Woda – niszczycielski żywioł. Komentarz eksperta nt. powodzi

Woda jest niewątpliwie jednym z najważniejszych zasobów Ziemi. Jej obecność jest niezbędna dla życia. Jej niedobory prowadzą przede wszystkim do degradacji środowiska, a dla człowieka oznaczają zazwyczaj straty ekonomiczne spowodowane zmniejszeniem plonów, produkcji rolnej, a w konsekwencji również zmniejszeniem dostępności żywności. Długotrwałe susze często prowadzą do konieczności ograniczenia zasobów wodnych wykorzystywanych do celów komunalnych, tak było chociażby w 2015 roku w Kalifornii. Z drugiej strony, nadmiar wody może prowadzić do występowania zagrożeń co najmniej równie niebezpiecznych. To właśnie przy nadmiarze wody często powstają powodzie, które odpowiedzialne są za około 50% wszystkich katastrof wodnych.

Powódź czy wezbranie?

Zgodnie z zapisami Dyrektywy Powodziowej UE, powódź to okresowe zalanie wodą terenu normalnie niepokrytego wodą. W Polsce główną przyczyną powodzi są trzy zjawiska:
– w regionie przymorskim, zwykle silny północny wiatr powoduje piętrzenie wody przy wybrzeżu, woda morska wtłaczana jest w ujścia rzek, utrudniając ich odpływ i przyczyniając się do wzrostu poziomu wody w korycie;
– w okresie chłodnym woda w rzekach może zamarzać, a przemieszczający się w dół rzeki lód może powodować zatory, które utrudniają odpływ napływającej wodzie;
– intensywne zasilanie rzek powstałe na skutek wczesnowiosennych roztopów albo długotrwałych lub gwałtownych opadów powoduje nagły przybór wody.

Najgroźniejsze powodzie roztopowe zagrażają głównie dużym rzekom nizinnym, z kolei powodzie opadowe kształtują się głównie w rzekach górskich i podgórskich. Niezależnie jednak od przyczyny, głównym mechanizmem powodującym występowanie powodzi jest podniesienie się poziomu wody w rzece, jeziorze czy zbiorniku. Jeżeli wzrost poziomu wody występuje na terenie naturalnym, mówimy o wezbraniu, jeżeli jednak powoduje zagrożenie życia ludzi lub straty materialne (np. zniszczenie budynków, dróg czy upraw) mówimy o powodzi.

Flash floods – szczególnie niebezpieczne powodzie

Flash flood czyli powódź błyskawiczna, jest szczególnie niebezpiecznym rodzajem powodzi. O powodzi błyskawicznej mówimy, gdy zalanie obszaru wodą następuje bardzo szybko, zazwyczaj w ciągu maksymalnie kilku godzin. Powodzie takie występują zarówno w przypadku gwałtownych opadów, jak i na skutek zatorów lodowych czy katastrof obiektów hydrotechnicznych. W obszarach górskich bardzo często dochodzi do powstania nawet kilkumetrowych fal przemieszczających się doliną rzeki. Powodziom takim zazwyczaj towarzyszy wymywanie materiału skalnego z podłoża, co dodatkowo prowadzi do powstawania osuwisk i destabilizacji konstrukcji inżynierskich.

Niszczycielska siła błyskawicznych powodzi jest niezrównana. W 1979 roku w Indiach w czasie jednej powodzi trwającej 20 minut zginęło pomiędzy 1 800 a 25 000 osób, z kolei w 2010 roku, w Pakistanie, na skutek wystąpienia deszczy monsunowych życie straciło 1 400 osób, a kolejnych 20 milionów poniosło straty materialne. Warto również pamiętać, że powodzie błyskawiczne zagrażają wszystkim, niezależnie od tego gdzie przebywają, przykładowo w Teksasie spośród 203 ofiar szybkich powodzi, 136 zginęło będąc w samochodach.

Powódź w Niemczech

Wydarzenia, jakie miały miejsce w Niemczech w lipcu 2021 roku pokazują, że nawet w wysoko rozwiniętym kraju, woda może powodować straty na ogromną skalę. Gwałtowne opady, jakie nawiedziły Nadrenię Północną-Westfalię i Nadrenię-Palatynat na zachodzie Niemiec, przyniosły od 100 do 200 mm opadu (co odpowiada średniej trzymiesięcznej opadów w tym regionie). Spowodowało to szybkie podniesienie się poziomów wody w korytach rzek (przede wszystkim w ciągu kilku godzin nocnych), co dodatkowo utrudniło reakcję na rosnące zagrożenie. Ilość wody była tak duża, że systemy ochrony przeciwpowodziowej zawiodły. Ulice miast zamieniły się w rwące potoki, a powstające osuwiska doprowadziły do zawalenia się wielu budynków. Liczenie strat wciąż trwa, jednak już teraz wiadomo, że była to najcięższa w skutkach powódź na terenie kraju, przewyższająca wydarzenia z Saksonii i Bawarii w 2013 roku.

