Antropogeniczne przyczyny wzrostu zagrożenia

W ostatnich latach obserwuje się coraz częściej występujące powodzie, o coraz gwałtowniejszym przebiegu. Intensyfikacja zjawisk powodziowych spowodowana jest w głównej mierze przez człowieka, jest logicznym następstwem jego działalności. Gospodarka ludzka powodowała i powoduje nadal istotne zmiany w dorzeczach. Zagospodarowanie terenu często zaburza naturalne kierunki spływu wód opadowych. Zmiany sposobu użytkowania ziemi polegające na zastępowaniu lasów gruntami ornymi, łąkami czy pastwiskami prowadzą do zaburzenia obiegu wody, a także do przyspieszenia przenoszenie produktów wietrzenia gleb do doliny rzecznej. Następuje przyspieszenie spływu powierzchniowego wód opadowych i roztopowych. Nasilenie rolniczego użytkowania ziemi zazwyczaj potęguje proces wietrzenia skał, zależy to jednak od rodzaju i sposobu upraw. Eksperymenty polowe pozwoliły stwierdzić, że np. na polach zajętych pod uprawy ziemniaków erozja gleby jest od kilku do kilkudziesięciu razy większa niż na polach zajętych pod uprawę zbóż czy użytków zielonych.

Jednym z czynników sprzyjających występowaniu powodzi jest nieprawidłowo prowadzona melioracja odwadniająca. Odbudowa zastawek, zainstalowanie na systemach drenarskich urządzeń regulujących odpływ wody oraz budowa zbiorników małej retencji w końcowym przekroju systemu melioracyjnego (przed ujściem do rzeki) umożliwiłyby znaczne zwiększenie retencji gruntowej i powierzchniowej. Ważne jest, aby zrezygnować z melioracji torfowisk, bowiem mokradła zatrzymują wodę w porach gleby i na powierzchni torfowiska, co powoduje ograniczenie jej odpływu ze zlewni i racjonalne rozdysponowanie wody w czasie. W przeszłości w wyniku prac melioracyjnych nastąpiło osuszenie wielu bagien, w wyniku czego znacznie zmniejszyła się w dolinach rzek ilość obszarów podmokłych. Zlikwidowano także wiele stawów rybnych, które pełniły funkcję zbiorników małej retencji. Wszystko to przyczyniło się do zmniejszenia zdolności retencyjnej dorzecza, a w konsekwencji doprowadziło do wzrostu zagrożenia powodziowego, które dodatkowo potęgowane jest intensyfikacją procesów urbanizacyjnych.

W drugiej połowie XX wieku nastąpił intensywny rozwój budownictwa przemysłowego i mieszkaniowego. Budowa i rozbudowa osiedli, dróg, parkingów i innych elementów infrastruktury wiąże się z pokrywaniem dużych fragmentów terenu betonem i asfaltem. Zmiany użytkowania ziemi na przykładzie miasta Sosnowiec przedstawiono w tabeli 1. Zamieszczone dane zaprezentowano graficznie na rysunku1.

 

Tabela 1. Zmiany użytkowania ziemi na obszarze miasta Sosnowiec w latach 1783-1985, [Nachlik E., Ekspertyza hydrotechniczna gminy Sosnowiec dla potrzeb studium uwarunkowań i kierunków zagospodarowania przestrzennego, raport, Kraków 1999]

Rok

Lasy

Łąki i pastwi-ska

Grunty orne

Tereny zabudo-wane

Tereny przmy-słowe

Tereny komuni-kacyjne

Nie-użyt-ki

Parki

Wody

powierzchnia w km2

1783

 37,6

12,5

34,7

1,1

1,8

0,05

0,4

1856

33,2

13,0

39,7

1,5

0,3

2,3

0,07

0,2

0,6

1891

28,5

11,5

38,3

2,4

1,5

5,1

2,1

0,9

0,6

1955

19,5

10,2

25,1

13,5

5,3

9,3

5,0

2,3

0,8

1985

14,2

7,0

17,9

20,3

7,1

10,4

9,2

3,9

1.0

a)

b)

c)

