OCHRONA PRZED POWODZIĄ Wezbranie – każdy znaczny wzrost

OCHRONA PRZED POWODZIĄ
Wezbranie – każdy znaczny wzrost stanów wody w ciekach i jeziorach wywołany:
• zwiększonym zasilaniem naturalnym:
• opady deszczu
• tajanie śniegu
• zahamowaniem odpływu przez:
• zatory lodowe lub śryżowe
• silny wiatr
Powódź – na tyle duże wezbranie, że woda występując z koryta głównego rzeki, zalewa tereny
nadbrzeżne (doliny rzek) powoduje straty gospodarcze, społeczne i moralne.
• Wezbranie jest zjawiskiem przyrodniczym
• Powódź jest zarówno zjawiskiem przyrodniczym jak i gospodarczym
• Każda powódź jest wezbraniem, ale nie każde wezbranie jest powodzią
Klasyfikacja powodzi
Ze względu na genezę wezbrania i powodzie dzielimy na:
1. Spowodowane czynnikami naturalnymi:
•
Opadowe - wywołane deszczami
•
Zatorowe (Zimowe)
•
Roztopowe – wywołane gwałtownym tajaniem śniegu
•
Sztormowe – wywołane wiatrem wiejący od morza i powodującym podniesienie się
poziomu wody w ujściowych odcinkach rzek
2. Spowodowane uszkodzeniem lub całkowitym zniszczeniem ochronnych budowli hydrotechnicznych
(zapór, wałów i in. obiektów).
W zlewniach górskich i podgórskich dominują wezbrania opadowe – występują często i mają
gwałtowny przebieg. Podobny charakter wezbrań, spowodowanych deszczami nawalnymi (tzw.
oberwaniem chmury), występuje również w niewielkich zlewniach intensywnie zabudowanych na
pozostałym obszarze kraju.
W dużych zlewniach na terenach nizinnych dominują wezbrania roztopowe. Są one znacznie większe
od wezbrań opadowych i mają długotrwały przebieg – trwają nawet do 2 miesięcy.
Wezbrania sztormowe występują na ujściowych do morza odcinkach rzek w wyniku sztormów na
Bałtyku i zalewach.
Powodzie zimowe charakteryzują się punktowym występowaniem i na ogół niewielkim zasięgiem.
Mogą występować zarówno na rzekach górskich jak i nizinnych z tym, że najczęściej występują na
dużych rzekach nizinnych. Warunki sprzyjające zatorom: • duża krętość rzeki (rzeki meandrujące),
• morfologia koryta – występowanie odsypisk, wysp, bocznych odgałęzień koryta (rzeki roztokowe),
• zwężone przekroje mostowe, • górne odcinki zbiorników zaporowych, gdzie następuje nagłe
zmniejszenie prędkości przepływu (spływu lodu).
Przepływy maksymalne
W ochronie przeciwpowodziowej i hydrotechnice przepływy maksymalne przyjmowane są jako
wartości o określonym prawdopodobieństwie wystąpienia.
Do wyznaczenia tych przepływów konieczny jest zbiór wartości maksymalnych, obserwowanych w
danym roku i w określonym przekroju wodowskazowym.
Przykład:
Rzeka Wisła – przekrój wodowskazowy Nadwilanówka
W latach 1951 – 1990 wielkości przepływów maksymalnych rocznych wynosiły:
3
3
• od 1080 m /s do 5650 m /s
3
• średnio 2690 m /s
Maksymalne roczne przepływy prawdopodobne
Rzeka Wisła – przekrój wodowskazowy Nadwilanówka
Prawdopodobieństwo
wystąpienia
p (%)
1
2
5
10
25
50
Okres powtarzalności
(lata)
Natężenie przepływu
3
Qmax (m /s)
100
50
20
10
4
2
7400
6670
5670
4890
3800
2800
Przepływ maksymalny o prawdopodobieństwie p = 1 % oznacza, że statystycznie takie natężenie
przepływu może pojawić się w danym przekroju 1 raz na 100 lat (lub w odstępie 100 lat) Stąd często
używana nazwa – przepływ wody stuletniej.
Na podstawie maksymalnych rocznych przepływów prawdopodobnych określa się:
• granice obszaru zagrożonego w dolinach rzek – na podstawie przepływu wody stuletniej
(p=1%).
