Zagrożenie powodziowe rzeki nizinnej o wysokim potencjale ekologicznym

Transkrypt

1 Andrzej Strużyński, Wojciech Bartnik Uniwersytet Rolniczy w Krakowie Zagrożenie powodziowe rzeki nizinnej o wysokim potencjale ekologicznym 1. WSTĘP Na terenie Polski wyznaczone są obecnie (stan na styczeń 2011r.) 142 obszary chronione, zajmujące km 2. Stanowi to 16% powierzchni Polski. W artykule skupiono się na fragmencie obszaru PLB 260'001 o nazwie Dolina Nidy. Na obszarze pomiędzy Motkowicami, a Skowronnem (rejon tzw. delty śródlądowej powyżej Pińczowa) gdzie w latach 80-tych XX wieku wykonano regulację rzeki. Prace polegały na wyprostowaniu jej biegu, odcięciu starorzeczy i wykonaniu obwałowań przeciwpowodziowych. W ten sposób został zapoczątkowany proces degradacji tych obszarów. Dodatkowo odcięta została część doliny Nidy, która na tym obszarze była szczególnie szeroko zalewana podczas powodzi roztopowych. Zmniejszenie retencji dolinowej było na tyle duże, że powoduje zwiększenie zagrożenia powodziowego dla Pińczowa i innych, leżących poniżej osiedli i miejscowości 1. Ze względu na lokalizację w rym rejonie obszarów chronionych Natura 2000, wskazane jest przywrócenie utraconych obszarów naturalnej retencji dolinowej. W niniejszym artykule przedstawiono wyniki symulacji przepływu fali powodziowej wykonanej za pomocą programu HEC-RAS. Celem było określenie zmian pojemności doliny przed i po regulacji, a także wpływu tych zmian na parametry wezbrań. Okazuje się, że przywrócenie retencji dolinowej na tym obszarze może spowodować zmniejszenie zagrożenia powodziowego dla wezbrań wiosennych. Dodatkowo, trwałe przywrócenie przepływu w starorzeczach Nidy na tym obszarze, może przyczynić się do poprawy stosunków wodnych w glebie latem, podczas okresów o zwiększonych niedoborach wodnych. 2. CEL PRACY Celem jest wyznaczenie naturalnej i bezpiecznej trasy koryta Nidy w rejonie pomiędzy Rębowem i Pińczowem z uwzględnieniem odcinków starorzeczy. Obecnie rzeka płynie w wyprostowanym korycie, charakteryzującym się dużym spadkiem. W artykule sprawdzono zasięg zalewu podczas wezbrań katastrofalnych i ich wpływ na zagrożenie powodziowe okolicznych miejscowości. 1 Bik P., Florek J., Strużyński A., 2006, Ochrona przed powodzią obszaru delty śródlądowej rzeki Nidy (Flood protection in middle delta of Nida River), Zeszyty Naukowe Akademii Rolniczej we Wrocławiu, Inżynieria Środowiska XV, nr 534,

