogółem [GUS, 2010]
Wyszczególnienie
2007
2008
w tym:
12 746,7 13 936,4
Przetwory spożywcze
.
.
Zwierzęta żywe i produkty
6601,0. 8827,0.
pochodzenia zwierzęcego
.
.
Produkty pochodzenia
9797,7 . 11 161,2 .
roślinnego
Tłuszcze i oleje
1473,3
2005,2
16 433,3 18 023,7 22 728,7
.
.
.
13 526,0. 14 239,9. 15 666,6.
.
.
.
7383,1 . 7498,2 . 10 116,0 .
roślinnego
Tłuszcze i oleje
935,4
1061,1
1105,1
5589
4076
2923
4912
5710
5203
3211
1684
3826
Import
319
370
386
865
1239
1086
OGÓŁEM
Rozchód
5439
6080
5589
4076
2923
4912
Eksport
706
989
844
692
641
1042
Zużycie krajowe
w tym:
3686,6
4087,3
.
.
6925,0. 5412,9.
.
.
-2414,6 . -3663,0 .
roślinnego
Tłuszcze i oleje
-537,9
-944,1
4745
3384
2282
3870
513
358
253
462
spasanie
56
82
32
–
–
–
spożycie
4088
4398
4200
2930
1973
3343
–
–
–
96
56
65
zużycie
przemysowe
72
1760,7
0,3
0,4
0,4
EKSPORT
6080
611
16 559,2 2,8 2,8 3,6
.
.
.
.
11 035,3. 1,4. 1,8. 2,4.
.
.
.
.
10 738,9 . 2,1 . 2,2 . 2,3 .
386 555,6 405 383,1 423 242,0 100,0 100,0 100,0
5120
5091
w odsetkach
456 828,4 497 028,3 463 382,6 100,0 100,0 100,0
5439
589
2007 2008 2009
IMPORT
OGÓŁEM
Produkcja
4733
2009
w milionach złotych
Przychód
straty
2009
Produkcja
Tabela 5
w tym:
Przychód i rozchód owoców i warzyw [GUS, 2010]
Wyszczególnienie
2008
w milionach litrów
Przychód
OGÓŁEM
2006/07 2007/08 2008/09 2006/07 2007/08 2008/09
2007
4,3 4,4 5,4
.
.
.
3,5. 3,5. 3,7.
.
.
.
1,9 . 1,8 . 2,4 .
0,2
0,3
0,3
x
x
x
6169,5
.
4631,5.
.
-622,9 .
x
.
x.
.
x.
x
.
x.
.
x.
x
.
x.
.
x.
-655,6
x
x
x
SALDO OBROTÓW
Saldo obrotów produktami
rolnymi
-70 272,8 -91 645,2 -40 140,6
7659,1
4893,1
9522,5
Saldo obrotów handlu zagranicznego
towarami rolno-spożywczymi
Krajowy eksport ogółem w roku 2009 wynosił 423,2 mld
zł, a import 463,4 mld zł (ceny bieżące). W porównaniu z rokiem poprzednim eksport wzrósł o 4,4%, natomiast import
zmniejszył się o 6,8%. W wyniku tych zmian odnotowano
wyraźną redukcję deficytu wymiany handlowej, który w poprzednich dwóch latach wykazywał dynamiczną tendencję
wzrostową. Ujemne saldo (rok 2009) kształtowało się na
poziomie -40,1 mld zł, podczas gdy w 2008 r. wynosiło 91,6 mld zł, a w 2007 r. -70,3 mld zł [GUS, 2010]. Jednak
w roku 2010 ujemne saldo obrotów bieżących znowu wzrosło w stosunku do roku 2009, bo wyniosło 55,1 mld zł.
W sektorze produktów rolno-spożywczych obroty handlowe w roku 2010 zamknęły się dodatnim saldem w wysokości 10 333,0 mln zł, a udział produktów rolno-spożywczych w eksporcie ogółem wyniósł 11,2%, natomiast w imporcie ogółem 8,1% [GUS, 2011]. W latach poprzednich
– 2007÷2009, saldo zagranicznej wymiany handlowej
było również dodatnie i wynosiło kolejno 7659,1, 4893,1
i 9522,6 mln zł (tab. 7). Jednak wymiana handlowa produktami pochodzenia roślinnego oraz tłuszczami i olejami miała
saldo ujemne. W grupie produktów pochodzenia roślinnego, w roku 2008 zaimportowano towary za 11 161,2 mln zł,
a wpływy z eksportu wyniosły 7498,2 mln. zł (saldo minus
3663 mln zł), a w roku 2009 kolejno 10 738,9 i 10 116 mln
zł (saldo minus 622,9 mln. zł). Liczony w cenach stałych eksport w 2009 roku w stosunku do roku 2008 wzrósł o 31,2%,
a import spadł o 7,9%.
W roku 2008 saldo obrotów, choć dodatnie, to jednak
było najniższe w okresie 2007-2010, czego główną przyczyną
był zwiększony import zbóż.
Efekty produkcyjne melioracji
Znany jest powszechnie pozytywny wpływ melioracji (odwodnień i nawodnień) na ilość i jakość produkcji rolnej. Badania efektywności odwodnień prowadziło wielu autorów.
Zawadzki [1984] w swoich badaniach określił, że w latach
1977-1980 plony czterech zbóż były wyższe o 7,9 dt . ha-1
na polach zdrenowanych niż niedrenowanych, a w latach.
1970-1973 o 4,0 dt . ha-1. Biorąc pod uwagę zmiany w strukturze zasiewów, w okresie 1970-1980 średni przyrost plonów
w wyniku drenowania wyniósł 9,6 jednostki zbożowej z 1 ha.
W latach posusznych 1970-1973 zwyżka plonów dzięki drenowaniu wynosiła 5,3 j. zb. z 1 ha, a w latach wilgotnych
i mokrych (1977-1980) 13,9 j. zb. z 1 ha.
Badania prowadzone w ramach monitoringu ekonomicznego [Manteuffel Szoege, 2002] wykazały, że zagregowane
zwyżki plonów – obserwowane na gruntach zdrenowanych
w stosunku do niedrenowanych – w latach 1987-1990 wynosiły średnio 7,0 j.zb . ha-1 . rok-1, natomiast w latach suchych
1991 i 1992 zagregowany plon był na polach zdrenowanych
o 1,0 j.zb . ha-1 niższy niż na niedrenowanych.
Badania Prokopowicza i Szczygielskiego [1977] wykazały wzrost plonów czterech zbóż w wyniku drenowania
o 9,1 dt . ha-1, buraków pastewnych o 266,6 dt . ha-1, ziemniaków o 79,2 dt . ha-1 i rzepaku ozimego o 3,8 dt . ha-1.
Nawodnienia są najbardziej celowe w uprawach ogrodniczych. Wartość przyrostu produkcji dzięki nawodnieniom
jest pochodną zwyżki plonów i ceny zbytu. Na tej podstawie
zbudowano ranking ekonomicznej celowości tego zabiegu
[Lipiński, 2011]. Najwyższe wskaźniki celowości odnoszą się
do truskawek – 9,8, jabłoni – 8,6, pomidorów – 8,5, cebuli
– 8,2, najniższe zaś do rzepaku – 0,4, pszenicy – 0,7, użytków
zielonych – 1,1. Średni ważony, powierzchnią upraw, wskaźnik celowości nawadniania zarówno drzew owocowych, jak
też warzyw wynosi 7,5. Własne badania efektywności nawodnień wykazały, że na polu nawadnianym plony cebuli
były wyższe o 13,5 t . ha-1 (71%), ziemniaków o 10,0 t . ha-1
(48%), marchwi o 16,7 t . ha-1 (33%), kapusty 23,0 t . ha-1
(66%) [Lipiński 2009a].
Badania efektów nawodnień sadów jabłoniowych wykazały, że dzięki nawodnieniom uzyskiwano stabilne plony, które
w latach 2004-2006 wynosiły 40,0 t∙ha-1 na rok. Plonowanie
sadu przed wprowadzeniem nawodnień było niższe o 14 t∙ha-1
w roku suchym, o 8 t∙ha-1 w roku średniowilgotnym i o 4 t∙ha-1.
w roku wilgotnym. Dzięki nawodnieniom poprawiła się też
jakość owoców. Na polu nawadnianym owoce deserowe, niezależnie od warunków pogodowych, stanowiły około 65%
plonu całkowitego [Lipiński, 2009b]. W sadzie nienawadnianym, w roku suchym, wszystkie owoce nadawały się tylko do
przetwórstwa przemysłowego. W roku średniowilgotnym stanowiły 40%, a w wilgotnym 37% całej produkcji.
W przypadku truskawek uprawianych na glebie lekkiej,
dzięki nawodnieniom uzyskano zwyżkę plonów o 5÷8 t . ha-1
(40÷80%). Wzrosła zdecydowanie jakość handlowa owoców,
bo za kilogram z pola nienawadnianego uzyskiwano w granicach 0,6÷1,5 zł, a z nawadnianego 2,0÷3,5 zł.
Posumowanie
Od roku 1990 areał wykonywanych nowych melioracji zmniejszył się drastycznie w stosunku do okresu 19471989. Przed rokiem 1990 melioracje były wykonywane na
powierzchni 100-280 tys.·rok-1, a później na kilku tysiącach
hektarów rocznie. Pomimo tego w okresie od roku 1990 do
2009 zaobserwowano wzrost plonowania buraków cukrowych, kapusty, pszenicy rzepaku i rzepiku. Nie zaobserwowano natomiast zmian plonowania ziemniaków, a plony siana
obniżyły się. Wzrost plonowania niektórych roślin wynika
częściowo z rezygnacji ich uprawy na glebach najsłabszych,
które są ugorowane albo przeznaczone pod budownictwo.
W latach 2007-2009 mieliśmy dodatnie saldo zagranicznych obrotów handlowych towarami rolno-spożywczymi, przy
niepełnym wykorzystaniu areału użytków rolnych – ugory
i odłogi oraz inne grunty, które nie były wykorzystywane produkcyjnie stanowiły w tym okresie około 900 tys. ha. Korzystny bilans wymiany handlowej pojawił się wraz z otwarciem
rynku Unii Europejskiej dla naszych towarów. Bilans produkcji rolniczej jest obecnie zrównoważony, ale przy występującej
tendencji do przeznaczania części produkowanej biomasy na
produkcję paliw płynnych, może zostać zagrożony.
Zmienność pogodowa (susze, podtopienia, przymrozki) powoduje, że w niektórych latach obserwuje się obniżki
produkcji i plonowania roślin. W roku 1992 i 2006 – z powodu niskich i niekorzystnie rozłożonych w czasie opadów – zanotowano około 20% obniżkę plonowania zbóż
i ziemniaków. Przymrozki w roku 2007 spowodowały, że
produkcja owoców była niższa o 50-55% w stosunku do
lat sąsiednich.
Stosując zabiegi melioracyjne można łagodzić niekorzystny
wpływ zmienności pogodowej na plonowanie roślin. Jednak
73
ze względu na dostępność wody do nawodnień oraz – w odniesieniu do głównych upraw polowych i użytków zielonych –
niską ich efektywność, oddziaływanie tymi zabiegami na większe obszary użytków rolnych będzie niemożliwe lub nieopłacalne. Ekonomicznie uzasadnione są natomiast melioracje pól
pod uprawami ogrodniczymi i niektórymi okopowymi, gdzie
nawodnienia i odwodnienia są warunkiem uzyskania produktów wysokiej jakości. W przeciwnym przypadku produkty
te nie znajdą nabywców, a ich uprawa będzie nieopłacalna.
Badania własne wykazały, że w sadzie nawadnianym, owoce
deserowe – niezależnie od warunków pogodowych – stanowiły około 65% plonu całkowitego, natomiast w nienawadnianym, w roku suchym wszystkie owoce nadawały się tylko do
przetwórstwa przemysłowego, w średniowilgotnym stanowiły
40%, a w wilgotnym 37% całej produkcji.
W przypadku truskawek uprawianych na glebie lekkiej,
dzięki nawodnieniom wzrosła zdecydowanie jakość handlowa owoców. Za kilogram z pola nienawadnianego uzyskiwano w granicach 0,6÷1,5 zł, a z nawadnianego 2,0÷3,5 zł.
W każdym przypadku, oprócz poprawy jakości produktów
dzięki nawodnieniom, uzyskano też zwyżkę plonów, a nawodnienia były ekonomicznie uzasadnione.
Wnioski
Dodatni bilans handlowy w sektorze produktów rolnospożywczych, niepełne wykorzystanie obszarów rolniczych
do uprawy oraz wzrost plonowania głównych upraw polowych w okresie drastycznego zmniejszenia areału wykonywanych melioracji wodnych w rolnictwie nie wskazuje raczej
na potrzebę konstruowania i realizowania ogólnokrajowych
programów melioracji. Trzeba jednak mieć na uwadze, że
w przyszłości część produkowanej biomasy będzie przeznaczona na cele energetyczne, co może sprawić, że produkcja
rolna będzie niższa od potrzeb. W takiej sytuacji wystąpi
potrzeba intensyfikacji produkcji rolnej poprzez melioracje.
Melioracje są nie tylko podstawą zwyżki plonowania roślin,
ale też uzyskania wysokiej jakości produktów, która jest warunkiem ich eksportu. Eksport ten jest szczególnie potrzebny w sytuacji, gdy ogólne saldo obrotów handlowych Polski
z innymi krajami jest ujemne – w latach 2007-2010 wynosiło
ono kolejno -70,3; -91,6, -40,1 i -55,1 mld zł. Mając powyższe na uwadze, melioracje powinny być wspierane z funduszy
UE (np. PROW) i budżetu państwa wszędzie tam, gdzie rolnicy zgłaszają zainteresowanie.
Literatura
1.
GUS: 2010. Produkcja i handel zagraniczny produktami rolnymi
w 2009 r.
2. GUS: 2011. Handel zagraniczny styczeń-grudzień 2010
3. GUS: 1981-2011. Rocznik statystyczny rolnictwa i obszarów wiejskich. Warszawa
4. Lipiński J., Prokopowicz J.: 2008. Ocena ekonomicznej efektywności
inwestycji drenarskich. Wiadomości Melioracyjne i Łąkarskie, nr 3
5. Lipiński J.: 2009a. Produkcyjna i ekonomiczna efektywność nawodnień w gospodarstwie specjalizującym się w uprawie warzyw gruntowych i ziemniaków. Wiadomości Melioracyjne i Łąkarskie, nr 3
6. Lipiński J.: 2009b. Produkcyjne i ekonomiczne efekty nawadniania
sadów jabłoniowych. Wiadomości Melioracyjne i Łąkarski, nr 1
7. Lipiński J.: 2011. Hierarchizacja celowości oraz przestrzenna koncentracja nawodnień rolniczych w obszarach pozadolinowych. Wiadomości Melioracyjne i Łąkarskie, nr 2
8. Manteuffel Szoege H.: 2002. Elementy ekonomiki gospodarowania
wodą w rolnictwie. SGGW. Warszawa
9. Prokopowicz J., Szczygielski L.: 1977. Efektywność produkcji rolniczej
na terenach zmeliorowanych. PWRiL, Warszawa
10. Zawadzki W.: 1984. Efektywność drenowania gruntów ornych na terenach nizinnych. IERiGŻ Warszawa
n
Studia podyplomowe
Zastosowanie współczesnych metod hydrologii w inżynierii i gospodarce wodnej
Studium podyplomowe ma na celu doskonalenie i pogłębianie wiedzy dotyczącej hydrologii i gospodarki wodnej w zakresie umożliwiającym
efektywne projektowanie urządzeń hydrotechnicznych oraz wdrażania Ramowej Dyrektywy Wodnej i Dyrektywy Powodziowej. Kurs przeznaczony
jest głównie dla osób zatrudnionych w RZGW, pracowników wydziałów ochrony środowiska urzędów marszałkowskich i wojewódzkich oraz projektantów urządzeń budownictwa wodnego i melioracji. Omawiane zagadnienia są rozszerzeniem i uaktualnieniem wiedzy dotyczącej hydrologii,
hydrogeologii, gospodarki i prawa wodnego wykładanej na uczelniach wyższych w zakresie inżynierii środowiska. Zajęcia prowadzone są przez
wykładowców z SGGW, PW, UW oraz specjalistów z IMGW. Zakres studium obejmuje następującą tematykę: procesy i zjawiska hydrologiczne, hydrologię wód powierzchniowych i podziemnych, podstawy modelowania matematycznego w hydrologii, modele odpływu ze zlewni i propagacji
fali w korycie, modele transportu rumowiska rzecznego, podstawy hydrometrii rzecznej, przepływy miarodajne i kontrolne w inżynierii wodnej
i komunikacyjnej, zastosowanie metod statystycznych w hydrologii i meteorologii, hydrologiczne zjawiska i procesy ekstremalne, podstawy gospodarowania wodą, wdrożenie RDW, zagrożenia w gospodarce wodnej, wdrożenie Dyrektywy Powodziowej, zagadnienia prawne w inżynierii
i gospodarce wodnej.
Termin zgłoszeń: do 15.10.2012
Liczba miejsc: 20
Opłata za semestr 2000 zł
Opłata za całość 4000 zł
Dodatkowe informacje można uzyskać mailowo – [email protected] lub telefonicznie 22 59 35 315 oraz znaleźć na stronie internetowej studium: http://levis.sggw.pl/studium
Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie, Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska, Katedra Inżynierii Wodnej
Ul. Nowoursynowska 159, 02-776 Warszawa
Budynek 33, pokój 41 (Sekretarz Studium: mgr inż. Magdalena Jarecka)
74
Dr inż. ANDRZEJ JUCHERSKI
Inż. ANDRZEJ WALCZOWSKI
Górskie Centrum Badan i Wdrożeń w Tyliczu
Ocena przydatności wybranych makrofitów
do nasadzeń na złożach stokowych oczyszczalni ścieków
Przedmiot, cel oraz warunki i metodyka badań
Badaniom poddano mozgę trzcinowatą (Phalaris arundinacea), mannę mielec (Glyceria aquatica) oraz dodatkowo
trzcinę (Phragmites australis) – roślinę uznawaną powszechnie za podstawowe nasadzenie roślinne w oczyszczalniach
typu bagiennego [Cooper, Job, Green, Shutes 1996]. Celem
pięcioletnich badań (2007–2011 r.) była ocena biologicznej
kondycji i dynamiki wzrostu poszczególnych roślin w złożu
piaszczystym, ocena specyfiki budowy ich systemów korzeniowych oraz określenie i analiza wskaźników ewapotranspiracji z poszczególnych segmentów roślinnych stanowiska,
a w efekcie – wybór roślin najbardziej przydatnych do nasadzeń w górskich instalacjach oczyszczających.
Na powierzchni czterosegmentowego stanowiska, którego schemat budowy i charakterystykę materiału wypełnienia
złoża przedstawiono na rysunku 1, posadzono ukorzenione
sadzonki (fot. 1) z gęstością nasadzeń 14 szt./m2 (20 sadzonek na 1 segment). Jeden segment stanowiska pozostawiono
bez roślin, jako segment odniesienia.
Programator
elektroniczny
PCZ-523-1
230 V
Elektrozawór 15
280
15
Regulacja
poziomu cieczy
Zbiornik
zbierający
35
Podstawy procesów oczyszczania ścieków bytowych z wykorzystaniem instalacji typu bagiennego (gruntowo-roślinne, hydrofitowe) są już dość dobrze poznane [Obarska-Pempkowiak,
Gajewska, Wojciechowska 2010], a rozwiązania szczegółowe
tego typu indywidualnych obiektów są coraz częściej wdrażane
na większą skalę w wiejskiej zabudowie luźnej i rozproszonej,
szczególnie na terenach nizinnych kraju [Halicki, 2009].
Wieloletnie badania oraz prace wdrożeniowe prowadzone
przez Jucherskiego wraz z zespołem [2000, 2010] na terenach Sądecczyzny wykazały, że tego typu oczyszczalnie mogą
być również w pełni przydatne do stosowania w specyficznych górskich warunkach klimatycznych. Wysoką skuteczność technologiczną można w nich uzyskać przez stosowanie
quasinaturalnych układów urządzeń, przystosowanych konstrukcyjnie do warunków i specyfiki terenowo-klimatycznej
miejsca ich lokalizacji [Jucherski, 2005].
Specyficznym składnikiem technologicznym w systemie
indywidualnego oczyszczania ścieków, opracowanym przez
Instytut Technologiczno-Przyrodniczy – Górskie Centrum
Badań i Wdrożeń w Tyliczu (ITP- GCB), jest stokowe złoże
gruntowo-trawiaste, będące technicznym rozwinięciem idei
naturalnych, śródłąkowych młak górskich.
Wypełnienie tego złoża, składające się z mieszanki piasku i gleby rodzimej przerośniętej korzeniami szuwarowych
roślin wodno-błotnych, wśród których dominują, wprowadzane w sposób zamierzony helofity: manna wodna (Glyceria
aquatica), mozga trzcinowata (Phalaris arundinacea), a także
sit leśny (Scirpus sylvaticus) i inne, tworzy w efekcie ekosystem bagienny, który jest z powodzeniem wykorzystywany
w procesach oczyszczania ścieków.