• maksymalną przepustowość koryta głównego rzeki - p = 10 ÷ 50% (w proj. regulacji rzeki),
• przepustowości budowli wodnych (jazów, przelewów, mostów itp.) oraz koryta wód wielkich i
wysokości wałów przeciwpowodziowych - p = 3 ÷ 0,1 %
Wartość prawdopodobieństwa dla w/w celów obliczeniowych zależy od klasy budowli, czyli jej
ważności ze względu na charakter i użytkowanie doliny oraz jej zagospodarowanie.
Klasyfikacja wezbrań
Wielkość wezbrania
Kryterium
Zwyczajne
Qmax ≤ (SQ + Q50%)/2
Małe
(SQ + Q50%)/2 < Qmax ≤ Q50%
Średnio wielkie
Q50% < Qmax ≤ Q10%
Wielkie
Q10% < Qmax ≤ Q5%
Katastrofalne
Q5% < Qmax
SQ – średnie roczne natężenie przepływu
Najczęściej powodzie występują w czasie wezbrań średnio wielkich, wielkich i katastrofalnych. Zwykle
wielkość powodzi i wywołanych nią strat zależy od wielkości wezbrania – im większe tym większą
może spowodować powódź.
Wyznaczanie granic obszaru zagrożonego w dolinach rzecznych
Całkowita powierzchnia zagrożonych powodziami dolin rzecznych stanowi ok. 7 % powierzchni Polski
– jest to obszar leżący w granicy zalewu wodą o prawdopodobieństwie p = 1 % (woda stuletnia).
Sposób zagospodarowania poszczególnych stref zagrożenia powodziowego w dolinach rzecznych w
celu zmniejszenia strat powodziowych
Strefa zagrożenia
Dolina
(wg powyższego
Rzeki nieobwałowanej
Rzeki obwałowanej
schematuu)
a - małego zagrożenia
– zakaz lokalizacji budynków
– dopuszcza się uprawy rolne
mieszkalnych i gospodarczych
– dopuszcza się lokalizację
oraz zakładów przemysłowych
terenów rekreacyjnych
– dopuszcza się uprawy rolne
b - średniego
zagrożenia
– użytki zielone
– dopuszcza się uprawy rolne
– użytki zielone
– dopuszcza się lokalizację
terenów rekreacyjnych jeżeli nie
będą utrudniały przepływu wód
wielkich
c - dużego zagrożenia
– użytki zielone
– użytki zielone
Dopuszczalność i ograniczenia w lokalizacji obiektów na terenach zalewowych
wg wymagań niemieckich
Obszar nieprzepływowy
Obiekty
Obszar przepływowy
(zastoiskowy)
Drzewa
Gatunki i rozmieszczenie
Dozwolone bez ograniczeń
wymagają zatwierdzenia
Drogi, linie kolejowe
Dozwolone, jeżeli
Dozwolone bez ograniczeń
zminimalizowana jest
koncentracja przepływu
Budynki gospodarcze i
Niedozwolone za wyjątkiem
Dozwolone pod warunkiem
przemysłowe
niewielkich konstrukcji (np.
spełnienia określonych wymagań
małych pompowni)
(podane niżej)
Budynki mieszkalne
Niedozwolone
Dozwolone pod warunkiem
spełnienia określonych wymagań
(podane niżej)
Warunki lokalizacyjne dla budynków określa się na podstawie rzędnej zwierciadła wody przy
przepływie Qp = 1% :
o bezpieczne wzniesienie - minimum 0,3 m powyżej rzędnej zw. wody
o bezpieczna odległość - minimum 10 m od granicy zalewu
Wielkość ryzyka powodzi
(wg Mioduszewskiego 2005, z niewielkimi zmianami)
Kategoria
Opis
I
Bardzo wysokie – zagrożenie życia,
zniszczenia budynków mieszkalnych i
gospodarczych oraz obiektów infrastruktury
II
Umiarkowane – straty głównie w rolnictwie
i obiektach infrastruktury
III
Niskie – niewielkie straty ekonomiczne,
miejscowe uszkodzenia obiektów
infrastruktury
Występowanie
Obwałowane rzeki w miastach i terenach
zamieszkanych, zabudowane doliny
pozbawione ochrony
Doliny chronione lub doliny pozbawione
ochrony użytkowane rolniczo, brak
zabudowy mieszkaniowej i gospodarczej
Pozbawione ochrony doliny rzeczne pokryte
roślinnością (lasy, mokradła, użytki zielone),
obiekty infrastruktury o znaczeniu lokalnym
Z powyższej tabeli wynika, że wielkość ryzyka powodzi zależy od rodzaju użytkowania doliny, stopnia
jej zagospodarowania i zabudowy, a także od tego czy jest dolina chroniona wałami czy też nie.
