1

OCENA ZAGROśENIA POWODZIOWEGO

Podstawy prawne PoniŜej przytoczono wybrane zapisy prawne, istotne z punktu widzenia problemu oceny zagroŜenia powodziowego (najwaŜniejsze wytłuszczono) oraz opatrzono je komentarzem, zamieszczonym w przypisach.

Ustawa Prawo wodne

Art. 79.

1. ...

2. Dla potrzeb planowania ochrony przed powodzią dyrektor regionalnego zarządu gospodarki wodnej (RZGW) sporządza studium ochrony przeciwpowodziowej, ustalające granice zasięgu wód powodziowych o określonym prawdopodobieństwie występowania oraz kierunki ochrony przed powodzią, w którym w zaleŜności od sposobu zagospodarowania terenu oraz ukształtowania terasów zalewowych, terenów depresyjnych i bezodpływowych, dokonuje podziału obszarów na:

1) obszary wymagające ochrony przed zalaniem z uwagi na ich zagospodarowanie, wartość gospodarczą lub kulturową1

2) obszary słuŜące przepuszczeniu wód powodziowych, zwane dalej „obszarami bezpośredniego zagroŜenia powodzią”

3) obszary potencjalnego zagroŜenia powodzią.

Art. 80a. Tereny o szczególnym znaczeniu społecznym, gospodarczym lub kulturowym powinny być chronione przed zalaniem wodami o prawdopodobieństwie co najmniej raz na 200 lat2.

Art. 82. 1. Obszary bezpośredniego zagroŜenia powodzią obejmują:

1) tereny między linią brzegu rzeki a wałem przeciwpowodziowym lub naturalnym wysokim brzegiem, w który wbudowano trasę wału przeciwpowodziowego, a takŜe wyspy i przymuliska,

2) obszar pasa nadbrzeŜnego w rozumieniu ustawy o obszarach morskich RP i administracji morskiej

3) strefę przepływów wezbrań powodziowych określoną w planie zagospodarowania przestrzennego na podstawie studium, o którym mowa w art. 79 ust.2 punkt 2)

Art. 83. 1. Obszary potencjalnego zagroŜenia powodzią, obejmują tereny naraŜone na zalanie w przypadku:

1) przelania się wód przez koronę wału przeciwpowodziowego,

2) zniszczenia lub uszkodzenia wałów przeciwpowodziowych,

3) zniszczenia lub uszkodzenia budowli piętrzących albo budowli ochronnych pasa technicznego.

Art. 84. Obszary, o których mowa w art. 79 ust. 2, uwzględnia się przy sporządzaniu planu zagospodarowania przestrzennego województwa, studium uwarunkowań i kierunków zagospodarowania przestrzennego gminy, miejscowego planu zagospodarowania przestrzennego oraz decyzji o lokalizacji inwestycji celu publicznego oraz decyzji o warunkach zabudowy3.

1 Nie sprecyzowano o jaka wartość chodzi 2 Nie sprecyzowano czy granice zasięgu wód powodziowych , o których mowa w art. 79, p.2, mają być wyznaczone dla tego przepływu 3 Brak rozporządzeń wykonawczych, określających sposób wprowadzania w Ŝycie tego przepisu

2

Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady Unii Europejskiej w sprawie oceny i zarządzania

powodzią - propozycja

Artykuł 7

1. Dla okręgów dorzeczy państwa członkowskie przygotują mapy powodziowe i mapy oznaczające zniszczenia na skutek powodzi, dalej zwane „mapami ryzyka powodzi”, w odniesieniu do dorzeczy, pod-zlewni i pasm przybrzeŜnych określonych w punkcie (b) artykułu 5 w paragrafie 1.

2. Mapy powodziowe powinny obejmować te obszary geograficzne, które mogą zostać zalane w przypadku następujących wydarzeń:

(a) powodzi o wysokim stopniu prawdopodobieństwa (prawdopodobny okres ponownego wystąpienia powodzi: raz na dziesięć lat);

(b) powodzi o średnim stopniu prawdopodobieństwa (prawdopodobny okres ponownego wystąpienia powodzi: raz na sto lat);

(c) powodzi o niskim stopniu prawdopodobieństwa (wyjątkowe przypadki4).

W przypadku kaŜdego wydarzenia opisanego w pierwszym pod-paragrafie, naleŜy zanalizować następujące elementy:

(a) szacowaną głębokość wody;

(b) prędkość przepływu – tam, gdzie jest to konieczne;

(c) obszary, na których moŜe wystąpić erozja brzegu i osadzanie się przenoszonych pokładów ziemi.