Stokowe złoża gruntowo-trawiaste są bardzo skutecznymi
reaktorami w procesach mineralizacji substancji organicznej
w ściekach, a sprawność zmniejszania tlenowych wskaźników zanieczyszczeń określanych przez BZT5 i ChZT osiąga,
odpowiednio, poziomy: 95% i 85% – zarówno w okresach
letnich jak i zimowych. Równie skuteczne są tu procesy nitryfikacji (91–97%), a skuteczność usuwania azotu ogólnego
w okresie letnim osiąga 82%, zmniejszając się w okresie zimowym do poziomu 68%, gdy temperatura oczyszczanych
ścieków spada nawet poniżej +3°C.
Efektywność usuwania fosforanów ze ścieków jest sezonowo niezmienna, osiągając 88%.
Integralną częścią tych złóż są nasadzenia roślinne. Chociaż
wielkości poboru składników biogennych N i P przez ich części
nadziemne nie są decydujące w ocenie całorocznej efektywności
usuwania ładunków masowych tych zanieczyszczeń w oczyszczalni (przez zbiór roślin można usunąć 5–13% N i 3,5–7,0% P
ze składników dostarczanych ze ściekami w ciągu roku [Jucher-
ski, 2000]) to jednak sam dobór roślin, ich uprawa i pielęgnacja
w sezonie wegetacyjnym są w tych obiektach istotne, gdyż od
tego zależą właściwości filtracyjne wypełnienia złoża gruntowokorzeniowego, będącego siedliskiem specyficznych bakterii decydujących o kinetyce biologicznego procesu oczyszczania.
W artykule przedstawiono ocenę niektórych, uznanych
za istotne, właściwości wybranych roślin (manny wodnej,
mozgi trzcinowatej oraz trzciny pospolitej), poddanych badaniom w warunkach polowych na stanowisku składającym
się z czterech wydzielonych segmentów imitujących wycinki
stokowych złóż gruntowo-trawiastych, zasilanych ściekami
w ustalonym reżimie hydraulicznym.
Dopływ
ścieków
Grys
8÷16 mm
Piasek
0÷4 mm
Grys
8÷16 mm
Rura 32PE
Odpływ ścieków
50
Wstęp
Obudowa:
płyta wiórowa OSB
pokryta podwójną
warstwą folii PCW 0,25 mm
Rys. 1. Schemat stanowiska badawczego
75
Wyniki badań i ich ocena
Na podstawie wieloletnich obserwacji, badań laboratoryjno-polowych oraz ocen dokonywanych w charakterystycznych okresach sezonów wegetacyjnych stwierdzono, że
poszczególne rośliny rosnące na poletkach cechowała duża
zmienność na przestrzeni lat w wysokości i gęstości porostu,
a także w stopniu wyrównania poszczególnych łanów roślin
na długości poletek. Ilustrują to fotografie wykonane w kolejnych sezonach wegetacyjnych w czasie pełni rozwoju roślin
rosnących na poszczególnych poletkach.
Fot. 1. Widok stanowiska po nasadzeniu roślin
Stanowisko z segmentami złóż piaszczysto-roślinnych zasilane było ściekami w sposób dawkowany za pomocą urządzenia wyposażonego w programator sterujący wypływem cieczy. Porcja ścieków, o objętości 0,437 dm3, podawana była do
każdego segmentu z częstotliwością co 30 minut. Wynikające
z tego średnie hydrauliczne obciążenie powierzchni każdego
złoża wynosiło 15 mm · d-1. Oczyszczone ścieki odpływające
z poszczególnych segmentów były zbierane odpowiednio do
pojemników przedstawionych na rys. 1.
Badania ewapotranspiracji z powierzchni poszczególnych poletek prowadzono w okresach wegetacyjnych, częściowo w 2008 r. oraz w całym okresie 2010 r. Wskaźnik
dobowej ewapotranspiracji określano, mierząc odpowiednio ilości ścieków odpływających do pojemników w odniesieniu do ilości ścieków dopływających do każdego segmentu.
Temperaturę powietrza rejestrowano całodobowo z częstotliwością co 30 minut, określając średniodobową temperaturę w miejscu lokalizacji badań. Wysokość opadów określano za pomocą deszczomierza Hellmanna. Pomiarów parowania nie wykonywano gdy wysokość opadów była większa
od 7 mm∙dobę-1.
Uprawę roślin na poletkach prowadzono w systemie jednokośnym, ścinając je w okresie wczesnojesiennym i pozostawiając ścierń o wysokości 15 cm (fot. 2).
W porze zimowej stanowisko z poletkami było osłonięte
specjalną konstrukcją termoizolacyjną (fot. 3), a złoża były
zasilane ściekami w ustalonym harmonogramie badań. Osłona była usuwana na wiosnę, po zniknięciu pokrywy śnieżnej
i ustąpieniu wiosennych przymrozków.
Fot. 2. 25 września 2008 r. (po ścięciu roślin)
76
Fot. 3. 20 listopada 2008 r.
Fot. 4. 21 sierpnia 2007 r.
Fot. 5. 21 sierpnia 2008 r.
W pierwszym roku po posadzeniu roślin (2007 r.) największą dynamiką wzrostu i największym stopniem pokrycia
powierzchni wykazała się manna wodna. Trzcina pospolita
i mozga trzcinowata zachowywały się podobnie.
W kolejnych latach eksploatacji trzcina wykazywała tylko
nieznaczne zmiany w wysokości i gęstości porostu, natomiast
manna cechowała się stabilnością w tym względzie, a nawet
wzrostem zagęszczenia roślin w łanie poletka.
Potwierdzono, że manna jest najbardziej odporna (w porównaniu z trzciną i mozgą) na warunki zimowe (co jest
bardzo istotne podczas eksploatacji „górskich” obiektów
do oczyszczania ścieków), a jej części nadziemne pozostają
w tym okresie częściowo zielone, tzn. nie zasychają (drewnieją), jak w przypadku trzciny i mozgi. Trawa ta jest jednak
mniej odporna na wyleganie, powodowane ulewnymi deszczami i wiatrami burzowymi. Z tego względu korzystne byłoby dwukrotne jej koszenie (na początku lipca i we wrześniu),
co sprawdzono z dobrym skutkiem podczas badań.
W tabeli 1 pokazano wyniki badań wielkości plonowania
roślin uprawianych na poszczególnych złożach. Wykonano je
w 2008 roku, a więc po okresie kiedy manna wodna i mozga
trzcinowata weszły już w fazę pełnego biologicznego rozwoju,
a trzcina jeszcze nie w pełni.
Tabela 1
Charakterystyka plonu higrofitów umieszczonych
w poszczególnych segmentach stanowiska badawczego w roku 2008
Plon masa
Średnie plony w suchej masie miePlon .
Rodzaj wilgotna Wilgotność w suchej masie szanek traw w uprawach polowych
rośliny
[kg · m-2]
[%]
[kg · m-2] [t · ha-2]
[kg · m-2]
[t · ha-2]
Manna
21,56
79
4,53
45,3
Mozga
10,92
67
3,60
36,0
Trzcina
3,08
53
1,46
14,6
0,73
7,30
Żródło: wyniki badań własnych
Fot. 6. 23 lipca 2009 r.
Uzyskane wyniki pokazują, że również i w tym elemencie charakterystyki botanicznej najlepsze rezultaty osiągnęła
manna wodna.
W tabeli 1 pokazano również znaczące różnice w poziomach plonowania roślin, uprawianych na złożach stanowiska, nawadnianych ściekami, w stosunku do poszczególnych
plonów traw pozyskanych z normalnej uprawy polowej.
Dominującą rolę manny wodnej w stosunku do innych
roślin można również potwierdzić na podstawie wyników
trzyletnich badań plonowania mieszanek roślin rosnących na
dwóch stokowych złożach gruntowo-trawiastych, wchodzących w skład instalacji do oczyszczania ścieków, zlokalizowanej na poligonie ITP – GCB w Tyliczu (fot. 9).
Stwierdzono, że na powierzchni złoża PI, gdzie w mieszance różnych traw wodolubnych dominowała mozga trzcinowata, łączne plony zebranych roślin wykazywały małą zmienność w poszczególnych latach użytkowania, szczególnie w latach 2003, 2004 (1,64 i 1,27 kg · m-2 w s.m.).
Fot. 7. 7 września 2010 r.
Fot. 8. 7 lipca 2011 r.
Fot. 9. Instalacja ze stokowymi złożami gruntowo-trawiastymi
zlokalizowana w ITP – GCB w Tyliczu
77
Złoże gruntowoZłoże glebowo-roślinne
roślinne z mieszanką
z mieszanką traw
traw z udziałem mozgi
z dominacją mozgi
trzcinowatej i manny
trzcinowatej (PI)
wodnej (PII)
Wyszczególnienie
Rok eksploatacji
[rok]
2002
2003
2004
2002
2003
2004
2,10
b.d.
2,23
2,20
b.d.
Maksymalna wysokość roślin
[m]
2,15
Wilgotność mieszanki traw
[%]
77,00 77,10 79,80 76,70 76,50 80,70
Plon w suchej masie .
mieszanki traw
[kg∙m-2] 0,77
1,64
1,27
0,63
0,81
2,43
[t∙ha-2]
16,4
12,7
6,30
8,10
24,30
7,70
Na powierzchni złoża PII, gdzie nasadzeniem współ-.
rosnącym z innymi trawami była manna wodna, stwierdzono, że roślina ta stopniowo wypierała pozostałe gatunki,
a wytworzona w efekcie okrywa roślinna osiągnęła znacząco
wyższą, niż w pierwszym obiekcie, średnią wysokość plonu:
2,43 kg · m-2 w s.m.
Po wyrównanych rezultatach badań w latach 2007 i 2008,
w następnych latach, ku dużemu zaskoczeniu, stwierdzano
stałe pogarszanie się kondycji mozgi trzcinowatej, rosnącej na
jednym z segmentów stanowiska badawczego. Notowano postępujące wypadanie tych roślin z poletka i w efekcie znacząco mniejsze (od manny wodnej i trzciny) przyrosty biomasy.
Przy równych warunkach „startu” wegetacyjnego wszystkich roślin na wiosnę, należałoby wykluczyć tu wpływ zaciemnienia przez sąsiadujące rośliny lub uznać je za niedecydujące.
Bardziej prawdopodobne, ale nie do końca przekonujące,
jest wytłumaczenie pogarszającej się kondycji mozgi trzcinowatej, niekorzystnym oddziaływaniem ścieków na system korzeniowy tych roślin w warunkach stałego podtopienia. Być
może jakąś rolę odgrywa tu efekt niekorzystnego sąsiedztwa
roślin uprawianych na stanowisku badawczym.
Gęstość i równomierność porostu nadziemnych części roślin na powierzchniach złóż filtracyjnych oczyszczalni określa
możliwości i zdolności transpiracyjne tych obiektów. Ma to
decydujące znaczenie przy planowaniu bilansu wodnego oraz
przy obliczeniach wielkości ładunków zanieczyszczeń dopływających i odpływających z tych instalacji w czasie sezonu
wegetacyjnego.
Z tego względu przeprowadzano badania parowania terenowego z poszczególnych powierzchni poletek roślinnych na
stanowisku badawczym.
Uśrednione wyniki badań, prowadzonych nieprzerwanie
w okresie od 24 czerwca do 1 października 2010 r., zestawiono w tabeli 3, a dane szczegółowe pokazano na wykresach na
rysunku 2.
Dla średniodobowych temperatur otoczenia od 4°C do
22°C, największą dynamiką parowania wykazały się poletka z trzciną i manną wodną (średnio: 10,9 l · m-2 · d-1;
7,9 l · m-2 · d-1). Pierwsze poletko charakteryzowało się
100-procentowym dobowym wskaźnikiem ewapotranspiracji już przy średniodobowych temperaturach powietrza
powyżej 13°C, co wyrażało się całkowitym zanikiem odpływu ścieków ze złoża i dodatkowo obniżeniem się w nim
poziomu lustra cieczy. W innych złożach zanik odpływu
rejestrowano tylko w ciągu dnia.
78
Tabela 3
Średnia temperatura powietrza i wskaźniki ewapotranspiracji
na poszczególnych poletkach badawczych w okresie wegetacyjnym:
24 czerwca÷1 października 2010 r.
Ewapotranspiracja [l·m-2·d-1]
Wyszczególnienie
Temperatura
otoczenia
[°C]
Wartość średnia
14,4
złoże
z mozgą z trzciną
bez naz manną trzcino- posposadzeń
watą
litą
7,9
4,7
10,9
2,9
Odchylenie standardowe
4,6
3,5
1,7
4,1
2,1
Współczynnik zmienności [%]
32,0
44,0
37,0
38,0
70,0
Złoże bez nasadzeń roślinnych charakteryzowało się
wyraźnie niższą średnią dobową dynamiką parowania.
2,9 l · m-2 · d-1, przy czym wpływ temperatury na to zjawisko
był najniższy w porównaniu ze złożami z nasadzeniami roślinnymi.
Nieoczekiwanie niski był również wskaźnik ewapotranspiracji ze złoża z mozgą trzcinowatą (4,7 l · m-2 · d-1), co było
spowodowane stale pogarszającą się biologiczną kondycją roślin na złożu.
Badania wykazały, że złoża gruntowe z nasadzeniami roślinnymi, charakteryzujące się jednostkowymi wskaźnikami
ewapotranspiracji: 14–16 l · m-2 · d-1, są zdolne odprowadzić
do atmosfery ilościowo znaczącą porcję 80–140 m3 cieczy
w ciągu doby w przeliczeniu na 1 ha.
Chcąc poznać pokrój, ułożenie oraz zasięg penetracji kłączy, rozłogów i korzeni przybyszowych roślin w objętości poszczególnych złóż dokonano w roku 2011 odkrywek w poszczególnych segmentach roślinnych, badając ich przekroje
poprzeczne.
Wyniki tych doświadczeń zilustrowano fotografiami 10
i 11, na których systemy korzeniowe poszczególnych roślin
pokazano w tej samej skali i w rzeczywistym ułożeniu w przekrojach poprzecznych złóż poszczególnych segmentów stanowiska.
18
16
Ewapotranspiracja [l·m -2 ]
Tabela 2
Charakterystyka plonu mieszanki traw wodolubnych rosnących
na powierzchni stokowych złóż gruntowo-roślinnych PI i PII
14
12
10
8
6
4
2
0
0
2
4
6
8
10 12 14 16 18
Średnia temperatura dobowa [°C]
1.Trzcina
Liniowy (1.Trzcina)
3. Mozga trzcinowata
3. Mozga trzcinowata
20
22
24
2. Manna mielec
2. Manna mielec
4. Bez nasadzeń
Bez nasadzeń
Rys. 2. Charakterystyka ewapotranspiracji w zależności od temperatury powietrza z poszczególnych segmentów poletek doświadczalnych z nasadzeniami roślin wodolubnych (trzcina,
manna wodna, mozga trzcinowata) oraz z poletka bez nasadzeń
w okresie wegetacyjnym: czerwiec – wrzesień 2010 r.
Źródło: wyniki badań własnych
Fotografia 11 pokazuje wyraźne „zbicie” przerośniętej
wzajemnie masy korzeniowej, która w pewnym sensie wchłonęła również warstwę żwirową, umieszczoną w początkowej
warstwie złoża, mającej za zadanie rozprowadzanie ścieków
dostarczanych okresowo do tego złoża. Wobec tak znacznego
zagęszczenia korzeniowego funkcja tej warstwy została ograniczona.
Okazało się również, że przyczyną nieszczelności złoża
było przebicie folii przez ostrą końcówkę odnogi kłącza, która, penetrując złoże, napotkała zagiętą fałdę podwójnie zło-
Fot. 10. Widok systemu korzeniowego manny mielec (Glyceria
aquatica) w porównaniu z mozgą trzcinowatą (Phalaris arundunacea) po pięciu latach użytkowania
Stwierdzono, że gęstość i zasięg kłączy i korzeni manny wodnej są znacznie większe niż w przypadku rozłogów
korzeniowych mozgi trzcinowatej. Chociaż obie rośliny
tworzą zbitą przypowierzchniową strukturę korzeniową to
w przypadku manny jest ona znacznie bardziej zagęszczona. Korzenie przybyszowe manny są liczniejsze i penetrują złoże piaszczyste prawie do dna złoża (ich miarodajna
długość to 23 cm), natomiast zasięg rzadszych korzeni
mozgi jest znacząco mniejszy (miarodajna ich długość to
12 cm).
Oddzielnego omówienia wymaga system korzeniowy
trzciny. Roślina o znanych ekspansywnych właściwościach,
uważana jest powszechnie za podstawowe nasadzenie na
złożach (Reed Beds) oczyszczalni typu bagiennego (Constructed Wetlands). W opisanych badaniach, zastosowano
ją w jednym z roślinnych segmentów układu poletkowego
w celu porównania z innymi roślinami, a także stwierdzenia jej przydatności, lub nie, do nasadzeń w płytkich stokowych złożach gruntowo-roślinnych, wdrażanych przez
GCB w Tyliczu.
Okazało się, że – po czterech latach od posadzenia sadzonek – pojemnik ze złożem piaszczysto-trzcinowym
jest „rozsadzany”, przy czym działanie mrozu zostało wykluczone, gdyż układ zasilania złoża ściekami działał bezawaryjnie.
W 2011 r., na przedwiośniu, stwierdzono nieszczelności złoża, co zmusiło badających do usunięcia jego zawartości w całości wraz z roślinami i ponownego uszczelnienia segmentu stanowiska z użyciem nowej folii. W czasie
tych prac zbadano szczegółowo przyczyny awarii, poznając przy tej okazji specyfikę rozrastania się systemu korzeniowego trzciny w warunkach przestrzennego ograniczenia jej ekspansji.
Na fot. 11 pokazano widok systemu korzeniowego trzciny w przekroju poprzecznym na początku procesu oczyszczania, natomiast na fot. 12 – w środkowej części segmentu
złoża.
Fot. 11. Widok systemu korzeniowego trzciny w przekroju poprzecznym po pięciu latach wegetacji
Fot. 12. Przekrój poprzeczny trzcinowego segmentu złoża trzcinowego przerośniętego całkowicie odnogami kłącza i korzeniami
przybyszowymi zagęszczonymi w strefie przydennej
79
żonej folii budowlanej, użytej do uszczelnienia skrzyniowych
segmentów stanowiska.
Ciekawym odkryciem szczególnych zdolności penetracyjnych trzciny jest przykład pokazany na fot. 13.
Podsumowanie
Stokowe złoża gruntowo-trawiaste są, na tle innych różnorodnych obiektów hydrofitowych, oryginalną i technologicznie skuteczną propozycją GCB w Tyliczu przeznaczoną
do stosowania w instalacjach do oczyszczania ścieków na terenach o zabudowie rozproszonej, szczególnie na terenach
górzystych kraju.
Jednym z bardzo ważnych elementów wyposażenia złóż
filtracyjnych w tych obiektach jest odpowiednio dobrana roślinność, uprawiana na ich powierzchniach. W toku
wieloletnich obserwacji, badań i pomiarów terenowych
stwierdzono, że najbardziej przydatną rośliną do tych
celów jest manna wodna (Glyceria aquatica). Rośliny te
tworzą na złożu jednorodne, wyrównane zbiorowisko, są
mrozoodporne, łatwe do wegetatywnego rozmnażania,
a ich system korzeniowy tworzy gęstą sieć przybyszową,
która dobrze penetrując objętość złoża nie zagęszcza go
w sposób utrudniający podziemną filtrację. Roślina ta,
powinna być uprawiana w systemie dwukośnym, a pokosy uzyskanej zielonki powinny być przeznaczane na kompost.
Mimo powszechnie uznanych zalet, trzcina nie nadaje się
do stosowania w tego typu obiektach, gdyż jest zbyt ekspansywna, a jej system korzeniowy rozrastający się bardzo dynamicznie i w sposób niekontrolowany, może z czasem wypierać lub zastępować mineralne wypełnienia złóż filtracyjnych.
Trzcina nie może też być eksploatowana w systemie kośnym,
gdyż – jak stwierdzono – jej późniejsze letnie odrosty są przez
to ograniczone.
Mimo dużych nadziei, mozga trzcinowata (Phalaris arundinacea) nie sprawdziła się jako nasadzenie na stokowych złożach gruntowo-roślinnych. We współuprawie zaś z innymi
rodzajami roślin wodolubnych nie wytrzymuje konkurencji
i jest z powierzchni tych złóż wypierana.