2 3. OBSZAR BADAŃ Rzeka Nida jest lewobrzeżnym dopływem górnej Wisły oraz najdłuższą rzeką województwa świętokrzyskiego o długości 151,2 km. Całkowita powierzchnia jej zlewni wynosi 3865,4 km 2. Rzeka odwadnia południową część gór Świętokrzyskich oraz środkowy i południowy obszar Niecki Nidziańskiej Ryc. 1. Obszar doliny Nidy leżący pomiędzy Rębowem i Pińczowem. Koryto rzeki Nidy rozciąga się od połączenia Białej i Czarnej Nidy w okolicy miejscowości Żerniki 210 m n.p.m. do ujścia do Wisły w 175,4 km jej biegu, w okolicy miejscowości Nowy Korczyn, na wysokości 165 m n.p.m. Długość tego odcinka rzeki wynosi 98,8 km i charakteryzuje się cechami rzeki typowo nizinnej o małym spadku 0,65 oraz licznymi meandrami. Podłoże jest piaszczyste, a koryto w niewielkim stopniu uregulowane. Dolina Nidy jest obszarem charakteryzującym się dużymi walorami przyrodniczymi. Biegnie ona południkowo, a jej szerokość waha się na całej długości od 1 do 10 km. Powierzchnia wynosi ok. 300 km 2. Dolina dwukrotnie znacznie się zwęża: na zachód od Pińczowa (omija zakończenie Garbu Pińczowskiego) oraz na południe od Pińczowa (między Młodzawami a Krzyżanowicami). Pomiędzy wsiami Rebów i Skowronno zlokalizowany jest odcinek, w którym rzeka miała charakter anastomozujący, tworząc bardzo ciekawą wielokorytową formę z licznymi mokradłami. Odcinek ten nazywany jest deltą śródlądową lub deltą środkową. Wielkość zlewni w Brzegach w km 97,8 wynosi 2 259km 2, w Motkowicach w km 76,1 wynosi 2 499km 2, w Pińczowie w km 56,8 wynosi 3 352km 2. Bezpośrednia zlewnia cząstkowa dla tego rejonu wynosi 853 km 2. Przepływy charakterystyczne w rejonie Motkowic wynoszą (Q 50% = 130 m 3 s -1, Q 1% = 375 m 3 s -1 ), a w Pińczowie (Q 50% = 150 m 3 s -1, Q 1% = 450 m 3 s -1 ).

3 4. RYS HISTORYCZNY ZMIAN W ZLEWNI NIDY Rzeka Nida swoją nazwę zawdzięcza ludności Celtyckiej zamieszkującej teren Ponidzia około 2000 lat temu, która opisywała ją jako rzekę płynącą powoli i szeroko rozlewającą się w dolinie 2. Zlewnia Nidy leży na rdzennym obszarze Polski w związku z tym, znajdują się tutaj liczne miasta i wsie zakładane większości w początkowej fazie rozwoju Rzeczypospolitej. Przekształcenia spowodowane przez zamieszkującą tu ludność trwale wpisały się w krajobraz, tworząc bardzo ciekawy i niepowtarzalny w skali światowej krajobraz kulturowy Ponidzia. Naturalnym ekosystemem Ponidzia jest ekosystem leśny, jednak przekształcenia środowiska dokonane przez człowieka doprowadziły do znacznego zmniejszenia lesistości do poziomu od kilku (np. 8,9% w Szanieckim Parku Krajobrazowym) do poniżej 30 procent (28,6% w Kozubowskim Parku Krajobrazowym). Od XV wieku, kiedy to nastąpiła intensyfikacja działalności człowieka, w dolinie Nidy doszło do zmian parametrów hydraulicznych i dynamiki przepływu korycie rzeki. Działalność człowieka nie ograniczała się tylko do zmian doliny. W XIX 3, na skutek wylesienia zlewni nastąpiła zmiana reżimu przepływu. Działalność człowieka spowodowała intensyfikację procesów morfodynamicznych występujących w rzece Nidzie na odcinku od Rębowa do Pińczowa. Rzeka przybrała wyraźnie meandrujący charakter, a poniżej Pińczowa jej bieg na wielu odcinkach stał się od 8 do 10 razy dłuższy w porównaniu z kierunkiem doliny. Szczególnie w XIX wieku, istniał tutaj dobrze rozbudowany system wielokorytowy - delta śródlądowa (Ryc. 3). Łajczak wskazuje, że od roku 1839 do wykonanych regulacji w latach 80-tych XX w. system ten przekształcał się wielokrotnie. Główne koryto rzeki w rejonie Delty śródlądowej pojawiało się zarówno w zachodniej, jak i wschodniej części doliny. Nida ze śródleśnej stała się rzeką śródpolną, a ze względu na zwiększony ładunek rumowiska z meandrującej, na wielu odcinkach środkowego biegu, stała się rzeką anastomozującą. Zmiany gospodarki w Dolinie Nidy spowodowały przekształcenie środowiska nuturalnego. Na terenach pól i łąk swoje nisze znalazły nowe gatunki zwierząt i roślin, które dziś uważamy na autochtoniczne. Niestety, postępująca antropopresja, szczególnie w XX wieku, doprowadziła do coraz silniejszych zmian retencji zlewni, a to z kolei stało się przyczyną częstszych i gwałtowniejszych przyborów wiosennych. Dodatkowo w czasach PRL wykonano zabiegi regulacyjne, co w odcinku od Rębowa do Pińczowa doprowadziło do przyspieszenia niekorzystnych procesów degradacji przyrody ożywionej i nieożywionej. W środkowym biegu na odcinku Motkowice - Pińczów na skutek wykonania prac melioracyjnych i zmniejszenia lub likwidacji meandrów, nastąpiło skrócenie biegu cieku o 6,9 km. Kilka lat później zmeliorowano łąki zwane "Błoniami Pińczowskimi" na powierzchni ok. 300 ha i skanalizowano rzekę na długości ponad 4 km. Kolejne lata przyniosły dalsze regulacje; bagna zmeliorowano na większości powierzchni (prawobrzeżny basen oraz dolna część lewobrzeżnego) z zachowaniem najciekawszej części rozlewisk pod Skowronnem w formie rezerwatu, oraz z pozostawieniem w stanie dotychczasowym północno-wschodniej części basenu przyległej do wzgórza Antoniów i wsi Umianowice. Pomimo długotrwałej działalności człowieka, przyroda Doliny Nidy 2 Łajczak A., 2006, Regulacja rzeki a zagrożenie powodziowe, na przykładzie Nidy (River training vs. flood exposure. The example of the River Nida, Poland ), Infrastruktura i Ekologia Terenów Wiejskich, PAN Kraków, Z. 4/1, Kwiatkowski J. 1908, Rzeka Nida, informator lokalny, część , część