3. Mapy oznaczające zniszczenia na skutek powodzi, powinny pokazywać potencjalne zniszczenia związane z powodzią w przypadku scenariusza przedstawionego w paragrafie 2 i odnoszącego się do:

(a) liczby mieszkańców, którzy by potencjalnie ucierpieli;

(b) stopnia potencjalnych zniszczeń gospodarczych na danym obszarze;

(c) potencjalnego zniszczenia środowiska naturalnego.

Z przytoczonych zapisów wynika, Ŝe naleŜy rozróŜnić pojęcie mapy powodziowej i mapy ryzyka powodziowego:

• mapa powodziowa to mapa, na której naniesiono granice zasięgu wód powodziowych o określonym prawdopodobieństwie występowania, czyli granice zalewu, towarzyszącego przepływowi o natęŜeniu odpowiadającym określonemu prawdopodobieństwu wystąpienia.

• mapa ryzyka powodziowego to mapa, dla której bazą jest mapa powodziowa, na której jednak znajduje się informacja o potencjalnych zagroŜeniach (np. liczba ludności zagroŜonej) i stratach (potencjalne zniszczenia w sferze gospodarczej i środowiskowej).

Dalej, zauwaŜyć trzeba, Ŝe mapy powodziowe obrazować mają dwa typy obszarów:

4 Brak precyzyjnej definicji pojęcia „wyjątkowe przypadki”; moŜna sądzić, Ŝe chodzi o przypadki katastrofalne; za taki w przypadku dorzecza Odry uznano powódź z 1997 roku

3

• obszary bezpośredniego zagroŜenia (zalewu) powodzią i

• obszary potencjalnego zagroŜenia (zalewu) powodzią.

Pod pojęciem obszaru bezpośredniego zagroŜenia naleŜy generalnie rozumieć obszar przepływu wód powodziowych. Pod pojęciem obszaru potencjalnego zagroŜenia naleŜy zaś rozumieć obszar zagroŜony zalaniem w przypadku awarii budowli hydrotechnicznej.

Cele wyznaczania obszarów (stref) zagroŜenia powodziowego Ilościowa ocena zagroŜenia powodziowego (np. potencjalna liczba ludności, która będzie dotknięta skutkami określonej powodzi, w tym liczba ludności, która będzie musiała być ewakuowana, rodzaj, liczba, wartość obiektów zagroŜonych zalaniem) dokonana w lokalnej skali przestrzennej (np. na terenie gminy) jest podstawą racjonalnego wydatkowania funduszy na działania obniŜające to zagroŜenie. Dotyczy to działań kaŜdego typu, czyli przedsięwzięć podejmowanych w okresie:

• pomiędzy powodziami (np. racjonalne zagospodarowanie terenu, odpowiednia gospodarka rolna i leśna i tp., ale takŜe edukacja społeczeństwa na temat ochrony przeciwpowodziowej),

• przed powodzią (prognoza powodzi i system ostrzegania przed nią),

• w trakcie powodzi (system łagodzenia skutków i pomocy ofiarom),

• po powodzi (system likwidacji skutków powodzi).

Z powyŜszego wynika, Ŝe wyznaczenie granic obszarów zagroŜenia powodziowego musi być dokonane precyzyjnie, bo błędy w tej mierze pociągają za sobą skutki społeczno – gospodarcze. Podkreślić dalej naleŜy, Ŝe wyznaczenie granic obszarów zagroŜenia jest wstępem do ustanowienia stref zagroŜenia. Termin „ustanowienie” ma konotacje prawne i organizacyjne. Oznacza to, Ŝe w ustanowionej strefie zagroŜenia prowadzi się gospodarkę według określonych zasad, które obejmują zakazy, nakazy i zalecenia dotyczące np. zagospodarowania przestrzennego, posadowienia budowli i tp. Wyraźnie więc widać, Ŝe pojęcie „strefa zagroŜenia” dotyczy przede wszystkim obszarów zurbanizowanych, podlegających wszelkiego typu działaniom mającym na celu minimalizację ewentualnych strat powodziowych. Tereny uŜytkowane rolniczo nie są zwykle objęte systemem ochrony. Obszar zagroŜenia, czyli obszar zalewu, w obrębie którego leŜą nie musi mieć (i zwykle mieć nie będzie) prawnego statusu strefy zagroŜenia.

Na obecnym etapie budowy systemu ochrony przed powodzią w Polsce prowadzone są dopiero prace nad wyznaczaniem granic stref zalewu. Do czasu więc nadania odpowiednim obszarom prawnego statusu stref zagroŜenia pojęcia: „obszar zagroŜenia”, „obszar zalewu”, „strefa zagroŜenia” mogą być rozumiane jako równoznaczne i uŜywane wymiennie. W dalszym ciągu niniejszego tekstu uŜywane będzie pojęcie „strefa zagroŜenia”.

