Ekspertyza. Analiza możliwości zwiększania retencji na obszarach zurbanizowanych w dorzeczu Wisły Środkowej stan wiedzy i dalsze kierunki działań

Transkrypt

1 PROGRAM BEZPIECZEŃSTWA POWODZIOWEGO W DORZECZU WISŁY ŚRODKOWEJ Ekspertyza Analiza możliwości zwiększania retencji na obszarach zurbanizowanych w dorzeczu Wisły Środkowej stan wiedzy i dalsze kierunki działań Zbigniew Popek Warszawa, grudzień 2011

2 Spis treści Strona 1. Wiadomości wstępne Wpływ urbanizacji zlewni na reżim hydrologiczny Wpływ urbanizacji zlewni na stan środowiska wodnego Funkcjonowanie kanalizacji deszczowej w aspekcie ryzyka powodzi Możliwości zmniejszania ryzyka powodzi na obszarach zurbanizowanych Możliwości zwiększania retencji na obszarach zurbanizowanych Stan rozpoznania potrzeb i możliwości zwiększania retencji na obszarach zurbanizowanych w dorzeczu Wisły środkowej Dalsze kierunki działań Wykorzystane materiały. 38 2

3 1. Informacje wstępne Podstawę prawną niniejszej ekspertyzy stanowi umowa o dzieło nr 157/11, zawarta pomiędzy Skarbem Państwa - Wojewodą Mazowieckim, Plac Bankowy 3/5, Warszawa, reprezentowanym przez p. Jacka Kozłowskiego Wojewodę Mazowieckiego, z upoważnienia którego działa p. Krzysztof Dąbrowski Dyrektor Wydziału Bezpieczeństwa i Zarządzania Kryzysowego Mazowieckiego Urzędu Wojewódzkiego w Warszawie. Ekspertyzę przygotowano na podstawie przeglądu dostępnej literatury, a także analizy różnego rodzaju dokumentów i materiałów niepublikowanych, uzyskanych za pośrednictwem Wydziału Bezpieczeństwa i Zarządzania Kryzysowego Mazowieckiego Urzędu Wojewódzkiego w Warszawie od instytucji oraz organów administracji państwowej i samorządu terytorialnego, zaangażowanych w pracach nad przygotowaniem Programu bezpieczeństwa powodziowego w dorzeczu Wisły Środkowej. Wykaz wykorzystanych materiałów zawarty jest w p Wpływ urbanizacji zlewni na reżim hydrologiczny Naturalny cykl hydrologiczny składa się z szeregu procesów, z których najważniejszymi są: parowanie, transpiracja, opady atmosferyczne, retencja, infiltracja, odpływ powierzchniowy i gruntowy, przepływ w korytach cieków. Działalność człowieka powoduje szereg zaburzeń w przebiegu naturalnego cyklu hydrologicznego. Wzrost ryzyka powodzi jest następstwem zmian zagospodarowania zlewni zwłaszcza tych, które wpływają na zmniejszenie jej zdolności retencyjnej. Pod pojęciem retencji zlewni rozumiemy zdolność do gromadzenia i przetrzymywania wody opadowej w środowisku biotycznym i abiotycznym (Ciepielowski 2000). Całkowitą retencję zlewni R c można wyrazić następującym wzorem: R = R + R + R + R + R + R + R + R (1) c i pn w rz d gdzie: R i retencja szaty roślinnej (zwana intercepcją) - powstaje w wyniku chwilowego zatrzymywania się wody opadowej na powierzchni liści, łodyg roślin, gałęzi i pni drzew, gl gr bo 3

4 R pn retencja powierzchni nieprzepuszczalnych woda zwilżająca i zatrzymująca się na powierzchniach, które utrudniają lub całkowicie eliminują proces infiltracji wsiąkania wody w podłoże, R w retencja stojących wód otwartych, którą tworzą wody zatrzymane w jeziorach, stawach, oczkach wodnych, sztucznych zbiornikach wodnych, mokradłach, bagnach i torfowiskach, R rz retencja w korytach rzek i cieków, R d retencja depresyjna powstaje w wyniku zatrzymywania się wody w zagłębieniach terenowych, R gl retencja glebowa, R gr retencja gruntowa, R bo retencja wody na obszarach bezodpływowych, nie będących w kontakcie hydraulicznym z siecią rzeczną zlewni. Udział poszczególnych form retencji w zlewniach jest zróżnicowany i często trudny do precyzyjnego określenia. Ponadto, poszczególne składniki retencji w różnym stopniu zmieniają się w czasie zależnie od aktualnych warunków hydrometeorologicznych występujących w zlewni. Z tego względu równanie (1), chociaż w pełni opisuje składniki całkowitej retencji zlewni, najczęściej jest wykorzystywane do jakościowego opisu procesu retencjonowania wód. Uproszczony podział retencji o charakterze jakościowym zaproponował również Mioduszewski (1997), który wyróżnił następujące rodzaje retencji: krajobrazową (siedliskową), glebową, gruntową i podziemną, wód powierzchniowych oraz śnieżną. Według definicji Banasika (2009) zlewnia zurbanizowana to taka, w której udział powierzchni nieprzepuszczalnych jest większy od 5 %. Powierzchnie nieprzepuszczalne obejmują drogi, chodniki, parkingi i dachy budynków. Naturalne drogi spływu w zlewniach zurbanizowanych są zwykle zastępowane lub wspomagane przez systemy odprowadzania wód opadowych i roztopowych. W wyniku urbanizacji zlewni ulegają zmianie poszczególne formy retencji. Na powierzchniach nieprzepuszczalnych, na skutek zwilżania zatrzymuje się część wody, wzrasta więc retencja powierzchni nieprzepuszczalnych R pn. Jednakże wzrost ten nie rekompensuje strat w całkowitej retencji zlewni, związanych ze zmniejszoną powierzchnią terenów otwartych i biologicznie czynnych. Mniejsza będzie bowiem 4

5 retencja: szaty roślinnej R, i glebowa R gl i gruntowa R gr. Zmiany zagospodarowania zlewni towarzyszące procesowi urbanizacji bardzo często powodują również zmniejszanie się pozostałych składników całkowitej retencji zlewni opisanej równaniem (1). Mniejsza powierzchnia terenów otwartych i biologicznie czynnych w zlewniach zurbanizowanych wpływa nie tylko na zmniejszanie się ich naturalnych możliwości retencyjnych, ale również powoduje zmiany bilansu wodnego, który w uproszczeniu można wyrazić następującą zależnością: H = P S (2) gdzie: H wysokość odpływu ze zlewni siecią rzeczną (mm), P wysokość opadu (mm), S wysokość strat wody (mm). Na wysokość odpływu ze zlewni H składa się wysokość odpływu wód pochodzących z zasilania gruntowego oraz wysokość odpływu bezpośredniego, którego głównym składnikiem jest odpływ powierzchniowy. Straty wody S powstają w wyniku oddawania wody ze zlewni z powrotem do atmosfery w postaci pary wodnej. Proces ten, nazywany ewapotranspiracją, faktycznie obejmuje dwa procesy: bezpośredniej przemiany wody ze stanu ciekłego w gazowy w wyniku parowania terenowego (ewaporacji), oraz proces parowania poprzez transpirację roślin. Wzrost udziału powierzchni nieprzepuszczalnych w zlewni powoduje zmniejszanie się wysokości strat w wyniku ewapotranspiracji, a także zmniejszanie się ilości wody infiltrującej do gruntu. Jeżeli wysokość opadów nie ulega zmianie, to zgodnie z równaniem (2) w wyniku urbanizacji następuje wzrost wysokości odpływu ze zlewni. Wzrost ten generowany jest poprzez zwiększone zasilanie cieku wodami pochodzącymi z odpływu powierzchniowego, gdyż jednocześnie maleje intensywność infiltracji i zasilania cieku wodami gruntowymi przebieg tych zmian wyjaśniają schematy pokazane na rys. 1. Jednocześnie ze wzrostem wielkości odpływu powierzchniowego ze zlewni zurbanizowanej następuje jego przyspieszenie, co jest efektem nie tylko ułatwionego spływu wód opadowych po powierzchniach nieprzepuszczalnych, ale przede wszystkim efektem działania sieci kanalizacji deszczowej, która istotnie skraca czas 5