Literatura
Fot. 13. Zdolności penetracyjne odnóg kłączy trzciny na przykładzie rury odprowadzającej oczyszczone ścieki z odkrytej studzienki w jednym z obiektów oczyszczających na poligonie GCB
w Tyliczu. Rura ta została szczelnie zablokowana przez zwarty
splot odnóg kłącza wytworzonego z jednej sadzonki, pozostawionej przypadkowo w studzience
Podczas pozyskiwania sadzonek trzciny z mini plantacji
matecznych, skutecznym sposobem, praktykowanym przez
GCB w Tyliczu, jest wyrywanie z podłoża pojedynczych
źdźbeł, jednakże w taki sposób, aby zachować na ich końcu
fragmenty łączące je z odnogami kłączy, z których, z międzywęźli i z pobliskich kolanek, wybijają nowe pędy w tworzącej się nowej sadzonce. W tym czasie źdźbło umieszcza się
okresowo w wodzie. Przygotowywane tak sadzonki umieszczono czasowo w studzience odpływowej jednego z obiektów
oczyszczających, pozostawiając tam jedną z nich. Rozwijający się system korzeniowy zaczął penetrować otwór rury odpływowej ze studzienki i zaczął się w niej rozrastać na całej
długości, doprowadzając do mechanicznej blokady odpływu. W efekcie trzeba było odkopać cały układ odpływowy.
„Sprawcę” tej awarii pokazano na fot. 13.
80
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Cooper P.F., Job G.D., Green M.B., Shutes R.B.E: 1996. Reed beds
and constructed wetlands for wastewater treatment. WRc Swidon
Publications, s. 5-56
Jucherski A.: 2000. Wpływ wybranych czynników technicznych na
skuteczność oczyszczania ścieków bytowo-gospodarczych w oczyszczalniach roślinno-gruntowo-glebowych w rejonach górzystych. Parce
Naukowe IBMER. s. 38-83
Jucherski A.: 2005. Zdecentralizowane systemy oczyszczania ścieków bytowych w wiejskiej zabudowie rozproszonej według koncepcji.
IBMER – GCB w Tyliczu. Wyd. IBMER Warszawa pt.: „Stan i kierunki rozwoju techniki i infrastruktury rolniczej w Polsce”, pkt. 8,
s. 111–117
Jucherski A., Walczowski A.: 2010. Badania i rozwój bio-agro-środowiskowych metod i urządzeń do ochrony, oczyszczania i wykorzystania
wód pochodzących ze ścieków bytowo-gospodarczych na terenach Polski Południowej. Sprawozdanie z pracy badawczej ITP – GCB w Tyliczu – maszynopis, s. 3-79
Halicki W.: 2009. Program wdrażania naturalnych systemów oczyszczania ścieków w województwie podlaskim. Pięć lat doświadczeń. Materiały z seminarium pt. „Niskonakładowe systemy oczyszczania ścieków i przeróbki osadów ściekowych” z cyklu: Woda, ścieki i odpady
z małych miejscowości województwa podlaskiego. Ekopress, s. 31-38
Obarska-Pempkowiak H., Gajewska M., Wojciechowska E.: 2010.
Hydrofitowe oczyszczanie wód i ścieków. Wydawnictwo Naukowe
PWN Warszawa, s. 1–156
n
I N F O R M A T O R
INSTYTUTU TECHNOLOGICZNO-PRZYRODNICZEGO
www.itep.edu.pl
kwiecień-czerwiec 2012
Prof. dr Andrzej Sapek
Prof. dr Barbara Sapek
Biopaliwa a środowisko
Wstęp
Według głównego strumienia środków (mainstreamowych lub meinstrimowych) przekazu, postęp świata i dobrobyt człowieka ma polegać na nieustannym wzroście
produkcji i konsumpcji wyrażanym kilkoma procentami
PKB na rok. Tak rozumiany postęp wymaga coraz większego zużycia energii, której dostępne zasoby nośników są
jednak ograniczone, również tych najważniejszych, którymi są węgiel i ropa naftowa. Zachęca to do podejmowania badań nad rozwojem energooszczędnych technologii
i odpowiedniego stylu życia. Pogląd o globalnym ociepleniu klimatu stał się dodatkowym czynnikiem, przyśpieszającym te badania, lecz również zniekształcającym ich
ukierunkowanie. Według tego poglądu główną przyczyną
wzmiankowanego ocieplenia jest, między innymi, zwiększanie się stężenia dwutlenku węgla w globalnej atmosferze. Głównym źródłem antropogenicznej emisji tego gazu
jest natomiast spalanie kopalnych zasobów węgla w celu
pozyskania potrzebnej energii. Poszukuje się zatem innych
źródeł energii, korzystanie z których nie powodowałoby
zwiększania stężenia dwutlenku węgla w powietrzu. Jednym z takich źródeł jest biomasa, która powstaje z biologicznego wiązania tego gazu z atmosfery. Zaproponowano różne sposoby wykorzystania biomasy jako paliwa do
technicznego pozyskiwania energii. Przeznaczanie gruntów rolnych oraz użytków ekologicznych spotyka się jednak z istotnymi zastrzeżeniami, które omówiono w opracowaniu [Sapek, Sapek 2012].
Biopaliwo
Paliwem nazwano takie substancje, które w wyniku spalania (utleniania) wydzielają użyteczne ciepło. Paliwa ze
względu na pochodzenie dzieli się obecnie na paliwa odnawialne i nieodnawialne. Odnawialne są paliwa naturalne
pochodzenia roślinnego, zwłaszcza drewno. Nieodnawialne
to paliwa kopalne: węgiel kamienny i brunatny, torf, ropa
naftowa i gaz ziemny. Wykorzystywanie paliw naturalnych
do otrzymywania ciepła towarzyszy człowiekowi od zarania rozwoju cywilizacji. Dopiero wzrastające zapotrzebowanie na energię, w miarę rozwoju produkcji przemysłowej
i zwiększającej się liczby ludności, przyczyniło się do gwałtownego rozwoju wydobycia węgla, ropy naftowej i gazu
ziemnego. Złoża tych kopalnych paliw są jednak ograniczone, co prowadzi do systematycznego wzrostu ich ceny.
Wzbudziło to potrzebę poszukiwania źródeł energii odnawialnej, dodatkowo wzmacnianą poglądem, że wzmożona emisja dwutlenku węgla pochodzącego ze spalania paliw
kopalnych zwiększa stężenie tego związku w atmosferze, co
powoduje ocieplenie klimatu i związane z nim występowanie anomalii w przyrodzie.
Jednym z alternatywnych źródeł energii może być współcześnie produkowana biomasa. W przyrodzie dwutlenek
węgla, powstający w czasie utleniania/spalania biomasy,
jest ponownie asymilowany przez rośliny i obieg energii
oraz masy jest względnie zamknięty. Spalanie zasobów kopalnych jest natomiast układem niedomkniętym. Energia
spalania biomasy jest spożytkowana do celów przemysłowych lub grzewczych, część materii ulega jednak nieodnawialnemu rozproszeniu. Tradycyjnie biomasę do celów
energetycznych pozyskiwano z lasów, lecz nieograniczone
zwiększenie wykorzystania tego zasobu może prowadzić do
zmniejszania powierzchni zalesionej, ze znanymi skutkami
w przyrodzie. Obecne propozycje zmierzają do wykorzystania gruntów rolnych i leśnych w celu otrzymywania biomasy z uprawy roślin energetycznych, w tym także drzewiastych. Rodzaj uprawy zależy od sposobu wykorzystania
uzyskanej biomasy.
Z biomasy można wytwarzać paliwa w stanie skupienia
stałym, ciekłym lub gazowym. Użyteczna biomasa w stanie stałym, to głównie słoma i części naziemne roślin, które mogą służyć jako wyłączne źródło otrzymywania ciepła
lub energii elektrycznej albo jako dodatek do paliw tradycyjnych w dużych zakładach energetycznych. Otrzymanie
biopaliwa ciekłego – oleju lub alkoholu wymaga przemysłowej obróbki odpowiedniego materiału roślinnego. Olej
pędny uzyskuje się głównie w wyniku tłoczenia nasion,
który po oczyszczeniu może być bezpośrednio stosowany w silnikach lub można zwiększyć jego ciepło spalania
przez estryfikację grupy kwasowej. Alkohol etylowy (etanol) otrzymuje się w wyniku fermentacji niecelulozowych
węglowodanów zawartych w biomasie. W Polsce wykorzystuje się w tym celu ziarno zbóż oraz ziemniaki lub buraki. Masa roślinna ma być również stosowana do produkcji
biogazu. Do tej produkcji proponuje się również wykorzystywanie gnojowicy, obornika i pomiotu drobiu, które
w takim ujęciu są uważane za materiał odpadowy, a nie
nawozy naturalne.
W opracowaniu będą przedstawione wątpliwości, dotyczące oceny skutków wprowadzania uprawy roślin energetycznych zwłaszcza w odniesieniu do środowiska, a także
81
Informator instytutu technologiczno-przyrodniczego
społeczeństwa. Omówienie skupi się głównie na uprawach na
gruntach rolnych.
Rośliny energetyczne czy żywność?
Plony upraw rolniczych są tradycyjnie podstawowym
źródłem zaopatrzenia ludności w żywność. Wprowadzenie na dużą skalę uprawy roślin energetycznych może doprowadzić do zupełnie innego ukierunkowania rolnictwa,
gdyż wg zamierzeń Unii Europejskiej udział źródeł odnawialnych w wytwarzaniu energii ma osiągnąć ok. 20%
w 2020 r., z czego przynajmniej połowa ma pochodzić
z wykorzystania biomasy. Zapotrzebowanie na uprawy
roślin energetycznych jest olbrzymie, mimo że wartość
opałowa stałej biomasy jest o ok. 50% mniejsza niż paliw z zasobów kopalnych, paliw płynnych odpowiednio
o 10-20% mniejsza, a w biogazie zawartość dwutlenku
węgla waha się w granicach od 20 do 40%, co również
obniża jego wartość opałową. Program Ministra Gospodarki [2008] dotyczący produkcji biopaliw obejmuje tylko paliwa płynne, których udział w rynku paliw transportowych ma osiągnąć w Polsce 7,55% już w 2014 r. Nie
podano jednak, do jakich danych statystycznych należy
odnieść ten wskaźnik, dokładny aż do trzech cyfr znaczących. W programie nie uwzględniono takich wskaźników na zapotrzebowanie biopaliw stałych i gazowych.
Można więc przypuszczać, że znaczną powierzchnię gruntów rolnych będzie trzeba przeznaczyć pod uprawę roślin
energetycznych. Produkujące ekstensywnie gospodarstwa
rolne mogą być zainteresowane takim ukierunkowaniem
produkcji. Są one na ogół jednak niewielkie, niedoinwestowane i położone na słabych glebach, można się zatem
spodziewać, że dotowaną produkcję podejmą duże gospodarstwa na żyznych glebach. Propagowanie biopaliw
skupia się w zasadzie na wykazywaniu korzyści materialnych, a nie skutków ich produkcji na całokształt gospodarki żywnościowej, a zwłaszcza na zachowanie niskich
cen żywności.
Uprawy roślin energetycznych są ponadto nieobojętne wobec środowiska. Wpływają ujemnie na zachowanie
różnorodności biologicznej, przyczyniają się do zanieczyszczania wody i atmosfery składnikami nawozowymi
i chemicznymi środkami ochrony roślin oraz mogą powodować zakwaszanie gleb i ich zubożanie w materię organiczną.
Zanikanie węgla organicznego w glebie
Gleby świata zawierają 2300 mld t węgla (C) [Lal
2000], co stanowi drugi co do wielkości zasób tego składnika. Więcej – 5000 mld t C – znajduje się w pokładach
węgla kamiennego, a mniej – po 500 mld t C odpowiednio
w złożach gazu ziemnego i ropy naftowej. Węgiel w glebie jest również zasobem nieodnawialnym, a w każdym razie trudno odnawialnym i wymaga ochrony. Plon roślin
energetycznych jest całkowicie wynoszony z gospodarstwa
rolnego, co ogranicza uzupełnianie ubytków materii organicznej w glebie. Zawartość związanego azotu w glebowej
materii organicznej przekracza 3%, co powoduje, że wraz
z ubytkiem materii organicznej z gleby odpowiednie ilości
dwutlenku węgla są emitowane do atmosfery, a azotanów
wymywane do wody. Proces ten najsilniej przebiega pod82
czas zmiany użytkowania gruntów, lecz także w jednorocznych uprawach monokultur.
Powyższe uwagi dotyczą w zasadzie gospodarstw ukierunkowanych na wyłączną lub dużą produkcję jednorocznych roślin energetycznych. Te ostatnie mogą jednak być
ujęte w płodozmianie z uprawami tradycyjnymi. Wiedza
o wpływie różnych płodozmianów na zachowanie się węgla organicznego w glebie jest dostatecznie duża i można ją
odnosić do uprawy roślin energetycznych. W Polsce w niewielkim zakresie są prowadzone badania nad obiegiem węgla w uprawach roślin energetycznych. Szczególnie groźne
w skutkach może się okazać przeznaczanie na biopaliwo
odchodów zwierzęcych gromadzonych w postaci gnojowicy i obornika. Są to nawozy naturalne, stosowane od kilku
tysięcy lat w rolnictwie w celu utrzymywania żyzności gleb
uprawnych.
Nawożenie upraw energetycznych
Wszystkie uprawy roślin energetycznych wymagają nawożenia azotem, fosforem i potasem, zgodnie z potrzebami danej uprawy. Wobec oczekiwanych dużych plonów
masy należy spodziewać się zubażania gleby także w wapń
i magnez, w które należy ją uzupełniać. Opłacalny plon
biomasy, przeznaczonej w różnej postaci na paliwo powinien przekraczać 12 t·s.m. ha–1·r–1, co wymaga odpowiednio dużych dawek nawozów, na ogół większych od przeciętnie stosowanych w Polsce pod uprawy rolne. Zasady
nawożenia upraw roślin energetycznych zależą od ich rodzaju i są podobne, jak w przypadku upraw tradycyjnych.
Również podobne są zagrożenia, wynikające z rozpraszania składników nawozowych do środowiska. Rozpraszanie
to będzie podobne, jak z tradycyjnych upraw rolniczych
lub większe. W żadnym z programów nie określono przypuszczalnego obszaru upraw roślin przeznaczonych na
biopaliwo w Polsce, co umożliwiłoby ocenę zwiększania
ilości związków azotu rozpraszanych do wody i atmosfery,
a fosforu do wody. Z nasilających się oficjalnych sygnałów oraz dużej presji organizacji ekologicznych wynika, że
oczekuje się, rozwojowo, przeznaczenia powierzchni ok.
2 mln ha pod uprawy roślin energetycznych, co stanowiłoby ok. 13% powierzchni gruntów rolnych. Zwiększy to
obecne, krajowe zużycie nawozów mineralnych – azotowych o 250-350 t N, a fosforowych o 50-80 t P na rok.
Odpowiednio większe będzie zużycie nawozów potasowych oraz chemicznych środków ochrony roślin. Wycofanie z produkcji rolnej ok. 2 mln ha gruntów spowoduje
konieczność zwiększenia plonów tradycyjnych upraw na
mniejszej powierzchni, głównie kosztem wzrostu dawek
nawozów, co dodatkowo zwiększy ich zużycie w kraju.
Nie prowadzi się w Polsce badań nad wpływem nawożenia
upraw energetycznych na rozpraszanie składników nawozowych do środowiska.
Rozpraszanie azotu i fosforu ze spalanych biopaliw
W roślinach energetycznych jest zawarty azot i fosfor.
Każdy z tych cennych składników nawozowych zachowuje
się inaczej w czasie pozyskiwania energii w zależności od stosowanej technologii oraz składu chemicznego rośliny.
Reakcje azotu zawartego w paliwie podczas bezpośredniego spalania suchej biomasy pod kotłami zależą od stosowanej
Informator instytutu technologiczno-przyrodniczego
technologii. Jeśli spalanie przebiega w wysokiej temperaturze
i jest pełne, to w gazach spalinowych znajduje się tlenek azotu (NO) i azot cząsteczkowy (N2). Często jednak spalanie
odbywa się w niższej temperaturze i nie jest pełne, a w gazach spalinowych są obecne również inne gazowe związki
azotu, jak amoniak (NH3) i cyjanowodór (HCN) oraz azot
związany w zawieszonych pyłach (PM) – smół i zgorzelin.
[Samuelsson 2006]. Wszystkie te substancje powracają na
Ziemię z opadem atmosferycznym, powodując dobrze opisane w literaturze skutki rozpraszania azotu w środowisku.
W dużych elektrowniach zawodowych związki azotu zawarte
w gazach spalinowych są częściowo usuwane w wyniku stosowania odpowiednich urządzeń i technologii. W mniejszych
elektrowniach, wykorzystujących biopaliwa, takie postępowanie jest mniej opłacalne. Fosfor zawarty w popiele spalonego biopaliwa nie stwarza osobnego problemu środowiskowego, lecz jest składnikiem traconym z obiegu. Popiół z paliwa
spalanego wraz z węglem nie może być wykorzystywany do
nawożenia, lecz fosforany w popiele z samego spalonego biopaliwa mogą występować w postaci szkliwa, z którego składnik ten jest trudno przyswajalny przez rośliny. Lotne popioły,
powstające w czasie spalania biomasy, mogą zawierać od 6 do
9 mg P·kg–1 s.m.
Sucha biomasa przeznaczana do spalania zawiera przeciętnie ok. trzy razy więcej azotu w porównaniu z paliwami
kopalnymi, a wartość kaloryczna biomasy jest dwukrotnie
mniejsza. Spalanie biomasy stwarza zatem istotne zagrożenie
większą emisją związków azotu do atmosfery niż w przypadku wykorzystywania paliwa nieodnawialnego. Dlatego biomasa roślin przeznaczanych do spalania powinna zawierać jak
najmniej azotu. Pomocna w tym zakresie może być odpowiednia selekcja gatunków uprawianych roślin i kontrolowane nawożenie azotem.
Zachowanie się azotu i fosforu w procesie otrzymywania
oleju i alkoholu z biomasy zależy od stosowanej technologii
i przeznaczenia produktów ubocznych – wytłoków i cieczy
pofermentacyjnej. Obydwa składniki nie ulegają rozpraszaniu w trakcie przerobu. Zawartość azotu w olejach jest minimalna, a w alkoholu żadna. Paliwa płynne: oleje, alkohole
lub estry, wytwarzane z materiału roślinnego, nie zawierają
istotnych ilości azotu i fosforu, a losy tych składników zawartych w produkcie wtórnym zależą od sposobu ich wykorzystania. Makuchy i pozostałości po fermentacji mogą być
spasane zwierzętami, a słoma i inne pozostałości mogą być
traktowane jako biopaliwo.
Większość azotu zawartego w substracie stosowanym do
pozyskiwania biogazu (metanu) z masy roślinnej ulegnie
redukcji do gazowego amoniaku, który można oddzielić
od produktu, lecz można go także w nim pozostawić, gdyż
amoniak jest gazem palnym, wówczas trzeba się jednak liczyć z odpowiednią emisją tlenków azotu. W ciekłej pozostałości znajdują się nieorganiczne i organiczne związki azotu
oraz fosforany, a także inne składniki mineralne. Pozostałość
ta może służyć bezpośrednio jako nawóz zubożony w azot,
a wzbogacony w fosfor.
Najwięcej wątpliwości nasuwa przeznaczanie cennych
nawozów naturalnych: gnojowicy i obornika, a także pomiotu drobiu, jako wsadu do wytwarzania biogazu i to na
skalę przemysłową w coraz liczniejszych w Polsce bardzo
dużych gospodarstwach rolnych, ukierunkowanych na produkcję zwierzęcą. Stosowanie w tym celu odchodów zwierzęcych jest wygodnym, lecz nie najlepszym sposobem wy-
korzystania energii i węgla zawartego w tych materiałach.
Energia niezbędna do przebiegu procesu fermentacyjnego odbywa się kosztem utlenienia wsadu, a produkt tego
utlenienia – CO2 – stanowi w otrzymywanym biogazie od
14 do 48% objętości. W dostępnych pracach, omawiających zalety stosowania nawozów naturalnych do produkcji
biogazu, nie natrafiono na ocenę skutków przyrodniczych,
a nawet społecznych, które spowoduje ta drastyczna zmiana
w sposobie gospodarowania węglem i składnikami nawozowymi w rolnictwie. Ograniczenie stosowania nawozów
naturalnych spowoduje, między innymi, zmniejszanie się
zawartości węgla organicznego w glebie. Nawozy naturalne są od dawna znane jako ważny czynnik podtrzymujący
żyzność gleb, zwłaszcza zwiększający pojemność sorpcyjną
gleby, także wobec wody.
Podsumowanie
Następuje znaczny rozwój produkcji paliw opartych na
biomasie roślinnej. Produkcja ta jest często dotowana, a dodatkowo nieobjęta kwotami emisji dwutlenku węgla, można
spodziewać się zatem jej dalszego rozwoju. W Polsce trzeba
będzie przeznaczyć w tym celu część powierzchni dotychczasowych gruntów rolnych. Powstaje jednak podstawowe pytanie o jej konkurencyjność wobec produkcji żywności i potrzeb wyżywienia zwiększającej się liczby ludności świata oraz
politycznej konieczności utrzymania cen żywności na możliwie niskim poziomie.
