Po każdym gwałtownym zjawisku meteorologicznym zadajemy sobie pytanie, czy naprawdę musiało dojść do określonych zdarzeń? Czy nie można było uniknąć konsekwencji powstałej sytuacji?

W tradycyjnym rozwiązaniu jako miarodajny do obliczeń przyjmuje się opad krótkotrwały (trwający przez ok. 5-10 minut) nawalny o określonym prawdopodobieństwie i wysokim natężeniu. Jako najniekorzystniejszy traktowany jest deszcz o czasie trwania odpowiadającym czasowi dopływu wody do odbiornika. Zakłada się, że intensywność opadów o dłuższym czasie trwania jest niższa. Dość często utożsamia się prawdopodobieństwo wystąpienia opadu z jakąś gwarancją braku wyższych opadów w tym przedziale czasu.

Jest to oczywiście pozbawione sensu, jednak często mamy do czynienia z błędną opinią, że „po co uwzględniać deszcz pięcioletni, przecież zdarzy się on tylko raz na pięć lat”. Po każdym gwałtownym zjawisku meteorologicznym zadajemy sobie pytanie, czy naprawdę musiało dojść do określonych zdarzeń? Czy nie można było uniknąć konsekwencji powstałej sytuacji? Trzeba jednak przede wszystkim zdać sobie sprawę z nadal niepełnej znajomości zjawisk meteorologicznych, będącej konsekwencją ich losowości oraz dynamiczności.

Jakimś paradoksem jest fakt, że kolejne zdarzenia i ich konsekwencje decydują o dalszych działaniach – w szerzej rozumianej sferze „melioracji miejskich” działania są podejmowane ex post. Pojawia się pytanie, czy nie dałoby się wcześniej przewidzieć tego, co się zdarzy, jednakże zawsze trzeba dysponować odpowiednim materiałem porównawczym.

Zbieranie danych

Przede wszystkim w miarę wiarygodne obserwacje meteorologiczne rozpoczęły się dopiero w połowie XIX stulecia, a na znacznej części obszaru Polski dopiero w latach 30. XX wieku. Wprawdzie Reinhold, przystępując do opracowania swojej mapy, dysponował materiałem z okresu aż ok. 100 lat, to jednak późniejsze Pechera wykazały bardzo poważne braki w jego opracowaniu m.in. w wyniku ograniczonej informacji o stanach wyjściowych.

Ostatecznym efektem stał się elektroniczny atlas KOSTRA (1997 r.) uwzględniający czynnik lokalny w analizach ilościowych. Oczywiście w miarę upływu czasu i gromadzenia informacji tego rodzaju opracowania powinny być systematycznie korygowane. Można się oczywiście przerzucać sloganami „deszcz tysiąclecia” czy też „deszcz trzystulecia” itp., jednak obecnie dostępna informacja statystyczna nie pozwala wystarczająco wiarygodnie oszacować opadu stuletniego czy też nawet pięćdziesięcioletniego [1].

Ekstremalne odniesienie

Niezależnie jednak od wszystkich ustaleń zawsze największe wrażenie wywiera ostatnio obserwowane ekstremalne zjawisko i w jakimś stopniu staje się ono poziomem odniesienia. Dla Gdańska przez wiele lat była to powódź z kwietnia 1929 r., gdy nałożył się na siebie nawalny opad oraz orkan spiętrzający wodę w Wiśle. Zdarzenie zostało przyjęte jako poziom odniesienia przy projektowaniu pierwszej współczesnej kanalizacji miasta Gdańska (1864) [2] i w zasadzie stworzyło to zabezpieczenie historycznej części miasta wystarczające przez okres ok. 100 lat. Problemy jakie się później pojawiły trzeba jednak wiązać ze zmianami wprowadzonymi po 1900 r. i w okresie powojennym.

Dość charakterystyczną cezurę w ocenach opadów w Polsce powinien stanowić lipiec 1997, gdy wbrew dość powszechnie głoszonym poglądom wystąpiła w Polsce powódź pochodząca od opadu, a od tego czasu powtarza się w kolejnych latach. Na Pomorzu jako wyjątkowe zjawisko potraktowano powódź z lipca 2001 roku, gdy według niepełnych danych (ówczesny zakres obserwacji był bardzo ograniczony) w ciągu 8 godzin opad wyniósł 127,7 mm, w tym w okresie szczytowym (2 godziny) 90 mm.