Hydrologiczne podstawy oceny zasięgu stref zagroŜenia powodziowego

Przystępując do zdefiniowania stref zagroŜenia powodziowego naleŜy w pierwszej kolejności zdefiniować pojęcie oraz określić rodzaje scenariuszy powodziowych, dla których wyznaczane są strefy zagroŜenia powodziowego.

Scenariusz powodziowy jest zbiorem danych liczbowych i opisem sytuacji powodziowej dla danego odcinka rzeki oraz przynaleŜnej jej części zlewni lub obszaru zalewowego. Zbiór tych danych (w postaci wybranych miar hydrologicznych) określa warunki hydrologiczne, na podstawie których identyfikowana jest wielkość wezbrania powodziowego (wartość

4

przepływu kulminacyjnego, objętość fali, czas koncentracji w danym przekroju na danym cieku, czyli czas wzrostu przepływów do momentu wystąpienia kulminacji, opóźnienie czyli przesunięcie w czasie występowania kulminacji w kolejnych przekrojach na długości cieku i tp.).

Wspomniane miary hydrologiczne to ogólnie rzecz biorąc charakterystyczne wartości natęŜenia przepływu lub ciągi czasowe natęŜeń przepływu. WyróŜnić więc moŜna trzy typy tych danych:

a) historyczne, np. hydrogram wezbrania z roku 1997;

b) przepływy maksymalne charakterystyczne z danego wielolecia (WWQ);

c) przepływy maksymalne o określonym prawdopodobieństwie przewyŜszenia z danego wielolecia (np. Q1%, Q0.1%, ...).

W zasadzie scenariusz powodziowy powinien być opisany ciągami czasowymi (hydrogramami) wezbrania w poszczególnych przekrojach rzeki i jej dopływów. Określenie (zbudowanie) takich hydrogramów dla przepływów charakterystycznych (WWQ) lub prawdopodobnych na długości danej rzeki i jej dopływów nie jest łatwe. Wymaga bowiem znajomości tendencji powodziowych, wynikające z typowych przestrzennych rozkładów opadu i uwarunkowań rozwoju powodzi, wynikających ze specyfiki zlewni a mierzonych czasem koncentracji przepływów kulminacyjnych w danym przekroju cieku oraz ich opóźnień w kolejnych, niŜej połoŜonych przekrojach wynikających z transformacji fali powodziowej na długości rzek danego systemu rzecznego. Jeśli chcielibyśmy zbudować hydrogram tzw. fali hipotetycznej o kulminacji równej określonemu przepływowi prawdopodobnemu, to musielibyśmy załoŜyć takŜe hipotetyczne czasy opóźnień w transformacji jej na długości rzek. ZałoŜenie takie, co oczywiste, jest obarczone błędem.

Biorąc powyŜsze pod uwagę przyjęto w Polsce, podobnie jak w innych krajach, iŜ granice stref zagroŜenia wyznaczane będą dla przepływów maksymalnych o określonym prawdopodobieństwie przewyŜszenia. Wartość przepływu maksymalnego o określonym prawdopodobieństwie na długości cieku jest oczywiście zmienna i wynika z realnych w danym systemie rzecznym, korzystnych lub niekorzystnych sytuacji związanych ze „spotykaniem się” lub „mijaniem się w czasie” kulminacji wezbrań na cieku głównym i jego dopływach.

PowyŜsze załoŜenie powoduje, Ŝe przebieg granic stref zagroŜenia odpowiada sytuacji bardziej niekorzystnej, niŜ ma to zwykle miejsce. Rzeczywiste wezbrania mają bowiem określoną objętość, a przepływ maksymalny w danym przekroju poprzecznym trwa stosunkowo krótko w porównaniu z czasem trwania przejścia fali przez ten przekrój. W kategoriach hydraulicznych przebieg wezbrania to ruch nieustalony. Przyjęte załoŜenie odpowiada zaś sytuacji długo (nieskończenie długo) trwającego przepływu o danej wartości, czyli ruchu ustalonego. Granica strefy zagroŜenia odpowiada więc obwiedni maksymalnych wartości przepływów o określonym prawdopodobieństwie przewyŜszenia w danym systemie rzecznym.

