Potrzeba czy konieczność mikroretencji dla zrównoważonego rozwoju Piotr Kowalczak IŚRL PAN Potrzeba czy konieczność mikroretencji dla zrównoważonego rozwoju I Ogólnopolskie Forum Mikroretencji Opole 2015 r.

Wprowadzenie Zmiany powodowane zabudową doliny rzeki wałami

Tymczasem zmiany w ostatniej dekadzie XX wieku charakteryzowały się innymi cechami Przełom nastąpił w trakcie analiz przebiegu i skutków wielkich powodzi , które nawiedziły Europę i USA w ostatnich latach XX wieku .Analizy wezbrań na rzekach amerykańskich i europejskich wskazały, że stany wody dotychczas szacowane jako woda mogąca wystąpić raz na 100 lat pojawia się znacznie częściej . Miasta, które przed 1955 rokiem były zagrożone powodzią występującą raz na 200 lat, są obecnie zagrożone powodzią nawet co 50 lat. W wyniku realizacji przedsięwzięć hydrotechnicznych wystąpił wyraźny wzrost zagrożeń powodziowych . Zmiany reżimu hydrologicznego Górnego Renu były groźne ; przyśpieszeniu uległ czas przesuwania się fali wezbraniowej np. na odcinku Bazylea – Karslruhe, czas przepływu fali powodziowej zmniejszył się z ok. 64 h do 23 h . Zdaniem niemieckich specjalistów, zabudowa hydrotechniczna Górnego Renu spowodowała podniesienie przepływów maksymalnych w Kolonii o ok. 700 - 800 m3/s i odpowiednio stanów wody o 40 cm. Okres powtarzalności wody, uważanej na początku wieku za stuletnią, uległ skróceniu do 30 - 40 lat. Jednocześnie analizy przeprowadzone po powodzi w 1997 roku świadczą że powodzie o parametrach uważanych na początku XX wieku za stuletnie, wystąpiły na Renie 5 razy .

Powyższe wskazuje na przyczyny istniejące na obszarze zlewni Powyższe wskazuje na przyczyny istniejące na obszarze zlewni. Są to głównie zmiany w sposobie zagospodarowania zlewni i wskazuje na konieczność prowadzenia działań właśnie tam .

Natura powoduje wezbrania a człowiek tworzy powodzie

Ochrona przed powodzią obejmuje dwa typy środków strukturalne ( budowle ) i niestrukturalne ( zasady gospodarowania przestrzennego ,systemy prognoz i ostrzeżeń ) .W zlewni występuje duża i mała retencja choć granice miedzy nimi są nieco rozmyte. Duża to wielkie zbiorniki retencyjne ( powyżej 5 mln m3 pojemności) , suche poldery , obszary zalewowe .

Mała retencja to : Waldemar Mioduszewski (IMUZ) „Za małą retencję uznać można wszelkie rodzaje magazynowania wody bez możliwości bieżącej regulacji objętości retencyjnej. Inaczej mówiąc, działania poprawiające bilans wodny zlewni i zwiększające zasoby wodne głównie na skutek zmiany szybkiego spływu powierzchniowego na powolny odpływ gruntowy można zaliczyć do małej retencji”. Piotr Kowalczak (wówczas IMGW w Poznaniu) „Mała retencja jest to wydłużenie czasu i drogi obiegu wody i zanieczyszczeń w zlewni, mające na celu poprawę stosunków wodnych w zlewni, oczyszczenie wód przy wykorzystaniu właściwości zlewni (naturalnych i sztucznych) i regulację transportu rumowiska oraz zasilanie wód podziemnych”.

Skąd określenie mikroretencja Skąd określenie mikroretencja ? Istnieje konieczność zagospodarowania wód pochodzących z opadów atmosferycznych jak najbliżej miejsca ich opadu i właśnie mikroretencja spełnia to zadanie.

Definicja Mikroretencja to rodzaj retencji o zadaniach podobnych jak mała retencja skupiająca swoje działanie na zagospodarowaniu wód pochodzących z opadów atmosferycznych i wód powierzchniowych bezpośrednio na miejscu wystąpienia opadu. Zachodzi tu także konieczność uwzględnienia zanieczyszczeń.

Główne zadania mikroretencji Zagospodarowanie wód pochodzących z opadów atmosferycznych Gospodarowanie wodami melioracji szczegółowej Gospodarowanie małymi najczęściej okresowymi i epizodycznymi ciekami na obszarach zurbanizowanych Wzbogacenie krajobrazu w wodę i roślinność (stawy dworskie, stawy wiejskie, oczka śródpolne, obszary wodnobłotne)

Podstawowe działy gospodarowania wodą - miejsce dla zastosowań mikroretencji : - leśnictwo -rolnictwo -obszary zurbanizowane

LEŚNICTWO Gospodarowanie wodą w lasach notuje znaczne postępy ( nawodnienia ,mała retencja , stawy ppożarowe ) . Obecne główne kierunki działań to: - budowa zbiorników retencyjnych - renaturyzacja siedlisk podmokłych (adaptacja istniejących systemów melioracyjnych do pełnienia funkcji retencyjnych) - spowolnianie obiegu wody w zlewniach za pomocą progów, bystrzy, urządzeń piętrzących na ciekach. Jednakże dla wyeliminowania błędów konieczne jest doskonalenie metodyki .Z mojego doświadczenia najczęstsze błędy to : - brak bilansów wodnych - nie korzysta się z materiałów archiwalnych - dużo uwag mam do wykonawstwa robót.

