Zmiana zasobów wodnych i retencja terenów przyległych stopnia wodnego Bartoszowice Opatowice na przykładzie powodzi w 1997 i 2010 roku

Transkrypt

1 Zmiana zasobów wodnych i retencja terenów przyległych stopnia wodnego Bartoszowice Opatowice na przykładzie powodzi w 1997 i 2010 roku Autorzy: dr inż. Tomasz Tymiński mgr inż. Justyna Małyszko

2 Odrzański system wodny Odrzańska droga wodna jest śródlądowym szlakiem żeglugowym znajdującym się na Odrze. Zaczyna się w Gliwicach, a kończy w Szczecinie. Długość szlaku wynosi 687 km. Odra jest drugą rzeką pod względem długości jeżeli chodzi o teren Polski. Długość Odry wynosi 854,3 km, a z tego 742 km w Polsce. Wypływa ona na wschodzie Czech w górach Odrzańskich na wysokości 634 m n.p.m. a uchodzi do Roztoki Odrzańskiej w Zalewie Szczecińskim. Pod względem hydrograficzno fizjograficznym Odra dzieli się na trzy odcinki: Odra Górna - od źródeł do Kędzierzyna - Koźla długości 198,3 km, Odra Środkowa - od Kędzierzyna - Koźla do ujścia Warty, 510 km. Odra Środkowa na 151 km odcinku od Kędzierzyna-Koźla do Wrocławia jest mocno przekształcona dla potrzeb żeglugi, Odra Dolna - od ujścia Warty do Zalewu Szczecińskiego, długości 146 km. Dorzecze Odry odznacza się znaczną asymetrycznością w związku z cechami fizyczno geograficznymi Instytut Inżynierii Środowiska 27/03/2014

3 Wielka Wyspa Swym zasięgiem obejmuje ona osiedla, takie jak: Bartoszowiece, Biskupin, Dąbie, Zacisze, Sępolno i Zalesie. Nazwa Wielka Wyspa została nadana w 1980 roku przez prof. Wandę Kononowicz. Przez dłuższy czas była ona nazwą nieoficjalną, obecnie jest już stosowana przez Urząd Miasta. Ziemie należące do wyspy poza Zaciszem znajdowały się na lewym brzegu Odry, aż do XVI wieku. W kolejnych latach zaczęto budowę dotyczącą przekopania obecnego koryta rzeki. Wymienione osady znalazły się natomiast na przeciwnym brzegu rzeki (które pozostały oddzielone starorzeczami). Istnieje jednak połączenie z lewym brzegiem, jak i z centrum miasta Wrocławia poprzez mosty Szczytnicki i Zwierzyniecki. Wielka Wyspa posiada ochronę indywidualną w formie zespołu przyrodniczo krajobrazowego w ramach Szczytnickiego Zespołu Przyrodniczo Krajoznawczego Instytut Inżynierii Środowiska 27/03/2014

4 Stopień wodny Bartoszowice - Opatowice Stopień wodny Bartoszowice Opatowice jest położony w km rzeki Odry. Stopień ten składa się z : jazu Bartoszowice, śluzy Bartoszowice, jazu Opatowice, śluzy Opatowice, Kanału Żeglugowego Opatowice, górnego i dolnego awanportu śluzy Bartoszowice, budynków mieszkalnych, gospodarczych i magazynowych. Jest połączony z kanałem żeglugowym Bartoszowice Zacisze Różanka, kanałem powodziowym, wałami, polderami: Blizanowice, Trestno oraz Oławka, jak i przelewem do Widawy. Stopień ten ma szczególne znaczenie dla całego Wrocławskiego Węzła Wodnego w szczególności ze względu na ochronę przeciwpowodziową miasta. Stopień przejmuje przepływ wody dopływający Odrą do miasta i steruje jego dalszym przepływem Instytut Inżynierii Środowiska 27/03/2014