Sposoby ochrony

Istnieją trzy główne strategie ochrony przeciwpowodziowej: inżynierska, planistyczna oraz edukacyjna. Rozwiązania inżynierskie obejmują głównie budowę zbiorników retencyjnych oraz naturalnych polderów zalewowych – te rozwiązania są bardzo skuteczne. Do innych rozwiązań inżynierskich zaliczamy kanały ulgi oraz wały przeciwpowodziowe. Skuteczność tych ostatnich zależy jednak od kilku czynników i jest zazwyczaj nieco niższa, zwłaszcza w kontekście negatywnego zjawisko tzw. podnoszenia wałów. Obwałowywanie górnych odcinków rzek powoduje kumulowanie się wody w korycie i w konsekwencji większą jej objętość na niższych odcinkach. To z kolei może doprowadzić do sytuacji, w których dolnym odcinkiem prowadzone będą większe objętości wody niż te, na które projektowano wcześniej powstałe obwałowania. Z takim właśnie scenariuszem mieliśmy do czynienia w naszym kraju w czasie powodzi w 2010 roku.

Tworzenie i aktualizowanie map zagrożenia powodziowego ma z kolei za zadanie ograniczenie zabudowy na terenach zalewowych. Niestety, bardzo często jednak nowe prognozowane obszary zalewowe obejmują obszary już zabudowane. Wtedy zazwyczaj powstaje obowiązek zastosowania rozwiązań inżynierskich. Z kolei każda taka nowa inwestycja oznacza potrzebę aktualizacji map zagrożenia powodziowego.

Rola edukacyjna polega na zdobywaniu wiedzy na temat zagrożenia powodziowego oraz systemów ostrzegania w obszarze zamieszkania, przygotowanie rodzinnego planu powodziowego, ubezpieczenia majątku oraz przygotowania domu na wypadek powodzi. Według analiz eksperckich, ten element miał duży wpływ na skalę strat powstałych w Niemczech w ostatnich dniach – wiele osób po otrzymaniu ostrzeżenia na temat zbliżającego się zagrożenia po prostu nie wiedziało jak zareagować. Jeżeli więc przyjdzie nam już mieszkać w obszarze zagrożonym wystąpieniem powodzią, warto odpowiednio się przygotować. W pierwszej kolejności należy dowiedzieć się jakie obowiązują protokoły bezpieczeństwa w przypadku wystąpienia zagrożenia.

Dodatkowo, powinniśmy odpowiednio przygotować dom na ewentualność wystąpienia sytuacji ekstremalnej. Sprawdzą się nawet proste rozwiązania, jak uszczelnienie i odpowiedni drenaż fundamentów lub dolnej części ścian zewnętrznych, czy chociażby odpowiednie ułożenie przedmiotów np. w garażu (tj. przedmioty, które łatwo ulegną zniszczeniu przez wodę, czy też mają szczególne znaczenie sentymentalne ustawiajmy na górnych półkach).

Błędne przeświadczenia

Mówiąc o powodziach należy również rozwiać dwa mity, które powstały w ostatnich latach, na skutek błędnego przekazu informacji. Pierwszy dotyczy określenia woda 100-letnia. Często w kontekście informacji o powodziach możemy usłyszeć określenie, że woda, która wystąpiła z koryta rzeki była np. wodą 100-letnią. Błędnym jest rozumowanie, że jeżeli, przykładowo w 2010 roku wystąpiła właśnie taka woda, to kolejna wystąpi dopiero w 2110 roku, czyli za 100 lat. Określenie woda 100-letnia wynika z zastosowania przejścia z prawdopodobieństwa na cykliczność. W terminologii hydrologicznej często stosuje się kwantyle prawdopodobieństwa do opisu prawdopodobieństwa (empirycznego) wystąpienia danego zjawiska. Sprowadza się to najczęściej do zestawienia historycznych wartości przepływów obserwowanych w danym posterunku wodowskazowym i wykreślenia na tej podstawie funkcji prawdopodobieństwa przewyższenia.

Dzięki takiej funkcji możemy dalej określić „prawdopodobieństwo przewyższenia przepływu o danej wartości”. Konsekwencją jest na przykład stwierdzenie, że przepływ 3 m3/s odpowiada prawdopodobieństwu przewyższenia 50% (inaczej: jest w 50% prawdopodobne wystąpienie przepływu wyższego niż 3 m3/s). Cykliczność stanowi przekształcenie wartości prawdopodobieństwa do okresu powtarzalności, rozumianego jako 100/p. Wcześniejszy przepływ 50% określilibyśmy więc jako przepływ 2-letni (ponieważ 100/50 = 2). Stwierdzenie woda 100-letnia oznacza więc prawdopodobieństwo wystąpienia tego przepływu jako 1%. I to liczone każdorazowo – istnieje więc statystycznie taka możliwość, aby woda 100-letnia wystąpiła co roku, na przykład przez 3 kolejne lata.