4 charakteryzuje się do dziś ogromną bioróżnorodnością 4. Jedną z przyczyn tego stanu jest mniejsza niż przypuszczano intensyfikacja produkcji rolnej w XX wieku i duża liczba nieuprawianych dziś pól. 5. CHARAKTERYSTYKA KRAJOBRAZU I ŚRODOWISKA Oprócz walorów kulturowych teren ten stanowi jeden z najbogatszych przyrodniczo obszarów w Europie. Warto zauważyć, że rozwój populacji ludzkiej powodował powolne przekształcenie krajobrazu, po pozwoliło na adaptację środowiska przyrodniczego i wzbogacenie gatunkowe na tym obszarze. Zlewnia z leśnej została przekształcona w rolniczo leśną, co spowodowało zmianę stosunków wodnych, a co za tym idzie zwiększenie dynamiki przepływu w ciągu lat hydrologicznych. Częste i regularne wylewy spowodowały powstanie licznych mokradeł, a liczne wezbrania na kilku odcinkach spowodowały zmianę charakteru rzeki z meandrującej w roztokową. Powstawały nowe nisze ekologiczne opanowywane przez nowe grupy gatunkowe roślin i zwierząt. Przyrodnicza ranga tego terenu przekracza rangę wielu parków narodowych w Polsce. Teren Ponidzia został wpisany do europejskich spisów obszarów przyrodniczo cennych w systemie CORINE i został zaliczony jako obszar ważny dla ochrony ptaków w skali międzynarodowej. Pełni on funkcję obszaru węzłowego w europejskiej sieci ekologicznej E-ECONET i jest ostoją o randze międzynarodowej w priorytetowym dla Polski systemie Natura Jednocześnie Ponidzie podlega postępującej degradacji krajobrazu i walorów przyrodniczych. Sztandarowym przykładem tego rodzaju działań jest osuszenie i regulacja środkowego odcinka doliny Nidy między Rębowem a Pińczowem, na skutek czego zniszczono unikalną Deltę Środkową i pokrywające je naturalne bagna - jedną z największych osobliwości przyrodniczych w Europie. Spowodowano destabilizację funkcjonowania rzeki i związane z tym istotne straty gospodarcze. Doszło do przyspieszenia przepływu i wypłycania koryta rzeki Nidy poniżej uregulowanego odcinka, co zaowocowało zwiększeniem częstości i zasięgu wylewów, zabagnieniem gruntów rolnych oraz spowodowało realne zagrożenie mienia komunalnego (Zalew w Pińczowie, droga Kraków-Kielce) i mienia ludzi mieszkających w sąsiedztwie zmienionych obszarów (odcinek Pińczów-Pasturka). Uregulowana delta Środkowej Nidy stanowiła w przeszłości jeden z najciekawszych przyrodniczo obszarów w Europie, zarówno dzięki unikalnemu układowi geologiczno-hydrologicznemu, jak i niezwykłemu bogactwu przyrodniczemu. Teren ten był miejscem występowania i rozrodu ponad 150 gatunków ptaków, z których większość należała do ginącej w zastraszającym tempie grupy ptaków wodno-błotnych 6. 4 Cisak B., Jelonek M., Kiełtyka Z., Sądag M., Strużyński A., 2008, Zrównoważony rozwój gospodarczy zlewni rzeki Nidy z związku z obszarami Natura 2000 (Sustainable economic development of the Nida River Basin in relation to Natura 2000 Areas), Regionalny Zadząd Gospodarki Wodnej w Krakowie i Urząd Marszałkowski Województwa Świętokrzyskiego, Kraków- Kielce, ISBN , ss.56+mapy 5 Zając T., Zając K., Korzeniak J Przyrodnicze konsekwencje melioracji w delcie środkowej Nidy. Materiały konferencyjne Krajobrazy dolin rzecznych. Kraków W. Bartnik, S. Deńko, A. Strużyński, T. Zając, M. Zawada, 2004b, Analiza warunków przyrodniczych i ocena potrzeb renaturyzacji rzeki Nidy na odcinku delty środkowej (Analysis of natural conditions and assesment of restoration needs of the Nida River on the middle delta reach), Przegląd Naukowy, Inżynieria i Kształtowanie Środowiska, Rocznik XIII, Warszawa, zesz.spec. 30,

