Zagrożenia naturalne, takie jak powodzie, susze i fale upałów, są w większości przypadków efektem współistnienia ekstremalnych zjawisk pogodowych oraz czynników antropogenicznych. Dzieje się tak, ponieważ rosnąca presja urbanizacji i działalności gospodarczej przyczyniają się do degradacji funkcji regulacyjnych naturalnych ekosystemów, które pomagają w utrzymaniu cykli hydrologicznych oraz chronią nas przed powodzią czy suszą. Dodatkowo, globalna zmiana klimatu zwiększa dotkliwość zagrożeń hydrometeorologicznych i może powodować nieodwracalne zmiany w środowisku. Aby właściwie ocenić podatność systemów społeczno-ekologicznych na zagrożenia naturalne, w Instytucie Meteorologii i Gospodarki Wodnej rozpoczęto dwuletni projekt, którego celem jest wypracowanie odpowiednich środków ograniczających ryzyko i negatywne efekty tych zjawisk.
AUTOR: Tamara Tokarczyk. Zakład Hydrologii i Inżynierii Zasobów Wodnych/Centrum Badań i Rozwoju, IMGW-PIB
Właściwe zarządzanie ryzykiem hydrometeorologicznym obejmuje wiele obszarów – od monitorowania klimatu, planowania i przeciwdziałania z wykorzystaniem środków technicznych, poprzez ocenę ryzyka i organizację systemów wczesnego ostrzegania, po budowanie i rozwój społeczeństwa opartego na wiedzy, jak również właściwe reagowanie na niebezpieczną sytuację i odbudowę po kryzysie. To złożony proces, którego ocena wymaga zastosowania różnych metod/narzędzi oraz danych w wysokiej rozdzielczości przestrzennej i czasowej. Zachodząca obecnie zmiana klimatu dodatkowo ten proces komplikuje, wpływając na strukturę fizyczną zagrożeń, ich częstość, intensywność oraz zasięg przestrzenny. Szczególną uwagę zwraca się na zdarzenia współwystępujące, których synergia wzmacnia niekorzystny wpływ, a ich skutki niejednokrotnie przekraczają zdolność systemów naturalnych i społeczno-gospodarczych do radzenia sobie z nimi.
Rozdzielne traktowanie powodzi i suszy może prowadzić do rozwiązań, które ze sobą kolidują – np. gdy działania służące redukcji ryzyka powodzi wpływają niekorzystnie na ograniczanie ryzyka suszą, i odwrotnie. Rozwiązaniem tego problemu jest podejście zintegrowane, na którym opiera się projekt badawczy „Synergiczność zagrożeń hydrometeorologicznych (powodzie, susze i fale upałów) – relacje, metody, konsekwencje w kontekście ograniczania skutków”, realizowany w IMGW-PIB od 2024 roku[i].
Cele projektu
Głównym zadaniem jest identyfikacja wzorców czasowo-przestrzennych i wzajemnych powiązań w systemie hydroklimatycznym, tak aby właściwie ocenić ryzyko i prognozę zjawisk hydrometeorologicznych. Analizy te będą odnosić się głównie do powodzi, susz i fal ciepła/upałów (w kontekście narażenia, podatności i interakcji) oraz ich synergii. Wśród szczegółowych zadań projektowych są następujące tematy:
- Identyfikacja wpływu antropopresji na hydrologiczne ciągi pomiarowe (dr Maurycy Ciupak).
- Ocena wpływu synergii zagrożeń meteorologicznych na konsekwencje w środowisku naturalnym i wybranych sektorach społeczno-gospodarczych (dr Irena Otop).
- Podejście partycypacyjne w zintegrowanym zarządzaniu ryzkiem powodziowym i suszy w Polsce (Grzegorz Dumieński).
- Probabilistyczna prognoza warunków suszy hydrologicznej (Wojciech Krasowski).
- Dynamika synergii zagrożeń hydrometeorologicznych w zmieniającym się środowisku (dr inż. Wiwiana Szalińska).
- Wpływ zmiany klimatu na podatność warunków hydromorfologicznych rzek (dr inż. Mariusz Adynkiewicz-Piragas).