Naciski na zwiększanie produkcji biopaliw są bardzo duże,
lecz dostępne propozycje pułapu tej produkcji są wyrażane
wskaźnikami bez odpowiedniego odniesienia, co bardzo
ogranicza możliwość oceny skutków uprawy roślin energetycznych na środowisko, a mogą one powodować większe pogarszanie jego jakości niż sama produkcja rolna. Intensywne
uprawy roślin energetycznych mogą przyczyniać się do degradacji gleby, polegającej przede wszystkim na zanikaniu nieodnawialnego zasobu glebowej substancji organicznej. W wyniku jej utlenienia następuje emisja znacznych ilości dwutlenku
węgla, którą to emisję stosowanie biopaliw miało ograniczyć.
Mineralizacja glebowej materii organicznej oraz nawożenie
upraw roślin energetycznych nasili emisję związków azotu do
atmosfery i zasobów wody, spowoduje wzbogacanie środowiska w fosfor oraz wnoszenie do niego chemicznych środków
ochrony roślin.
Literatura
1.
2.
3.
4.
Lal R.: 2000. Węgiel glebowy i nasilenie efektu cieplarnianego.
Rolnictwo polskie i ochrona jakości wody. Zeszyty Edukacyjne z. 6
s. 22–36
Minister Gospodarki 2007. Wieloletni program promocji biopaliw
lub innych paliw odnawialnych na lata 2008-2014. Dokument przyjęty przez Radę Ministrów w dniu 24 lipca 2007 r. [online]. [Dostęp
20.02.2012]. Dostępny w Internecie: http://ekoinnowacjenamazowszu.pl/files/download/documents/13_prombiopaliw.pdf
Samuelsson J.I.: 2006. Conversion of nitrogen in a fixed burning biofuel bed. Praca dyplomowa [online]. Göteborg. Chalmers University
of Technology. [Dostęp 20.02.2012]. Dostępny w Internecie: http://
www.sp.se/sv/units/energy/Documents/ETf/Licenciate%20thesis%Jessica%20Samuelsson.pdf
Sapek A., Sapek B.: 2012. Znaczenie biopaliwa w pozyskiwaniu energii odnawialnej. Woda Środowisko Obszary Wiejskie. T. 12. Z. 1(37)
w druku
n
83
INFORMACJE WOJEWÓDZKICH ZARZĄDÓW MELIORACJI I URZĄDZEŃ WODNYCH
Konwent Dyrektorów Zarządów Melioracji i Urządzeń Wodnych
Stanowisko Nr 1/2012
Konwentu Dyrektorów Zarządów Melioracji i Urządzeń Wodnych
podjęte w dniu 17.02.2012 r. na posiedzeniu w Uniejowie
Konwent Dyrektorów uznaje za niezbędne rozdzielenie kompetencji dotyczących zarządzania zasobami wodnymi od utrzymania wód i zarządzania majątkiem Skarbu
Państwa w obszarze gospodarki wodnej
Uzasadnienie: W oparciu o szczegółową analizę w zakresie zadań, które są realizowane przez podmioty wykonujące, na podstawie obecnie obowiązującej ustawy Prawo
wodne, uprawnienia właścicielskie do mienia Skarbu Państwa związanego z gospodarką wodną oraz na podstawie
doświadczeń wynikających z realizacji przedmiotowych
zadań – został wypracowany przez Konwent Dyrektorów
Zarządów Melioracji i Urządzeń Wodnych „SCHEMAT
ZARZĄDZANIA GOSPODARKĄ WODNĄ KRAJU”
(stanowiący załącznik do niniejszego stanowiska) zakładający najbardziej racjonalne dla kraju rozwiązania pod
względem środowiskowym, instytucjonalnym, prawnym
i finansowym.
Opracowany „SCHEMAT…” uwzględnia zarządzanie
zasobami wodnymi oraz planowanie i dystrybucje środków
finansowych związanych z gospodarowaniem zasobami wodnymi i utrzymaniem śródlądowych wód publicznych stanowiących własność Skarbu Państwa w układzie zlewniowym,
przy jednoczesnym utrzymywaniu i zarządzaniu ww. majątku
Skarbu Państwa przez:
1)jednostki rządowe działające w układzie zlewniowym,
którym zostałoby powierzone wykonywanie praw właści Przyjęte stanowisko poparte jest wynikami opracowania pt. „Analiza
dobrych i złych stron wariantów reformy zarządzania majątkiem gospodarki wodnej (SWOT)”. Pełny tekst opracowania można znaleźć na stronie.
www.sitwm.pl
Proponowany Schemat zarządzania gospodarką wodną kraju (wariant
mieszany) drukujemy na następnej stronie
cielskich do wód rzek głównych, rzek granicznych, wód
w jeziorach przez które przepływają ww. wody a także urządzeń wodnych zlokalizowanych na tych wodach.
i budowli przeciwpowodziowych zlokalizowanych wzdłuż
tych wód,
2)jednostki samorządowe szczebla wojewódzkiego, którym zostałoby powierzone wykonywanie praw właścicielskich w stosunku do wszystkich innych (poza wodami
wyszczególnionymi powyżej, przypisanymi jednostkom
rządowym) płynących wód powierzchniowych oraz wód
w jeziorach, przez które przepływają ww. wody a także urządzeń wodnych zlokalizowanych na tych wodach
i budowli przeciwpowodziowych zlokalizowanych wzdłuż
tych wód.
Przedstawiony „SCHEMAT…” inicjuje konieczność
wprowadzenia stosowanych zmian do ustawy Prawo wodne
oraz uwzględnia niezbędność wprowadzenia racjonalnych
zasad zarządzania i utrzymywania związanego z gospodarką
wodną majątku Skarbu Państwa stanowiących, iż:
1)zarządzający rzeką zarządza będącymi własnością Skarbu
Państwa urządzeniami wodnymi zlokalizowanymi na tej
rzece, w tym również zbiornikami wodnymi,
2)zarządzający rzeką zarządza budowlami przeciwpowodziowymi będącymi własnością Skarbu Państwa zlokalizowanymi wzdłuż tej rzeki.
Konwent Dyrektorów Zarządów Melioracji i Urządzeń
Wodnych upoważnia Przewodniczącego do przekazania
Marszałkom Województw RP powyższego stanowiska Konwentu z prośbą o poparcie działań zmierzających do zmiany
systemu zarządzania gospodarką wodną w zaproponowany
sposób.
Konwent Dyrektorów Zarządów Melioracji i Urządzeń Wodnych
przyjął z dniem 17 lutego 2012 r. rezygnacje z pełnienia funkcji:
Przewodniczącego – Bogumiła Kazulaka oraz Zastępcy Przewodniczącego – Joanny Gustowskiej.
Jednocześnie powołał z dniem 18 lutego 2012 r. na funkcję:
Przewodniczącego – Joannę Gustowską oraz Zastępcy Przewodniczącego – Arkadiusza Błochowiaka.
84
Uniejów 17 lutego 2012 r.
- koordynacja i kształtowanie polityki wodnej
państwa;
- opracowywanie programu wodnośrodowiskowego kraju,
- opracowywanie:
a) planów gospodarowania wodami,
b) planów zarządzania ryzykiem
powodziowym,
c) planów przeciwdziałania skutkom suszy,
- prowadzenie katastru wodnego,
- opracowywanie warunków korzystania
z wód,
- koordynacja działań związanych z ochroną
przeciwpowodziową,
- wydawanie pozwoleń wodnoprawnych,
- wydawanie aktów prawa miejscowego
dotyczących stref ochronnych ujęć wód
podziemnych i obszarów ochronnych
Głównych Zbiorników Wód,
- prowadzenie kontroli w zakresie:
a) gospodarowania wodami,
b) wypełniania obowiązków wynikających
z ustawy Prawo wodne, w szczególności
wypełniania obowiązków dotyczących
utrzymania wód i urządzeń wodnych,
oraz aktów prawa miejscowego,
- opracowanie wykazu będących własnością
S. P. płynących wód powierzchniowych
Kompetencje – pion planowania
(zarządzanie gospodarką wodną)
1) dorzecza Wisły,
2) dorzecza Odry
ZARZADZANIE
GOSPODARKĄ WODNĄ
- sprzedaż urządzeń wodnych,
- oddawanie w użytkowanie gruntów
pokrytych ww. wodami oraz urządzeń
wodnych na tych wodach,
- pełnienie funkcji inwestora w zakresie
gospodarki wodnej dotyczącej ww.
mienia S.P.,
- trwały zarząd w odniesieniu do gruntów
pokrytych tymi wodami,
- wykonywanie w imieniu Skarbu
Państwa praw właścicielskich
w stosunku do:
- wód rzek głównych, rzek granicznych
oraz wód w jeziorach, przez które
przepływają ww. wody,
- urządzeń wodnych zlokalizowanych
na tych wodach oraz budowli
przeciwpowodziowych
zlokalizowanych wzdłuż tych wód,
Kompetencje – pion zarządzania
i utrzymywania
Majątku Skarbu Państwa
1) dorzecza Wisły,
2) dorzecza Odry
ZARZĄDZANIE
I UTRZYMYWANIE
MAJĄTKU SKARBU PAŃSTWA
WŁADZA WODNA
- nadzór nad związkami spółek wodnych.
Budowa oraz utrzymanie wód
i urządzeń melioracji wodnych
podstawowych oraz budowa urządzeń
melioracji wodnych szczegółowych.
- ewidencja wód, urządzeń melioracji
wodnych podstawowych oraz gruntów
zmeliorowanych,
- planowanie w zakresie:
a) wykonywania urządzeń melioracji
wodnych podstawowych,
b) wykonywania urządzeń melioracji
wodnych szczegółowych,
Kompetencje – pion planowania
PLANOWANIE
- oddawanie w użytkowanie gruntów
pokrytych ww. wodami oraz urządzeń
wodnych na tych wodach.
- pełnienie funkcji inwestora w zakresie
gospodarki wodnej dotyczącej
ww. mienia S.P.,
- trwały zarząd w odniesieniu do gruntów
pokrytych tymi wodami ,
- wykonywanie w imieniu Skarbu
Państwa praw właścicielskich
w stosunku do:
- wód płynących z wyłączeniem wód
rzek głównych oraz z uwzględnieniem
wód w jeziorach, przez które
przepływają ww. wody,
- urządzeń wodnych zlokalizowanych
na tych wodach oraz budowli
przeciwpowodziowych
zlokalizowanych wzdłuż tych wód,
Kompetencje – pion zarządzania
i utrzymywania
Majątku Skarbu Państwa
ZARZĄDZANIE
I UTRZYMYWANIE
MAJĄTKU SKARBU PAŃSTWA
MARSZAŁEK
WOJEWÓDZTWA
PREZES RADY MINISTRÓW
- prowadzenie ewidencji urządzeń
melioracji wodnych szczegółowych
- nadzór nad spółkami wodnymi,
podległość i nadzór
Legenda:
Wojewódzkie
Centrum
Zarządzania
Kryzysowego
WOJEWODA
MAiC
inne jednostki
agendy
przepływ informacji
MŚ
WiOŚ
GIOŚ
przepływ środków finansowych
- nadzór nad utrzymaniem urządzeń
melioracji wodnych szczegółowych
wykonywanych z udziałem finansowym
budżetu Państwa,
Kompetencje
STAROSTA
MRiRW
MSW
Załącznik Nr 1 do Stanowiska Nr 1/2012
podjętego w dniu 17.02.2012 r. na posiedzeniu w Uniejowie
SCHEMAT ZARZĄDZANIA GOSPODARKĄ WODNĄ KRAJU (wariant mieszany)
Propozycja Konwentu WZMiUW z 17.02.2012 r.
RDOŚ
GDOŚ
IMiGW
85
Stanowisko Nr 2/2012
podjęte 17.02.2012 r. na posiedzeniu w Uniejowie
Wodnych uznaje za niezbędne wprowadzenie zmian w ustawie Prawo wodne oraz aktach wykonawczych w zakresie:
1)nadania wojewódzkim zarządom melioracji i urządzeń
wodnych osobowości prawnej,
2)zmiany rozporządzenia Rady Ministrów z dnia 17 grudnia 2002 r. w sprawie śródlądowych wód powierzchniowych lub ich części stanowiących własność publiczną.
(Dz.U. 03.16.149 z dnia 4 lutego 2003 r.) poprzez fakt
wyszczególnienia wszystkich wód będących własnością
Skarbu Państwa.
Uzasadnienie: W oparciu o szczegółową analizę w zakresie zadań, które są realizowane przez podmioty wykonujące
na podstawie obecnie obowiązującej ustawy Prawo wodne
uprawnienia właścicielskie do mienia Skarbu Państwa związanego z gospodarką wodną oraz na podstawie doświadczeń
wynikających z realizacji przedmiotowych zadań – Konwent Dyrektorów Zarządów Melioracji i Urządzeń Wodnych widzi potrzebę wprowadzenia wnioskowanych zmian
w ustawie Prawo wodne oraz rozporządzeniu Rady Ministrów z dnia 17 grudnia 2002 r. w sprawie śródlądowych
wód powierzchniowych lub ich części stanowiących własność publiczną. (Dz.U. 03.16.149 z dnia 4 lutego 2003 r.)
w zakresie:
1)nadania wojewódzkim zarządom melioracji i urządzeń
wodnych osobowości prawnej,
Propozycja zmiany przepisu: „art. 111 Marszałek województwa, realizując zadanie z zakresu administracji rządowej
wykonywane przez samorząd województwa, działa przez wojewódzki zarząd melioracji i urządzeń wodnych jako samorządową osobę prawną w zakresie praw i obowiązków wynikających z ustawy”;
2)zmiany rozporządzenia Rady Ministrów z dnia
17 grudnia 2002 r. w sprawie śródlądowych wód powierzchniowych lub ich części stanowiących własność
publiczną. (Dz.U. 03.16.149 z 4 lutego 2003 r.) poprzez fakt wyszczególnienia wszystkich wód będących
własnością Skarbu Państwa.
Propozycja zmiany przepisu: Zmianami należy objąć załączniki do ww. rozporządzenia. Załączniki do rozporządzenia określałyby odpowiednio: wody rzek głównych, wody
rzek granicznych oraz wody pozostałe.
Według obecnej ustawy z dnia 18 lipca 2001 r. Prawo
wodne (t. j. Dz. U. z 2012 r. poz. 145) wojewódzki zarząd
melioracji wodnej i urządzeń wodnych jako wojewódzka samorządowa jednostka organizacyjna utworzona na podstawie uchwały sejmiku województwa reprezentuje marszałka
województwa, który wykonuje prawa właścicielskie w imieniu Skarbu Państwa do wód istotnych dla rolnictwa oraz
86
tzw. „pozostałych”. Dyrektor wojewódzkiego zarządu melioracji i urządzeń wodnych jednoosobowo kieruje tą jednostką i reprezentuje samorząd województwa i marszałka województwa w sprawach związanych z wykonywaniem części
zadań nałożonych na województwo. Z powyższego wynika,
że dyrektor jak również WZMiUW jako samorządowa wojewódzka jednostka organizacyjna nie ma zdolności sądowej
jak również nie jest osobą prawną, natomiast może reprezentować samorząd województwa (osoba prawna na podstawie ustawy z dnia 5 czerwca 1998 r. o samorządzie województwa) na podstawie udzielonego pełnomocnictwa przez
Zarząd i reprezentować Marszałka Województwa wykonującego obowiązki właścicielskie w imieniu Skarbu Państwa.
Nadanie osobowości prawnej WZMiUW powinno wynikać
z ustawy która nadałaby osobowość prawną jako samorządowej osobie prawnej.
Utworzenie samorządowej osoby prawnej wymaga zmiany ustawy, bowiem na podstawie obecnej ustawy marszałek
reprezentuje Skarb Państwa, co skutkuje dodatkowymi problemami wynikającymi z faktu, że nie posiada on zdolności
sądowej i nie jest osobą prawną. Zgodnie z ustawą o samorządzie województwa jest on członkiem zarządu, a nie organem województwa. Utworzenie samorządowej osoby prawnej skutkowałoby możliwością występowania WZMiUW
w postępowaniach cywilnych i administracyjnych jako strony postępowania.
Obecnie ustawa Prawo wodne określa, że wodami pozostałymi są te, które: nie są potokami górskimi, ciekami
naturalnymi, o przepływie na ujściu większym lub równym
2 m3/s, granicznymi, wodami w granicach parku, istotnymi dla rolnictwa. Niejednokrotnie to właśnie wody pozostałe są przyczyną powodzi, szczególnie w miastach, gdzie
dawne cieki, tzw. „komunalne”, są odbiornikami wód opadowych z terenów utwardzonych dużej powierzchni i odbiornikami kanalizacji deszczowej dużej przepustowości.
W celu ostatecznego uporządkowania kontrowersyjnych
„wód pozostałych” należy wszystkie cieki naturalne wymienić enumeratywnie w akcie prawnym w randze rozporządzenia lub przyjąć, że naturalne są tylko te, które znajdują
się w MPHP.
Proponowane zmiany mają na celu usprawnienie zarządzania zasobami wodnymi oraz planowanie i dystrybucje
środków finansowych związanych z gospodarowaniem zasobami wodnymi i utrzymaniem śródlądowych wód publicznych stanowiących własność Skarbu Państwa.
Wodnych upoważnia Przewodniczącego do przekazania
Marszałkom Województw RP powyższego stanowiska Konwentu z prośbą o poparcie działań zmierzających do zmiany
systemu zarządzania gospodarką wodną w zaproponowany
sposób.
Udostępnienie jednostkom organizacyjnym
Państwowej Straży Pożarnej zasobu Wojewódzkiego Magazynu
Przeciwpowodziowego i Kryzysowego dla woj. łódzkiego
Występowanie powodzi i innych sytuacji kryzysowych
na terenie województwa łódzkiego
W maju 2010 r. jedna z większych powodzi w ostatnich
dziesięcioleciach nawiedziła Polskę. W wyniku tak dramatycznych wydarzeń, na terenie województwa łódzkiego zostało podtopionych 279 tys. ha w tym 1800 budynków mieszkalnych oraz wiele obiektów użyteczności publicznej takich
jak szkoły, obiekty sportowe, oczyszczalnie ścieków, ujęcia
wody. Niestety ucierpiała również infrastruktura, ponieważ
ok. 500 km dróg znalazło się pod wodą, powodując nieodwracalne szkody. Skutkiem kataklizmu – tragiczna sytuacja
dotknęła 34,5 tys. ludzi z całego województwa.
Wyrwy wokół jazu piętrzącego w m. Rożenek gm. Aleksandrów
pow. piotrkowski
W dniach 19-26 maja 2010 r. przeprowadzano akcję
przeciwpowodziową. W walce z żywiołem nie bez znaczenia
był użyty sprzęt. Wojewódzki Magazyn Przeciwpowodziowy.
i Kryzysowy dla woj. łódzkiego wydał na pomoc w ratowaniu
infrastruktury i usuwaniu skutków powodzi m.in. worki polipropylenowe na piasek, łopaty do piasku, geowłókninę i folię izolacyjną, agregaty prądotwórcze, przenośne motopompy
szlamowe, zapory przeciwpowodziowe. Rola wydanych materiałów okazała się nieoceniona.
Niestety, daje się zauważyć nasilające się zjawiska atmosferyczne o niszczycielskiej sile. Na przestrzeni ostatnich kilku lat wystąpiły silne wiatry i trąby powietrzne (15 sierpnia
2008 r.), w wyniku których zginęły 4 osoby a 30 zostało rannych. Wichury zniszczyły 770 domów mieszkalnych. Podobne zjawisko miało miejsce 23 lipca 2009 r.
Rok temu 14-16 lipca 2011 r. na obszarze powiatu opoczyńskiego, wichura zerwała lub uszkodziła dachy ponad 400
budynków mieszkalnych i gospodarczych. Najbardziej ucierpiały gminy: Białaczów i Żarnów; zniszczenia wystąpiły także
w gminach Paradyż i Opoczno. Na potrzeby zabezpieczania
uszkodzonych dachów budynków wydano z Wojewódzkiego Magazynu Przeciwpowodziowego i Kryzysowego – obiekt
magazynowy w Białaczowie ponad 120 szt. plandek wodoodpornych, każda o powierzchni 150-200 m2 oraz 4000 mb
liny do mocowania plandek.
Budowa obiektów magazynowych WMPiK
Obiekt magazynowy CHOJNE
Obiekt magazynowy PODDĘBICE
Obiekt magazynowy BIAŁACZÓW
Obiekt magazynowy WIELUŃ
W związku z nasileniem się częstości i intensywności występowania anomalii pogodowych w ostatnich latach, w celu
umożliwienia podejmowania działań zmierzających do przeciwdziałania i usuwania skutków sytuacji kryzysowych innych
niż powódź, Zarząd Województwa Łódzkiego w dniu 2 września 2009 r. podjął uchwałę Nr 1427/09 rozszerzającą zadania
istniejącego magazynu przeciwpowodziowego. Rozszerzenie
zadań przewidzianych dla wojewódzkiego Magazynu Przeciwpowodziowego i Kryzysowego wiąże się z koniecznością budowy czterech nowych budynków magazynowych na sprzęt
i materiały do działań przeciwpowodziowych i kryzysowych.
Obecnie trwają jeszcze roboty budowlano-montażowe w poszczególnych obiektach magazynowych. Zakończenie budowy
wszystkich obiektów planowane jest na koniec października
bieżącego roku. W efekcie Wojewódzki Magazyn Przeciwpowodziowy i Kryzysowy dla woj. łódzkiego będzie dysponował
powierzchnią magazynową wynoszącą ponad 700 m2.