6 dopływu wód opadowych do cieku odbiornika. Wraz ze wzrostem udziału terenów zabudowanych w zlewni zmienia się kształt i objętość fal wezbraniowych wielkość przepływu kulminacyjnego wzrasta i jednocześnie maleje czas wystąpienia kulminacji. Zmiany te ilustruje wykres fal wezbraniowych pokazany na rys. 2. Rys. 1. Wpływ wzrostu powierzchni nieprzepuszczalnych w zlewni na zmiany elementów bilansu wodnego ( rysunek częściowo zmieniony) Rys.2. Wpływ zmian udziału powierzchni zabudowy w zlewni na kształt fali wezbraniowej (Geiger i Dreiseitl 1999) 6

7 Rys. 3. Przebieg zmienności przepływu w jednym z przekrojów pomiarowych rzece Białej w Białymstoku, na tle zmienności opadów zarejestrowanych w czerwcu 2009 roku (Tyszewski i in. 2009). Wezbrania opadowe obserwowane w małych zlewniach zurbanizowanych ze względu na swoją charakterystykę są bardzo podobne do wezbrań w potokach górskich, gdzie czas reakcji, mierzony od początku opadu do momentu kulminacji fali, jest bardzo krótki, stany wody wzrastają bardzo szybko i równie szybko opadają. Dobrą ilustracją wpływu miejskiej sieci kanalizacji deszczowej na formowanie się wezbrań mogą być wyniki obserwacji wykonanych w jednym z przekrojów wodowskazowych na rzece Białej, zlokalizowanym na terenie Białegostoku. Na rys. 3 pokazano przykładowy wykres zmienności opadu i przepływu w czerwcu 2009 roku z którego wynika, że po każdym opadzie o wysokości P > 5 mm powstawała szybko zmienna fala wezbraniowa z przepływem kulminacyjnym wielokrotnie przewyższającym przepływ w podstawie fali. Syntetycznym miernikiem opisującym stopień antropopresji i sposób zagospodarowania zlewni jest tzw. wskaźnik stabilności obszarowej zlewni zurbanizowanej u s, który według Gutry-Koryckiej (2003) może być wykorzystywany w modelach hydrologicznych do charakterystyki terenów zurbanizowanych i uprzemysłowionych. Ten wieloelementowy wskaźnik wykorzystał Ciupa (2009) w badaniach hydrologicznych prowadzonych w rejonie Kielc w dwóch małych, 7

8 sąsiadujących ze sobą zlewniach o odmiennym zagospodarowaniu. Rzeka Silnica (powierzchnia zlewni 49,4 km 2 ) na górnym odcinku płynie przez tereny zalesione, a następnie przepływa przez obszar miejski Kielc. Rzeka Sufraganiec (powierzchnia zlewni 62,0 km 2 ) odwadnia zlewnię leśno-rolniczą, w której wraz z biegiem rzeki stopniowo zwiększa się udział terenów zurbanizowanych. Na rys. 4 pokazano związki między maksymalnym odpływem jednostkowym ze zlewni cząstkowych a wartościami wskaźników charakteryzujących ich zagospodarowanie. Na wykresach widać wyraźnie, że maksymalny odpływ jednostkowy ze zlewni cząstkowych o największym stopniu przekształcenia (punkty oznaczone kolorem czerwonym) jest około 4-krotnie większy niż z zalesionych części zlewni (punkty ciemno zielone). Rys. 4. Związki maksymalnego odpływu jednostkowego WWq (dm 3 s -1 km -2 ) ze zlewni cząstkowych w zależności od wskaźnika stabilności obszarowej zlewni u s, udziału powierzchni utwardzonych U tu (%), powierzchni dróg utwardzonych P du (km 2 km -1 ) przypadających na 1 km biegu rzeki oraz gęstości kanałów kanalizacji deszczowej G k (km 2 km -1 ) (Ciupa 2009). Wpływ stanu zagospodarowania zlewni na charakterystykę fal wezbraniowych jest również widoczny na rys. 5, gdzie na tle zdjęcia satelitarnego zlewni rzeki Sufraganiec i Silnica pokazano hydrogramy typowych fal odpływu jednostkowego w przekrojach zamykających badane zlewnie cząstkowe. Hydrogramy fal określono na podstawie ośmiu wezbrań wywołanych deszczami ulewnymi o wysokości opadu większej od 20 mm. Wpływ zagospodarowania zlewni cząstkowych na charakterystykę fal wezbraniowych pokazują różnice w wartościach maksymalnego 8

9 odpływu jednostkowego ze zlewni: najmniejszy odpływ występował ze zlewni leśnej w przekrój Grzeszyn, większy ze zlewni leśno-rolniczej w przekrojach Dąbrowa i Pietraszki, a największy ze zlewni zurbanizowanej w przekrojach Pakosz i Białogon. Maksymalny odpływ jednostkowy ze zlewni leśnej i zurbanizowanej, w skrajnym przypadku różnił się prawie 9-cio krotnie. Rys. 5. Zróżnicowanie odpływu jednostkowego q (dm 3 s -1 km -2 ) w czasie T (godz.) dla typowej fali wezbraniowej wywołanej opadem ulewnym na tle zdjęcia satelitarnego pokazującego użytkowanie zlewni rzek Sufraganiec i Silnica (Ciupa 2009). 3. Wpływ urbanizacji zlewni na stan środowiska wodnego Rodzaj zagospodarowania zlewni wpływa na ilość zanieczyszczeń trafiających do rzek wraz z odpływem powierzchniowym. Wyniki badań prowadzonych w zlewniach zurbanizowanych wyraźnie wskazują, że w okresie opadów i roztopów sieć kanalizacji deszczowej dostarcza do odbiorników znaczne ładunki zanieczyszczeń. Według badań Ciupy (2009), z obszarów zurbanizowanych do rzek odprowadzane są znacznie większe ilości substancji rozpuszczonych, zawiesiny i rumowiska wleczonego niż z obszarów analogicznej wielkości i o innym rodzaju użytkowania gruntów. Autor uzyskał silne i bardzo silne zależności korelacyjne między wartościami wskaźników charakteryzujących udział terenów uszczelnionych, powierzchni i gęstości dróg utwardzonych oraz gęstości sieci kanalizacji deszczowej, a koncentracją materiału rozpuszczonego i zawiesiny (w mgdm -3 ) oraz wartościami wskaźników chemicznej i mechanicznej denudacji jednostkowej (w mgs -1 km -2 ), wyrażającymi całkowity 9