Rodzaje stref zagroŜenia powodziowego dla rzeki nieobwałowanej

Korzystając z doświadczeń krajów zachodnich i USA a takŜe polskich, uzyskanych w wyniku wdroŜenia projektu Banku Światowego pt. „Usuwanie skutków powodzi”, zaproponowano [..] zgodną z Ustawą Prawo wodne definicję:

5

„Strefa zagroŜenia powodziowego w rejonie rzeki nieobwałowanej jest to obszar zalewu terenów przybrzeŜnych, wywołany wysokim przepływem prawdopodobnym”.

Za podstawową, maksymalną granicę strefy zagroŜenia powodziowego dla rzek przyjmuje się zasięg tzw. zalewu stuletniego, określanego dla przepływu wysokiego o prawdopodo- bieństwie przewyŜszenia p = 1%.

Ten zasięg zalewu obejmuje obszary występowania wód powierzchniowych, takŜe stojących oraz obszary intensywnego spływu (ang. Flood way).

NaleŜy zwrócić uwagę na róŜnicę pomiędzy terenem zalewowym dla wody odpowiadającej wysokiemu przepływowi Q1% od koryta wielkiej wody (trasy powodzi) dla tego samego przepływu (rys. 7.1).

Trasa powodzi

Obszar zalewu dla wody 100 letniej

Tereny zalewowe

Tereny zalewowe

Rys. 7.1. Schemat strefy zalewu powodziowego []

Koryto wielkiej wody (trasa powodzi) mieści się w obrębie obszaru zalewowego i określane jest przez wyłączenie z ogólnego obszaru zalewowego w rejonie rzeki lub potoku:

• terenów lokalnego gromadzenia się wody w obniŜeniach terenowych połączonych z ciekiem, które nie mają innego, połoŜonego niŜej, połączenia z rzeką,

• obszarów polderów i innych lokalnych akwenów gromadzących nadmiar wody (rys.7.2),

• wypływu wody poza teren rzeki przez budowle i urządzenia ograniczające koryto wielkiej wody (dotyczy to w szczególności zabudowy regulacyjnej i obwałowań, dla których przepływem miarodajnym jest Q1% ale które wykazują lokalny niedobór wysokości

• retencyjnego charakteru zalewu na obrzeŜu koryta wielkiej wody, w granicach głębokości tego zalewu nie przekraczającej 0.5 metra.

6

Teren zalewowyretencjonujący wodę

Granice koryta wielkiej wody

Rzeka

Rys. 7.2. Schemat wyłączenia koryta wielkiej wody z obszaru zalewowego retencjonującego wodę []

Mając powyŜsze nad względzie wyróŜnia się następujące rodzaje stref zagroŜenia powodziowego (rys. 7.3)

Zw. wody dla Q1%

Szerokość strefy ASW

(Lewa strona rzeki)

Szerokość strefy ASW

(Prawa strona rzeki)

Zasięg strefy A1

Zasięg strefy A10

Koryto główne

A0A0

Rys. 7.3. Rodzaje stref zagroŜenia powodziowego []

7

STREFA A1- podstawowa

Określona jest ona przez granicę zalewu dla przepływu maksymalnego o prawdopodobieństwie przewyŜszenia 1%.

STREFA A0

Jest to część strefy A1 (na ogół zewnętrzna) o najniŜszym poziomie zagroŜenia. Jej zasięg definiuje głębokość wody nie przekraczająca wartości 0.5 m. Prędkość przepływu jest w jej granicach znikoma.

Uwaga: Ze strefy tej muszą być wyłączone obszary intensywnego spływu powierzchniowego, gdzie przy głębokościach wody nie przekraczających 0.5 m występują znaczne prędkości przepływu, czego konsekwencją są często osuwiska oraz wypłukiwanie gruntu na skutek przekroczenia granicznej (dopuszczalnej) wartości średniej prędkości przepływu lub napręŜenia stycznego dla danego rodzaju gruntu.

STREFA A10

Zdefiniowano ją jako część strefy A1 o najwyŜszym poziomie zagroŜenia powodziowego. W zaleŜności od dostępnych danych oraz od warunków miejscowych moŜna ją wyróŜnić jako:

1. obszar zasięgu zalewu odpowiadający przepływowi wysokiemu o prawdopodobieństwie przekroczenia p = 10%;

2. strefę, w której ruch wody charakteryzuje się następującymi parametrami:

- głębokość wody h ≥ 0.5 m,

- głębokość wody i średnia (lokalnie) prędkość przepływu, spełniające warunki:

h > 0 [m] i v > 2.0 [m/s]

h ≥ (1.5 – 0.5) [m] i v ≤ 2.0 [m/s]

Uwaga: powyŜsze układy głębokości i prędkości stwarzają warunki groźne dla Ŝycia lub zdrowia ludzi oraz stanu obiektów budowlanych.