Podstawa prawna funkcjonowania Wojewódzkiego
Magazynu Przeciwpowodziowego i Kryzysowego
Funkcjonowanie Wojewódzkiego Magazynu Przeciwpowodziowego i Kryzysowego dla województwa łódzkiego wynika z następujących aktów prawnych:
87
● Ustawa z 18 lipca 2001 r. Prawo wodne (tj. Dz.U. z 2012 r.
Nr 0, poz. 145). Zgodnie z art. 88a. ust. 1 cytowanej ustawy ochrona przed powodzią należy do zadań organów administracji rządowej i samorządowej.
● Ustawa z 5 czerwca 1998 r. o samorządzie województwa.
(tj. Dz.U. z 2001 r. Nr 142, poz. 1590 z późn. zm.).
Zgodnie z art. 14 ust. 1 pkt 9 do zadań samorządu województwa należy wyposażenie i utrzymanie wojewódzkiego
magazynu przeciwpowodziowego.
Wykonywanie tego zadania zostało powierzone Wojewódzkiemu Zarządowi Melioracji i Urządzeń Wodnych w Łodzi na
podstawie nadanego Statutu WZMiUW w Łodzi (Uchwała
Zarządu Województwa Łódzkiego z 01.03.2006 r.).
Udostępnienie jednostkom Państwowej Straży Pożarnej
sprzętu stanowiącego zasób WMPiK
Doświadczenia z prowadzenia różnorodnych akcji na terenie województwa łódzkiego (powodzie, działania trąb powietrznych, zdarzenia drogowe i inne) wykazały, że strażacy
zawodowych jednostek ratowniczo-gaśniczych najszybciej,
najskuteczniej i profesjonalnie wykonują te zadania oraz posiadają odpowiednie kwalifikacje do obsługi specjalistycznego sprzętu.
W latach ubiegłych sprzęt służący do działań przeciwpowodziowych wydawany był z WMPiK jednostkom samorządu terytorialnego na podstawie umów użyczenia zawieranych
pomiędzy Starostami poszczególnych powiatów a dyrektorem
WZMiUW w Łodzi. W związku z pojawiającymi się przypadkami uszkodzeń sprzętu w wyniku jego niewłaściwego
użytkowania, postanowiono odstąpić od tej formy udostępniania zasobu WMPiK.
W celu zapewnienia profesjonalnej obsługi sprzętu specjalistycznego stanowiącego zasób Wojewódzkiego Magazynu
Przeciwpowodziowego i Kryzysowego, na mocy porozumień
zawartych pomiędzy województwem łódzkim a Komendą
Wojewódzką Państwowej Straży Pożarnej w Łodzi, dokonano
w dniach 23 września 2011 r. oraz 08 marca br. przekazania
sprzętu jednostkom zawodowym PSP zlokalizowanym na terenie województwa łódzkiego.
Udostępniony sprzęt został rozmieszczony w komendach
miejskich/powiatowych PSP na terenie całego województwa łódzkiego. Lokalizacja sprzętu zaproponowana przez
Komendanta Wojewódzkiego PSP w Łodzi oraz uzgodniona z dyrektorem WZMiUW w Łodzi, wynika z analizy występowania zagrożeń powodziowych i innych sytuacji
kryzysowych oraz potrzeb jednostek zawodowych PSP województwa łódzkiego w zakresie wyposażenia w sprzęt specjalistyczny.
W ramach porozumień województwo łódzkie udostępniło do użytkowania jednostkom PSP między innymi: sprzęt
pływający – 19 szt. (łodzie ratownicze i pontony wraz z wyposażeniem na przyczepach, silniki zaburtowe, stojaki do
silników), sprzęt elektryczny i oświetleniowy – 60 szt.
(agregaty prądotwórcze, przedłużacze elektryczne, tuby elektroakustyczne, najaśnice z masztami, oświetlenie balonowe
bezcieniowe, lampy oświetleniowe do dużych powierzchni
z masztami), sprzęt odwadniający – 53 szt. (motopompy
przewoźne wysokiej wydajności, przenośne motopompy
szlamowe z osprzętem, pływające motopompy szlamowe)
oraz sprzęt ratunkowy – 4 szt. (namioty pneumatyczne
z osprzętem).
88
Wartość sprzętu specjalistycznego udostępnionego jednostkom Straży Pożarnej wynosi 3,5 mln zł.
Sprzęt oświetleniowy pozwala na prowadzenie działań ratowniczych w warunkach nocnych. Jedna lampa
lub balon oświetleniowy
jest w stanie oświetlić teren
działań ratowniczych o powierzchni do 2500 m2. Wyobraźmy sobie, że odpowiednio ustawione 4 lampy pozwalają
oświetlić obszar zbliżony do powierzchni boiska piłkarskiego.
Dodatkowo światło z takich lamp jest światłem rozproszonym bez efektu cienia, które nie oślepia ratowników w czasie
prowadzonych działań.
Motopompy przewoźne wysokiej wydajności charakteryzują się znacznie lepszymi parametrami, szczególnie ponad.
dwukrotnie większą wydajnością
przekraczającą 12 000 litrów na
minutę, w porównaniu z motopompami będącymi obecnie na
wyposażeniu jednostek ratowniczo-gaśniczych Państwowej
Straży Pożarnej na terenie województwa łódzkiego. Motopompy umożliwiają przetłaczanie zanieczyszczeń o średnicy
do 8,5 cm oraz umieszczone są na przyczepach ciężarowych
dostosowanych do ciągnięcia przez strażackie wozy bojowe.
Namioty pneumatyczne o powierzchni użytkowej 35 m2 każdy, wyposażone w oświetlenie
wewnętrzne i nagrzewnice, mogą
być wykorzystywane do tymczasowej ochrony ewakuowanej
ludności przed niesprzyjającymi
warunkami atmosferycznymi lub udzielania kwalifikowanej
pierwszej pomocy osobom poszkodowanym w wyniku sytuacji kryzysowych. Konstrukcję nośną namiotów stanowią
specjalne „rękawy”, które są napełniane powietrzem poprzez
dmuchawę będącą na wyposażeniu namiotu.
Łodzie oraz pontony z napędem
zaburtowym pozwalają na prowadzenie skutecznych działań ratowniczych lub logistycznych w warunkach powodziowych np. ewakuacji
osób z zalanych terenów, dostarczania produktów spożywczych i wody
pitnej dla powodzian, ustawiania
zapór przeciwolejowych na rzekach,
transport do miejsca zdarzenia płetwonurków i niezbędnego
sprzętu przewidzianego do działań ratowniczych, transportu
worków z piaskiem i sprzętu niezbędnego do naprawy wałów
przeciwpowodziowych.
Warto podkreślić, że władze samorządowe województwa
łódzkiego, przekazując jednostkom Państwowej Straży Pożarnej sprzęt stanowiący zasób Wojewódzkiego Magazynu
Przeciwpowodziowego i Kryzysowego, pokazały jak w niekonwencjonalny sposób można współdziałać w celu poprawy
bezpieczeństwa mieszkańców swojego województwa.
Jarosław Pawlak
WZMiUW w Łodzi
DLA PRAKTYKI
Prof. dr hab. inż. Magdalena Borys
Instytut Technologiczno-Przyrodniczy, Falenty
Przegrody przeciwfiltracyjne z zawiesin twardniejących
w korpusach i podłożu wałów przeciwpowodziowych
Wprowadzenie
Budowa przegród przeciwfiltracyjnych z zawiesin twardniejących jest jedną z głównych metod modernizacji wałów
przeciwpowodziowych ze względu na możliwość poprawienia szczelności wału bez konieczności dużej przebudowy
korpusu.
Istotnym elementem przesłon jest trwałość czy odporność zawiesiny na destrukcję związaną z czasem eksploatacji
i wpływem zmiennych warunków wilgotnościowych i temperaturowych. W przypadku przegród przeciwfiltracyjnych
w wałach przeciwpowodziowych mogą wystąpić działania
destrukcyjne pod wpływem czynników zewnętrznych – fizycznych, związanych z warunkami klimatycznymi powodującymi okresowe zmiany temperatury i wilgotności, skutkujących skurczem, pękaniem, rozsadzaniem przegrody, aż do
całkowitego rozpadu materiału na drobne agregaty, w wyniku czego dochodzi do zmniejszenia wytrzymałości na ściskanie i zwiększenia filtracji.
W artykule podano zalecenia dotyczące projektowania
i wykonawstwa przegród przeciwfiltracyjnych z zawiesin
twardniejących uwzględniające występowanie zmiennych warunków wilgotnościowych i temperatury. Omówiono zagadnienia związane z możliwością powstania usterek na etapie
budowy oraz zmianami powstającymi w trakcie eksploatacji
obwałowań i podano zalecenia pozwalające zminimalizować
te usterki.
Szersze informacje na ten temat można znaleźć m.in.
w publikacjach poświeconych metodom modernizacji wałów
[Borys, 2006], wytycznym wykonawstwa [Borys, 2008] oraz
publikacjach dotyczących wpływu warunków wilgotnościowych i temperaturowych na przegrody w wałach przeciwpowodziowych w trakcie ich eksploatacji [Borys, 2009; Borys,
Rycharska, 2008].
Charakterystyka metod wykonywania
przegród przeciwfiltracyjnych
Pionowe przegrody przeciwfiltracyjne z zawiesin twardniejących w wałach przeciwpowodziowych wykonywane są
w osi wału lub u jego podstawy, według jednej z poniższych
metod:
 wgłębnego mieszania,
 wibracyjna,
 szczeliny kopanej.
Metoda wgłębnego mieszania polega na wykonaniu zachodzących na siebie pionowych kolumn, o określonej średnicy i długości, lub bloków o przekroju prostokątnym, powstałych przez mechaniczne zmieszanie gruntu w korpusie
wału lub jego podłożu i zawiesiny twardniejącej, tłoczonej
rurociągiem pod ciśnieniem za pomocą pomp w kontrolo-
wany sposób. Czynność mieszania wykonuje się za pomocą maszyn wyposażonych w specjalne końcówki mieszające,
przy czym proces mieszania należy powtarzać kilkakrotnie
w kierunku pionowym w celu uzyskania lepszej jednorodności przegrody przeciwfiltracyjnej. Prędkości obrotowe mieszadła i prędkości jego podciągania dobiera się odpowiednio
do rodzaju gruntu. Mieszanie wgłębne odbywa się bez wibracji i wstrząsów.
Specjalistyczny sprzęt powinien zapewnić wykonanie
robót odpowiednio do warunków gruntowych i wymagań
określonych w specyfikacji oraz projekcie wykonawczym.
Zastosowane urządzenie musi zapewnić pogrążenie końcówki mieszającej na głębokość podaną w projekcie. Kształt
i umiejscowienie końcówki mieszającej powinny zapewnić
należyte wymieszanie gruntu z zawiesiną twardniejącą do
konsystencji homogenicznej. Zawiesina pompowana ze
stacji mieszania powinna zostać wtłoczona w grunt przez
dysze wylotowe na spodzie końcówki mieszającej. Głowica
mieszająca powinna mieć możliwość uzyskania minimum
40 obrotów na minutę w celu zapewnienia dobrej homogenizacji materiału w przegrodzie. Węzeł mieszająco-tłoczący musi umożliwiać ciągłe przygotowywanie odpowiedniej
ilości zawiesiny na terenie budowy, bez konieczności postoju sprzętu w fazie mieszania oraz kontrolowane podawanie
zawiesiny pod stałym ciśnieniem, niezależnie od odległości
i wysokości pompowania. Układ sterujący wiertnicy powinien być wyposażony w automatyczny układ monitorujący,
umożliwiający bieżące rejestrowanie przebiegu prac, obejmujące: numer kolumny, datę oraz godzinę rozpoczęcia
i zakończenia wykonywania kolumny, czas mieszania, ciągły
zapis głębokości pogrążenia końcówki mieszającej w podłoże, ilość pompowanej zawiesiny, całkowite zużycie zawiesiny na kolumnę.
Średnice kolumn w wykonanych przegrodach przeciwfiltracyjnych wynoszą na ogół 0,6-0,8 m i wynikają z rozmiaru
końcówki mieszającej obracanej w gruncie. Rozstaw zachodzących na siebie kolumn należy przyjąć tak, aby zapewnić
minimalną szerokość przegrody przeciwfiltracyjnej, wynoszącą
0,30 m. Maksymalna głębokość przegrody zależy od możliwości sprzętu. Maszyny stosowane obecnie w Polsce do wykonywania pojedynczych lub podwójnych kolumn w wałach
przeciwpowodziowych mogą pracować do głębokości ok..
12-15 m. Używając ciężkiego sprzętu, można osiągnąć jeszcze większe głębokości.
Przy projektowaniu i wykonawstwie należy uwzględnić
podstawowe wady tej metody, którymi są:
■ mniejsza wydajność i wyższy koszt wykonania w porównaniu z pozostałymi metodami wykonywania pionowych
przegród przeciwfiltracyjnych;
■ trudności z uzyskaniem jednorodnej mieszaniny w gruntach bardzo spoistych;
89
DLA PRAKTYKI
■ konieczność bardzo dokładnego wytyczenia kolejnych kolumn i utrzymywania mieszadła w pionie w celu zapewnienia szczelności przegrody.
Metoda wibracyjna polega na tym, że uszczelniany
grunt jest rozpychany na boki w czasie pogrążania w podłoże stalowego brusa o przekroju dwuteowym lub skrzydełkowym pod wpływem działania wibratora nasadowego.
Pompowanie zawiesiny twardniejącej, która wypływa przez
dyszę wylotową umieszczoną w pobliżu ostrza elementu
pogrążanego w podłoże, odbywa się zarówno w fazie pogrążania, jak i w czasie wyciągania urządzenia. W fazie pogrążania zawiesina działa jak płuczka i ułatwia pogrążanie
urządzenia w grunt oraz stabilizuje ściany szczeliny. W czasie wyciągania urządzenia cała przestrzeń szczeliny zostaje
wypełniona odpowiednią zawiesiną twardniejącą, która po
stwardnieniu tworzy cienką przegrodę przeciwfiltracyjną.
Grubość przegrody zależy nie tylko od wymiarów przekroju poprzecznego elementu penetrującego grunt, ale również
– w sposób znaczący – od rodzaju gruntu w miejscu wykonywania przegrody. Przegrody przeciwfiltracyjne można
wykonywać tą metodą do głębokości ok. 12-15 m. Uzyskanie szczelności połączenia poszczególnych segmentów
roboczych przegrody wymaga wykonywania przegrody według zasady „świeży w świeży”, tj. po kolei i z zachowaniem
odpowiedniego prowadzenia, co ułatwia nóż prowadzący,
przyspawany do dwuteownika, lub część skrzydełka wibratora wgłębnego.
W trakcie wykonywania przegrody konieczne jest ciągłe
pompowanie zawiesiny i utrzymywanie jej górnego poziomu
w rowie technologicznym. Maksymalne opadanie poziomu
zawiesiny nie powinno przekraczać 0,5 m.
Przy projektowaniu i wykonawstwie należy uwzględnić
wady metody wibracyjnej, którymi są:
 mała grubość przegrody, która dodatkowo w dużym stopniu zależy od rodzaju i stanu gruntu;
 występowanie zagrożenia szczelności przegrody i możliwości powstania okien filtracyjnych, związane z niekontrolowanym zaciskaniem cienkiej przegrody w niesprzyjających
warunkach gruntowo-wodnych;
 konieczność bardzo dokładnego wytyczania kolejnych
miejsc pogrążania urządzenia oraz utrzymywania go w pionie w celu zachowania szczelności przegrody;
 oddziaływanie wibracji na obiekty budowlane zlokalizowane w pobliżu miejsca robót (w sąsiedztwie takich obiektów konieczne jest stosowanie wibromłotów
o zmiennej częstotliwości i amplitudzie drgań, z jednoczesnym monitorowaniem budynków zagrożonych
wstrząsami);
 zagęszczanie się dolnych partii podłoża, uniemożliwiające
uzyskanie zakładanej głębokości przegrody przeciwfiltracyjnej, szczególnie w gruntach zawierających frakcje żwirową i kamienistą.
Przegrody wykonywane w cienkościennej technologii wibracyjnej, w przypadku skomplikowanych warunków gruntowych w korpusie i podłożu, nie gwarantują w pełni szczelności wału. Należy każdorazowo dokonać analizy, czy wykonanie przegrody gwarantuje uzyskanie wymaganej grubości
i ciągłości.
Ze względu na duże prawdopodobieństwo wystąpienia
uszkodzeń należy bardzo rozważnie stosować cienkie pionowe przegrody przeciwfiltracyjne wykonywane metodą wibracyjną, szczególnie w obrębie korpusu wału.
90
Metoda szczeliny kopanej polega na tym, że grunt wydobyty z wąskoprzestrzennego wykopu, najczęściej o szerokości
od 0,30 do 0,60 m, jest sukcesywnie zastępowany zawiesiną,
która po stwardnieniu tworzy przegrodę przeciwfiltracyjną
o grubości zależnej od szerokości narzędzia zastosowanego
do kopania szczeliny.
Przy projektowaniu i wykonawstwie należy wziąć pod
uwagę podstawowe wady tej metody tj.:
 możliwość znacznej sedymentacji zawiesiny w wykopie,
 możliwość wystąpienia niekontrolowanych obrywów ścian
wykopu wąskoprzestrzennego,
 brak możliwości pełnej kontroli robót, szczególnie dokładności wybrania gruntu koparką,
 duże zużycie zawiesiny potrzebnej do wypełnienia wykopu, co podraża wykonawstwo przegrody.
Niezależnie od stosowanego osprzętu, w przypadku szczelin kopanych część gruntu pozostaje w wykopie i nie miesza
się w pełni z zaczynem. Wpływa to negatywnie na parametry wytrzymałościowe i filtracyjne przegrody. W przegrodach
wykonywanych w korpusie wału może to powodować powstanie uprzywilejowanych dróg filtracji wpływających na
bezpieczeństwo korpusu. Z powyższych względów wykonanie przegród technologią szczeliny kopanej powinno być
ograniczone do uszczelniania podłoża wałów.
Wskazówki projektowe
Wskazówki projektowe uzupełniają ogólne wymagania
i przepisy obowiązujące w projektowaniu nowych wałów
przeciwpowodziowych lub modernizacji istniejących [Rozporządzenie Ministra Środ…, 2007]. Decyzja dotycząca zastosowania przegrody przeciwfiltracyjnej w nowym lub modernizowanym wale przeciwpowodziowym wynika z analizy
potrzeb uszczelnienia. Dobór metody uszczelnienia wału zależy od miejscowych warunków. W celu obiektywnego porównania możliwych do zastosowania metod uszczelnienia
wału oraz różnych rozwiązań konstrukcyjnych przegrody
przeciwfiltracyjnej, konieczne staje się wprowadzenie miarodajnych – najlepiej ilościowych – kryteriów porównawczych
z uwzględnieniem przede wszystkim aspektów technicznych,
a w drugiej kolejności – korzyści ekonomicznych. Wybór
najtańszego rozwiązania jest bowiem uzasadniony tylko wtedy, jeżeli spełnione są założenia techniczne.
Za najbardziej uzasadnione miary porównawcze proponuje się przyjąć:
 czas pojawienia się przesiąków przez wał i podłoże t ;
n
 wartość maksymalnego gradientu hydraulicznego w strefie
wypływu wody imax lub ekwiwalentnie – maksymalną prędkość filtracji wody w strefie wypływu vmax;
 całkowite natężenie przepływu filtracyjnego przez wał
i podłoże Q;
 współczynnik ogólnej stateczności wału F.
W odniesieniu do każdej z wymienionych miar wyznacza się odpowiednie bezwymiarowe wskaźniki porównawcze
α dla wału przed i po modernizacji. Zaleca się obliczenie
wszystkich miar porównawczych w warunkach filtracji nieustalonej, towarzyszącej przejściu projektowej fali powodziowej.
Dla pierwszej miary porównawczej odpowiednim wskaźnikiem jest:
t
αt = n
t n,0
DLA PRAKTYKI
gdzie: tn jest czasem pojawienia się przesiąków, a indeks zero
oznacza (również we wszystkich pozostałych przypadkach)
stan początkowy przed modernizacją wału.
Gdy tn ≥ tn,0, αt wskazuje, o ile wydłuży się czas przesiąkania wody przez wał i podłoże po wykonaniu przegrody przeciwfiltracyjnej.
Gdy uwzględni się możliwość filtracji zarówno przez
wał, jak i przez podłoże, to czas wystąpienia przesiąków po
stronie zawala tn zależy nie tylko od samej konstrukcji wału
z przegrodą oraz od budowy i stopnia wodoprzepuszczalności podłoża, ale również od początkowej wilgotności oraz ciśnienia ssania w gruntach nienasyconych. Jeżeli korpus wału
i podłoże będą silnie zawilgocone, na przykład na skutek
długotrwałych opadów atmosferycznych lub przejścia poprzedniej fali powodziowej, to przesiąki pojawią się bardzo
szybko.