10 ładunek odpływający w ciągu sekundy z km 2 zlewni, odpowiednio: zanieczyszczeń rozpuszczonych (denudacja chemiczna) oraz materiału stałego (denudacja mechaniczna). Największe ilości zanieczyszczeń na obszarach zabudowanych są dostarczane podczas opadów i roztopów z powierzchni ulic a także z terenu stacji paliw (Sawicka- Siarkiewicz 2004). Na stężenie zanieczyszczeń duży wpływ ma długość okresów bezopadowych, podczas których na powierzchniach utwardzonych następuje kumulacja zanieczyszczeń. W pierwszej fazie opadu zanieczyszczenia są łatwo zmywane, stąd maksymalne stężenia zanieczyszczeń obserwuje się w odbiornikach ścieków opadowych na początku wezbrania, po czym szybko stężenia maleją (Fidala- Szope i in. 1999; Górska K., Górski J. 2011). Według badań Osmulskiej-Mróz (1992) prowadzonych w Potoku Służewieckim w Warszawie, w okresie pogody deszczowej w ściekach opadowych stężenia szeregu zanieczyszczeń są wyższe od odprowadzanych w ściekach komunalnych: zawiesiny o ok. 190 %, a ChZT o ponad 100 %, BZT 5 i N org o %, zawartość tłuszczów i olejów o ok. 70 %. Wpływ ładunków zanieczyszczeń zawartych w ściekach opadowych na jakość wód rzecznych jest tym większy im mniejszy jest ciek spełniający rolę odbiornika ścieków. Autorka stwierdziła, że roczna objętość ścieków opadowych odprowadzanych miejskimi systemami kanalizacyjnymi stanowi około 40 % rocznej objętości ścieków komunalnych w Polsce. Natomiast całkowity ładunek zanieczyszczeń odprowadzany wraz ze ściekami opadowymi stanowi od 4 % do 26 % (w zależności od rozpatrywanego wskaźnika) ładunku zanieczyszczeń zawartych w ówczesnych surowych ściekach komunalnych. W podsumowaniu badań Osmulska-Mróz stwierdziła, że udział ścieków opadowych w zanieczyszczeniu środowiska wodnego będzie wzrastał wraz ze wzrostem stopnia oczyszczania ścieków komunalnych oraz rozwoju miast i związanej z tym rozbudowy systemów kanalizacji deszczowej. Dwadzieścia lat temu Autorka przewidywała, że w sytuacji pełnego biologicznego oczyszczania ścieków komunalnych w Polsce, udział ścieków opadowych (przy niezmienionej powierzchni miejskich zlewni wód deszczowych) w zanieczyszczeniu odbiorników wyniósłby w skali roku 51 % w odniesieniu do zawiesiny oraz 66 % w odniesieniu do ChZT. 10

11 Wspomniane wcześniej badania prowadzone w Białymstoku wykazały, że największe zagrożenie dla jakości wód rzeki Białej stanowi odprowadzanie ścieków opadowych z terenu miasta. Wody odprowadzane kanalizacją deszczową wskazują na znaczne zanieczyszczenie, w szczególności zawiesinami, substancjami organicznymi (BZT5, ChZT-Cr), biogennymi (azot azotynowy, fosforany) i siarczkami. Wysokiemu zanieczyszczeniu odprowadzanych wód deszczowych sprzyja niski poziom wyposażenia wylotów kanalizacji w osadniki i separatory. Dodatkowym czynnikiem wpływającym na złą jakość wód jest zaśmiecenie brzegów rzeki Białej odpadami wypływającymi z kanalizacji w czasie opadów, szczególnie gwałtownych. Zagrożenie dla jakości wód rzecznych związane z odprowadzaniem ścieków opadowych nie jest jedynym czynnikiem wpływającym na stan środowiska wodnego. W przypadku mniejszych cieków odbiorników istotnym czynnikiem degradacji jest erozja koryta wywołana zwiększonym i przyspieszony odpływem wód ze zlewni zurbanizowanych. Wraz z postępującą urbanizacją zlewni i koniecznością przyjmowania coraz to większych ilości wód opadowych, mniejsze cieki są regulowane, tracą cechy naturalności, przestają spełniać funkcje przyrodnicze i stopniowo przekształcają się w mało atrakcyjne krajobrazowo miejskie kanały ściekowe. Doliny rzek położonych na terenie miast również ulegają przeobrażeniom i zabudowie, co oprócz niekorzystnych skutków środowiskowych powoduje także utratę naturalnych terenów zalewowych. Jednym z podstawowych narzędzi w ochronie ilości i jakości wód odprowadzonych z terenu zlewni jest odpowiednie planowanie zagospodarowania przestrzennego. W tym zakresie brakuje w Polsce odpowiednich formalnych zaleceń, dlatego warto korzystać z zasad i wytycznych projektowania, opracowanych przez Agencję Ochrony Środowiska USA ( w formie tzw. opracowań BMP (Best Management Practices) oraz LID (Low Impact Development). BMP i LID są dokumentami zawierającymi zbiór zasad praktycznych oraz zleceń projektowych dotyczących stosowania różnego rodzaju środków technicznych i tzw. nietechnicznych, których celem jest ochrona i redukcja zanieczyszczenia wód substancjami pochodzących ze źródeł rozproszonych, w tym w wyniku spływu wód opadowych z terenów zurbanizowanych. Oba dokumenty mają charakter 11

12 informacyjny, tym niemniej wiele z podanych w nich zaleceń zostało uwzględnionych w lokalnych (stanowych) przepisach prawnych. Według stosowanych w USA kryteriów podanych w LID, zachowanie dobrego stanu ekologicznego cieków jest możliwe, gdy udział powierzchni nieprzepuszczalnych w zlewni nie przekracza 10 % ( Jeżeli udział powierzchni nieprzepuszczalnych wzrasta do % wówczas odprowadzane z nich wody opadowe odgrywają znaczący wpływ na ekologiczną jakość cieku. Gdy udział powierzchni uszczelnionych w zlewni przekracza 25 %, wpływ ścieków opadowych na stan cieku-odbiornika jest istotny. W dłuższej perspektywie prowadzi to do degradacji środowiska rzecznego w wyniku wzrostu zanieczyszczenia wody, a także erozji koryta spowodowanej zwiększonym odpływem wód opadowych ze zlewni. 4. Funkcjonowanie kanalizacji deszczowej w aspekcie ryzyka powodzi Odprowadzanie ścieków opadowych z obszarów zurbanizowanych odbywa się poprzez systemy kanalizacji deszczowej, które ze względów ekonomicznych mają ograniczoną przepustowość. Zalecane w projektowaniu częstotliwości występowania deszczu obliczeniowego oraz kontrolnego dla warunków przepełnienia instalacji, według obecnie obowiązującej normy europejskiej PN-EN (2001), zostały podane w Tabeli 1. Tabela 1. Zalecane w projektowaniu częstotliwości występowania deszczu obliczeniowego i kontrolnego (PN-EN 752-4:2001) Rodzaj zabudowy Częstotliwość deszczu obliczeniowego 1 wystąpienie na c lat Częstotliwość przepełnienia (zalania) 1 wystąpienie na c lat Osiedla wiejskie 1 10 Osiedla mieszkaniowe 2 20 Zabudowa śródmiejska, tereny handlowe, przemysłowe - z uwzględnieniem zjawiska wylania bez uwzględnienia zjawiska wylania 5 - Metro / przejścia podziemne Norma PN-EN (2001) wprowadziła do praktyki projektowej obowiązek sprawdzenia funkcjonowania kanalizacji w warunkach przepełnienia sieci i możliwości 12