Jeśli moŜliwe jest zastosowanie obu powyŜszych kryteriów, wówczas za granicę strefy A10 naleŜy uznać granicę odpowiadającą większemu zasięgowi zalewu.

Ze względów praktycznych (równieŜ z powodu aktualnego trybu pracy Ośrodków Koordynacyjno – Informacyjnych, o czym mowa będzie dalej) regułą jest wyznaczanie granic strefy A10 jako granic obszaru zalewu dla przepływu maksymalnego o prawdopodobieństwie przewyŜszenia 10 %. Podejście to ma swoje uzasadnienie. Analiza poprzecznego rozkładu głębokości przepływu i średnich w pionie prędkości przepływu przeprowadzona dla wielu przekrojów poprzecznych cieków w dorzeczu górnej Wisły i górnej oraz środkowej Odry wykazała bowiem, Ŝe w większości przypadków granica występowania parametrów przepływu określonych w punkcie b) pokrywa się z zasięgiem strumienia o natęŜeniu Q10%. Ilustracje tego faktu stanowią rysunki 7.4 i 7.5.

8

STREFA ASW

Strefa średniego i wysokiego zagroŜenia powodziowego występująca pomiędzy granicami stref A0 oraz A10. W zaleŜności od lokalnych warunków i potrzeb moŜna róŜnicować poziom zagroŜenia powodziowego w tej strefie poprzez:

1) analizę głębokości i prędkości przepływu:

- głębokość zalewu h:

duŜa: h > 1.0 [m]

średnia: h od 0.5 do 1.0 [m]

mała: h < 0.5 [m]

- średnia lokalna prędkość przepływu v:

duŜa: v > 1.0 [m/s]

średnia: v od 0.5 do 1.0 [m/s]

mała: v < 0.5 [m/s]

2) wyznaczenie pomocniczej granicy, dzielącej obszar strefy ASW na strefy wysokiego i średniego ryzyka powodzi, poprzez określenie zasięgu zalewu dla przepływu wysokiego o prawdopodobieństwie wystąpienia Q2% - Q5%, według indywidualnej decyzji opartej na analizie hydrologicznej w danym obszarze.

Jeśli istnieje moŜliwość określenia granicy dodatkowej wg analizy 1) i 2) wówczas, podobnie jak poprzednio obowiązuje wybór granicy bardziej niekorzystnej.

Strefa ASW dzieli się zatem na strefy:

ASW_W - strefę wysokiego ryzyka powodzi, określonego:

• przez duŜą głębokość oraz duŜą i średnią prędkość wody lub

• zasięgiem zalewu określonego dla przepływu miarodajnego w granicach Q5% - Q2%.

ASW_S - strefę średniego ryzyka powodzi, określonego:

• przez średnią i niską głębokość oraz niską prędkość wody lub

• granicą zalewu dla przepływu miarodajnego w przedziale wartości Q5% - Q2% oraz zasięgu strefy A0.

Strefy w obszarach rzek obwałowanych

Problem ten na obszarze Polski występuje często. Wynika to z faktu, Ŝe regulacje rzek i ich zabudowa (w tym obwałowania) wykonywane były w okresie ostatnich stu lat, w sytuacji permanentnie zmieniających się przepisów oraz ciągłego braku środków finansowych, co odbiło się zarówno w postaci niekonsekwentnie utrzymywanej wysokości wałów, jak i złym stanem technicznym tych budowli. Zagadnienie dotyczy bardzo wielu rzek, szczególnie w obszarach zurbanizowanych na południu Polski i obejmuje przypadki:

• lokalnego niedoboru wysokości obwałowań, nawet na odcinkach o nieznacznej długości zaledwie 10 do 20m,

9

• zbyt niskiej wysokości obwałowań na długościach całych ich sekcji, najczęściej między dopływami, sięgających od kilkuset metrów do jednego, lub kilku kilometrów,

• niedoboru wysokości obwałowań wynikających z braku konserwacji międzywala i dopuszczeniu w jego obrębie do niekontrolowanego rozrostu wysokiej roślinności, co powoduje, Ŝe aktualna przepustowość międzywala jest niŜsza od zakładanej.

Drugim zagadnieniem jest zły stan techniczny obwałowań, którego konsekwencją są przesiąki wody na zawale w trakcie przejścia wezbrania i w rezultacie rozmycie wału na określonej długości.