5 W obrazie morfologicznym na podstawie map archiwalnych można stwierdzić, że zlewnia w tym obszarze (Pińczów - Motkowice) posiada liczne starorzecza, które są nieczynne i tylko okresowo wykorzystane do przepływu wód powierzchniowych 7. Starorzecza przed melioracją stanowiły kilkadziesiąt procent powierzchni doliny. Obecnie w wyniku zaistniałych procesów w dolinie, rzeka ma wyraźnie zmieniony układ z wielokorytowego na jednokorytowy i z wielodzielnego na jednodzielne, przeważnie obwałowane. W wyniku przeprowadzonej regulacji wykonano bardzo poważne przekształcenia trasy rzeki. Poniżej przedstawiono ryciny obrazujące rozwinięcie trasy Nidy uregulowanej i starorzeczy. Ryc. 2. Krzywizny łuków zmierzone dla odcinkach uregulowanym i naturalnym Nidy. 6. MODEL SYSTEMU RZECZNEGO WYKONANY W REJONIE DELTY Na podstawie wykonanych pomiarów hydrometrycznych w wybranych przekrojach przeprowadzono kalibrację modelu w programie HEC-RAS. Dla przepływu brzegowego określonego jako Q b w korycie głównym rzeki Nidy w rejonie Delty Środkowej na podstawie krzywych konsumcyjnych w poszczególnych przekrojach wykonano model rozdziału wód w rejonie pomiędzy Motkowicami i Pińczowem. Oprócz Q b wykonano również symulacje dla przepływów wielkich z Q 1% włącznie. Aby zwiększyć retencję słabo zagospodarowanej doliny w rejonie Delty, wykonano obliczenia bez obwałowań umożliwiając powrót do 7 W. Bartnik, S. Deńko, A. Strużynski, T. Zając, 2004a, Renaturyzacja obszaru zlewni Nidy - Koncepcja opracowana dla potrzeb ochrony zasobów przyrodniczych w związku z planami realizacji programu NATURA 2000,seria:monografie, Wydawnictwo Drukrol s.c., Kraków.