13 zalania terenu, tj. w przypadku wystąpienia opadów o mniejszej częstotliwości niż deszczu obliczeniowego. Wcześniej stosowane wytyczne projektowania takiego obowiązku nie nakładały, natomiast zalecana częstotliwość deszczu obliczeniowego była podobna, chociaż ustalana według innych kryteriów (Tabela 2). W przypadku projektowania urządzeń odwadniających drogi, częstotliwość deszczu obliczeniowego przyjmuje się według Rozporządzenia Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej z dnia 2 marca 1999 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać drogi publiczne i ich usytuowanie (Dz. U. Nr 43, poz. 430), na podstawie klasy drogi (Tabela 3). Tabela 2. Zalecana częstotliwość deszczu obliczeniowego (Błaszczyk 1965) Częstotliwość deszczu Rodzaj kanału obliczeniowego 1 wystąpienie na c lat Kanały boczne w płaskim terenie 1 Kolektory, kanały boczne przy 2 większych spadkach terenu Kolektory w głównych ulicach, kanały 5 boczne przy dużych spadkach terenu Kanały w szczególnie niekorzystnych 10 warunkach (np. gęsta zabudowa) Kanały otwarte na terenie miast 10 Tabela 3. Częstotliwość deszczu obliczeniowego w projektowaniu odwodnienia dróg (wg Rozporządzenia MTiGM z 2 marca 1999 r.) Częstotliwość deszczu Klasa drogi obliczeniowego 1 wystąpienie na c lat Autostrada (A), ekspresowa (S) 10 Główna ruchu przyspieszonego (GP) 5 Główna (G), zbiorcza (Z) 2 Lokalna (L), dojazdowa (D) 1 Istniejąca w Polsce sieć kanalizacji deszczowej w przeważającej części była projektowana według zaleceń podanych w Tabeli 2, a w przypadku sieci położonych w śródmieściach starszych miast - nawet według norm XIX-to wiecznych i z początku XX wieku. Przypadki występowania powodzi opadowych w zlewniach miejskich, związanych z niedostateczną przepustowością kanalizacji deszczowej, są więc 13

14 wynikiem nie tylko pojawiania się zjawisk ekstremalnych o małej częstotliwości, ale także są efektem przyjętych na etapie projektowania założeń technicznych i co równie istotne ekonomicznych. Przykładowo, ciek-odbiornik ścieków opadowych odprowadzanych z terenu miasta, zgodnie z dawniej stosowanymi zaleceniami (Tabela 2) powinien mieć maksymalną przepustowość (na poziomie wody brzegowej) wystarczającą do przeprowadzenia wezbrania wywołanego deszczem zdarzającym się raz na 10 lat. Ryzyko wylania cieku i powodzi w mieście jest więc stosunkowo duże i co gorsze - w wielu przypadkach stale wzrastające. Tak będzie, gdy w wyniku rozwoju miasta i rozbudowy sieci kanalizacji deszczowej ciek odbiornik będzie musiał przyjmować coraz większe ilości ścieków opadowych. Wzrost ryzyka powodzi dotyczy przede wszystkim zlewni mniejszych rzek płynących przez tereny zabudowane, a zwłaszcza zlewni rowów melioracyjnych, które były projektowane w innych celach, ale w wyniku ekspansji zabudowy na terenach podmiejskich często zaczęły przejmować funkcję odbiornika ścieków opadowych. Ekstremalne opady deszczu ze swej natury zdarzają się rzadko, chociaż w efekcie zmian klimatycznych obserwowane są znacznie częściej niż dawniej. Proces urbanizacji wielu zlewni zwykle przebiega stosunkowo wolno, ale w sposób ciągły. W wyniku przekształceń antropogenicznych zmienia się reżim odpływu wody ze zlewni, przy czym w normalnych warunkach opadowych zmiany te są trudne do zaobserwowania. Negatywne skutki zmiany reżimu hydrologicznego wpływające na wzrost ryzyka powodzi ujawniają się dopiero po latach w czasie opadów o małym prawdopodobieństwie wystąpienia. Podejmowane wówczas działania w celu zmniejszenia zagrożenia powodziowego na terenach zurbanizowanych zwykle są dość ograniczone, bardzo kosztowne i nie zawsze skuteczne. 5. Możliwości zmniejszania ryzyka powodzi na obszarach zurbanizowanych Obszary zurbanizowane są szczególnie narażone na wysokie straty powodziowe ze względu na dużą gęstość zaludnienia oraz koncentrację różnego rodzaju obiektów budowlanych, infrastrukturalnych i związanych z aktywnością gospodarczą. Zmniejszenie ryzyka wystąpienia powodzi miejskich ma więc istotne znaczenie dla społeczeństwa i gospodarki. Działania w celu poprawy bezpieczeństwa mieszkańców miast oraz redukcji strat materialnych są podejmowane między innymi 14

15 w państwach Wspólnoty Europejskiej, gdzie w latach był realizowany program COST (European co-operation in the field of Science and Technical Research) C-22 Urban Flood Management. W ostatnio opublikowanym podsumowaniu wyników programu (Zevenbergen i in. 2011) stwierdza się, że obszary zurbanizowane można porównać do żywych organizmów, które jak każdy organizm posiadają swoją własną charakterystykę. Z tego względu zwykle konieczne jest dokonanie pewnej adaptacji ogólnie stosowanych rozwiązań w celu zmniejszenia ryzyka powodzi na rozpatrywanym obszarze. Poszukiwanie indywidualnych możliwości w tym zakresie muszą zatem poprzedzać odpowiednie studia terenowe i badania hydrologiczne. Jako uzasadnienie prowadzenia tego typu badań w zlewniach zurbanizowanych można wymienić: a) brak lub niedostateczną ilość danych hydrologicznych, b) konieczność określenia charakterystyki funkcjonowania systemu kanalizacji deszczowej, c) przeprowadzenie kalibracji istniejących modeli obliczeniowych do symulacji wezbrań opadowych o małym prawdopodobieństwie wystąpienia oraz sprawdzenia wpływu proponowanych rozwiązań projektowych na funkcjonowanie sieci kanalizacji deszczowej. Szersze uzasadnienie wymienionych wskazań przedstawiono poniżej. Ad a) Małe zlewnie rzeczne, w tym położone na obszarach zurbanizowanych, należą zwykle do tzw. zlewni nieobserwowanych, w których nie prowadzi się badań hydrologicznych w ramach monitoringu wód powierzchniowych. Brakuje więc wiarygodnych danych o wielkościach maksymalnych przepływów prawdopodobnych oraz o przepustowości koryt cieków naturalnych i sztucznych. W ramach programu wstępnej oceny ryzyka powodziowego (Raport KZGW 2010) wiele odcinków mniejszych rzek na obszarach zurbanizowanych nie zostało wskazanych do opracowania map zagrożenia i ryzyka powodziowego. Przykładowo, przepływająca przez Białystok rzeka Biała nie została zakwalifikowana przez KZGW jako generująca zagrożenie powodziowe. Tymczasem takie zagrożenie występuje, co wykazały badania prowadzone w Białymstoku w latach (rys. 6). 15