NOWE SYTUACJE- powodujące konieczność interwencji w formie poprawy lokalnych metod retencji - wzrost lasów las rozwijając się powoduje wzrastające deficyty wody wskutek zwiększających się poborów wody proporcjonalnych do masy drzewostanu. Historycznie co 50-70 lat następowało znaczne zniszczenie lasów wskutek osłabienia drzewostanu niedoborami wody a potem agresją szkodników ( brudnica mniszka etc) z tej samej przyczyny groźniejsze były skutki pożarów . Przykład : lasy pilskie - regulacje rzek wskutek regulacji rzek zwłaszcza wskutek ich prostowania zwiększano prędkość przepływu cieków wzmagając drenaż z obszarów przyległych powodowało to przesuszenie lasów .Przykład : optymalne rozwiązanie zagadnienia uzupełniania i zatrzymywania wody w starorzeczach Uroczyska Warta ma terenie Lasów Czeszowickich.

Wybrane miejsca dla zastosowań mikroretencji w leśnictwie - szczegółowe rozwiązania przy zagospodarowaniu obszarów wodno-błotnych , - lokalne obszary retencyjne niezbędne dla przechwytywania wód z opadów atmosferycznych -tworzenie małych lokalnych zalewów dla przechwytywania wód z wezbrań małych cieków leśnych , - tworzenie zabudowy na sieci małych cieków leśnych w celu sterowania odpływem

ROLNICTWO Zadania mikroretencji Melioracje szczegółowe - problem odbudowy sieci rowów , budowli piętrzących , - problem utrzymania infrastruktury wodno-melioracyjnej Wykorzystanie lokalnych właściwości terenu: obszary wodno-błotne, zadrzewienia śródpolne, oczka wodne, Poprawa agrotechniki. Ograniczania wynikają głównie z braku koncepcji gospodarowania wodą w dziedzinie melioracji szczegółowych, osiedlach wiejskich etc. - spółki wodne ? - meliorant gminny ?

OBSZARY ZURBANIZOWANE Obszary zurbanizowane są najlepszym przykładem konieczności stosowania mikroretencji dlatego , że działania dotyczą dużej ilości relatywnie małych działek posiadających różnych gospodarzy tworzących odpływ z obszarów o bardzo zróżnicowanym sposobie zagospodarowania . Odpływ jest czasowo i obszarowo zróżnicowany i wykazuje wyraźny wzrost wrażliwości na występowanie ekstremalnych zjawisk hydrologiczno-meteorologicznych tendencję, który obrazują poniższe wykresy. Przyczyna tego procesu jest znana – to wzrost udziału obszarów nieprzepuszczalnych w zlewniach.

Rys. MM Kształt ,wielkość i charakter przebiegu fali wezbraniowej na terenach o różnym stopniu uszczelnienia powierzchni (W. Geiger i H. Dreiseitel 1999 r,))

Powyższe wykresy w odniesieniu do oceny procesów urbanizacyjnych posiadają charakter historyczny , gdyż . wykonane dla różnych okresów ilustrują w praktyce poszczególne fazy rozwoju każdego miasta .A więc można uzyskane wykresy odnieść do badań historii rozwoju miast.

Bardzo interesujące wyniki badań wzrostu przepływów maksymalnych w nawiązaniu do chronologii rozbudowy miasta przedstawili Bedient i Huber [1992 ] wskazując znaczne zmiany w wielkości i kształcie hydrografu jednostkowego w zlewni j podczas trwającego 50 lat procesu urbanizacji zlewni . Rys CC Hydrografy jednostkowe rzeki Brays Bayou (USA) i towarzyszące im zmiany w zagospodarowaniu zlewni . Zmiany kształtu hydrogramu wskutek urbanizacji w okresie od 1941 do 1992 roku. Źródło: Julie Lynn Clark [ 1999 ] za Bedient , Huber 1992