Pomimo istniejących obwałowań ryzyko powodzi na obszarze chronionym jest wysokie, ponieważ
wały nie dają 100% bezpieczeństwa – może się np. zdarzyć takie wezbranie, w którym przepływy
będą większe od wartości projektowych, albo wał zostanie zniszczony w wyniku rozmycie podłoża
lub korpusu, osiadania itp.
Straty powodziowe
Straty powodziowe dzielimy na:
• bezpośrednie (ekonomiczne), które są wyrażane:
o w jednostkach fizycznych – jako tzw. szkody powodziowe, np. powierzchnia zalana w
2
km lub ha, ilość w sztukach: zniszczonych budynków, mostów, długość w km:
zniszczonych brzegów rzek, wałów, dróg, linii kolejowych, energetycznych itp.;
o w złotych - jako tzw. wartość odtworzeniowa, czyli kwota potrzebna do odbudowy
zniszczonych obiektów i usunięcia szkód.
• pośrednie (pozaekonomiczne) – trudno je określić w złotych:
o straty społeczne – ofiary śmiertelne, utrata zdrowie lęk i niepewność mieszkańców
terenów dotkniętych powodzią,
zahamowanie rozwoju społeczno-gospodarczego na terenach dotkniętych powodzią,
o pośrednie skutki powodzi na terenach przyległych – np. przerwy w dostawie wody,
energii, utrudnienia komunikacyjne, ograniczenie produkcji i usług.
Struktura strat spowodowanych klęskami żywiołowymi na świecie w latach 1963 - 1992
Rodzaj zagrożenia
Przyczyny
Rozkład zagrożenia
Ofiary śmiertelne
powstawania strat w %
w%
w%
Powodzie
32
32
26
Cyklony (huragany)
30
20
19
Susze
22
33
3
Trzęsienia ziemi
10
4
13
Inne klęski
6
11
39
Suma
100
100
100
Średnioroczne straty powodziowe w Polsce w okresach wieloletnich (GUS)
Okres
Straty w mln zł
1958 - 1967
1968 - 1979
1980 - 1990
1991 – 1998
w roku 1997
1999 - 2004
368
489
549
2 274
7 873
883
Podobne tendencje systematycznego wzrostu strat występują we wszystkich państwach na świecie.
W państwach najbogatszych straty gospodarcze są proporcjonalnie większe niż w państwach
biednych – pozbawionych systemów ochrony przed powodzią lub z niepełnym systemem.
Jest to efekt tzw. „błędnego koła” w ochronie przed powodzią – wyjaśnia to schemat pokazany niżej.
Schemat powiązań: zagrożenia – straty – systemy ochrony przed powodzią
: Przyczyny wzrostu ryzyka powodzi i strat nimi wywołanych
1. Wzrost liczby ludności i rozwój osadnictwa
- zmiany użytkowania terenu powodujące zmniejszenie retencyjności zlewni (urbanizacja,
wylesianie, przekształcenia naturalnych terenów zalewowych)
- zmiany warunków odpływu wód opadowych i roztopowych – wzrost odpływu powierzchniowego
z jednoczesnym zmniejszeniem się odpływu gruntowego;
2. Wzrost dobrobytu i związany z tym wzrost inwestycji i rozwój społeczno-gospodarczy na terenach
potencjalnie zagrożonych.
3. Ocieplenie klimatu i związany z tym:
- wzrost pojemności wodnej atmosfery i wzrost intensywności opadów,
- zmiany układów cyrkulacji mas powietrza i sezonów klimatycznych.
Środki ochrony przed powodzią
1. Organizacyjno-administracyjne:
• Działanie Komitetów Przeciwpowodziowych (organizacja, kompetencje, sprawność
działania, mapy obszarów zagrożonych, plany ewakuacji itp.)