16 Rys. 6. Zasięg potencjalnego zalewu wodą wielką o prawdopodobieństwie p = 1% na odcinku doliny rzeki Białej w Białymstoku (Tyszewski i in. 2009). Ad b) System odprowadzania wód opadowych z danego terenu zurbanizowanego w każdym przypadku posiada specyficzną charakterystykę i różny stopień skomplikowania. System kanalizacji deszczowej, często wspomagany przez sieć kanalizacji ogólnospławnej, składa się zwykle z kanałów zamkniętych i otwartych, rzek i potoków, a także innych odbiorników wód jakimi są różnego rodzaju zbiorniki wodne. W celu określenia charakterystyki funkcjonowania systemu kanalizacji deszczowej w tak złożonych warunkach odpływu niezbędne jest wykonanie odpowiednich pomiarów hydrologicznych. Przykładowo, struktura systemu odprowadzania wód opadowych w Warszawie jest następująca: kanały ogólnospławne stanowią 57 % długości sieci, kanały deszczowe 22 %, kanały otwarte i rowy 13 %, rzeki i potoki 8 % Ponadto, system ten nie jest jednolity pod względem właścicielskim i zarządczym, co dodatkowo komplikuje rozpoznanie działania systemu kanalizacji deszczowej (Kamiński i Starostka 2011). Przykład Warszawy z pewnością nie stanowi wyjątku w tym zakresie, jednocześnie może być dobrym poligonem badawczym. W ramach wspomnianego wcześniej projektu COST C-22, Katedra Inżynierii Wodnej Szkoły Głównej Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie prowadziła w latach badania w zlewni Potoku Służewieckiego w Warszawie. Celem badań była analiza procesu opad- 16

17 odpływ w zlewni zurbanizowanej i opracowanie metodyki wyznaczania przepływów maksymalnych, powstających w wyniku reakcji zlewni na opad o określonym prawdopodobieństwie wystąpienia i określonym krytycznym czasie trwania (Banasik i in. 2010). Potok Służewiecki o powierzchni zlewni 54,8 km 2 położony jest w południowej części lewobrzeżnej Warszawy i uchodzi do Jeziora Wilanowskiego. Udział powierzchni nieprzepuszczalnych w zlewni Potoku z obecnych 20 % w przyszłości wzrośnie do ok. 30 %, a udział powierzchni skanalizowanych z 59 % do 85 %. W ramach badań, oprócz pomiarów hydrologicznych prowadzonych w założonej sieci posterunków wodowskazowych (rys. 7), przewidziano również testowanie metod prognostycznych i modelowania matematycznego. W tym celu wykorzystano autorski program SEGMO (Banasik 1994) do wyznaczania hydrogramów wezbrań opadowych oraz komercyjny program SWMM (Storm Water Management Model opracowany przez Agencję Ochrony Środowiska USA) do modelowania transformacji opadu w odpływ w zlewniach zurbanizowanych. Efektem badań były liczne publikacje o charakterze aplikacyjnym (między innymi: Banasik 2009, Banasik i in. 2009, Sikorska i Banasik 2009, Barszcz 2009 a). Rys. 7. Lokalizacja stacji opadowych i przekrojów wodowskazowych w zlewni Potoku Służewieckiego (Banasik i in. 2009) Badania prowadzone w zlewni Potoku Służewieckiego, a także omawiane wcześniej badania w zlewni rzeki Silnicy w Kielcach (Ciupa 2009) i rzeki Białej 17

18 w Białymstoku (Tyszewski i in. 2009; Chormański i Michałowski 2011), oprócz wymiernych korzyści naukowych przyniosły również istotne informacje, które powinny być wykorzystane przez władze lokalne do podejmowania odpowiednich działań w celu zmniejszania ryzyka powodzi w badanych zlewniach. Ponadto, badania te mogą stanowić dobry wzór metodyczny przy ustalaniu programu badań hydrologicznych w innych zlewniach zurbanizowanych. Ad c) Obowiązująca obecnie w projektowaniu sieci kanalizacji deszczowej norma PN-EN 752 (2001) dopuszcza stosowanie prostych metod empirycznych wyłącznie w projektowaniu małych układów kanalizacji deszczowej, tj. w przypadku zlewni o powierzchni mniejszej niż 200 ha lub zlewni, dla której czas koncentracji przepływu jest nie większy niż 15 minut (Mrowiec 2011). W zdecydowanej większości przepadków norma PN-EN 752 (2001) nakłada obowiązek stosowania komputerowych modeli symulacyjnych do sporządzania opracowań koncepcyjnych i projektów, w tym do sprawdzenia skutków zalania terenu w wyniku przepełnienia sieci podczas opadów o mniejszej częstotliwości niż deszcz obliczeniowy (patrz p. 4 Tabela 1). Zastosowanie programów komputerowych do obliczeń symulacyjnych wymaga zatem wstępnego testowania i kalibracji, co jest umożliwiają wyniki badań hydrologicznych (Barszcz 2009 b, Skotnicki 2011). 6. Możliwości zwiększania retencji na obszarach zurbanizowanych Wyniki badań hydrologicznych były między innymi wykorzystane przez Agencję Ochrony Środowiska USA ( do opracowania zasad i wytycznych projektowania tzw. BMP (Best Management Practices) oraz LID (Low Impact Development). BMP i LID są dokumentami zawierającymi zbiór zasad praktycznych oraz zleceń projektowych dotyczących stosowania różnego rodzaju środków technicznych i tzw. nietechnicznych, których celem jest ochrona i redukcja zanieczyszczenia wód substancjami pochodzących ze źródeł rozproszonych, w tym w wyniku spływu wód opadowych z terenów zurbanizowanych. Oba dokumenty mają charakter informacyjny, tym niemniej wiele z podanych w nich zaleceń zostało uwzględnionych w lokalnych (stanowych) przepisach prawnych. Jednym z podstawowych narzędzi w ochronie ilości i jakości wód odprowadzonych z terenu zlewni jest odpowiednie planowanie zagospodarowania 18

19 przestrzennego. Według stosowanych w USA kryteriów podanych w LID, zachowanie dobrego stanu ekologicznego cieków jest możliwe, gdy udział powierzchni nieprzepuszczalnych w zlewni nie przekracza 10 % ( Jeżeli udział powierzchni nieprzepuszczalnych wzrasta do % wówczas odprowadzane z nich wody opadowe odgrywają znaczący wpływ na ekologiczną jakość cieku. Gdy udział powierzchni uszczelnionych w zlewni przekracza 25 %, wpływ ścieków opadowych na stan cieku-odbiornika jest istotny. W dłuższej perspektywie prowadzi to do degradacji środowiska rzecznego w wyniku wzrostu zanieczyszczenia wody, a także erozji koryta spowodowanej zwiększonym odpływem wód opadowych ze zlewni. Ograniczenie wielkości spływu wód opadowych do cieków-odbiorników można uzyskać poprzez: zachowanie mozaiki powierzchni nieprzepuszczalnych z terenami biologicznie czynnymi (parki, ogrody, trawniki), które powinny być dodatkowo przystosowane do przechwytywania spływu wód opadowych również z sąsiednich terenów (profilowanie trawiastych powierzchni i koryt spływu, tworzenie zagłębień terenu, mokradeł, obszarów bioretencji), zwiększenie możliwości retencyjnych zlewni przy pomocy środków technicznych. Spośród składników całkowitej retencji zlewni wymienionych we wzorze (1), w warunkach zlewni zurbanizowanych możliwe jest przede wszystkim zwiększanie retencji gruntowej (R gr ), retencji stojących wód otwartych (R w ) oraz retencji w korytach rzek i cieków (R rz ). W tym celu mogą być stosowanie różnego rodzaju rozwiązania techniczne, niekiedy bardzo proste, które modyfikują wielkość odpływu powierzchniowego nie tylko poprzez zatrzymanie (retencję) części wód, ale również poprzez opóźnienie (detencję) lub odprowadzenie do gruntu (infiltrację). Ważne jest, aby odpowiednie środki techniczne były stosowane na terenie całej zlewni zurbanizowanej w sposób systemowy. Mają one wówczas charakter środków rozproszonych, które bardziej skutecznie eliminują przyczyny nadmiernej koncentracji odpływu powierzchniowego, poprzez retencjonowanie wody u źródła tj. w miejscach, gdzie odpływ ten zaczyna się dopiero formować. Istnieje szereg rozwiązań technicznych pozwalających zwiększyć retencję wód opadowych na terenach zurbanizowanych. Są to głównie obiekty o charakterze różnego typu zbiorników, które dodatkowo przyczyniają się one do poprawy jakości 19