Wstępne wyniki i spostrzeżenia
Jednym z pierwszych wyzwań zespołu projektowego była ocena wpływu działalności człowieka na procesy hydrologiczne w zlewni. Zależność ta jest niezwykle istotna w dobie obserwowanej zmiany klimatu, która na nowo formułuje relacje opad–odpływ i kształtuje przepływy w rzekach. Wykrywanie naturalnych lub wymuszonych działalnością człowieka zaburzeń w czasowym przebiegu zmiennych hydrologicznych umożliwia identyfikację nielosowego wzorca procesu stochastycznego, wykrywanie stacjonarności bądź niestacjonarności. Jak duże mogą być te różnice, ilustruje poniższa grafika.
Właściwe rozróżnienie czynników determinujących stan wody w rzece jest kluczowe w okresach przepływów niskich, ponieważ niżówki hydrologiczne traktowane są jako wskaźnik suszy hydrologicznej. Obecnie rozwijane są dwie alternatywne metody określania niedoborów wody stosowanych w praktyce operacyjnej – w ujęciu przepływów niżówkowych oraz w ujęciu anomalii warunków wilgotnościowych. Pierwsze podejście bazuje na ocenie metodą odcięcia deficytu wielkości przepływu w stosunku do przyjętego przepływu referencyjnego (granicznego), wyznaczonego na podstawie krzywej sum czasów trwania przepływu o określonym prawdopodobieństwie nieosiągnięcia (np. Q70, Q95) lub krzywych sum czasów trwania. Drugie podejście polega na wyznaczeniu znormalizowanej i zestandaryzowanej wielkości odchylenia (anomalii) od warunków normalnych charakteryzujących dany obszar i okres czasu, np. Wskaźnik Standaryzowanego Odpływu. Zastosowanie obu rozwiązań pozwala z jednej strony na uzyskanie kompleksowej informacji o okresach z niedoborami zasobów wodnych (na podstawie analizy niżówek), z drugiej – na wydzielenie fazy suszy hydrologicznej z procesu formowania się suszy.
Zrównoważona polityka przeciwdziałania skutkom powodzi i suszy
W ostatnich latach coraz częściej obserwuje się wystąpienie kombinacji kilku czynników i/lub zagrożeń meteorologicznych, co przyczynia się do wzrostu poziomu ryzyka dla środowiska i systemów społeczno-gospodarczych. W wielu przypadkach skutki ekstremalnych zdarzeń mogą przekraczać zdolności systemów naturalnych i społeczno-gospodarczych do radzenia sobie z nimi, powodując straty materialne lub ekologiczne. Występowanie zagrożeń w tym samym czasie (np. fali ciepła i niedoboru opadów) wzmacnia ich niekorzystny wpływ. Zrównoważony rozwój systemu społeczno-ekologicznego (z ang. social-ecological system – SES) wymaga, aby zarówno w procesie planistycznym, jak i decyzyjnym poświęcać taką samą uwagę poszczególnym jego elementom. To oznacza, że pośród głównych obszarów – gospodarka, społeczeństwo, środowisko – aspekt społeczno-środowiskowy nie może być marginalizowany. Komponent ten jest jednym z kluczowych elementów projektu. Na poniższej grafice przedstawiono, w jaki sposób zaangażowanie społeczeństw lokalnych i interesariuszy może pomóc w kształtowaniu zrównoważonej polityki przeciwdziałania skutkom powodzi i suszy.
[i] Temat Badawczy DS 3/2024-2026 (czas trwania 2024-2026): SYNERGICZNOŚĆ ZAGROŻEŃ HYDROMETEOROLOGICZNYCH (powodzie, susze i fale upałów) – relacje, metody, konsekwencje w kontekście ograniczania skutków). Kierownik tematu: dr hab. inż. Tamara Tokarczyk, prof. IMGW PIB. Projekt zaplanowano na lata 2024-2024. Przy jego realizacji zaangażowani będą eksperci i specjaliści z Zakładu Hydrologii i Inżynierii Zasobów Wodnych oraz Zakładu Badań Środowiskowych, we współpracy z Biurem Modelowania Powodzi i Suszy, Wydziałem Prognoz i Opracowań Hydrologicznych we Wrocławiu, Pracownią Doskonalenia Produktów Hydrologicznych oraz Zespołem Prognoz Specjalistycznych.