W konsekwencji konieczne stało się przyjęcie programu rozwoju melioracji miejskich. Niezależnie od różnych czynników program ten jest przez cały czas realizowany (realizacje pozwoliły zresztą co najmniej kilkukrotnie uniknąć poważnych zagrożeń, przez ostatnich 15 lat nic poważnego się nie zdarzyło), przy czym w polskich realiach większość z działań mieszczących się w sferze melioracji miejskich (pojęcie nieobecne w aktualnych polskich regulacjach prawnych, obejmuje wszystkie elementy związane z gospodarką wodą opadową, a kanalizacja deszczowa stanowi jeden z jego elementów) wymaga inicjatyw i znacznego zaangażowania środków z budżetów lokalnych.

Charakterystyczne, że przy okazji kontroli popowodziowych (2001) w różnych gminach i przedsiębiorstwach okazało się, że często na poziomie eksploatatora istniała świadomość braków i potrzeb, jednak nie było akceptacji potrzeb i związanych z nimi kosztów ze strony właściciela.

W bardzo krótkim czasie (2007 r.) powtórzyły się zjawiska wyjątkowe, przy czym jednak opady charakteryzowały się względnie krótkim czasem trwania natężenia maksymalnego. Praktyczne skutki tych opadów były jednak bardzo poważne na terenie miasta, stały się one jakąś podstawą dalszych działań.

Jak na tle dotychczasowych doświadczeń przedstawia się opad z lipca 2016 r.? Przede wszystkim zaobserwowano znaczne różnice pomiędzy wysokością opadu na Dolnym i na Górnym Tarasie Gdańska – tab. 2, aczkolwiek na tle informacji łódzkich nawet te „niskie” wartości były bardzo wysokie.

Wysokość opadu z lipca 2016 Gdańsk

Łączna wysokość opadu była różna w różnych rejonach miasta, na terenach wyżynnych kształtowała się ona na poziomie (tabela 1) 160 mm (160 dm3/m2), przekraczając lokalnie 170 mm. O wyjątkowości świadczy to, że wysoki opad trwał przez ok. 7 godzin pod rząd przy praktycznie bardzo stabilnym natężeniu – rys. 1. Trzeba z góry zastrzec, że sytuacja obserwowana na terenie Politechniki nie była najgorsza.

Rozkład opadu deszczu w dniach 15/16 lipca 2016

Opad 5%

Bardzo trudno odnieść się do prawdopodobieństwa wystąpienia tak wysokiego opadu – po prostu nie mieści się on w zakresie istniejących wzorów empirycznych. Podchodząc do zagadnienia „od tyłu”, czyli wychodząc z obserwowanych natężeń, mierzone wskaźniki mieszczą się w granicach 40-70 dm3/(s * ha) z dużym prawdopodobieństwem wystąpienia wyższych wartości. Wprawdzie wskaźniki te nie wydają się być szokujące na tle wartości z tabeli 1, jednak uwzględniając problemy związane z retencją, można oszacować, że opad powodujący taki odpływ wód opadowych odpowiada opadowi o wartości natężenia obliczeniowego q przekraczającej 300 dm3/(s * ha).

Wychodząc z uzyskanych wartości, można bardzo ostrożnie oszacować [4], że gdański opad z dnia 15/16 lipca 2016 r. odpowiadał co najmniej opadowi nawalnemu o prawdopodobieństwie 5%, a więc opadowi dwudziestoletniemu. Zgodnie z wytyczną ATVA118 stanowi najwyższy opad obliczeniowy, który da się oszacować przy obecnym stanie wiedzy. Wprawdzie takie wskaźniki znajdują zastosowanie przy projektowaniu najbardziej wrażliwych elementów systemów, jednak przyjmuje się czas trwania deszczu nawalnego w granicach 10-15 minut, a akurat w Gdańsku trwał on wielokrotnie dłużej (ponad 400 minut).

Dodatkowym czynnikiem niekorzystnym była wyższa koncentracja opadu na Wysoczyźnie, której lasy stanowiły zazwyczaj barierę chroniącą miasto. W zaistniałej sytuacji jednak element ten mógł pogorszyć sytuację, ponieważ intensywny długotrwały opad skutecznie oczyścił ścieżki leśne, a osad ostatecznie trafił do potoków, dalej do zbiorników retencyjnych.