o Główny KPP – przewodniczy Minister Środowiska
o Wojewódzki KPP – wojewoda
o Powiatowy KPP – starosta
o Gminny KPP – wójt
• Działanie Centrum Antykryzysowego – na szczeblu krajowym i województwach –
zarządzanie i koordynacja działań ratowniczych Straży Pożarnej, Policji, Wojska;
• System Monitoringu i Osłony Kraju (w ramach działalności IMGW (Inst. Meteorologii i
Gosp. Wodnej) – sieć obserwacyjna, prognozowanie i ostrzeganie przed ekstremalnymi
zjawiskami pogodowymi;
• Nakazy i zakazy wynikające z Prawa Wodnego oraz innych przepisów dotyczących:
o zagospodarowania i utrzymania terenów zagrożonych powodziami – dolin
rzek, koryt wód wielkich na odcinkach obwałowanych
o eksploatacji, utrzymania i kontroli obiektów gospodarki wodnej
o zagospodarowania terenów zagrożonych (Miejscowe Plany
Zagospodarowania Terenu)
• Edukacja ludności terenów zagrożonych
2. Ekonomiczne:
• ubezpieczenia i wynikające z nich odszkodowania,
• podatki (ulgi podatkowe dla terenów zagrożonych)
• kary pieniężne za nieprzestrzeganie przepisów
3. Techniczne:
• środki ochrony czynnej - których celem jest zwiększenie ilości retencjonowanej wody i tym
samym hamowanie odpływu, co powoduje zmniejszanie wielkości przepływów wód wielkich i
wysokości fal wezbraniowych. Do środków ochrony czynnej zaliczamy:
o poldery
o suche zbiorniki
o wielozadaniowe zbiorniki retencyjne
o obiekty małej retencji
o retencyjne przysposobienie zlewni
•
środki ochrony biernej – których celem jest ograniczenie częstotliwości występowania i
skutków powodzi (wpływają na „bezpieczne” przeprowadzenie wód wielkich):
o wały przeciwpowodziowe
o regulacja rzek
o kanały ulgi
o osłona hydrometeorologiczna
o prognozy
Wały przeciwpowodziowe:
o wały tzw. „zimowe” – chronią przed wezbraniami (powodziami) roztopowymi i opadowymi, są
projektowane na przepływy maksymalne roczne
o wały tzw. „letnie” chronią przed wezbraniami (powodziami) opadowymi występującymi w lecie
– są to wały niższe od zimowych i leżące najbliżej rzeki – są stosowane tylko do ochrony
użytków zielonych.
Zalety:
• stosunkowo prosta konstrukcja i niskie koszty wykonania (?)
• bezpośrednia skuteczność (?)
• łatwość włączenia do kompleksu urządzeń wodno – gospodarczych
Wady:
• utrudniona regulacja stosunków wodnych na obszarze doliny odciętym wałami,
• zwężenie koryta wód wielkich
podniesienie poziomu wody
wzrost prędkości
erozja koryta głównego,
• przy zarośniętym międzywalu
akumulacja rumowiska unoszonego
zmniejszenie
powierzchni przekroju
zmniejszenie przepustowości międzywala,
• odcięta retencja dolinowa
wzrost prędkości przemieszczania się fali wezbraniowej
wzrost zagrożenia dla niżej leżących terenów,
• odcięcie siedlisk dolinowych od rzeki
zanikanie mokradeł, zarastanie starorzeczy i oczek
wodnych,
• zmiana użytkowania doliny poza wałami: użytki zielone
grunty orne, urbanizacja doliny,
• wzbudzanie fałszywego poczucia bezpieczeństwa.
Aktualne problemy ochrony przed powodzią – podsumowanie i wnioski
•
•
•
•
•
•
•
•
Zmiany w środowisku naturalnym mają istotny wpływ na ryzyko i podatność na powodzie. Zmiany
te w większości są negatywne i zauważalne w każdej skali – globu, kraju, regionu a także lokalnie
Istotnym czynnikiem zmian jest wzrost liczby ludności, powodujący rozwój osadnictwa i
gospodarki oraz zmiany użytkowania terenu zlewni.
Treny zagrożone, obecnie intensywnie zagospodarowane wymagają coraz skuteczniejszej
ochrony.
Programy rozwoju gospodarczego i użytkowania terenu powinny być dostosowanie do
potencjalnego zagrożenia powodziowego:
o konieczne jest wyznaczanie granic obszarów zagrożenia w dolinach rzecznych,
o w planach zagospodarowania przestrzennego należy uwzględniać ograniczenia w
użytkowaniu i zabudowie terenów zalewowych.
Ochrona przed powodzią wymaga kompleksowych rozwiązań i powinna obejmować zespół
różnorodnych i wzajemnie powiązanych działań technicznych, ekonomicznych i
administracyjnych.
W działaniach tych należy uwzględniać wymagania ochrony środowiska i rozwoju
zrównoważonego.
Jako priorytetowe należy uznać działania wpływające na wzrost retencji w zlewni:
o renaturyzacja rzek i dolin,
o budowa polderów, suchych zbiorników oraz obiektów małej retencji,
o retencyjne przysposobienie zlewni.
Istniejące obiekty wymagają racjonalnej modernizacji w celu poprawy ich funkcjonowania.