Poza zmianami reżimu powodowanymi wzrostem udziału obszarów nieprzepuszczalnych w zlewniach miejskich , drugim czynnikiem kształtującym niekorzystne zmiany jest rozbudowa kanalizacji deszczowych. W okresie 1945 -2000 udział wód odprowadzanych kanalizacją deszczową w Poznaniu wzrósł z około 2% do 21 % . Wzrost powierzchni zabudowy w Poznaniu w okresie 1945 -2000 był przyczyną największych zmian w obiegu wody. W tym okresie odpływ siecią kanalizacyjną wzrósł z 4,9 mln m3 ( 3,6 % ) do 25, 0 mln m3 ( 18,3 %). Gwałtowny wzrost odpływu nastąpił zwłaszcza za pomocą sieci kanalizacji deszczowej z 1,3 mln m3 ( 1 %) do 20,3 mln m3 ( 14,9 %). Przechwycenie wód odpływu powierzchniowego spowodowało powierzchniowy z obszaru miasta był mniejszy niż odpływ poprzez sieć kanalizacyjną. Dla porównania w 1945 roku odpływ powierzchniowy był siedmiokrotnie większy od odpływu siecią kanalizacyjną. Powyższe wyniki badań wskazują , że cykl wodny w mieście został znacznie zniekształcony . Powyższy przykład jest typową sytuacją dla większości miast europejskich.

Wpływ urbanizacji na kształtowanie reżimu hydrologicznego cieków prezentuje poniższy przykład.

Inny przykład

Główne kierunki działania Zagospodarowanie sieci hydrograficznej miasta Działania zmniejszające wzrost udziału powierzchni nieprzepuszczalnych ( tworzenie retencji równoważnej ) Zagospodarowanie występujących starych sieci drenarskich pochodzących jeszcze z okresu rolniczego użytkowania tych terenów Rozwiazywanie problemów nowych osiedli zlokalizowanych na obszarach nie w pełni rozpoznanych pod względem hydrologii i hydrogeologii Minimalizacja skutków wystąpienia ekstremalnych zjawisk hydrologiczno-meteorologicznych Tworzenie nowych elementów sieci hydrograficznej

Głównym czynnikiem kształtującym reżim hydrologiczny obszarów zurbanizowanych jest udział terenów nieprzepuszczalnych w całkowitej powierzchni miasta

O konieczności działań z dziedziny mikroretencji świadczą problemy z powodziami miejskimi. Cześć wód można zatrzymać na terenie posesji i potem je zagospodarować. Oszczędza miasto na budowie kosztownej infrastruktury ; gdyż wody opadowe są odprowadzane kosztowną w budowie i eksploatacji siecią kanalizacyjną tworząc zagrożenia powodziowe poniżej miasta a w bilansie wodnym miasta powodując znaczny ubytek wody . Powyższy brak wody jest kompensowany poprzez budowę jeszcze bardziej kosztownego systemu wydobycia wody , jej transportu i uzdatniania oczywiście kosztem strat dla obszaru skąd wodę pobrano. W tym przypadku woda o znacznie wyższej jakości jest w przeważającej części używana do potrzeb technicznych.

Zagrożenia Zawodność sieci kanalizacyjnej

Centrum Aten 2014 – ostatnia śmiertelna ofiara powodzi miejskich w Europie w 2014r.

Zagospodarowanie sieci hydrograficznej miasta Wdrożenie mikroretencji na obszarach zurbanizowanych może nastąpić po rozpoznaniu zagrożeń związanych z urbanizacją i zmianami sposobu zagospodarowania terenu miasta mających wpływ na kształtowanie się bilansu wodnego miasta, reżimu cieków i wód stojących oraz zagrożeń związanych z zanieczyszczeniem wód. Działania w dziedzinie mikroretencji muszą być zintegrowane z innymi działaniami w dziedzinie gospodarowania wodą w mieście.

Podsumowanie Konieczna jest tu zmiana podejścia do traktowania wód pochodzących z opadów atmosferycznych. Te wody nie mogą być traktowane tylko jako zagrożenie ale winny być zagospodarowane i to możliwie najbliżej miejsca w którym spadły. To cenny surowiec . Dalsza rozbudowa systemów kanalizacji deszczowej jako środka zapobiegającego powodziom miejskim jest błędem. W rolnictwie wielkie rezerwy retencji stanowią jeszcze sieci rowów melioracji szczegółowych , agrotechnika to także cenny i efektywny sposób retencjonowania wód a prace związane z mała retencja na obszarach leśnych wskazują dalsze konieczne kierunki doskonalenia gospodarowania woda w dziedzinie mikroretencji Ważne jest określenie szczegółowo przyczyn i wielkości zmian reżimu hydrologicznego, cieków i zapobieganie stratom poprzez przedsięwzięcia obejmujące przeciwdziałanie w sferze przyczyn, a nie skutków, a więc nie prowadzenie prac mających na celu nigdy niekończącej regulacji i umacniania brzegów cieku, ale przez związane z właściwym bilansowaniem odpływu cieku poprzez realizację proporcjonalnej do utraconej lokalnie pojemności retencji zlewni wskutek realizacji kolejnych obiektów (domy, parkingi, etc.) retencyjnych na obszarze zlewni i to jest główne zadanie mikroretencji.