20 wód opadowych dzięki zachodzącym w nich procesom fizykochemicznym i biologicznym. Poniżej przedstawiono krótkie charakterystyki najczęściej stosowanych środków technicznych. Utwardzone nawierzchnie przepuszczalne wykonywane z kostki brukowej, płyt ażurowych, tłucznia, żwiru - umożliwiają infiltrację wód opadowych bezpośrednio do gruntu; powinny być stosowane na ulicach o małym natężeniu ruchu (lokalne, osiedlowe), na parkingach, chodnikach, placach, itp. Odprowadzanie wód deszczowych z dachów budynków rury spustowe mogą być wyprowadzane do: - zagłębienia terenowego (niecki), gdy grunt jest dobrze przepuszczalny, gdy mniej przepuszczalny z drenażem rozsączającym (rys. 7), - szczelnego oczka wodnego, spełniającego także funkcję krajobrazową (rys. 8), - niecki filtracyjnej wypełnionej gruntem przepuszczalnym, a następnie do kanalizacji deszczowej (rys. 9), - studni chłonnej (rys. 10), zbiornika zbudowanego z tzw. skrzynek lub tuneli retencyjno-rozsączających (rys. 11, 12), skąd woda infiltruje do gruntu. Wyprowadzenie rury spustowej Rys. 7. Odprowadzanie wód opadowych z dachu do zagłębień terenowych 20

21 Rys. 8. Oczko wodne zasilane wodami opadowymi odprowadzanymi z dachu Rys. 9. Niecka filtracyjna do gromadzenia wód opadowych (Geiger i Dreiseitl 1999) Rys. 10. Schemat działania studni chłonnej (Geiger i Dreiseitl 1999) 21

22 Rys. 11. Zbiornik zbudowany ze skrzynek retencyjno-rozsączających ( Rys. 12. Zbiornik zbudowany z tuneli retencyjno-rozsączających ( Zbiorniki wykonane ze skrzynek lub tuneli rozsączających mogą być również stosowane do gromadzenia ścieków opadowych odprowadzanych z parkingów i dróg lokalnych, wówczas dodatkowo należy je wyposażyć w osadniki i filtry. Tego typu zbiorniki mogą być również przystosowane do gromadzenia wody deszczowej, którą można następnie wykorzystać się np. do podlewania trawników. Są wówczas budowane jako zbiorniki szczelne - zabezpieczone nieprzepuszczalną geomembraną. Zielone dachy dachy przystosowane do retencjonowania wód opadowych w gruntowej warstwie wegetacyjnej (zwykle o grubości ok. 30 cm), z której nadmiar wody jest odprowadzany tylko podczas intensywnych opadów. Najczęściej woda 22

23 opadowa w całości zostaje zatrzymana w gruncie, a następnie jest transpirowana przez rośliny oraz częściowo odparowuje z powierzchni gleby (rys. 13). Rys 13. Widok zielonego dachu (Kloss i Calarusse 2006) Zbiorniki sedymentacyjno-filtracyjne są stosowane w celu opóźnienia odpływu oraz oczyszczenia ścieków opadowych przed ich odpływem do cieku odbiornika (rys. 14). Jest to rodzaj tzw. suchego zbiornika, który pokryty roślinnością trawiastą może stanowić element nadrzecznego terenu parkoworekreacyjnego. Rys 14. Zbiorniki sedymentacyjno-infiltacyjny: a) bez drenażu, b) z drenażem; oznaczenia: 1 materiał filtracyjny, 2 drenaż rurowy, 3 podłoże naturalne (nieprzepuszczalne lub słabo przepuszczalne) lub uszczelnienie folią, 4 odbiornik (Mioduszewski 2006, opis zmieniony) 23

24 Suchy zbiornik w dolinie poza korytem rzeki napełnienie zbiornika wodami wezbraniowymi umożliwia budowla piętrząca zlokalizowana w korycie rzeki, natomiast zrzut wód do rzeki umieszczona w zaporze budowla upustowa (rys. 15). Rys 15. Schemat suchego zbiornika w dolinie rzeki (Kardel i in. 2011) Staw suchy zbiornik obsadzony roślinnością, okresowo napełniany ściekami opadowymi, spełnia funkcję osadnika, jest wyposażony w upust filtracyjny i przelew awaryjny do przepuszczania przypływów większych od miarodajnego (rys. 16). Rys 16. Schemat rozwiązań stawu suchego (Sawicka-Siarkiewicz 2004, na podstawie rozwiązań stosowanych w USA) Staw mokry stale napełniony zbiornik wodny obsadzony roślinnością wodną, zwykle wyposażony w osadnik (zbiornik wstępny), właściwie zaprojektowany może stanowić atrakcyjny element krajobrazu (rys. 17). 24

25 Rys 17. Schemat stawu mokrego (Studium hydrograficzne , na podstawie rozwiązań stosowanych w USA) Opóźniacze odpływu są to urządzenia stosowane w ciekach i kanałach otwartych w celu zatrzymania i opóźnienia spływu wody z górnej części zlewni; mogą być stosowane jako budowle pojedyncze lub działać w kaskadzie (rys. 18 i 19). Rys. 18. Schemat działania opóźniacza odpływu (Paluch i in. 2005) 25

26 Rys. 19. Kaskada opóźniaczy odpływu (Paluch i in. 2005) Czasowe zatrzymywanie ścieków opadowych w zbiornikach retencyjnych powoduje znaczną redukcję ładunku zanieczyszczeń, a zwłaszcza zawiesiny mineralnej. Według zaleceń LID podanych w Tabeli 4, wymaganą powierzchnię stawów mokrych, zapewniających zatrzymanie 90 % całkowitego ładunku rumowiska unoszonego, należy określać jako procent powierzchni terenu odwadnianego w zależności od rodzaju użytkowania (rodzaju powierzchni). Tabela 4. Wymagana powierzchnia stawów mokrych do zatrzymania 90 % ładunku rumowiska unoszonego, jako procent powierzchni terenu odwadnianego ( Procent powierzchni Rodzaj użytkowania / rodzaj powierzchni terenu [%] Powierzchnie całkowicie nieprzepuszczalne 3,0 Autostrady 2,8 Tereny przemysłowe 2,0 Tereny handlowe 1,7 Tereny użyteczności publicznej 1,7 Place budowy 1,5 Tereny zabudowy mieszkaniowej 0,8 Tereny otwarte 0,6 Przedstawione charakterystyki funkcjonowania zbiorników wód opadowych warto uzupełnić zestawieniem dotyczącym ich zalet i wad. Zalety rozwiązań opartych na infiltracji: - redukują wielkość odpływu powierzchniowego w wyniku zasilania wód gruntowych, - posiadają wysoką wydajność w usuwaniu zanieczyszczeń wody, jednakże nie mogą przyjmować wód zbyt zanieczyszczonych, 26