Drugim błędem jest przekonanie, że w okresie trwania suszy nie wystąpi powódź. Można by się spodziewać, że jeżeli w środowisku obserwujemy brak wody, to jej nadwyżka wyrówna niedobór i powódź nie wystąpi. Niestety, zazwyczaj na skutek intensywnych opadów oraz przesuszenia ziemi woda docierająca do jej powierzchni po prostu zamienia się w spływ powierzchniowy. To prowadzi do zasilania koryt i wystąpienia wezbrania lub powodzi. Zjawisku temu często towarzyszy wymywanie materiału skalnego, co powoduje dodatkowe niebezpieczeństwo.

Jednym z przykładów takich sytuacji może być już wcześniej przywołana powódź, która wystąpiła w Polsce w 2010 roku. W okresie ją poprzedzającym (w maju), jak i po powodzi (w lipcu) mieliśmy do czynienia z suszą. Pomimo tego, ze względu na intensywne opady w czerwcu, w środku trwania okresu suchego wystąpiła powódź, która przyczyniła się do zalania około 2% powierzchni kraju oraz zniszczenia około 18 tys. budynków. Straty poniosło wtedy ponad 60 tys. osób w 811 gminach, a remontu wymagało 1160 tys. km dróg. W naszym regionie największe straty odnotowano w gminie Wilków, gdzie zalanych zostało około 90% całkowitej jej powierzchni. W większości przypadków, bezpośrednią przyczyną było przerwanie wałów przeciwpowodziowych na skutek wymycia materiału pod wałem (tzw. przebicie hydrauliczne).

Innym przykładem może być tzw. Kryzys w Oroville, w Kalifornii w 2017 roku, gdzie na skutek przesuszenia zbiornika, a następnie zbyt szybkiego wypełnienia go przez intensywne opady, część korpusu zapory została rozmyta. Przerwaniu uległa niecka wypadowa zbiornika, prowadząc do dalszego rozmywania korpusu (fot. 5), zagrażając w ten sposób stabilności zapory. Gdyby doszło do katastrofy, uwolniona fala miałaby objętość około 559 mln m3 (to więcej niż całkowita pojemność Zbiornika na Solinie – największego zbiornika w Polsce i około 30 razy więcej niż objętość zbiornika w Nieliszu, największego zbiornika w województwie lubelskim), a zagrożonych byłoby ponad 180 tys. osób. Jest to tylko kilka przykładów, potwierdzających, że powódź w czasie suszy nie tylko może wystąpić, ale może mieć również dużo poważniejsze konsekwencje.

Przyszłość

Wraz ze zmieniającym się klimatem rośnie ryzyko występowania zdarzeń ekstremalnych takich jak susze i powodzie. Te pierwsze powodowane będą głównie przez rosnącą temperaturą i zmiany w rozkładzie opadów. Zamiast długotrwałych opadów o małej i średniej intensywności, występować będzie coraz więcej gwałtownych i ulewnych deszczy. Okresy bezopadowe przyczynią się do wzrostu intensywności susz, a z kolei ulewne deszcze przyczynią się do nasilenia występowania powodzi (zwłaszcza flash floods).

Szacuje się, że do 2060 roku europejska strefa wilgotności przesunie się na północ, głównie do krajów skandynawskich, a obszar basenu Morza Śródziemnego ulegnie znaczącemu wysuszeniu. Około 2030 roku Polska znajdzie się na pograniczu obu tych stref. Doświadczać będziemy więc zarówno wzrostu intensywności susz, jak i powodzi, co potwierdzają już obecnie obserwowane trendy. Nasze działania powinny więc obejmować zarówno zielono-niebieskie rozwiązania z zakresu adaptacji, jak i mitygacji do zmian klimatu, tak aby przeciwdziałać nasilaniu się postępującym zmianom. Nie powinniśmy też zapominać przy tym o odpowiedniej edukacji, by zapewnić bezpieczeństwo sobie i swoim bliskim.

__________

Dr inż. Krzysztof Raczyński – hydrolog, hydrotechnik, pasjonat nowych technologii i adiunkt w Katedrze Hydrologii i Klimatologii UMCS w Lublinie. Jego zainteresowania naukowe to hydrologiczne zdarzenia ekstremalne, ich uwarunkowania środowiskowe oraz modelowanie, a także zastosowanie współczesnych technik uczenia maszynowego i GIS w prognozie kierunków postępujących zmian klimatu. Członek Stowarzyszenia Hydrologów Polskich, International Association of Hydrological Sciences oraz International Association of Hydrogeologists, a także ekspert ws. inwestycji w zakresie zielono-niebieskiej infrastruktury w miastach, finansowanych ze środków Mechanizmu Finansowego Europejskiego Obszaru Gospodarczego dla Narodowego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej (2020-2021).

(fot. lublin112.pl)