Proponuje się zatem przyjąć następujące załoŜenia do określenia stref zagroŜenia powodziowego w obszarze przybrzeŜnym rzek obwałowanych:

1. Koryto wielkiej wody (trasę powodzi) określa linia obwałowań; przepustowość tego koryta (zmienna na długości) wynika z wysokości obwałowań.

2. Niedobór wysokości obwałowania oceniany jest dla przepływu miarodajnego i kontrolnego dla danej klasy obwałowania, przyjmowanych zgodnie z Rozporządzeniem Ministra OŚZNiL z dnia 20 grudnia 1996 roku w sprawie warunków technicznych jakim powinny odpowiadać obiekty budowlane gospodarki wodnej i ich usytuowanie.

3. Zasięg zalewu wynikający z niedostatecznej wysokości obwałowania określany jest dla danego przepływu miarodajnego i kontrolnego przy załoŜeniu, Ŝe poziom wody po przelaniu przez wał (lub/i po jego zniszczeniu) osiąga na zawalu odpowiednią wartość. Przypadek ten obejmuje następujące sytuacje:

• lokalną, związaną z niewielką długością niedoboru wysokości obwałowania,

• występującą na długości całej sekcji wału pomiędzy dopływami do rzeki głównej lub innymi punktami topograficznymi, zamykającymi sekcję obwałowania.

4. Lokalny charakter i zasięg zalewu określają warunki topograficzne obszaru zawala, a spadek zwierciadła zalewu, mierzony wzdłuŜ koryta wielkiej wody odpowiada naturalnemu układowi zwierciadła w tym obszarze.

5. W przypadku wałów spełniających swe zadania ochronne dla przepływu miarodajnego i kontrolnego, strefę potencjalnego zalewu (na skutek nieprzewidzianej awarii) dla przepływu Q1% , czyli przepływu dla którego ocenia się potrzebę ich projektowania, określa się jak dla rzeki nieobwałowanej.

Wyznaczanie stref zagroŜenia dla kaŜdego z wymienionych wyŜej przypadków, winna być poprzedzona:

• pełną identyfikacją przepustowości międzywala,

• oceną rodzaju i przyczyn niedoboru wysokości wałów.

10

Hydrauliczne podstawy wyznaczania zasięgu stref zagroŜenia powodziowego

Wprowadzenie

Zasięg (granice) strefy zagroŜenia wyznacza się na podstawie przebiegu (rzędnych) zwierciadła wody, określonego w wyniku zastosowania odpowiedniego modelu przepływu. Wybór modelu oparty jest na załoŜeniach odpowiadających warunkom, dla jakich wyznacza się strefy zagroŜenia powodziowego.

W związku z tym model ruchu wody, wykorzystywany dla określenia układu zwierciadła wody, będącego podstawą wyznaczania granic stref zagroŜenia to model:

• ruchu zmiennego ustalonego, co odpowiada załoŜeniom przedstawionymi w p. 7.3,

• jednowymiarowy, co wynika z faktu, Ŝe róŜnice rzędnych zwierciadła wody w przekroju poprzecznym są nieistotne (promienie krzywizny strumienia wielkich wód są znaczne), wartości poprzecznych składowych prędkości dla omawianego zagadnienia nie są interesujące, a w dodatku obliczenia dotyczą przepływów prawdopodobnych.

PoniŜej przedstawiono zasady obliczania układu zwierciadła wody w korytach naturalnych lub częściowo zabudowanych oraz ich systemach. Pod pojęciem koryto naturalne lub częściowo zabudowane z punktu widzenia hydrauliki, rozumie się rzekę lub potok, w którym nie występuje zmieniająca reŜim ruchu zabudowa poprzeczna typu:

� zapora, � jaz, � próg, � regulacyjna tama poprzeczna.

11

Rzut poziomy koryta

Profil podłu Ŝny

Przekroje poprzeczne

a-a b-b c-c

a

a

b

b

c

c

Rys. 7.6. Schemat typowego koryta rzecznego

12

0 0

1

2

3

4

5

6

X

z

S

1 2 3 4

l2-3

l2-3

Rys. 7.8. Sposób zastosowania kartezjańskiego układu odniesienia w opisie ruchu wody w rzekach

Geometrię obszaru przepływu (koryto główne oraz tereny zalewowe) opisują przekroje poprzeczne. Warunkiem poprawnego odwzorowania geometrii koryta, wykorzystywanej w jednowymiarowym modelowaniu układu zwierciadła wody jest lokalizacja przekrojów poprzecznych w miejscach charakterystycznych dla obszaru przepływu i prawidłowe określenie odległości pomiędzy tymi przekrojami, rozumianej jako długość drogi przepływu wody (rys.7.8). Przekroje poprzeczne powinny być zlokalizowane w miejscach reprezentatywnych dla obszaru przepływu, czyli tam, gdzie następuje zmiana natęŜenia przepływu (np. poniŜej ujścia dopływu skupionego), a takŜe istotna zmiana spadku dna cieku, kształtu koryta, pokrycia (szorstkości), nie mówiąc o miejscach występowania obiektów infrastruktury drogowej lub hydrotechnicznej.