6 retencji dolinowej rzeki Nidy. Ryc. 3. Model rozdziału wód i określenie wielkości przepływów Q b Okazuje się, że wielka woda nie zagraża okolicznej ludności. Cały rejon doliny na odcinku od Motkowic do Pińczowa do chwili obecnej nie został zamieszkany do zasięgu wód Q 1%, wobec czego można pozostawić go w stanie naturalnym. Poniżej zamieszczono dolinowe przekroje poprzeczne w najwyżej położonym odcinku obwałowanym (Ryc. 4) i przykład rozlewu wód na dolinę w przekroju najbardziej rozwiniętych starorzeczy (Ryc. 5).

7 199 zasieg-powodzi Plan: Plan poni ej jazu Legend WS Q1% Wysokosc n.p.m (m) WS Q10% WS Q20% WS Q50% WS 80 m3/s WS 60 m3/s Ground Odleglosc (m) Bank Sta Ryc. 4. Stany wód w korycie uregulowanym. zasieg-powodzi Plan: Plan Legend Wysokosc n.p.m (m) WS Q1% WS Q10% WS Q20% WS Q50% WS 80 m3/s WS 60 m3/s Ground Bank Sta Odleglosc (m) Ryc. 5. Stany wód w dolinie Nidy na obszarze delty. W wykonanej symulacji wyłączono za pomocą obwałowań obszar na którym znajduje się wyludniona osada Olszyny w celu zapewnienia jej połączenia z miejscowością Stawy (Ryc niebieski obszar). Zalew wodami Q 1% zaznaczony jest

8 jako obszar biały. Ryc. 6. Symulacja strefy zalewu dla Q 1% w otwartej dolinie rzeki Nidy. W wyniku częściowego otwarcia obwałowań retencja dolinowa zwiększy się o obszar o powierzchni 11,8 mln m 2. Dla wód o prawdopodobieństwie wystąpienia Q 1% uzyskana zostanie pojemność retencyjna doliny rzędu 9,9 mln m 3. Wezbrania mniejsze trwają dość krótko na tym obszarze. Rzeka Nida wylewa się z koryta uregulowanego średnio co 2 lata 8. Tego typu wezbrania trwają zwykle krócej niż 1 tydzień co powoduje, że obszary te po usunięciu obwałowań nadal będą miały charakter pastwisk. Uaktywnienie starorzeczy spowoduje z jednej strony zapewnienie stałej dostawy wody w ulegającym obecnie degradacji obszarze doliny, a ponadto po wezbraniach nastąpi szybsze odprowadzenie jej nadmiaru. Spowoduje to zrównoważenie gospodarki wodnej w rejonie delty. Z tego powodu usunięcie obwałowań spowoduje z jednej strony poprawę retencji w zlewni Nidy, a z drugiej, może przyczynić się do znacznej poprawy siedlisk zwierząt wodnych i z wodą związanych. 5. PODSUMOWANIE Rzeka Nida została uregulowana w czasach gospodarki planowanej, kiedy 8 A. Strużyński, 2006, Skutki powodzi roztopowej w roku 2006 w uregulowanym odcinku delty śródlądowej rzeki Nidy (Consequences of the spring flood in year 2006 on the regulated part of middle delta in the Nida River), Infrastruktura i Ekologia Terenów Wiejskich, Komisja Technicznej Infrastruktury Wsi PAN/o Kraków, Nr 4/1-monografie, ISSN ,