Rys.1. Zmiany użytkowania ziemi na terenie Sosnowca wg danych ujętych w tabeli 1

Skutkiem tych działań jest zwiększenie obszaru powierzchni uszczelnionych, co powoduje znaczne ograniczenie możliwości wchłaniania wody opadowej przez glebę oraz przyspieszenie jej spływu powierzchniowego (rys.2). W efekcie, podczas intensywnych opadów duża część wody trafia w szybkim tempie bezpośrednio lub poprzez kanalizację do rzeki, powodując nagłe jej wezbranie. Powodzie zdarzają się częściej, zmianie ulega hydrogram fali powodziowej, następuje zwiększenie kulminacji przepływów i jednocześnie skrócenie czasu trwania fali powodziowej.

  teren zurbanizowany

teren rolniczy

Rys.2. Obieg wody na terenie rolniczym i zurbanizowanym

 

Wpływ uszczelnienia terenu na intensyfikację zjawisk powodziowych obrazuje przykład północno-zachodniej części Niemiec na obszarze dorzecza rzeki Ems, wpadającej do Morza Północnego. Na terenie tym, po roku 1950 uszczelniono dwa razy więcej powierzchni niż w całej wcześniejszej historii zasiedlenia tego obszaru. Na tym gęsto zamieszkałym obszarze obserwuje się w ostatnich latach gwałtownie wzrastający w rzece Ems przepływ wód wysokich: w latach 80-tych odnotowano aż sześć groźnych powodzi, podczas gdy w latach 50-tych zaobserwowano tylko jedną powódź o niskim przepływie szczytowym (rys.3)[ Geiger W. Dreiseitl H. Nowe sposoby odprowadzania wód deszczowych, Oficyna Wydawnicza Projprzem-EKO, Bydgoszcz 1999].

Rys.3. Przebieg fal wysokich wód na obszarze zlewni rzeki Ems

Wzrost stopnia uszczelnienia podłoża powoduje także zmniejszenie zasilania wód gruntowych, a w konsekwencji obniżenie ich poziomu. Utrzymujący się niski stan wód gruntowych prowadzi do podsychania, a następnie zamierania roślin, których korzenie zostają pozbawione źródła wody, co może doprowadzić do pustynnienia i stepowienia wielu obszarów.

Uszczelnienie powierzchni terenów zurbanizowanych, wywołując szybki spływ dużej ilości wód opadowych, powoduje podtapianie ulic, piwnic i innych obiektów. Ma to miejsce szczególnie często na obszarach, na których nie ma kanalizacji ogólnospławnej czy deszczowej, choć podtopienia zdarzają się również na terenach, gdzie istnieje sieć kanalizacyjna. Spowodowane są one przez deszcze o natężeniu przekraczającym natężenie deszczu miarodajnego, według którego wymiarowana jest kanalizacja. Natężenie deszczu miarodajnego wyznaczane jest w zależności od częstotliwości i czasu trwania opadu. Wybór odpowiedniej częstotliwości deszczu miarodajnego jest bardzo istotny przy projektowaniu sieci kanalizacyjnych. Koszt budowy sieci jest tym większy im mniejsza jest przyjmowana przy projektowaniu sieci kanalizacyjnej częstotliwość deszczu miarodajnego. Przy określaniu częstotliwości opadu uwzględnia się rodzaj zabudowy i odpowiadającą mu dopuszczalną częstotliwość podtopień. Zależność między rodzajem zabudowy, częstotliwością podtopień i częstotliwością deszczu miarodajnego przedstawiono w tabeli 2.