5 Jaz Bartoszowice Został wybudowany w latach Jest on jazem z zamknięciem segmentowym. Został wybudowany w ramach stopnia wodnego Bartoszowice. Jaz Bartoszowice piętrzy wody rzeki Odry w górnym odcinku. Jest on położony 0,45 km od kanału powodziowego. Posiada trzy przęsła o wymiarach: 2 x 30,00 [m], 1 x 40,00 [m]. Światło jazu wynosi 100,00 m, natomiast długość 108,40 m. Ryc. 1. Jaz Bartoszowice od wody dolnej widok z lewego brzegu 2014 Instytut Inżynierii Środowiska Ryc. 2. Jaz Bartoszowice od wody górnej- widok z lewego brzegu 27/03/2014

6 Jaz Opatowice Został wybudowany w latach Jest to jaz z zamknięciem sektorowym, trzy - przęsłowym. W skład jazu Opatowice wchodzi: przyczółek ze sterownią na prawym brzegu, przyczółek z przepławką na lewym brzegu, dwa filary, próg z komorą sektorową i galeria komunikacyjna. Wymiary przęseł to: 3 x 32,00 [m]. Światło jazu wynosi 96,00 m, długość 103,70 m. Ryc. 3. Jaz Opatowie widok z prawego brzegu Ryc. 4. Jaz Opatowie widok z lewego brzegu 2014 Instytut Inżynierii Środowiska 27/03/2014

7 Charakterystyka fizjograficzna analizowanego terenu Charakterystyka morfologiczna Ukształtowanie powierzchni panujące w dorzeczu Odry wyróżnia się znaczną różnicą wysokości. W obrębie dna pradoliny znajdują się starorzecza i tereny podmokłe. Teren objęty badaniem jest otoczony wodami powierzchniowymi (rzeka Odra). W przeważającej części obszaru występują dna dolin rzecznych Instytut Inżynierii Środowiska Ryc. 5. Mapa geomorfologiczna WWW 27/03/2014

8 Warunki geologiczne Wrocław wraz z obszarami, które znajdują się wokoło są położone na połączeniu bloku przedsudeckiego i monokliny przedsudeckiej. Startygrafia skał, która występuje na tym terenie obejmuje utwory od proterozoiku, aż po czwartorzęd. Warunki geologiczne, które występują w obszarze objętym badaniami są zróżnicowane w zależności od położenia w dolinie Odry lub na wysoczyźnie morenowej. Na całym terenie brak jest znaczących złóż kopalin. Wody podziemne, które występują w tym rejonie należą do utworów czwartorzędu, trzeciorzędu, triasu i permu. W rejonie obszaru objętym badaniem na powierzchni znajdują się czwartorzędowe, holoceńskie osady rzeczne, które są pokryte nasypami o miąższości, która nie przekracza 2 m Instytut Inżynierii Środowiska Ryc. 6. Mapa gruntów na głębokości 1 m p.p.t 27/03/2014

9 Warunki hydrogeologiczne Zwierciadło wody podziemnej na terenie objętym badaniem występuje na głębokości od 1,5 m do 5 m p.p.t. W większej części terenu posiada ono charakter swobodny, jednak w niektórych miejscach jest ono napięte przez warstwy glin oraz nasypy, które charakteryzują się słabszą wodoprzepuszczalnością. Wody przemieszczają się przez piaski, piaski wraz ze żwirem oraz żwiry rzeczne zalegające na stropie glin zwałowych. Zwierciadło wód podziemnych na analizowanym terenie waha się w granicach od 114,2 do 117,0 m n.p.m Instytut Inżynierii Środowiska Ryc. 7. Mapa zwierciadła wód podziemnych 27/03/2014

10 Warunki hydrologiczne Obszar miasta Wrocławia położony jest w całości w zasięgu zlewni Odry. Na całej długości rzeka jest uregulowana poprzez wzmocnienia brzegów. Do głównych dopływów prawostronnych zaliczamy Widawę, a do lewostronnych Oławę, Ślęzę czy też Bystrzycę. W obrębie pradoliny Wrocławskio Magdeburskiej uformowała się dolina Odry. Odra wraz ze swoimi dopływami tworzy dużą sieć hydrograficzną o długości około 100 km. Dodatkowo cała sieć rzeczna jest wzbogacono oczkami wodnymi, stawami, czy też zbiornikami powyrobiskowymi. Warunki meteorologiczne Obszar objęty badaniem odznacza się klimatem przejściowym strefy szerokości umiarkowanej. Warunki klimatyczne, jakie panują we Wrocławiu są ściśle uzależnione z klimatem, jaki panuje w Polsce i Europie. Geograficzne położenie Wrocławia powoduje, że mamy do czynienia z napływem wilgotnych mas powietrza znad Oceanu Atlantyckiego oraz z przepływem suchszych mas powietrza z kontynentu azjatyckiego Instytut Inżynierii Środowiska Ryc. 8. Mapa zwierciadła wód podziemnych 27/03/2014