9 sukcesy ekonomiczne nie były związane z realną potrzebą społeczną i zasadami zrównoważonego rozwoju. W chwili obecnej nie ma potrzeby wprowadzania intensywnej gospodarki rolnej w rejon Delty, ponieważ rolnicy nie prowadzą gospodarki rolnej na rym obszarze. W wyniku wykonanych obwałowań, skrócenia trasy rzeki, przyspieszenia przepływu wody w korycie Nidy nastąpiło odcięcie rzeki od doliny. Skutkuje to z jednej strony intensyfikacją procesów erozyjnych w korycie Nidy oraz degradacją doliny na skutek jej przesuszenia. Obecnie najbardziej racjonalną polityką na tym obszarze jest włączenie jak największej części doliny Nidy do systemu korytowego rzeki. Można w ten sposób odzyskać co najmniej 11,8 mln m 2 powierzchni zalewanej podczas przepływu wód katastrofalnych i bezinwestycyjny zbiornik o pojemności bliskiej 10 mln m 3. Zwiększenie retencji doliny bez wątpienia pozytywnie wpłynie na poprawę bezpieczeństwa powodziowego ludności zamieszkującej poniższe miejscowości. Ożywienie rejonu Delty wpłynie na poprawę jakości ekosystemów wodnych i wodno-lądowych ze względu na historycznie potwierdzony wysoki potencjał ekologiczny tego obszaru. 6. Bibliografia 1. Bartnik W., Deńko S., Strużynski A., Zając T., Renaturyzacja obszaru zlewni Nidy - Koncepcja opracowana dla potrzeb ochrony zasobów przyrodniczych w związku z planami realizacji programu NATURA 2000,seria:monografie, Wydawnictwo Drukrol s.c., Kraków, 2004a. 2. Bartnik W., Deńko S., Strużyński A., Zając T., Zawada M., Analiza warunków przyrodniczych i ocena potrzeb renaturyzacji rzeki Nidy na odcinku delty środkowej (Analysis of natural conditions and assesment of restoration needs of the Nida River on the middle delta reach), Przegląd Naukowy, Inżynieria i Kształtowanie Środowiska, Rocznik XIII, Warszawa, zesz.spec. 30, , 2004b. 3. Bik P., Florek J., Strużyński A., Ochrona przed powodzią obszaru delty śródlądowej rzeki Nidy (Flood protection in middle delta of Nida River), Zeszyty Naukowe Akademii Rolniczej we Wrocławiu, Inżynieria Środowiska XV, nr 534, 59-68, Cisak B., Jelonek M., Kiełtyka Z., Sądag M., Strużyński A., Zrównoważony rozwój gospodarczy zlewni rzeki Nidy z związku z obszarami Natura 2000 (Sustainable economic development of the Nida River Basin in relation to Natura 2000 Areas), Regionalny Zadząd Gospodarki Wodnej w Krakowie i Urząd Marszałkowski Województwa Świętokrzyskiego, Kraków-Kielce, ISBN , ss.56+mapy, Kwiatkowski J., Rzeka Nida, informator lokalny, część , część , Łajczak A., Regulacja rzeki a zagrożenie powodziowe, na przykładzie Nidy (River training vs. flood exposure. The example of the River Nida, Poland ), Infrastruktura i

10 Ekologia Terenów Wiejskich, PAN Kraków, Z. 4/1, , Strużyński A., Skutki powodzi roztopowej w roku 2006 w uregulowanym odcinku delty śródlądowej rzeki Nidy (Consequences of the spring flood in year 2006 on the regulated part of middle delta in the Nida River), Infrastruktura i Ekologia Terenów Wiejskich, Komisja Technicznej Infrastruktury Wsi PAN/o Kraków, Nr 4/1- monografie, ISSN , , Zając T., Zając K., Korzeniak J., Przyrodnicze konsekwencje melioracji w delcie środkowej Nidy. Materiały konferencyjne Krajobrazy dolin rzecznych. Kraków , 1998.