27 - niektóre obiekty zajmują niewiele miejsca i mogą być lokalizowane pod ziemią. Wady rozwiązań opartych na infiltracji: - mogą być stosowanie w ograniczonym zakresie w warunkach dużej przepuszczalności gruntu i niskiego poziomu wód gruntowych oraz na stosunkowo niewielkich powierzchnie odwodnienia, - wymagają częstej konserwacji; - w przypadku występowania niekorzystnych warunków gruntowych może dojść do zanieczyszczenia wód gruntowych, - brak możliwości przyjmowania wód z dużym ładunkiem zanieczyszczeń, - niewypełnione wodą wyglądają nieestetycznie i mogą być źródłem przykrych zapachów. Zalety zbiorników wód opadowych: - wyrównują przepływy i zmniejszają zagrożenie erozją w korytach cieków - odbiorników, - mają zdolność do usuwania zanieczyszczeń stałych i rozpuszczonych, - właściwie zaprojektowane mogą posiadać dużą atrakcyjność krajobrazową i być wykorzystywane do celów rekreacji, - mogą być stosowane w miejscach, gdzie z powodu nieprzepuszczalności gruntów, nie sprawdzają się rozwiązania oparte na infiltracji. Wady zbiorników wód opadowych - nie odgrywają znaczącej roli w zmniejszaniu wielkości całkowitego odpływu powierzchniowego ze zlewni, gdyż straty wody mogą być w nich niewielkie wynikają z parowania z powierzchni wody, transpiracji (w przypadku stawów mokrych z roślinnością), a także infiltracji wody ze zbiornika do wód gruntowych, - wymagają znacznych powierzchni terenu, - wymagają właściwej konserwacji, a zwłaszcza częstego usuwania zanieczyszczeń i nadmiaru roślinności, gdyż może to prowadzić do wystąpienia procesów gnilnych i nieprzyjemnych zapachów, a także wtórnego zanieczyszczenia wody. Przedstawione wyżej rozwiązania techniczne nie wyczerpują możliwych do zastosowania środków, które mogą wpłynąć na zmniejszenie ryzyka powodzi na terenach zurbanizowanych. Jeżeli przepływająca przez miasto rzeka posiada górną część zlewni położoną na terenach niezurbanizowanych, wówczas każdy wzrost 27

28 retencji wodnej na tym obszarze spowoduje obniżenie zagrożenia powodziowego na niżej leżących odcinkach rzeki. Natomiast, gdyby zmniejszyła się retencyjność górnej część zlewni, wówczas wystąpi sytuacja odwrotna wzrośnie zagrożenie powodziowe w dolnej części zlewni. Należy zatem podkreślić, że planowane działania w celu poprawy bezpieczeństwa powodziowego na obszarach zurbanizowanych nie mogą ograniczać się tylko do tych obszarów. Wówczas należy brać pod uwagę zastosowanie również innych środków, takich jak np. zalesienia, tworzenie pasów zadrzewień i zakrzaczeń, zwiększanie powierzchni mokradeł, renaturyzację rzek i dolin, hamowanie odpływu z sieci melioracyjnej, itp. 7. Stan rozpoznania potrzeb i możliwości zwiększania retencji na obszarach zurbanizowanych w dorzeczu Wisły Środkowej Zlewnia Wisły Środkowej jest obszarem w całości zarządzanym przez Regionalny Zarząd Gospodarki Wodnej w Warszawie. Natomiast pod względem administracyjnym jest obszarem podzielonym, leżącym w granicach siedmiu województw, przy czym tylko województwo mazowieckie w całości należy do analizowanego obszaru, a pozostałe sześć województw - częściowo. Są to następujące województwa: lubelskie, podlaskie, warmińsko-mazurskie, kujawskopomorskie, łódzkie i świętokrzyskie. Istniejący podział administracyjny sprawia, że infrastruktura melioracyjna i urządzenia wodne, zlokalizowane na mniejszych rzekach, są zarządzane przez siedem Wojewódzkich Zarządów Melioracji i Urządzeń Wodnych, reprezentujących poszczególne samorządy regionalne. Konsekwencją niezgodności podziału zlewniowego z administracyjnym jest brak jednolitych i całościowych opracowań, które bez dodatkowych analiz można by wykorzystać w niniejszej ekspertyzie. Przede wszystkim brakuje syntetycznych informacji o skali zagrożenia powodziowego, występującego w mniejszych zlewniach położonych na obszarach zurbanizowanych, które jest efektem funkcjonowania kanalizacji deszczowej. W ramach prac nad wstępną oceną ryzyka powodziowego Centra Modelowania Powodziowego IMGW korzystały między innymi z informacji o powodziach historycznych i wielkościach strat powodziowych, podanych w ankietach sporządzanych przez Urzędy Miast i Gmin. Z raportu KZGW (2010) wynika, że nie wszystkie informacje podane przez jednostki samorządu terytorialnego zostały 28

29 uwzględnione we wstępnej ocenie ryzyka powodziowego. Bez ponownej analizy informacji podanych w ankietach trudno stwierdzić, z jakiego powodu IMGW nie wykorzystało tych danych. W przypadku małych zlewni jako bardzo prawdopodobny powód, o czym wspomniano już wcześniej w p. 5, można wskazać brak wyników obserwacji hydrologicznych. Jak stwierdzono w p. 6 problem poprawy bezpieczeństwa powodziowego na obszarach zurbanizowanych należy rozpatrywać w szerszym kontekście, biorąc pod uwagę również konieczność zwiększania retencji w górnych częściach zlewni niezurbanizowanych. Z tego względu w opracowaniach koncepcyjnych należy uwzględniać istniejące wojewódzkie programy dotyczące zwiększania lesistości oraz rozwoju małej retencji. Programy zwiększania lesistości są opracowane dla województwa mazowieckiego, warmińsko-mazurskiego i świętokrzyskiego. Natomiast programy małej retencji obejmują praktycznie cały analizowany obszar (brakuje programu dla województwa kujawsko-pomorskiego). W ramach prac nad Programem bezpieczeństwa powodziowego w dorzeczu Wisły Środkowej konieczna jest aktualizacja, weryfikacja tych programów, a zwłaszcza programów małej retencji, pod kątem dostosowania istniejących i projektowanych obiektów dla potrzeb ochrony przed powodzią obszarów zurbanizowanych. Konieczne jest również stworzenie wspólnej bazy danych, której podstawą powinna być baza danych opracowana w 2008 roku w ramach Programu małej retencji dla województwa mazowieckiego. Jest to komputerowa, przestrzenna baza danych o istniejących i planowanych obiektach i urządzeniach małej retencji, która zawiera: - lokalizację oraz informacje dotyczące parametrów technicznych obiektów, - informacje przestrzenne o cechach środowiska i elementach zagospodarowania, stanowiących podstawę określenia obszarów o różnym priorytecie zwiększania retencji, - zestaw map istniejących i planowanych obiektów i urządzeń małej retencji wodnej. Baza danych do Programu małej retencji dla województwa mazowieckiego została rozbudowana w Katedrze Inżynierii Wodnej SGGW i obecnie obejmuje: 29