Czy to przewidzimy?

Czy można było przewidzieć zaistniałą sytuację? Na pewno nie, przede wszystkim nie mieściła się ona w dotychczasowych doświadczeniach, ponadto nie ma możliwości przygotowania aż tak precyzyjnych prognoz meteorologicznych. Trzeba pamiętać, że proces projektowania elementów zagospodarowania wód opadowych opiera się na założeniach hipotetycznego stanu niekorzystnego przy zachowaniu pewnych standardów. Sytuacja, która wystąpiła w Gdańsku, była po prostu nieprzewidywalna, nie mieściła się ani w dotychczasowych doświadczeniach, ani w standardach.

W różnych dyskusjach pojawia się pytanie, czy dałoby się uniknąć tego, co się stało, gdyby zbiorniki retencyjne były całkowicie opróżnione i gdyby był prowadzony monitoring? Abstrahując od tego, że z przyczyn technicznych zbiorniki nie mogą być całkowicie opróżniane, skala zjawiska przekroczyła wszelkie wyobrażenia. Co do samych zbiorników retencyjnych to trzeba podkreślić, że ich zadaniem pozostaje „obcięcie” nadwyżek opadów.

Wprawdzie sieci projektuje się na krótkotrwały opad nawalny (rys. 2), to dla zbiornika retencyjnego największe pojemności daje opad o mniejszym natężeniu i równocześnie dłuższym czasie trwania (retencja.pl). W Gdańsku mieliśmy do czynienia z efektem nałożenia się na siebie obu sytuacji – opad z jednej strony miał charakter opadu nawalnego, z drugiej strony czas jego trwania był wyjątkowo długi. Takich obciążeń nie jest w stanie wytrzymać żaden zbiornik.

Wykres: czast trwania opadu - intensywność opadu

Czy oznacza to, że jesteśmy bezsilni i że nie da się usprawnić systemu gdańskiego? Na pewno nie, nowe doświadczenia pozwalają identyfikować punkty krytyczne i je eliminować lub likwidować. Trzeba jednak zdawać sobie sprawę z tego, że nikt nigdy nie był w stanie i raczej na pewno nie będzie w stanie wyeliminować wszystkich zagrożeń związanych z wodami opadowymi. Najważniejsze to, aby nie prowokować tworzenia kolejnych zagrożeń, a więc unikać kanalizowania spływów oraz sprzyjać infiltracji wód opadowych do gruntu.

prof. dr hab. inż. Ziemowit Suligowski

Literatura:

1. PN-EN 752: Zewnętrzne systemy kanalizacyjne; Schmitt T.: Komentarz do ATV-A118 Hydrauliczne wymiarowanie systemów odwadniających. DWA Hennef 2000, wersja polskojęzyczna, Wydawnictwo Seidel-Przywecki Warszawa; ATV A118: Hydraulische Bemessung und Nachweis von Entwässerungssystem. ATV Regelwerk Abwasser – Abfall. ATV GFA, Hennef.

2. Wiebe F.: „Die Reinigung und Entwässerung der Stadt Danzig“. Ernst und Korn Verlag, Berlin 1865.

3. Zawilski M., Sakson G.: „Modernizacja systemu kanalizacyjnego w zabudowie zwartej“, „Wodociągi-Kanalizacja“ 4/20.

4. Np. www. retencja.pl

5. Np. www.gdansk.pl

Rys. 1. Rozkład opadu w dniach 15/16 lipca 2016; opracowano w oparciu o pomiar wykonany w stacji Politechniki Gdańskiej

Rys. 2. Schemat ogólny opadów w aspekcie projektowania zbiornika retencyjnego

Prenumerata Magazynu Instalatora

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Ta strona korzysta z ciasteczek (cookies) Więcej informacji

Ustawienia plików cookie na tej stronie są włączone na "zezwalaj na pliki cookie", aby umożliwić najlepszy z możliwych sposób przeglądania. Jeśli w dalszym ciągu chcesz korzystać z tej strony, bez zmiany ustawienia plików cookie lub kliknięciu przycisku "Akceptuję", a następnie użytkownik wyraża zgodę na to.

Zamknij