Zaleca się obliczenie czasu pojawienia się przesiąków na
skarpie odpowietrznej wału lub na powierzchni terenu przy
zastosowaniu metod numerycznych, w warunkach przepływu nieustalonego. Ciśnienie ssania należy uwzględniać w obliczeniach filtracji nieustalonej w suchych lub mało wilgotnych gruntach półprzepuszczalnych (pyły, pyły piaszczyste,
piaski gliniaste), w których wysokość ssania może osiągnąć
nawet 2 m. Czas wystąpienia przesiąków tn jest zawsze krótszy
od czasu potrzebnego do ustalenia się natężenia przepływu
filtracyjnego tu. Z tego powodu czas tu, który jest łatwiejszy
do oszacowania, ma najczęściej tylko znaczenie poglądowe,
a używanie jako wskaźnika porównawczego αt obliczanego
jako ilorazu:
t
αt = u
t u,0
nie jest tak precyzyjne, jak wyznaczanego za pomocą poprzedniego wzoru.
Gradient hydrauliczny jest miarą siły oporu stawianego
wodzie filtrującej przez grunt, przy czym istotne znaczenie
ma jego wartość (tzn. moduł wektora), kierunek i miejsce występowania. Obliczenie maksymalnych gradientów
w strefie wypływu wody (lub ekwiwalentnych prędkości filtracji) ma związek z koniecznością sprawdzenia tzw. stateczności wewnętrznej wału przeciwpowodziowego. W praktyce
projektowej do sprawdzenia stateczności wewnętrznej wału
w strefie wypływu wody (lub przy drenażu) można zastosować wskaźniki porównawcze, uwzględniając współczynnik
konsekwencji zniszczenia, określony w Rozporządzeniu Ministra Środowiska [2007]. Odpowiednie wskaźniki porównawcze to:
αi =
i max
v
(lub na podstawie prędkości filtracji: αv = max )
i max,0
vmax,0
obliczone dla warunków filtracji nieustalonej umożliwiają
ocenę skuteczności planowanej przegrody przeciwfiltracyjnej.
Ważną miarą porównawczą jest również całkowite natężenie przepływu filtracyjnego Q, będące sumą przepływu
przez wał i podłoże w strefie pełnego nasycenia oraz przepływu w strefie niepełnego nasycenia, powyżej linii zerowego
ciśnienia wody w porach. Nadmierny przepływ może doprowadzić do podtopienia chronionego terenu za wałem oraz
wydłuża okres jego osuszania po przejściu wezbrania. W celu
obliczenia natężenia przepływu filtracyjnego należy przyjąć
miarodajny dla danego przypadku przekrój porównawczy,
biorąc pod uwagę zwłaszcza budowę uwarstwionego podłoża
gruntowego i długość przegrody przeciwfiltracyjnej. Odpowiedni wskaźnik porównawczy αQ jest ilorazem całkowitego
natężenia przepływu filtracyjnego, obliczonego w warunkach
przepływu nieustalonego przed wykonaniem przegrody Q0
i potem Q, tj.:
Q
αQ =
Q0
W odniesieniu do ogólnej stateczności wału porównanie obejmuje współczynniki stateczności F i F0, obliczone
z uwzględnieniem ciśnienia wody w porach, wywołanego filtracją wody przez wał i podłoże w strefie nasyconej i nienasyconej, tzn.:
F
αF =
F0
W warunkach przepływu nieustalonego nie dochodzi do
wystąpienia takich samych ciśnień wody w porach w wale
i podłożu, jak w warunkach przepływu ustalonego, ze względu na zatrzymanie wody w porach oraz opory towarzyszące
przepływowi wody przez grunt. Z tego powodu współczynniki stateczności wału, obliczone z założeniem filtracji nieustalonej, mają z reguły większe wartości niż w warunkach
filtracji ustalonej, co ma większe znaczenie dla wiarygodnej
oceny wartości bezwzględnych F i F0 niż wskaźnika porównawczego αF.
Obliczenie wartości wskaźników α umożliwia nie tylko
obiektywne porównanie zastosowania różnych wariantów
przegrody przeciwfiltracyjnej, ale również – w uzasadnionych przypadkach – analizę optymalizacyjną ograniczenia
filtracji przez wał i podłoże ze względu na przyjęte kryterium lub kryteria (np. wybór najtańszego rozwiązania),
z jednoczesnym spełnieniem założonych warunków poprawy bezpieczeństwa budowli, wyrażonych wskaźnikami
α t, α i, α Q i α F.
Dopuszczalne jest operowanie także szacunkowymi kryteriami do określenia konieczności uszczelnienia korpusu wału
i podłoża. Konieczność uszczelnienia korpusu wału powinna
wynikać z analizy budowy i oceny stanu istniejącego korpusu, z uwzględnieniem że:
 czas wystąpienia przesiąków na skarpie odpowietrznej
wału w warunkach przepływu nieustalonego jest krótszy
od czasu piętrzenia wody przez wał;
 gradient lub prędkość filtracji przez korpus wału w strefie
wypływu wody po uwzględnieniu współczynnika konsekwencji zniszczenia są większe lub zbliżone do wartości dopuszczalnych;
 stateczność ogólna korpusu wału i podłoża w warunkach
filtracji ustalonej jest mniejsza od wartości wymaganych
dla danej klasy wału;
 woda filtrująca przez wał przyczynia się do podtopienia
terenu chronionego (w warunkach ustalonych ocenia się,
że takie zagrożenie występuje, jeżeli natężenie przepływu
przez wał przekracza 1–2 m3/d/mb).
Podjęcie decyzji o uszczelnieniu podłoża obwałowania powinno być poprzedzone analizą następujących przesłanek:
 czas filtracji nieustalonej przez podłoże jest krótszy od czasu piętrzenia wody;
 gradient lub prędkość filtracji przez podłoże w strefie wypływu wody po uwzględnieniu współczynnika konserwa91
DLA PRAKTYKI
cji zniszczenia są większe lub zbliżone do wartości dopuszczalnych;
 występuje niebezpieczeństwo przebicia hydraulicznego
słabo przepuszczalnej warstwy gruntu zalegającej na powierzchni terenu (o ile występuje); jednocześnie przyjmuje
się, że jeżeli warstwa słabo przepuszczalna ma miąższość
w granicach od ⅓ do ½ H1, to przebicie hydrauliczne nie
powinno wystąpić;
 woda filtrująca przez podłoże przyczynia się do podtopienia terenu chronionego.
W rozważaniach projektowych dotyczących przyjęcia
odpowiedniej długości przegrody przeciwfiltracyjnej powinno się uwzględniać zarówno miąższość warstwy przepuszczalnej, jak i budowę podłoża gruntowego. Zagłębienie
przegrody w podłoże powinno wynosić od dwóch do trzech
wysokości piętrzenia wody przez wał, przy czym zagłębienie
wynoszące ok. 3 wysokości piętrzenia powinno się stosować w przypadkach przechodzenia wału przez starorzecza
lub/gdy na zawalu znajdują się obiekty zabytkowe albo duże
osiedla mieszkaniowe.
Nie należy projektować przegród całkowicie blokujących
przepływ wody i sięgających do stropu dolnej warstwy nieprzepuszczalnej w podłożu, ponieważ odcina się możliwość
naturalnego spływu wód gruntowych do rzeki, co może powodować podtopienie zawala. Minimalna miąższość nieuszczelnionej strefy pod przegrodą powinna być równa co
najmniej wysokości piętrzenia wody przez wał.
Wał i jego podłoże należy uszczelnić pionową przegrodą przeciwfiltracyjną umieszczoną centralnie w korpusie
wału, jedynie gdy w wyniku obliczeń filtracji i stateczności stwierdzi się konieczność uszczelnienia zarówno korpusu, jak i podłoża oraz gdy nie ma możliwości wykonania prac modernizacyjnych od strony odwodnej wału.
Najczęściej wymagane jest wówczas poszerzenie korony
wału do 4-5 m, np. przez obniżenie korpusu na okres realizacji prac uszczelniających. W przypadku przegrody
umieszczonej centralnie w wale należy także dodatkowo sprawdzić obliczeniowo stateczność skarpy odwodnej
w warunkach bez piętrzenia wody, z obciążeniem wodami
powodziowymi na obszarze międzywala oraz po szybkim
opadnięciu tych wód.
W przypadku projektowania uszczelnień korpusu obwałowania w postaci ekranów z geomembrany lub bentomaty, współpracujących z przegrodą przeciwfiltracyjną, należy
sprawdzić obliczeniowo (oprócz stateczności skarpy odpowietrznej) również stateczność skarpy od strony odwodnej
w następujących warunkach:
▲ bez piętrzenia wody;
▲ w czasie piętrzenia do najwyższego poziomu wody,
z uwzględnieniem ciśnienia wody w porach w korpusie
wału i podłożu oraz zredukowanych, z powodu nawodnienia gruntu, sił tarcia w warstwie kontaktowej między
gruntem a ekranem;
▲ szybkiego obniżania się zwierciadła wody i filtracji skierowanej ku skarpie odwodnej.
Należy także zwrócić uwagę, że potencjalna utrata stateczności warstwy gruntu przykrywającej ekran uszczelniający może nastąpić na skutek poślizgu na powierzchni
ekranu lub – w przypadku ekranów wielowarstwowych
– na styku poszczególnych warstw tworzących taki ekran.
Dlatego w przypadku ekranów wielowarstwowych obliczenia sprawdzające należy wykonywać w odniesieniu do
92
wszystkich warstw kontaktu, zakładając poślizg po wymuszonej płaszczyźnie.
Podstawowe właściwości zawiesin twardniejących
Zawiesina twardniejąca, zgodnie z ogólną definicją podaną w normie PN-EN 1538:2002 to „zawiesina, która twardnieje z upływem czasu. Jest to zawiesina zawierająca cement
lub inne spoiwo oraz dodatkowe materiały, jak ił (bentonit),
granulowany żużel wielkopiecowy lub popioły lotne, wypełniacze i domieszki”.
W normie PN-EN 1538:2002 podano następującą charakterystykę zawiesiny twardniejącej: „Zawiesiny twardniejące są ogólnie stosowane do wykonywania prefabrykowanych ścian szczelinowych, ścian z „zawiesiny zbrojonej”
oraz przegród przeciwfiltracyjnych. Zawiesiny służą jako
ciecz stabilizująca podczas głębienia oraz, wraz z drobnymi frakcjami rodzimego gruntu, tworzą finalny stwardniały
materiał. Właściwości zawiesiny należy tak dostosować, aby
zapewnić zadowalające zachowanie w czasie wykonawstwa.
Może być konieczne użycie domieszek w celu dostosowania
urabialności podczas głębienia i osadzania elementów, a także czasu wiązania, uwzględniając możliwy wpływ temperatury oraz składników chemicznych gruntu i wody gruntowej.
Właściwości stwardniałego materiału, jakie są potrzebne do
poszczególnych zastosowań (np. przepuszczalność, wytrzymałość, odkształcalność), łącznie z metodami ich badań,
należy tak określić, by ściana spełniała stawiane wymagania
funkcjonalne”.
Do wykonywania przegród przeciwfiltracyjnych w wałach przeciwpowodziowych stosuje się zawiesiny, zawierające cement portlandzki lub hutniczy, bentonit sodowy oraz
wypełniacze w postaci żużla, popiołu lub mączki wapiennej.
Zawiesiny sporządza się z gotowych mieszanin, opracowanych przez producentów na potrzeby rynku, lub przygotowuje na miejscu budowy z dowiezionych komponentów,
co wymaga zastosowania odpowiednich węzłów mieszalniczych i dozowników. W celu przygotowania zawiesiny suche składniki miesza się z wodą, spełniającą warunki normy
PN-EN 1008:2004, stosując wysokoobrotowe mieszalniki
koloidalne (do 1200 obrotów na minutę), umożliwiające
właściwe wymieszanie i aktywację bentonitu.
Zawiesiny bezpośrednio po wytworzeniu znajdują się
w stanie płynnym, natomiast po stwardnieniu nabierają cech
słabej zaprawy cementowej.
Parametry zawiesiny dobiera się w dużej mierze zależnie
od metody wykonywania przegrody przeciwfiltracyjnej oraz
od przyjętych założeń projektowych. W typowych projektach modernizacji wałów przeciwpowodziowych na ogół
przyjmuje się, że współczynnik filtracji k w czystej zawiesinie po 28 dobach dojrzewania pobranej próbki nie powinien
przekraczać 1·10–8 m/s, a wytrzymałość na ściskanie fc powinna być co najmniej równa 0,5 MPa. Współczynnik filtracji
k materiału przegrody wykonanej in situ, będącego mieszaniną zawiesiny z resztkami gruntu, nie powinien przekraczać
1·10–7 m/s, a wytrzymałość na ściskanie fc powinna wynosić
co najmniej 0,3 MPa.
Parametry zawiesiny i materiału przegrody, które należy
brać pod uwagę, ustalając skład zawiesiny stosowanej do wykonywania przegród przeciwfiltracyjnych w wałach przeciwpowodziowych z wykorzystaniem poszczególnych metod, zamieszczono w tabeli.
DLA PRAKTYKI
Tabela 1
Wymagane właściwości zawiesin twardniejących stosowanych do wykonywania przegród przeciwfiltracyjnych w wałach przeciwpowodziowych
Właściwości
Jednostki
Wartości
Oznaczenie według
1
2
3
4
.
.
.
.
.
.
–
–
≤2,0
≤400
Stężenie naturalnych pierwiastków
promieniotwórczych w zawiesinie
(jeśli jest taka potrzeba ze względu
na poszczególne składniki)
– f1
– f2
Rozporządzenie Rady
Ministrów… [2007]
Właściwości świeżej zawiesiny
Gęstość objętościowa:
– metoda wgłębnego mieszania
– metoda wibracyjna
(wartości dopuszczalne w korzystnych Mg/m3
warunkach gruntowych, tj. w piaskach grubych, średnich i drobnych)
– metoda szczeliny kopanej
1,30–1,50
1,50–1,60
(1,35–1,40).
.
PN-EN .
12350-6:2001
1,15–1,40
Lepkość umowna
s/l
do 50
PN-EN 1538:2002 .
(czas wypływu z lejka
Marsha)
Odstój wody dobowy – metoda
wibracyjna i szczeliny kopanej
%
do 4
PN-85/G-02320
doby
do 10
do 20
Czas wiązania
– początek
– koniec
PN-EN .
196-3:2006
Właściwości stwardniałej zawiesiny
Wytrzymałość na ściskanie jednoosiowe po 28 dobach
MPa
min. 0,5
PN-EN .
12390-3:2002
Współczynnik filtracji po 28 dobach
m/s
≤10–8
metody laboratoryjne,
jak dla gruntów słabo
przepuszczalnych
Właściwości materiału w przegrodzie przeciwfiltracyjnej
Wytrzymałość na ściskanie jednoosiowe po 28 dobach:
– wszystkie metody
– metoda wibracyjna i szczeliny
kopanej
MPa
min. 0,3
max. 1,5
Współczynnik filtracji po 28 dobach
m/s
<10–7
PN-EN .
12390-3:2002
metody terenowe
i laboratoryjne, jak
dla gruntów słabo
przepuszczalnych
Kontrola jakości wykonania
przegród przeciwfiltracyjnych
Kontrolę jakości wykonania przegród przeciwfiltracyjnych
powinno się wykonywać w trzech etapach, tzn. przed przystąpieniem do wykonawstwa robót, w trakcie ich wykonywania i po wykonaniu przegrody.
Kontrola przed przystąpieniem do wykonawstwa robót powinna obejmować sprawdzenie materiałów przewidzianych do zastosowania w zależności od warunków gruntowo-wodnych na poszczególnych odcinkach robót, w tym
również pod kątem aprobat technicznych, deklaracji zgodności i atestów, oraz sprawdzenie receptury zawiesiny twardniejącej, jej gęstości, lepkości i czasu wiązania.
W przypadku przegród wykonywanych metodą wgłębnego mieszania i szczeliny kopanej zaleca się także wykonanie
w warunkach laboratoryjnych próbek zawiesiny wymieszanej
z miejscowym gruntem. Próbki te należy następnie poddać
badaniom wytrzymałości na ściskanie i badaniom wodoprzepuszczalności w celu wstępnego potwierdzenia możliwości
osiągnięcia zakładanych parametrów przegrody w miejscu
budowy. Miarodajne do oceny są wyniki badań, wykonanych
po 28 dobach dojrzewania próbek.
Kontrola w trakcie wykonywania przegrody powinna
obejmować:
a) materiały stosowane do wytworzenia zawiesiny twardniejącej (należy sprawdzić dokumenty dostawy każdej partii
materiału);
b)podstawowe parametry zawiesiny twardniejącej, przygotowanej w mieszalniku, badane przed jej wpompowaniem
w podłoże:
 gęstość (co najmniej raz na zmianę roboczą, niezależnie
od pomiarów wykonywanych w każdym zarobie przez
wykonawcę robót);
 lepkość (na początku robót i każdorazowo w razie
zmiany receptury lub składników zawiesiny);
 odstój wody (na początku robót i każdorazowo w razie
zmiany receptury lub składników zawiesiny);
c) ilość zawiesiny pompowanej w czasie oraz sumaryczne zużycie na segment lub kolumnę;
d)poziom zawiesiny w rowie technologicznym;
e) parametry geometryczne przegrody w trakcie jej realizacji
(głębokość, pionowość i konieczne zazębienie segmentów
lub kolumn);
f ) badania próbek materiału świeżo wykonanej przegrody
(należy pobrać w dniu wykonania przegrody co najmniej 2
próbki na każde 100 m długości przegrody wzdłuż wału),
obejmujące sprawdzenie:
 gęstości,
 czasu wiązania (z wyjątkiem przegród wykonywanych
metodą wgłębnego mieszania),
 wytrzymałości na ściskanie i wodoprzepuszczalności
(po 28 dobach dojrzewania próbek).
Kontrola w trakcie wykonywania robót ma bardzo duże
znaczenie dla oceny jakości przegrody, która pozostaje
w przeważającej części zakryta. W tej sytuacji szczególną rolę
odgrywa zastosowany system oprzyrządowania pomiarowego
i automatycznej rejestracji głównych parametrów produkcyjnych, co powinno być jednym z głównych kryteriów wyboru
odpowiedniej technologii i wykonawcy robót.
Kontrola po wykonaniu przegrody, do której można
przystąpić po upływie co najmniej 28 dób od wykonania odcinka. Powinno się ją przeprowadzić zgodnie z programem
badań kontrolnych, dostosowanym do zastosowanej metody
i określonym w projekcie. Zalecane badania kontrolne obejmują niżej wymienione elementy:
a) odkrywki przegrody, które należy wykonać w losowo wyznaczonych miejscach (powinno ich być co najmniej 5 na
1 km długości przegrody); badania w odkrywce powinny
obejmować:
 wizualną ocenę przegrody pod kątem jakości materiału, pionowości i ciągłości,
 przewierty poprzeczne w celu sprawdzenia grubości
przegrody,
 odwierty rdzeniowe w celu pobrania próbek do badania wytrzymałości i wodoprzepuszczalności oraz kontroli jednorodności materiału przegrody,
 wykonanie zdjęć odsłoniętej przegrody w celach dokumentacyjnych;
93
DLA PRAKTYKI
b)wiercenia pionowe (5 na 1 km wału) w celu sprawdzenia
głębokości przegrody (zwłaszcza w przypadku braku automatycznej rejestracji w czasie robót) oraz w celu zbadania
wodoprzepuszczalności in situ;
c) ewentualne przewierty ukośne lub poziome (5 na 1 km
wału) w celu sprawdzenia grubości przegrody.
Końcowy odbiór przegrody przeciwfiltracyjnej powinien
nastąpić na podstawie dokumentacji powykonawczej, która
musi zawierać m.in.:
 zestawienie zbiorcze wykonanych robót w układzie dziennym (oprócz wydruków z automatycznej rejestracji);
 opracowanie wyników badań kontrolnych (oprócz załączenia samych wyników badań);
 deklaracje zgodności lub atesty zastosowanego materiału.
Niedopuszczalne jest odbieranie wykonanych przegród
przeciwfiltracyjnych jedynie na podstawie badań geofizycznych, ponieważ nie określa się w nich parametrów wytrzymałościowych i filtracyjnych przegrody.
Podstawowe przyczyny uszkodzeń
przegród przeciwfiltracyjnych z zawiesin twardniejących
i możliwości ich ograniczenia
W przegrodach przeciwfiltracyjnych wykonywanych
z użyciem zawiesin twardniejących mogą wystąpić różne
uszkodzenia, którym w znacznym stopniu można przeciwdziałać.
W cienkich przegrodach, wykonywanych metodami wibracyjną i szczeliny kopanej, występują najczęściej nieszczelności, związane z wystąpieniem na etapie wykonawstwa:
 upłynnieniem gruntu,
 lokalnym wypieraniem zawiesiny,
 powstawaniem nieciągłości (okien filtracyjnych) w wyniku zablokowania dopływu zawiesiny w głąb szczeliny,
 powstawaniem nieciągłości przegrody w wyniku wypłukiwania zawiesiny przez wodę gruntową.