Tabela 2. Częstotliwości deszczu miarodajnego i podtopień przyjmowane dla różnego rodzaju zabudowy, [Geiger W. Dreiseitl H., Nowe sposoby odprowadzania wód deszczowych, Oficyna Wydawnicza Projprzem-EKO, Bydgoszcz 1999]

Rodzaj zabudowy

Częstotliwość podtopień

Częstotliwość deszczu miarodajnego

Tereny wiejskie

raz na 10 lat

raz na rok

Tereny mieszkaniowe

raz na 20 lat

raz na 2 lata

Śródmieścia, tereny przemysłowe i usługowe

 

 

a) przy sprawdzaniu podtopienia

raz na 30 lat

raz na 2 lata

b) bez sprawdzania podtopienia

 

raz na 5 lat

Podziemne obiekty komunikacyjne i skrzyżowania poniżej tereny

raz na 50 lat

raz na 10 lat

 

W przypadku wystąpienia deszczu miarodajnego, na który był projektowany dany system kanalizacyjny, nie powinny występować jego przeciążenia. W praktyce jednak często dokonuje się podłączeń nowych osiedli do istniejącej sieci kanalizacyjnej, co powoduje jej przepełnienie w czasie intensywnych spływów wód deszczowych.

W ostatnich czasach zaobserwowano wzrost emisji gazów tzw. cieplarnianych uwalnianych do atmosfery w wyniku działalności człowieka. W wielkich miastach przemysłowych stężenie CO2 w atmosferze osiąga niekiedy 0,05-0,07 %, przy dopuszczalnym 0,03 %. Dwutlenek węgla jest ubocznym produktem spalania drewna i paliw kopalnych : węgla, ropy naftowej i gazu ziemnego. Uzależnienie cywilizacyjne od tych paliw, jako podstawowego źródła energii, spowodowało wzrost ilości CO2 emitowanego do atmosfery. Ogromne ilości tego gazu powstają także przy pożarach lasów. Efektem spalania paliw jest również emisja dwutlenku siarki. Spaliny samochodowe zawierają także tlenek azotu. Duży wpływ na wahania temperatury i ilości atmosferycznego dwutlenku węgla mają także wulkany, których aktywność po 1963 roku znacznie wzrosła. Ze względu na swoje właściwości fizykochemiczne gazy cieplarniane oddziaływują na bilans energetyczny układu ziemia-atmosfera. Przy wzroście koncentracji tych gazów w atmosferze, rośnie temperatura powietrza. Ocieplenia klimatu powoduje zwiększenie w skali globalnej zawartości pary wodnej w atmosferze, a zatem i ilości opadów. Jednocześnie widoczna jest zmiana struktury opadów - przeważają deszcze ulewne. Okresy długotrwałych susz są przerywane okresami gwałtownych ulew, co sprzyja intensyfikacji erozji gleby, powodziom oraz zamulaniu zbiorników i koryt rzecznych.

Wielkie rzeki zawsze były stymulatorami rozwoju ludzkości; w ich dolinach powstawały najstarsze cywilizacje. Początkowo osady ludzkie zabezpieczano przed powodzią niskimi wałami, które spełniały swoje zadanie, gdyż rzeka miała dość miejsca, aby rozlać nadmiar niesionej wody. Tak też chroniono część pól uprawnych na żyznych obszarach wzdłuż rzek i przy ich ujściach. W Polsce pierwsze projekty obwałowania rzek dorzecza górnej Wisły wykonano z końcem ubiegłego stulecia, dostosowując wzniesienie korony wałów do poziomu zwierciadła wielkiej wody, zarejestrowanego w czasie katastrofalnej powodzi w 1813 roku [Dynowska I., Maciejewski M., Dorzecze górnej Wisły, opracowanie PWN Warszawa-Kraków, 1991]. Z biegiem lat, chcąc zagospodarować jak największą część doliny oraz pozyskać obszary pod rolnictwo i osadnictwo, zaczęto budować wały zbyt blisko koryta rzeki. Obwałowanie odcinka rzeki chroni – w pewnych granicach - tereny do niego przyległe, z drugiej jednak strony, poprzez zmniejszenie retencji dolinowej oraz zmniejszenie przepustowości obwałowanego koryta, powoduje wzrost maksymalnego poziomu fali powodziowej i przyspieszenie jej przebiegu. W rezultacie, przy wielu wezbraniach woda przerywała wały lub przelewała się nad nimi. Budowano zatem wyższe wały, ale i te nie dawały pewnej ochrony, gdyż przyspieszenie odpływu wód w górnej części zlewni powodowało często wzrost wysokości fal powodziowych na rzece w niższych partiach dorzecza. Należy dodać, że groźne jest również długie utrzymywanie się wysokiego poziomu wody w międzywalu. Wewnętrzna, nasiąknięta strona wałów staje się miękka, co może spowodować osunięcie się zewnętrznej, suchej części wałów i utworzenie wyrwy otwierającej drogę wezbranej wodzie. W samej Małopolsce liczba osuwisk w czasie powodzi w 2001 roku przekroczyła 1600 [Stan obecny i planowanie rozwoju gospodarki wodnej w dorzeczu górnej Wisły, RZGW Kraków, Inst. Inżyn. i Gospod. Wodnej Politechniki Krakowskiej, 2001]. Budowa wałów i regulacja rzek należały do skutecznych metod ochrony przeciwpowodziowej w czasach, gdy stosowano je z umiarem i na niewielkich obszarach. Współcześnie, przy masowym zastosowaniu, paradoksalnie powodują one często zwiększenie zagrożenia powodziowego.