NaleŜy zaznaczyć, Ŝe przekroje poprzeczne koryta (lub ogólnie - obszaru przepływu) z punktu widzenia hydrauliki są przekrojami strumienia wody (tzw. przekrojami przepływu), a zatem powinny być prostopadłe do linii prądu. W związku z powyŜszym, szczególnie w przypadku, gdy określany jest układ zwierciadła wody przy przepływach wielkich wód, kiedy to obszar przepływu obejmuje równieŜ tereny zalewowe, warunek taki spełniają przekroje krzywoliniowe.

Geometria przekroju jest opisana współrzędnymi charakterystycznych punktów (y – oś w kierunku poprzecznym do kierunku przepływu, Z – rzędna wysokościowa). Lokalizacja przekroju jest zdefiniowana za pomocą kilometraŜu cieku. Zwyczajowo współrzędne podawane są dla punktów charakterystycznych od brzegu lewego do prawego, patrząc zgodnie z kierunkiem przepływu (rys. 7.9).

13

Rzędne terenu193 mnpm

Odległo ści

Rys. 7.9. Typowy przekrój poprzeczny rzeki (Wisła km 70+570)

rzeka

dopływ boczny ze zlewni róŜnicowej q (x)

dopływskupiony 1 dopływ

skupiony 2

b

długość analizowanego odcinka

Rys. 7.11. Schemat bocznego zasilania odcinka cieku

lewa sekcja zalewowa

sekcjagłówna

sekcje zalewowe w prawej części doliny

a) przekrój zwarty b) przekrój złoŜony Rys. 7.12. Typowe kształty poprzecznego przekroju cieku

14

Oddziaływanie konstrukcji mostowych na układ zwierciadła wody

Most, w zaleŜności od sytuacji hydrologicznej, moŜe:

a) pozwalać na swobodny przepływ wody pod nim, b) pracować pod ciśnieniem, kiedy zwierciadło wody co najmniej dotyka spodu

konstrukcji, c) zachowywać się dodatkowo jak przelew, kiedy woda przelewa się równieŜ ponad

konstrukcją (w poprzek mostu).

Wszystkie powyŜsze sytuacje mają wpływ na układ zwierciadła wody w rzece ze względu na to, Ŝe w kaŜdej z nich przepływowi wody pod mostem towarzyszy jej spiętrzenie na odcinku powyŜej mostu.

1 2 3 4

NWS

Q

S0

WS

y > yn 2C

y1C

y2C y > y3 2C

y4C

yn

h*1

Rys. 7.20 Profil podłuŜny koryta rzeki w sąsiedztwie przekroju mostowego (Waterway Designe,1994)

15

1

2

3

4

L*

L 1-2

L 3-4

granicamaksymalnegospiętrzeniapowyŜej mostu

b

25 m

/s3

25 m

/s3

25 m

/s3

25 m

/s3

25 m

/s3

25 m

/s3

25 m

/s3

25 m

/s3

25 m

/s3

25 m

/s3

25 m

/s3

25 m

/s3

25 m

/s3

25 m

/s3

Q = 70 m /sc3 Q = 210 m /sb

3 Q = 70 m /sc3

B

Rys. 7.21. Przekrój poziomy przez przyczółki mostowe (Waterway Designe, 1994)

16

Procedury wyznaczania granic stref zagroŜenia powodziowego Granice stref zagroŜenia powodziowego, czyli granice zalewu przy stałym w czasie przepływie maksymalnym o określonym prawdopodobieństwie przekroczenia (1% lub 10%) wyznaczyć moŜna na mapie ręcznie lub metodami komputerowymi przy wykorzystaniu numerycznego modelu terenu.

Do prezentacji zasięgu zalewu powodziowego, a takŜe jego struktury i w konsekwencji ryzyka powodziowego (o czym mowa będzie dalej) stosuje się zwykle mapy w skalach 1:5 000 i 1:10 000 dla terenów zabudowanych oraz mapy w skalach 1:10 000 i 1: 25 000 dla obszarów pozostałych (zgodnie z zaleceniami instytucji posługującymi się tymi mapami, wynikającymi z potrzeb w zakresie dokładności).