11 Badania modelowe oddziaływania stopnia na stany wód podziemnych Badania modelowe dla Wielkiej Wyspy W badaniach modelowych określono wpływ wód powierzchniowych na wody gruntowe terenów przyległych. Sprawdzono, jaki miały wpływ stany wody w Odrze na przyrosty wód w 1997r. oraz 2010r. Zbudowany model matematyczny wykorzystany został do zbadania wpływu powodzi, która wystąpiła w 1997 oraz 2010 na poziom wód gruntowych. Badania umożliwiły określenie zmian stanów wód w trakcie nadejścia fali, w momencie kulminacji fali oraz po przejściu fali powodziowej oraz ocenę zasięgu oddziaływania piętrzenia i czasu trwania podwyższonych stanów wód gruntowych Instytut Inżynierii Środowiska 27/03/2014

12 Symulacja pierwsza, oddziaływanie stopnia na stany wód podziemnych w 1997r. W badaniu przeprowadzono wpływu wód powierzchniowych na wody podziemne na terenie Wielkiej Wyspy w 1997 roku. Badania rozpoczęto dwa miesiące przed falą kulminacyjną tj. 18 maja 1997 roku, aby zobaczyć jak rozkładał się przyrost zwierciadła wód gruntowych na badanym obszarze przed powodzią, w trakcie powodzi oraz po powodzi Instytut Inżynierii Środowiska 27/03/2014

13 18 maja 1997 roku Badania symulacyjne dla okresu przed powodzią (maj czerwiec 1997) STADION OLIMPIJSKI HALA STULECIA KOŚCÓŁ ŚW. FAUSTYNY Ryc. 9. Hydroizohipsy oraz pole prędkości z dnia 18 maja 1997 roku Ryc. 10. Przyrost wód gruntowych z dnia 18 maja 1997 roku 2014 Instytut Inżynierii Środowiska 27/03/2014

14 12 lipca 1997 rok Badania symulacyjne dla okresu w trakcie powodzi (lipiec 1997) Ryc. 11. Hydroizohipsy oraz pole prędkości z dnia 12 llipca1997 roku Ryc. 12. Przyrost wód gruntowych z dnia 12 lipca1997 roku 2014 Instytut Inżynierii Środowiska 27/03/2014

15 12 sierpnia 1997 rok Badania symulacyjne dla okresu po powodzi (sierpień 1997) Ryc. 13 Hydroizohipsy oraz pole prędkości z dnia 12 sierpnia1997 roku Ryc. 14. Przyrost wód gruntowych z dnia 12 sierpnia1997 roku 2014 Instytut Inżynierii Środowiska 27/03/2014

16 Symulacja druga, oddziaływanie stopnia na stany wód podziemnych w 2010r. Zadanie drugie również dotyczyło zbadania wpływu wód powierzchniowych na położenie zwierciadła wody podziemnej na terenie Wielkiej Wyspy w czasie powodzi z 2010 roku. Symulację rozpoczęto miesiąc przed pojawieniem się fali kulminacyjnej tj. 10 kwietnia 2010 roku. Badania prowadzono dla okresu przed powodzią, w trakcie powodzi oraz po powodzi Instytut Inżynierii Środowiska 27/03/2014

17 10 kwietnia 2010 Badania symulacyjne dla okresu przed powodzią Ryc. 15. Hydroizohipsy oraz pole prędkości z dnia 10 kwietnia 2010 roku Ryc. 16. Przyrost wód gruntowych z dnia 10 kwietnia 2010 roku 2014 Instytut Inżynierii Środowiska 27/03/2014