Upłynnieniu na skutek wibracji mogą podlegać nawodnione grunty piaszczyste i pylaste, zwłaszcza równoziarniste
piaski i pyły piaszczyste w stanie luźnym lub nawet w dolnej
strefie stanu średnio zagęszczonego. Tego rodzaju grunt może
wpływać do wykonywanej szczeliny. Jego gęstość jest z reguły
większa od gęstości zawiesiny, w związku z czym wypiera on
zawiesinę ze szczeliny. Na podstawie badań określono, że grunty podatne na upłynnienie mają następujące właściwości:
 średnica ziaren: 95% przesiewu w przedziale od 0,1
do 2,0 mm, 10% przesiewu w przedziale od 0,04 do
0,3 mm;
 wskaźnik różnoziarnistości U < 5;
 wskaźnik porowatości e > 0,68;
 spójność c < 10 kN/m2.
Lokalne wypieranie zawiesiny zdarza się najczęściej
w przypadku występowania w korpusie lub podłożu wału
gruntów miękkoplastycznych. Podczas wwibrowywania brusa/skrzydełka takie grunty ulegają rozparciu i ściśnięciu, natomiast po jego wyciągnięciu grunt ulega odprężeniu i może
wypierać zawiesinę ze szczeliny. Odprężanie gruntu jest również przyśpieszane przez wibracje, towarzyszące wykonywaniu następnych segmentów przegrody.
Powstawanie nieciągłości w wyniku zablokowania dopływu zawiesiny w głąb szczeliny. W przypadku występowania luźnych i bardzo suchych gruntów w korpusie lub
podłożu uszczelnianego wału może nastąpić szybki odpływ
94
wody z zawiesiny. Następstwem tego jest zwiększenie gęstości zawiesiny i powstawanie grubych korków filtracyjnych,
które mogą zablokować dopływ zawiesiny do dolnej części
szczeliny.
Powstawanie nieciągłości przegrody w wyniku wypłukiwania przez wodę gruntową może nastąpić w przypadku
przepływu wód gruntowych w podłożu, zwłaszcza w warstwach gruntu o dużej wodoprzepuszczalności. Dotyczy to
przede wszystkim okresu wykonywania przegrody i wiązania zawiesiny, kiedy silny przepływ wody jest szczególnie
niebezpieczny, ponieważ łatwo wypłukuje spoiwo wiążące.
W pewnych przypadkach problemem może być również
długotrwałe oddziaływanie filtrującej wody na przegrodę,
zwłaszcza jeżeli skład chemiczny wody stymuluje oddziaływanie agresywne (zjawisko to występuje jednak częściej
w barierach ochronnych składowisk odpadów niż w wałach
przeciwpowodziowych).
Grubsze przegrody, o zalecanej szerokości co najmniej
0,30 m, wykonywane metodą szczeliny kopanej, szczeliny
ciągłej lub kolejnych sekcji oraz wgłębnego mieszania, są
w mniejszym stopniu narażone na pierwsze trzy z wymienionych zagrożeń szczelności. Mogą w nich natomiast wystąpić
nieszczelności na skutek wadliwego połączenia poszczególnych sekcji lub kolumn, szczególnie jeżeli przegroda ma być
stosunkowo głęboka. W głębokich wykopach wąskoprzestrzennych, których ściany są utrzymywane w równowadze
dzięki podtrzymującemu oddziaływaniu zawiesiny (podobnie
jak w przypadku ścian szczelinowych), mogą także wystąpić
uszkodzenia spowodowane obrywami ścian, które powstają na skutek oddziaływań mechanicznych, nieodpowiedniej
gęstości zawiesiny lub przyśpieszonej sedymentacji zawiesiny
w warunkach niedostatecznej stabilności mieszaniny spoiwa
hydraulicznego z wodą zarobową. Na powyższe uszkodzenia
stosunkowo najmniej narażone są przegrody wykonywane
metodą wgłębnego mieszania gruntu.
W okresie eksploatacji przegród przeciwfiltracyjnych
w wałach przeciwpowodziowych można się spodziewać
działania wpływów zewnętrznych – fizycznych, związanych
z warunkami klimatycznymi powodującymi okresowe zmiany temperatury i wilgotności powodujących postępującą degradację.
Badania stanu wybudowanych przegród przeciwfiltracyjnych z zawiesin twardniejących po kilku (3-4) latach eksploatacji wałów przeciwpowodziowych wykazały, że w miarę
upływu czasu następują zmiany w materiale tworzącym przegrody [Borys, 2009].
Ogólnie stwierdzono, że materiał w przegrodzie przeciwfiltracyjnej charakteryzuje się największą wytrzymałością bezpośrednio po jej wybudowaniu, a po kilku latach jej eksploatacji – wyraźnie maleje (nawet o 60%). Zmiany wytrzymałości zachodzą w różnym tempie i zakresie w poszczególnych
częściach przegrody oraz w dużym stopniu zależą od charakteru występujących w nich warunków termiczno-wilgotnościowych.
Największe niekorzystne zmiany wytrzymałości występują
w przypadku zawiesin poddawanych cyklicznemu zamrażaniu i odmrażaniu, przy czym zmiany te są większe w warunkach pełnego nasycenia wodą [Borys, Rycharska, 2008]. Już
po kilku cyklach mrożenia pojawiają się liczne szczeliny i pęknięcia na powierzchni próbek, a następnie dochodzi do ich
rozpadu (rozkruszenia). Tym samym zwiększa się współczynnik filtracji i przegroda traci właściwości przeciwfiltracyjne.
DLA PRAKTYKI
Mniej intensywnie pękanie zachodzi w przypadku mieszanin
zawiesin z piaskiem, jak to ma miejsce w przypadku przegród
wykonywanych metodą wgłębnego mieszania.
Na zachowanie się zawiesiny mogą również mieć wpływ
warunki chemiczne podłoża. Obserwacje poczynione w trakcie budowy przegrody przeciwfiltracyjnej w gruntach organicznych, a więc w środowisku kwaśnym, wykazały wyraźne
wydłużenie czasu wiązania materiału. Podobnie niekorzystny
wpływ mogą mieć grunty antropogeniczne zawierające różne
związki chemiczne.
Przy wykonawstwie robót metodą szczeliny kopanej
stwierdzono, że wykonawcy stosują często w łyżkach i kubełkach koparek otwory, które powodują, że część urobku
nie zostaje wydobyta ze szczeliny lecz dostaje się do zawiesiny wypełniającej wykop i w tej zawiesinie pozostaje. Wpływa
to na oszczędności wykonawcy w ilości zawiesiny, zwiększa
wytrzymałość przegrody, ale zwiększa współczynnik filtracji
przegrody. W dolnych partiach przegrody są na ogół bardziej
piaszczyste. Należy przestrzegać zasady, że przy wykonawstwie przegród możliwie największa ilość gruntu powinna
być wydobywana ze szczeliny i nie należy stosować w łyżkach
i kubełkach koparek otworów.
Niezależnie od stosowanego osprzętu w przypadku szczelin kopanych, część gruntu pozostaje w wykopie i nie miesza się w pełni z zaczynem. Wpływa to negatywnie na parametry wytrzymałościowe i filtracyjne przegrody. W przypadku przegród wykonywanych w korpusie wału może to
powodować powstanie uprzywilejowanych dróg filtracji
wpływających na bezpieczeństwo korpusu wału. Z powyższych względów wykonanie przegród technologią szczeliny
kopanej powinno być ograniczone do uszczelniania podłoża
obwałowań.
Podstawowe zasady wykonania przegród
przeciwfiltracyjnych
Jakość przegród przeciwfiltracyjnych wykonywanych z zawiesin twardniejących można polepszyć, a niebezpieczeństwo
powstawania ich uszkodzeń znacznie ograniczyć, przestrzegając podstawowych zasad. Najważniejsze z nich obejmują:
 dokładne rozpoznanie warunków gruntowo-wodnych
w miejscu budowy przegrody;
 wybór odpowiedniej metody wykonania przegrody oraz
parametrów zawiesiny (receptury, gęstości itd.), dostosowanych do aktualnych warunków gruntowo-wodnych;
 dobór odpowiedniego sprzętu do wykonania przegrody;
 wykonanie w rejonie najgorszych warunków gruntowowodnych próbnego odcinka przegrody, którą po kilkunastu dniach należy odsłonić i zbadać jej ciągłość;
 odstąpienie od wykonywania metodą wibracyjną wąskich
przegród w gruntach drobnoziarnistych i spoistych w stanie płynnym, miękkoplastycznym lub plastycznym;
 bardzo staranne wykonywanie przegród w korpusach
wałów;
 ograniczenie ryzyka powstania nieciągłości w wąskich
przegrodach, wykonywanych metodą wibracyjną, na
skutek upłynnienia gruntu lub wypierania zawiesiny
przez dobieranie odpowiedniej gęstości zawiesiny (zalecana gęstość ρ ≥ 1,5 g/cm3, przy czym w korzystnych warunkach gruntowych, tzn. w piaskach grubych, średnich
i drobnych, gęstość zawiesiny może być zmniejszona do.
1,35-1,40 g/cm3);





zastosowanie przegród przeciwfiltracyjnych z zawiesin
twardniejących w gruntach organicznych i antropogenicznych, zwłaszcza zawierających odpady i/lub agresywną
wodę gruntową, musi być poprzedzone badaniami przydatności w specjalistycznym laboratorium;
wykonywanie robót w warunkach atmosferycznych, zapewniających w okresie wiązania zawiesiny utrzymanie
temperatury w wykopie powyżej 5°C;
niezwłoczne zabezpieczanie i przykrywanie świeżo wykonanej przegrody z zawiesiny twardniejącej w okresach
przymrozków lub dużego nasłonecznienia;
uwzględnianie w rozwiązaniach projektowych odpowiedniej grubości przykrycia przegrody, wynoszącej od 1,0 do
1,2 m, ze względu na możliwość degradacji przegrody
i utraty jej funkcji uszczelniającej pod wpływem działania
mrozu;
ograniczenie uszczelniania pionową przegrodą przeciwfiltracyjną, umieszczoną centralnie w korpusie wału, jedynie
do przypadków, gdy w wyniku obliczeń filtracji i stateczności stwierdzi się konieczność uszczelnienia zarówno korpusu, jak i podłoża oraz gdy nie ma możliwości wykonania prac modernizacyjnych od strony odwodnej wału.
LITERATURA
1.
Borys M.: 2006. Metody modernizacji obwałowań przeciwpowodziowych z zastosowaniem nowych technik i technologii. Falenty: Wydaw.
IMUZ ss. 126
2. Borys M.: 2008. Wytyczne wykonawstwa pionowych przegród przeciwfiltracyjnych z zawiesin twardniejących w korpusach i podłożu wałów przeciwpowodziowych. Materiały instruktażowe 125/9. Procedury. Wydawnictwo IMUZ Falenty ss. 20
3. Borys M.: 2009. Badania stanu przegród przeciwfiltracyjnych z zawiesin twardniejacych w wałach pzreciwpowodziowych po kilkuletniej
eksploatacji. Wiadomosci Melioracyjne i Łąkarskie, nr 4/2009 s. 174179
4. Borys M., Rycharska J.: 2008. Wpływ przemarzania i zmian wilgotności na przegrody przeciwfiltracyjne z zawiesin twardniejących w wałach
przeciwpowodziowych. Wydawnictwo IMUZ ss. 73
5. Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 20 kwietnia 2007 r.
w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać obiekty budowlane gospodarki wodnej i ich usytuowanie. Dz.U. 2007 nr 86
poz. 579
6. Rozporządzenie Rady Ministrów z dnia 2 stycznia 2007 r. w sprawie
wymagań dotyczących zawartości naturalnych izotopów promieniotwórczych, potasu K-40, radu Ra-226 i toru Th-228 w surowcach
i materiałach stosowanych w budynkach przeznaczonych na pobyt ludzi i inwentarza żywego, a także w odpadach przemysłowych stosowanych w budownictwie oraz kontroli zawartości tych izotopów. Dz.U.
2007 nr 4 poz. 29
Normy związane
1. PN–EN 1538:2002. Wykonawstwo specjalnych robót geotechnicznych. Ściany szczelinowe.
2. PN-EN 14679:2006. Wykonawstwo specjalnych robót geotechnicznych. Metoda wgłębnego mieszania gruntu.
3. PN-85/G-02320. Wiertnictwo. Cementy i zaczyny cementowe do cementowania w otworach wiertniczych.
4. PN-EN 1008:2004. Woda zarobowa do betonu. Specyfikacja pobierania próbek, badanie i ocena przydatności wody zarobowej do betonu,
w tym wody odzyskanej z procesów produkcji betonu.
5. PN-EN 196-3:2006. Oznaczanie czasów wiązania i stałości objętościowej.
6. PN-EN 12390-3:2002. Badania betonu. Cz. 3. Wytrzymałość na ściskanie próbek do badania.
7. PN-EN 12350-6:2001. Badania mieszanki betonowej. Cz. 6. Gęstość.
n
95
Dr inż. Janusz Rutkowski*
Dr hab. inż. Jerzy Bykowski**
Dr inż. Tadeusz Pawłowski*
Prof. dr hab. inż. Czesław Przybyła**
Mgr. inż. Marek Szychta*
*Przemysłowy Instytut Maszyn Rolniczych w Poznaniu
**Katedra Melioracji, Kształtowania Środowiska i Geodezji,Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu
Założenia technologiczne
wielozadaniowej maszyny nowej generacji
do konserwacji i odbudowy rowów i kanałów melioracyjnych
Część II. Osprzęt do robót ziemnych
Wprowadzenie
Etapem wstępnym w procesie projektowania parametrów osprzętu do robót ziemnych (odbudowa istniejących
czy kopanie nowych rowów melioracyjnych) było określenie wymiarów przekroju poprzecznego rowu, które w warunkach Polski można uznać za typowe. Na podstawie przeprowadzonych analiz stwierdzono, że w systemach melioracyjnych występują rowy osuszająco-nawadniające oraz
rowy zbiorcze i główne, charakteryzujące się następującymi
wymiarami:
● szerokość dna rowu nie mniejsza od 0,4 m,
● głębokości rowów w przedziale od 0,7 (0,6) do 1,5 m,
● nachylenie skarp od 1:1 do 1:3.
Projektowany proces technologiczny kopania rowu melioracyjnego będzie prowadzony przy użyciu dość powszechnie
stosowanych obecnie frezarek i obejmie następujące etapy:
● kopanie tzw. wstępne, przy wykorzystaniu jednej frezarki
rotacyjnej,
● kopanie właściwe – kształtowanie rowu o określonych wymiarach, przy wykorzystaniu jednej lub dwóch frezarek
ślimakowych, frezujących poszczególne warstwy gleby,
● rozplantowanie urobku na powierzchni terenu sąsiadującego z rowem lub wywiezienie poza obszar robót.
96
a)
400
b)
32°
frez ślimakowy
zgarniak dna
(pług)
00
Założenia technologiczne osprzętu do robót ziemnych
Analizy wykazały, że minimalna głębokość rowów w systemach nawadniająco-odwadniających wynosi 0,6-0,7 m.
Technologia kopania rowu o takiej głębokości sprowadza się
do dwóch etapów. Etap pierwszy polega na kopaniu wstępnym, przy wykorzystaniu frezarki rotacyjnej, wykonującej
wykop na maksymalną głębokość wynikającą z cech funkcjonalnych urządzenia (w tym przypadku 0,55 m). Kąt nachylenia skarpy wynoszący 32° jest wynikiem ustawienia tarcz obróbkowych w frezarce rotacyjnej (rys. 1a). Drugi etap robót
będzie realizowany przy zastosowaniu frezarki ślimakowej
(rys. 1b), która zbiera ostatnie warstwy gruntu przy jednoczesnym wydobywaniu go na powierzchnię rowu. Frezarka
ślimakowa wyposażona zostanie w dołączany tzw. pług, który
umożliwia jednoczesne pogłębianie danego rowu. Zarówno
frezarka ślimakowa jak i frezarka rotacyjna będą zawieszane
od czoła maszyny.
15
W pracy przedstawiono założenia technologiczne maszyny nowej generacji przeznaczonej do mechanizacji robót konserwacyjnych oraz kopania i odbudowy rowów
i kanałów melioracyjnych. W pierwszej części artykułu
omówiono ogólne założenia technologiczne maszyny oraz
osprzęt do koszenia i zagospodarowania roślinności, w części drugiej – osprzęt do robót ziemnych. Konstrukcja wielozadaniowej maszyny jest obecnie opracowywana w Przemysłowym Instytucie Maszyn Rolniczych w Poznaniu,
w ramach projektu Programu Operacyjnego Innowacyjna
Gospodarka na lata 2007-2013, pt.: „Technologia i nowej
generacji urządzenie wielozadaniowe do regeneracyjnego
kształtowania otwartych cieków wodnych” (nr projektu:
WND-POIG.01.03.01-00-165/09, realizowanego w okresie 01.10.2009 – 31.12.2012 roku).
Technologia kopania nowych rowów
nawadniająco-osuszających (głębokość 0,6-0,7 m)
700
frezy
obrotowe
kształtowe
700
Rys. 1. Schematy narzędzi stosowanych do wykonania rowów
płytkich (0,6-0,7 m): a) frezarka rotacyjna kształtowa (trapezowa), b) frezarka ślimakowa
Schemat warstwowego wykonania rowów płytkich przez
frezowanie w kolejnych przejściach maszyny przedstawiono
na rysunku2.
Projektowane schematy technologiczne kopania rowów
nawadniająco-osuszających (głębokość 0,6-0,7 m) przy zastosowaniu maszyny nowej konstrukcji przedstawiono w tabeli 1.
1734
strefa obrabiana
frezem trapezowym
W celu zwiększenia wydajności kopania rowu o większej
szerokości rozważa się możliwość zastosowania dwóch frezarek ślimakowych obrabiających skarpy podczas jednego przejazdu (rys. 4.)
700
32°
strefa obrabiana
frezem ślimakowym
859
Rys. 2. Schemat procesu warstwowego wykonania rowów
nawadniająco–osuszających (głębokości 0,6-0,7 m) w kilku etapach przejazdu maszyny
TABELA 1
Schematy technologiczne wykonania rowów płytkich (0,6-0,7 m)
przy użyciu maszyny nowej konstrukcji
Etap I. Wykonanie rowu frezarką rotacyjną;.
głębokość rowu 0,55 m,.
szerokość dna 0,7 m,.
pełne kopanie: 3 przejazdy
Zagospodarowanie urobku (gruntu)
– rozplantowanie spycharką (maszyna
dodatkowa, typowa) wzdłuż krawędzi
wykopu lub załadunek na środek transportu
i wywóz
700
Technologia kopania nowych rowów
nawadniająco-osuszających (głębokość 1,5-1,7 m)
859
700
Etap II. Pogłębianie rowu przy zastosowaniu
frezarki ślimakowej; druga frezarka
ślimakowa umieszczona na wysięgniku
maszyny rozprowadza wydobytą ziemię
w okolicy rowu,.
głębokość całkowita rowu 0,7 m,.
szerokość dna ok. 0,86 m, .
Rys. 4. Schemat technologiczny wykonania rowów płytkich
(0,6-0,7 m) o zwiększonej szerokości dna, przy użyciu maszyny
nowej konstrukcji z wykorzystaniem dwóch frezarek ślimakowych
859
Cechy funkcjonalne frezarki ślimakowej umożliwiają
kopanie rowów o dowolnie ustalonych szerokościach dna.
Wówczas kopanie polegać będzie na frezowaniu kolejnych
warstw gleby w skarpie rowu (rys. 3). Wymiary uzyskanego
wykopu zależą od liczby przejść roboczych – tu przykładowo
3 przejścia frezem kształtowym trapezowym i 8 przejść frezem ślimakowym. Grubość warstw zależy od kategorii gruntu, co wiąże się z różnym stopniem oporów roboczych.
W zależności od funkcji, rowy melioracyjne w systemach
nawadniająco-odwadniających mogą osiągać głębokość.
1,5-1,7 m i więcej. Należą do nich rowy zbiorcze oraz główne. Głębokość taką mają również rowy stanowiące odbiorniki wody z systemów drenarskich w gruntach ornych. Kopanie rowu o takich głębokościach wymaga prowadzenia robót
w czterech etapach. Dwa pierwsze etapy (I i II) umożliwiają
uzyskanie rowu o głębokości 1,1 m, a pozostałe etapy III i IV
pozwalają pogłębić rów do głębokości 1,7 m. Etapy I i III
wykonania rowu prowadzone są przy wykorzystaniu frezarki
rotacyjnej a etapy II i IV za pomocą frezarki ślimakowej. Dodatkowo, frezarka ślimakowa musi być wyposażona w część
przedłużającą, która umożliwi wydobywanie urobku na powierzchnię terenu (rys. 5).