W celu zwiększenia zabezpieczenia przed powodzią oraz gromadzenia wody na potrzeby ludności, rolnictwa, przemysłu itp., budowane są zaporowe zbiorniki retencyjne. Zbiorniki te powstają przez usytuowanie w dolinie rzeki zapory powodującej spiętrzenie wody na obszarze leżącym powyżej tej sztucznej bariery.

Praktyka pokazała, że zbiorniki retencyjne oraz wały przeciwpowodziowe chronią tereny zurbanizowane w dolinie tylko przed małymi i średnimi wezbraniami. W przypadku dużych wezbrań następuje zalanie terenów zawala, co często powoduje olbrzymie straty. Fakty dowodzą, że im większe są techniczne zabezpieczenia przeciwpowodziowe, tzn. im wyższe są wały, bardziej uregulowana rzeka i więcej zbiorników tym tragiczniejsze skutki przynoszą powodzie. Techniczna zabudowa rzek obraca się przeciwko człowiekowi, nie daje mu spodziewanych efektów i nie zapewnia bezpieczeństwa.

Budowa stopni wodnych, zbiorników na rzekach i innych zabezpieczeń technicznych przed powodzią może także niekorzystnie oddziaływać na koryto rzeczne powodując nasilenie procesów erozji na odcinkach nieuregulowanych, a także bardzo wyraźne procesy abrazji wysokich brzegów.

Katastrofalne dla człowieka skutki powodzi wynikają także z braku długofalowej koncepcji zagospodarowania dorzeczy oraz sprawnych mechanizmów, wymuszających właściwe podejście do zagospodarowania przestrzennego.

Panuje błędne przekonanie, że zbiorniki zaporowe, obwałowania i uregulowanie rzek zapewniają całkowite bezpieczeństwo terenom dolinowym. W rezultacie, przy istnieniu budowli ochronnych tereny zawala, nawet te leżące w depresji w stosunku do rzeki, są traktowane jako bezpieczne tereny budowlane, a człowiek zakładając tu swoje osiedla, lokalizując zakłady przemysłowe i pola uprawne, podejmuje ryzyko i naraża się na straty będące następstwem mogących wystąpić powodzi. Z powyższych rozważań wynika odpowiedź na pytanie, dlaczego mimo wzrostu nakładów na ochronę przed powodziami, systematycznie rosną straty przez nie powodowane.

 


tekst pochodzi z pracy doktorskiej pt. „Skuteczność działania zielonego dachu jako obiektu służącego retencji wód deszczowych na obszarach zurbanizowanych” autorstwa E.Drożdżal, Politechnika Krakowska, Kraków 2004.