18 20 czerwca 2010 Badania symulacyjne dla okresu w trakcie powodzi Ryc. 17. Hydroizohipsy oraz pole prędkości z dnia 20 czerwca 2010 roku Ryc. 18. Przyrost wód gruntowych z dnia 20 czerwca 2010 roku 2014 Instytut Inżynierii Środowiska 27/03/2014

19 05 października 2010 Badania symulacyjne dla okresu po powodzi Ryc. 19. Hydroizohipsy oraz pole prędkości z dnia 05 października 2010 roku Ryc. 20. Przyrost wód gruntowych z dnia 05 października 2010 roku 2014 Instytut Inżynierii Środowiska 27/03/2014

20 Trzeba mieć świadomość, że każdą z przeprowadzonych symulacji należy traktować indywidualnie, gdyż każda z nich miała inny charakter. Wariant I - powódź w 1997 roku; wykonane badania modelowe pokazały, jak ogromny wpływ miało nadejście fali na stany wód gruntowych na terenie Wielkiej Wyspy. Podczas powodzi tysiąclecia zalane zostało bardzo dużo miejsc na obszarze Wielkiej Wyspy. Przyczyną wezbrania były dwie fale, które nastąpiły jedna po drugiej, w bardzo krótkim odstępie czasu, spowodowane bardzo wysokimi opadami atmosferycznymi. Wysokie przyrosty stanów wód gruntowych utrzymywały się w najbliższym sąsiedztwie Odry. Najwyższe stany wód powierzchniowych, osiągające wartość 120,00 m n.p.m. zanotowano na jazach Bartoszowice, Opatowice oraz Różanka w dniu r. Stan ten utrzymywał się przez kolejne 3 dni. Po kulminacji fala zaczęła opadać do dnia 20 lipca i stan wody na jazie wynosił wtedy 118,50 m n.p.m. W momencie opadania fali powodziowej doszło do ponownych intensywnych deszczy, które spowodowały powstanie drugiej fali powodziowej ze stanem wynoszącym 119,00 m n.p.m. Analiza wyników badań modelowych 2014 Instytut Inżynierii Środowiska 27/03/2014

21 Wariant II powódź w 2010 roku; po 13 latach nadeszła kolejna powódź do Wrocławia, która również wpłynęła na stany zwierciadła wód gruntowych. W początkowym okresie badań nie odnotowano żadnych zmian, jakie miałyby wpływ na obszar Wielkiej Wyspy. Stany na jazach utrzymywane były na rzędnych: woda górna 118,00 m n.p.m. woda dolna 116,00 m n.p.m. Na jazie Bartoszowice woda mieściła się w koronie wału, jedynie na jazie Opatowickim nieznacznie się przelewała. Przyrosty zwierciadła wód gruntowych w granicach 1,0 m obejmowały obszar blisko Odry w rejonie jazu Bartoszowice oraz Opatowice. Wysokie stany wody na jazach utrzymywały się około 3 tygodnie po przejściu fali. Już cztery tygodnie po fali kulminacyjnej stany wody wróciły do stanu sprzed powodzi i wahały się w granicach 115,6 m n.p.m. na jazie Szczytniki, 117,7 m n.p.m. na jazie Bartoszowice oraz 117,6 m n.p.m. na jazie Opatowice Instytut Inżynierii Środowiska 27/03/2014

22 Wykonane badania modelowe pokazały na jakich obszarach Wielkiej Wyspy występuje największy przyrost zwierciadła wód gruntowych spowodowany wysokimi stanami wody w trakcie powodzi oraz po przejściu fali powodziowej. Dzięki uzyskanym wynikom można wskazać tereny zagrożone podtopieniem. Na obszarach tych, przy posadowieniu obiektu należy stosować odpowiednie zabezpieczenia przeciwwilgociowe Instytut Inżynierii Środowiska 27/03/2014

23 Nie tylko specjaliści z dziedziny inżynierii wodnej, ale wszyscy ludzie, którzy chcą ingerować w środowisko powinni mieć na uwadze słowa Francis a Bacon a: Jeżeli chcesz władać przyrodą, to najpierw musisz ją zrozumieć i być jej posłusznym 2014 Instytut Inżynierii Środowiska

24 Serdecznie dziękuję za uwagę