Bez względu na technikę wykreślania granic stref zagroŜenia (zalewu) podstawą jest wynik hydraulicznych obliczeń układu zwierciadła wody. Przykład wyniku takich obliczeń zobrazowany jest na rys. 7.34. Przedstawiono na nim:

• profil podłuŜny rzeki Raby w środkowym jej biegu wraz z układem zwierciadła wody przy przepływie maksymalnym Q1%;

• jeden z przekrojów poprzecznych z tego odcinka, na którym czerwonymi punktami oznaczono granice tzw. koryta głównego; zaznaczono takŜe połoŜenie zwierciadła wody w tym przekroju dla rozpatrywanego przepływu;

• tzw. hydrauliczny zasięg strefy zalewu, określony szerokościami zwierciadła wody w przekrojach pomiarowych, stanowiących podstawę modelu geometrii rozpatrywanego obszaru.

W przypadku ręcznego wykreślania granic stref zagroŜenia powodziowego (granic stref zalewu) na mapę topograficzną o odpowiedniej skali naleŜy nanieść połoŜenie pomiarowych przekrojów poprzecznych i wyznaczyć punkty przecięcia zwierciadła wody w tych przekrojach z terenem posługując się interpolacją wysokości terenu pomiędzy warstwicami. Określenie granicy obszaru zalewu polega na połączeniu liniami krzywymi wyznaczonych w ten sposób punktów. Prowadząc krzywą łączącą naleŜy kierować się przebiegiem warstwic i połoŜeniem innych elementów wysokościowych mapy, a takŜe uwzględniać prawdopodobne drogi przepływu wody.

Posługując się metodami komputerowymi wykorzystujemy moŜliwość automatyzacji procesu wstępnego ustalania granic stref zalewu. Polega on na połączeniu wyników obliczeń z modelu hydraulicznego (rzędne zwierciadła wody w przekrojach pomiarowych) z numerycznym modelem terenu. Wyniki tego połączenia przenosi się następnie na mapę cyfrową i koryguje się przebieg granic stref zalewu w oparciu o analizę moŜliwych dróg przepływu wody.

Kolejne etapy opracowania map stref zalewu zobrazowano na rysunku 7.35.

17

Rys. 7.34. Powiązanie obliczeń hydraulicznych z przestrzennym układem rzeki

18

Rys. 7.35. Etapy opracowania stref zalewu [.. ]

19

Rola informacji o terenie w ocenie zagroŜenia powodziowego

Granice zalewu obejmują obszar występowania potencjalnych strat powodziowych, czyli obszar potencjalnego zagroŜenia powodziowego. Ocena tego zagroŜenia wymaga identyfikacji rodzaju pokrycia terenu w strefie, jej zagospodarowania (łącznie z bazą danych o obiektach). Bardzo przydatna w takiej ocenie jest teŜ informacja na temat głebokościowej struktury zalewu.

Informacje o pokryciu obszaru i jego zagospodarowaniu uzyskuje się z mapy topograficznej lub odpowiedniej warstwy numerycznej mapy terenu.

Strukturę głebokościową zalewu moŜna uzyskać dzieki moŜliwościom oprogramowania do tworzenia numerycznego modelu terenu. Przykład mapy obrazującej taką strukturę pokazano na rysunkach 7.36 i 7.37.

W celu określenia zagroŜenia ludności naleŜy porównać obszar strefy zagroŜenia z mapą rozmieszczenia ludności (element mapy demograficznej). Jeśli taka mapa nie jest dostępna, to naleŜy skorzystać z bazy punktów adresowych, które trzeba wprowadzić na odrębna warstwę graficznie oznaczając liczbę mieszkańców przypisaną do danego punktu adresowego. Połaczenie informacji zawartych na warstwach dotyczących rzeźby terenu, dróg i ulic z powyŜszymi informacjami demograficznymi moŜe być pomocne przy opracowywaniu kierunków ewakuacji i punktów gromadzenia ludności ewakuowanej w czasie powodzi.

Połączenie odpowiednich warstw pozwala równieŜ na identyfikacje i ocenę tzw. zagroŜeń ekologicznych, występujących w wyniku zalania magazynów substancji szkodliwych, oczyszczalni ścieków i tp.

20

Rys. 7.36. Zasięg i struktura hydraulicznej i kartograficznej strefy zalewu

21

Rys. 7.37. Struktura strefy zalewu w powiększeniu

22

Rys. 7.38. Strefy zalewu w rejonie Nysy Kłodzkiej na obszarze gminy miejskiej Kłodzko

23

Rys.7.39. Strefy zalewów powodziowych w śródmieściu Kłodzka