30 - dane o obiektach małej retencji w województwie mazowieckim według stanu w 2007 roku, - warstwę budowle poprzeczne (budowle piętrzące) - uzyskaną na postawie umowy licencyjnej nr 1/O/AP/2009, której źródłem były dane z Opracowania analizy presji i wpływów zanieczyszczeń antropogenicznych w szczegółowym ujęciu jednolitych części wód powierzchniowych i podziemnych dla potrzeb opracowania programów działań i planów gospodarowania wodami - stan na rok 2005 (Maciejewski 2007), - dane z komputerowej Mapy Podziału Hydrograficznego Polski (MPHP) w wersji z 2005 roku (licencja nr 3/N/2005/MPHP/2009), - dane uzyskane w ramach opracowania Studium hydrograficzne doliny rzeki Białej z wytycznymi do zagospodarowania rekreacyjno-wypoczynkowego i elementami małej retencji oraz prace hydrologiczne niezbędne do sporządzenia dokumentacji hydrologicznej (Tyszewski i in. 2009) stan na rok 2008, - własne rozpoznania terenowe i kartograficzne. Z pozyskanych danych utworzono geobazę personalną w formacie firmy ESRI, składającą się z następujących obiektów przestawionych na rys. 20: - warstwa punktowa BudowleWodne, - warstwa obszarowa InneObszarowe, - tabela CharakterystykaBudowliWodnych, - tabela CharakterystykaInnychObszarowych, - słownik TypObiektowPunktowych, - słownik Status, - słownik StanTechniczny, - słownik TypyObiektowObszarowych, - słownik Charakterystyka. Każda z wyżej wymienionych warstw zawiera podstawowe informacje dotyczące obiektu małej retencji: - typ obiektu, 30

31 - rok budowy, - nazwa cieku zabudowanego bądź stanowiącego źródło wody dla obiektu, - status, - źródło danych. Rys. 20. Schemat geobazy obiektów małej retencji W celu pokazania możliwości wykorzystania geobazy, na podstawie danych z Map Podziału Hydrograficznego Polski (MPHP) wykonano identyfikację istniejących na obszarze zlewni Wisły środkowej zbiorników wód stojących, zlokalizowanych na terenach zurbanizowanych posiadających status miasta. Na rys. 21 pokazano wyniki 31

32 analizy w odniesieniu do całkowitej powierzchni zbiorników wodnych bez jezior, natomiast na rys. 22 wartości wskaźników jednostkowej pojemności tych zbiorników, tj. w m 3 /ha powierzchni zurbanizowanej. 32

33 Rys. 21. Powierzchnia (ha) istniejących zbiorników wód stojących bez jezior, zlokalizowanych na terenie miast w dorzeczu Wisły środkowej według MPHP. 33

34 Rys. 22. Pojemność jednostkowa (m 3 /ha) istniejących zbiorników wód stojących bez jezior, zlokalizowanych na terenie miast w dorzeczu Wisły środkowej według MPHP. 34

35 Na obszarach miejskich w dorzeczu Wisły środkowej znajduje się 2136 zbiorników o łącznej powierzchni 3273 ha i pojemności ponad 50 mln m 3 (Tabela 5). W analizowanym dorzeczu na jeden hektar zabudowy miejskiej przypada średnio ok. 137 m 3 pojemności w zbiornikach wodnych. Dane te świadczą o dość dużych potencjalnych możliwościach wykorzystania istniejących na terenach miast zbiorników dla potrzeb retencjonowania wód opadowych. Cześć zbiorników prawdopodobnie spełnia te funkcje już teraz. Niestety barak jest pełnych informacji w tym zakresie, podobnie jak o tym, które z tych zbiorników mogą być wykorzystane lub dostosowane do funkcji retencyjnych dla wód opadowych. Tabela 5. Powierzchnia wód stojących (bez jezior) na obszarach miejskich w dorzeczu Wisły środkowej według MPHP Rodzaj zbiornika Liczba Powierzchnia (ha) Pojemność (tys. m 3 ) oczko wodne zbiornik korytowy zbiornik wodny SUMA Tabela 6. Obiekty małej retencji w miastach według danych z Programu Małej Retencji dla województwa mazowieckiego Typ obiektu małej retencji Liczba obiektów Powierzchnia (ha) Pojemność (m 3 ) Zbiornik naturalny bez piętrzenia , Oczko wodne , Starorzecze 2 7, Staw rybny kopany 18 34, Staw rybny ogroblowany 38 59, Zbiornik na deszczówkę 10 9, Zbiornik retencyjny boczny 59 89, Zbiornik retencyjny przegradzający koryto , Zastawka Próg piętrzący Przepust z piętrzeniem Jaz Mokradła 4 755,83 System melioracyjny nawodnienie podsiąkowe 4 501, SUMA ,

36 Potencjalne możliwości retencjonowania wód opadowych i roztopowych na obszarach miejskich są znacznie większe, jeżeli uwzględnimy również wykorzystanie innych obiektów zaliczanych do obiektów tzw. małej retencji. Na obszarach miejskich w województwie mazowieckim jest 386 takich obiektów o sumarycznej powierzchni 1746 ha i pojemności ok. 7,3 mln m 3 (Tabela 6), natomiast w Warszawie 185 obiektów, wśród których tylko 15 jest specjalnie przystosowanych do retencjonowania wód opadowych (Tabela 7). Tabela 7. Obiekty małej retencji w Warszawie Rodzaj obiektu Liczba Powierzchnia Jezioro (zbiornik naturalny bez piętrzenia) 47 Oczko wodne 52 Starorzecze 9 Staw rybny kopany 4 Staw rybny ogroblowany 1 174,02 ha Zbiornik na deszczówkę 15 Zbiornik retencyjny boczny 25 Zbiornik retencyjny przegradzający koryto 8 Przepust z piętrzeniem 5 Śluza 2 Zastawka 9 Jaz 8 SUMA Dalsze kierunki działań 1) Program bezpieczeństwa powodziowego w dorzeczu Wisły Środkowej, w części odnoszącej się do obszarów zurbanizowanych, powinien uwzględniać konieczność podjęcia kompleksowych działań, których celem byłby nie tylko wzrost zdolności retencyjnych, ale również poprawa funkcjonowania sieci odprowadzającej wody opadowe i roztopowe z terenów miejskich. Zakres działań nie powinien jednakże ograniczać się wyłącznie do terenów zurbanizowanych. W przypadku mniejszych rzek, stanowiących odbiorniki wód odprowadzanych z systemów kanalizacji deszczowej, należy również dążyć do wzrostu możliwości retencyjnych w górnych częściach zlewni. 2) Konieczne jest ustalenie w jakich zlewniach zurbanizowanych występuje ryzyko powodzi związane z funkcjonowaniem sieci kanalizacji deszczowej. Pod tym kątem należy ponownie przeanalizować informacje dotyczące powodzi 36