40
0
3149
2274
Rys. 3. Schemat procesu warstwowego wykonania rowów melioracyjnych (głębokości 0,6-0,7 m) z zastosowaniem frezarki
kształtowej i ślimakowej przy dowolnej szerokości dna
0
21
0
15
0
0
700
32°
700
Rys. 5. Schemat frezarki ślimakowej z dołączoną częścią
przedłużającą (kolor niebieski) do kopania rowów głębokich
(1,5-1,7 m)
97
Na rys. 6 i w tabeli 2 przedstawiono etapy procesu frezowania rowów o głębokości 1,5-1,7 m, z zastosowaniem frezarki ślimakowej. Zamysł technologii opiera się na warstwowym wybieraniu gruntu przez frezarki i jej zagłębianiu do
uzyskania wymaganej rzędnej dna rowu.
3746
550
1124
1674
32°
Technologia kopania nowych rowów melioracyjnych
frezarką ślimakową o różnych nachyleniach skarp
Kopanie rowów melioracyjnych o różnych nachyleniach
skarpy w stosunku do płaszczyzny pionowej jest możliwe
poprzez zmianę położenia kątowego frezarki ślimakowej.
W pierwszym etapie kopania rowu frezarka rotacyjna kształtuje skarpę nachyloną pod stałym i niezmiennym kątem wynoszącym 32°, odpowiednio zgodnym z nachyleniem tarcz
frezujących urządzenia. Drugi etap polega na pogłębieniu
rowu frezarką ślimakową zaopatrzoną w pług. Trzeci etap
jest etapem głównym, gdyż tutaj przeprowadzany jest proces
kształtowania skarpy nachylonej pod określonym kątem. Poszczególne warstwy przeznaczone do frezowania w zależności
od kąta jej pochylenia przedstawia rys. 7.
50°
1643
32°
Pełny proces technologiczny wykonania rowów o głębokości 1,5-1,7 m przy użyciu maszyny nowej konstrukcji
przedstawiono w tabeli 2.
TABELA 2
Schematy technologiczne wykonania rowów (głębokość 1,5-1,7 m)
przy użyciu maszyny nowej konstrukcji
1124
Etap II. Pogłębianie i kształtowanie rowu
przy wykorzystaniu frezarki ślimakowej
– metoda warstwowa, z jednoczesnym
zagospodarowaniem urobku (gruntu) przez
rozplantowanie wzdłuż krawędzi wykopu lub
załadunek na środek transportu i wywóz. Do
przemieszczenia urobku na większą odległość
od krawędzi skarpy można użyć drugą frezarkę ślimakową zamocowaną na wysięgniku
maszyny rozgarniającej.
głębokość rowu do 1,1 m,.
szerokość dna do 2,35 m,.
pełne kopanie: 10 przejazdów
98
1519
Rys. 7. Schemat procesu warstwowego wykonania rowów o różnych
nachyleniach skarp z zastosowaniem frezarki ślimakowej
Technologia kopania nowych rowów melioracyjnych
z zastosowaniem łyżki kopiącej
Etap I. Wykonanie rowu z zastosowaniem
frezarki kształtowej,.
głębokość rowu 0,55 m,.
szerokość dna 0,7 m,.
Nowe rowy melioracyjne można będzie również wykonywać przy zastosowaniu typowej łyżki kopiącej, zamocowanej
na wysięgniku nowo projektowanej maszyny. Podstawowa
zaleta takiego rozwiązania polega na tym, że wydobyty urobek może być bezpośrednio składowany na środek transportu, w celu wywiezienia poza obszar robót.
Proces technologiczny wykonania rowów przy wykorzystaniu łyżki kopiącej w maszynie przedstawiono w tab. 3.
1124
2331
TABELA 3
Schematy technologiczne wykonania rowów przy użyciu maszyny nowej konstrukcji wyposażonej w łyżkę kopiącą
Faza początkowa wykonania wykopu z zastosowaniem łyżki kopiącej. Wydobyty urobek
(grunt) jest przenoszony bezpośrednio na
środek transportu
2331
Faza końcowa wykonania wykopu z zastosowaniem łyżki kopiącej – kształtowanie
skarpy z określonym nachyleniem; łyżka
kopiąca ma mechanizm obrotowy (tzw.
tiltrotator), dzięki któremu może pracować
w różnych położeniach. Dodatkowo przewidziano częściową automatyzację sterowania
manipulatorem
2331
1674
Etap III. W przypadku rowów o głębokości
powyżej 1,1 m kontynuuje się wykonanie
wykopu ponownie frezarką rotacyjną w dnie
wcześniej wykopanego. Urobek jest odkładany na tzw. półce (powstałej w miejscu dna
rowu z poprzedniego etapu II).
Etap IV. Ostateczne pogłębianie i kształtowanie rowu przy wykorzystaniu dwóch
frezarek ślimakowych, jedna frezarka wykonuje wykop i składuje urobek na tzw. półce,
druga frezarka transportuje urobek z półki
na powierzchnię terenu do dalszego zagospodarowania (rozplantowanie lub załadunek na
środek transportu i wywóz).
głębokość rowu do 1,7 m,.
szerokość dna do 1,65 m,.
1124
Rys. 6. Schemat procesu warstwowego wykonania rowów zbiorczych i głównych (głębokość 1,5-1,7 m), z zastosowaniem frezarki ślimakowej
1643
Technologia odbudowy rowów melioracyjnych
Podczas odbudowy zamulonych rowów melioracyjnych roboty można ograniczyć do fragmentu skarpy. Schemat tech-
1124
nologiczny warstwowej odbudowy rowu przez frezowanie
w takiej sytuacji przedstawiono na rys. 9 oraz w tabeli 4.
2115
Rys. 9. Schemat procesu warstwowej regeneracji rowu melioracyjnego z zastosowaniem frezarki ślimakowej
TABELA 4
Schematy technologiczne regeneracji rowów melioracyjnych
bez konieczności odtwarzania skarp
Etap I. Wykonanie rowu z zastosowaniem
frezarki rotacyjnej,.
pełne kopanie: 1 przejazd
W celu zapobiegnięcia ponownego obsunięcia skarpy wykonujemy półkę, przy wykorzystaniu frezarki ślimakowej; materiał (grunt)
wydobyty ze skarpy oraz z dna rowu usypuje
się w przestrzeni objętej ubytkiem
Usypany w półce grunt poddajemy zagęszczeniu warstwami o miąższości ok. 20 cm
2115
W przypadku, gdy istnieje konieczność odtworzenia całej
szerokości skarpy rowu w projektowanej technologii roboty
należy przeprowadzić według schematów przedstawionych
w tabeli 5.
TABELA 5
Schematy technologiczne regeneracji rowów melioracyjnych
z koniecznością odtworzenia całej szerokości skarp
1124
Pełne odtworzenie skarpy wymaga wykonania tzw. półki podtrzymującej, dzięki czemu
ograniczone jest ryzyko obsunięcia się ziemi
po zakończeniu całego procesu
Na wykonaną półkę.
podtrzymującą nanosi się urobek (grunt),
który należy poddać zagęszczeniu warstwami
po ok. 20 cm
TABELA 6
Schematy technologiczne regeneracji profilu poprzecznego
rowów melioracyjnych po oberwaniu (obsunięciu) skarpy
1124
Etap II. Poszerzanie i kształtowanie rowu
przy wykorzystaniu frezarki ślimakowej,
z jednoczesnym zagospodarowaniem urobku (gruntu) przez rozplantowanie wzdłuż
krawędzi wykopu lub załadunek na środek
transportu i wywóz.
Pełne kopanie: 6 przejazdów
Rys. 10. Przykład deformacji przekroju poprzecznego rowu melioracyjnego wskutek oberwania (obsunięcia) skarpy
2115
Regeneracja ubytków w skarpach rowu melioracyjnego
Wskutek oberwania (obsunięcia) skarpy rowu melioracyjnego pojawia się ubytek w jego przekroju poprzecznym
a na dnie zalega obsunięty grunt. W takim przypadku należy jak najszybciej przystąpić do naprawy aby zapobiec powiększaniu się uszkodzenia. Przykład deformacji przekroju
poprzecznego spowodowanego obsunięciem skarpy rowu
przedstawiono na rys. 10, a projektowany proces technologiczny regeneracji takiego profilu przy użyciu nowej maszyny
przedstawiono w tabeli 6.
W przypadku wystąpienia niebezpieczeństwa
ponownego obsunięcia się skarpy należy.
zastosować jeden z technicznych sposobów
umacniania, np. brukowanie
Podsumowanie
Z przeprowadzanych badań, analiz i opracowanych schematów technologicznych wynika, że:
– zaproponowano dwie metody kopania i regeneracji rowów melioracyjnych – przy użyciu łyżki koparkowej
i za pomocą aktywnych frezów (kształtowego freza trapezowego i bocznego freza ślimakowego z lemieszem);
badania wydajności obu metod będą tematem przyszłych badań,
– frezy aktywne mogą być z powodzeniem zastosowane także do operacji odmulania rowu,
– opracowane technologie wykonania nowych rowów mogą
zostać wykorzystane do regeneracji rowów, których stopień zamulenia (ponad 40 cm) wymaga odbudowy inwestycyjnej,
– nowe lub zregenerowane skarpy rowów melioracyjnych
o dużym nachyleniu powinny zostać odpowiednio umocnione,
– dla zapewnienia właściwego spadku dna rowu zaproponowano zastosowanie technologii GPS o dokładności na poziomie pojedynczych centymetrów; obecnie trwają prace
badawcze w tym zakresie,
– przedstawione założenia technologiczne są obecnie weryfikowane na prototypie maszyny pracującej na terenie Spółki Wodnej Melioracji Nizin Obrzańskich.
n
99
WspomnieniA
Prof. dr hab. inż. Mikołaj Nazaruk
(1925-2012)
20 lutego 2012 roku zmarł prof. dr hab. inż.
Mikołaj Nazaruk, wybitny łąkarz, naukowiec, nauczyciel akademicki, wychowawca i społecznik,
członek Kolegium Redakcyjnego Wiadomości
Melioracyjnych i Łąkarskich w latach 1996-2009.
Mikołaj Nazaruk urodził się 29 grudnia
1925 r. we wsi Gradoczno na Białostocczyźnie
w rodzinie chłopskiej. Okres okupacji sowieckiej i niemieckiej spędził w rodzinnej wsi pracując w gospodarstwie rodziców. W listopadzie
1944 r. na ochotnika wstąpił do Wojska Polskiego i ukończył Oficerską Szkołę Piechoty. W październiku 1945 r. został przeniesiony do rezerwy.
Studiował na Wydziale Rolniczym w latach 1947-1952 uzyskując
stopień inż. rolnika i mgr nauk agrotechnicznych w zakresie uprawy łąki
i pastwisk. W roku 1966 uzyskał stopień doktora nauk rolniczych na
Wydziale Rolniczym, a w roku 1980 stopień dr. hab. nauk technicznych na Wydziale Melioracji Wodnych. Zarówno praca doktorska jak
i rozprawa habilitacyjna zostały wyróżnione Nagrodą Ministra Szkolnictwa Wyższego i Nauki. Tytuł profesora nadzwyczajnego nauk rolniczych
otrzymał w 1988 r., a stanowisko profesora zwyczajnego w 1994 r.
Bezpośrednio po ukończeniu studiów podjął pracę w Katedrze Uprawy Łąk i Pastwisk u prof. Jana Grzymały na stanowisku
asystenta. W latach 1955-1965 organizował i kierował Doświadczalnym Polem Łąkarskim w RZD Chylice. Rozwinął tam bardzo
szeroką działalność doświadczalną i wdrożeniową w zakresie efektywności nawodnień łąk na tle zróżnicowanego nawożenia, doboru
komponentów do mieszanek na łąki i pastwiska, możliwości organizacji i prowadzenia intensywnej gospodarki pastwiskowej w rejonie Polski Środkowej. Założenia metodyczne tych doświadczeń
stały się podstawą dla prowadzenia badań w kraju oraz wspólnych
badań w byłych krajach RWPG dotyczących azotowego nawożenia
łąk i pastwisk. W latach 1961-1964 pracował także na pół etatu
w Zakładzie Użytków Zielonych IMUZ.
W 1965 r. przeszedł na Wydział Melioracji Wodnych, do Katedry Przyrodniczych Podstaw Melioracji, kierowanej przez prof.
Prończuka. Poszerzył tam tematykę badawczą o zagadnienia związane z zadaniami Wydziału Melioracji takimi jak: ocenę efektywności
inwestycji melioracyjnej na użytkach zielonych i gruntach ornych,
rolniczego wykorzystania ścieków komunalnych na użytkach zielonych w aspekcie gospodarczym i ochrony środowiska. Poligonem doświadczalnym były łąki i pastwiska w RZD w Puczniewie.
Prowadził także badania terenowe dotyczące oceny biologicznych
umocnień wałów przeciwpowodziowych oraz skarp regulowanych
cieków wodnych, metodyki programowania zmian warunków siedliskowych na terenach przyzbiornikowych. Podsumowaniem Jego
działalności badawczo-wdrożeniowej było koordynowanie w latach
1992-1995 badań i demonstracji dotyczących oceny przydatności
bezuprawowej technologii siewu do odnawiania runi łąk i pastwisk
na glebach organicznych i podatnych na erozję, realizowanych we
współpracy z Uniwersytetem Wisconsin, Fundacją na Rzecz Rozwoju Polskiego Rolnictwa i Akademią Rolniczą w Lublinie.
Dorobek naukowy Profesora obejmuje łącznie ok. 360 opracowań i artykułów, z których 215 to prace opublikowane, w tym 75
prace oryginalne, 9 podręczniki, książki i skrypty. Resztę stanowią
prace popularno-naukowe i wdrożeniowe. Prace niepublikowane to
ekspertyzy, projekty i opracowania naukowe. Wygłosił ponad 100
referatów naukowych w kraju i za granicą.
Dydaktyka była pasją Profesora. Prowadzone przez Niego zajęcia odznaczały się dużym zaangażowaniem, solidnym przygotowa100
niem oraz zdolnością przekonywania słuchaczy.
Miał życzliwy stosunek do młodzieży, ale był
wymagający. Prowadził wykłady i ćwiczenia na
studiach stacjonarnych, zaocznych i podyplomowych z uprawy łąk i pastwisk, podstaw rolnictwa, rolniczego użytkowania terenów zmeliorowanych. Upowszechniał także posiadaną
wiedzę rolniczą poza uczelnią, na wielu kursach
szkoleniowych dla służby melioracyjnej, łąkarskiej, zootechnicznej i in. Był autorem i współautorem licznych podręczników i skryptów.
Z podręczników szczególnie dużym uznaniem
cieszyła się książka „Gospodarka pastwiskowa”
wydana w 1972 i 1976 r. Do masowego szkolenia opracował ulotki
i plakaty, które ukazały się w nakładzie ponad 3 mln. Występował
w programie „Naukowcy rolnikom”. Miał także znaczące osiągnięcia w rozwoju młodej kadry. Był promotorem 64 prac magisterskich
i 2 przewodów doktorskich, oraz autorem licznych recenzji rozpraw
doktorskich i habilitacyjnych, ocen dorobku naukowego w związku
z wnioskiem o nadanie tytułu naukowego profesora.
Pracując w Katedrze Przyrodniczych Podstaw Melioracji oprócz
zajęć dydaktycznych pełnił różne funkcje organizacyjne: opiekuna
grup studenckich, pełnomocnika dziekana ds. praktyk robotniczych, kierownika Studium Podyplomowego w latach 1984-1986.
W latach 1982-1986 był kierownikiem Katedry Przyrodniczych
Podstaw Melioracji, a w latach 1987-1990 prodziekanem Wydziału
Melioracji i Inżynierii Środowiska. Przez 4 kadencje pracował w Komisji Rektorskiej ds. Rolniczych i Leśnych Zakładów SGGW.
Niezależnie od wymienionej działalności związanej z nauką i dydaktyką, poczynając od czasów studenckich, uczestniczył w pracach społecznych funkcjonujących wówczas na uczelni i poza nią organizacji społecznych i politycznych. Miał w tym zakresie wyróżniające osiągnięcia.
Profesor był odznaczony Medalem Zwycięstwa i Wolności
(1945), Krzyżem Kawalerskim Orderu Odrodzenia Polski (1979),
Złotym Krzyżem Zasługi (1973), Medalem Komisji Edukacji Narodowej (1987) oraz innymi odznaczeniami. Za osiągnięcia naukowe i dydaktyczne był trzykrotnie wyróżniony Nagrodami Ministra
oraz wielokrotnie nagrodami Rektora. Za działalność upowszechnieniową był kilkakrotnie honorowany dyplomami, a w 1969 r. nagrodzony został przez PWRiL za najlepsze publikacje roku.
Po przejściu na emeryturę w 1996 roku Profesor nadal uczestniczył w życiu katedry, wydziału, uczelni i interesował się ich sprawami. Działał w Kolegium Redakcyjnym Wiadomości Melioracyjnych
i Łąkarskich, w Zarządzie Koła Kombatantów i osób Represjonowanych przy SGGW i SGH, a także pełnił inne funkcje społeczne.
Całokształt dorobku profesora Mikołaja Nazaruka dowodzi, że
swoje życie spożytkował dobrze, a obrany zawód i wykonywana praca dawały Mu satysfakcję i zadowolenie. Odszedł od nas Człowiek
prawy, uczynny i koleżeński, znany kilku pokoleniom studentów.
W życiu sprawy zawodowe stawiał wyżej ponad osobiste. Był bardzo wymagający, wymagał od innych, a przede wszystkim od siebie.
Odznaczał się właściwą postawą społeczną. Był wybitnym uczonym,
z którego wiedzy korzystali i będą korzystać pracownicy nauki, studenci i praktycy. Takim pozostanie w naszej pamięci.
Uroczystości pogrzebowe Profesora odbyły się 23 lutego 2012 r.
na cmentarzu prawosławnym w Warszawie. Na miejsce spoczynku
odprowadziła Go Rodzina, bardzo liczne grono przyjaciół, współpracowników i wychowanków.
Prof. dr hab. Kazimierz Piekut
Prof. dr hab. Henryk Pawłat
BIURO STUDIÓW I PROJEKTÓW
GOSPODARKI WODNEJ ROLNICTWA
BIPROMEL Sp. z o.o.
Przedmiotem działalności biura jest wykonywanie badań i studiów przedprojektowych
oraz dokumentacji technicznej (projektów budowlanych i wykonawczych) urządzeń i budowli gospodarki wodnej z zachowaniem walorów i ochroną naturalnego środowiska przyrodniczego.
W szczególności biuro świadczy usługi w zakresie projektowania oraz ekspertyz w następujących dziedzinach:
– Projektowania:
•budownictwa wodnego i hydrotechnicznego,
•zabezpieczenia przeciwpowodziowego
(obwałowania rzek i przepompownie),
•zbiorników wodnych i stawów rybnych,
•zapór, jazów i innych budowli wodnych,
•regulacji, renaturyzacji koryt rzecznych,
•urządzeń i budowli melioracyjnych,
•nawodnień i odwodnień użytków rolnych;
– Koncepcji programowo-przestrzennych;
– Operatów wodnoprawnych;
– Raportów oddziaływania na środowisko
obiektów i urządzeń wymienionych wyżej;
– Studiów, ekspertyz technicznych, pomiarów i ocen dotyczących:
•stanu technicznego budowli,
•urządzeń gospodarki wodnej z uwzględnieniem rozwiązań technicznych i ochrony środowiska,
•poszukiwania i dokumentowania wód
podziemnych metodami geofizycznymi,
•wpływu i oddziaływania inwestycji na
środowisko przyrodnicze (oceny, prognozy i raporty),
•dokumentacji geotechnicznych i geologiczno-inżynierskich,
•pomiarów geodezyjnych, sporządzania
map sytuacyjno-wysokościowych, geodezyjnych operatów do wykupu gruntów,
•pomiarów batymetrycznych z przestrzenną interpretacją wyników,
•inwentaryzacji geodezyjnej urządzeń
i budowli wodnych;
– Ocen i ekspertyz stanu technicznego urządzeń i budowli wodnych, a szczególnie wałów przeciwpowodziowych, łącznie z budowlami i zbiorników wodnych.
Zakres realizowanych przez biuro prac projektowych dostosowany jest do wymogów:
• ustawy Prawo budowlane,
• ustawy O szczególnych zasadach przygotowania do realizacji inwestycji w zakresie
budowli przeciwpowodziowych,
• ustawy Prawo wodne,
• ustawy O planowaniu i zagospodarowaniu
przestrzennym,
• norm i przepisów aktualnie obowiązujących
w budownictwie hydrotechnicznym i melioracyjnym.
Biuro współpracuje i wymienia doświadczenia z jednostkami naukowymi, naukowobadawczymi i uczelniami.
Dla projektowanych i wykonywanych inwestycji biuro prowadzi nadzory autorskie i inwestorskie.
Biuro Studiów i Projektów
Gospodarki Wodnej Rolnictwa
„BIPROMEL” Sp. z o.o.
02-237 Warszawa, ul. Instalatorów 9,
tel. 22-846-11-52, fax 22-846-55-78,
e-mail: [email protected]
adres do korespondencji:
02-100 Warszawa 119 skr. poczt. 61

Wydanie nr 2/2012 - Wiadomości Melioracyjne i Łąkarskie

Transkrypt

Podobne dokumenty