Wraz z zagęszczaniem się zabudowy, na całym świecie katastrofy kaskadowe stają się coraz powszechniejsze. 15 września 2023 roku w miasto Derna w Libii uderzyła potężna fala powodziowa, powstała na skutek pęknięcia dwóch zapór wodnych po kilkudniowych ulewnych deszczach wywołanych przez cyklon Daniel. Zginąć mogło nawet 20 tysięcy osób. Gdy w 2019 roku w USA awaria zapory Spencera zagroziła zniszczeniem kolejnych, niżej położonych obiektów, władze podjęły dramatyczną akcję ratunkową. Nadmiarowe zrzuty wody i zalewanie dużych obszarów doliny rzeki Missouri spowodowały miliardowe straty. Również w Polsce w ostatnich latach doszło do kilku katastrof obiektów hydrotechnicznych – od zapory Niedów na rzece Witka w 2010 roku, przez awarię zbiornika Stare Miasto cztery lata później, po zawalenie się zapór w Stroniu Śląski i Topola podczas ostatniej wrześniowej powodzi. Najnowszy projekt IMGW pomoże w odpowiedzi na pytanie, czy tego rodzaju zagrożenia można wyeliminować.
AUTOR: Robert Banasiak. IMGW-PIB/Centrum Badań i Rozwoju, Zakład Hydrologii i Inżynierii Zasobów Wodnych
Zapewnienie bezpiecznego funkcjonowania zapór wodnych to jedno z najważniejszych zadań gospodarki wodnej. Doskonalenie systemu analiz, diagnozy i ostrzeżeń powinno uwzględniać wieloaspektowy charakter ryzyka. W koncepcji ryzyka złożonego (ang. multi-hazard approach) zakłada się, że w danym miejscu może wystąpić więcej niż jedno zagrożenie, wzajemnie na siebie oddziałujące, o skumulowanym efekcie i interakcjach. Opracowanie narzędzi, które pomagają decydentom w zarządzaniu kryzysowym w czasie rzeczywistym, ma kluczowe znaczenie wobec stojących przed nami wyzwań pogodowych i klimatycznych.
Po wielkiej powodzi na Odrze w 1997 roku powstały dwa suche zbiorniki retencyjne Buków i Racibórz (poldery), jako główne zabezpieczenia przeciwpowodziowe Górnej i Środkowej Odry. Oba obiekty mogą pomieścić odpowiednio 50 i 185 mln m3 wody. Podczas ostatniej wrześniowej powodzi wielkiemu testowi poddany został zbiornik Racibórz. Spełnił swoje zadanie bez zastrzeżeń. Wypełniając się w 80 proc., silnie zredukował przepływy maksymalne i ochronił niżej położone obszary przed wielkimi szkodami. Pomimo sukcesu, bezpieczeństwo tej kaskady zbiorników nie jest stuprocentowe. Zachodzą ważne przesłanki do ponownej oceny tego, w jakich uwarunkowaniach poldery Buków i Racibórz chronią przez powodzią i czy same obiekty są bezpieczne.
Po pierwsze, od czasu fazy projektowej zweryfikowano wielkość przepływów o zadanym prawdopodobieństwie przewyższenia, co pokazało, że zagrożenie kolejną wielką powodzią jest znacznie większe niż wcześniej szacowano. Te obawy potwierdziły ostatnie wydarzenia.
Po drugie, już podczas pierwszego uruchomienia w 2021 roku (tuż po oddaniu polderu do eksploatacji) zmieniono regułę sterowania zbiornikiem Racibórz. Według założeń miał on gromadzić wodę przy przepływie powyżej 1200 m3/s, lecz w zaistniałej sytuacji ten limit obniżono do 800 m3/s. We wrześniu 2024 roku, dzięki trafnym prognozom meteorologicznym i hydrologicznym, zbiornik uruchomiono wcześniej od pierwotnych założeń, co pozwoliło ograniczyć potencjalne straty. Jednak takie działanie podczas powodzi może mieć niekorzystny wpływ na transformację fali powodziowej.
Po trzecie, istnieje nieodłączne ryzyko związane z niepewnością czy też błędnie postawioną prognozą hydrologiczną w sytuacji powodzi o większej skali. Dla sterowania zbiornikiem najistotniejsze są informacje o potencjalnej wielkości dopływu. Jednak prognozowanie tego elementu przy wartościach powyżej 2500 m3/s jest utrudnione ze względu na ograniczoną przepustowość przekroju wodowskazowego w Chałupkach w międzywalu. Ma to bezpośredni wpływ na zakres ważności krzywej natężenia przepływu. Może to prowadzić do sytuacji, w której sterowanie zrzutem wody odbywa się pod ogromną presją niepewności co do wielkości dopływu. Taki przypadek miał miejsce w 1997 roku na zbiorniku Nysa, co mogło skończyć się katastrofą zapory.
Po czwarte, system zawiera tzw. przekrój kalibrujący, tj. częściowo umocnioną narzutem kamiennym i gabionami budowlę ziemną, zwężającą międzywale Odry po to, aby piętrzyć wodę i napełniać polder Buków. Budowla ta miała mieć charakter tymczasowy, a przeprowadzone analizy pokazują, że przekrój może pracować w warunkach znacznie przekraczających założenia projektowe (wyższe piętrzenie i prędkości przepływu). Niepewna pozostaje odporność konstrukcji przekroju kalibrującego na pracę w warunkach przeciążenia; jej uszkodzenie mogłoby doprowadzić do niekontrolowanego wypływu spiętrzonych kilkudziesięciu milionów metrów sześciennych wody z obszaru wyżej leżącego (w tym lewostronnej przepływowej części polderu Buków) do znacznie wypełnionego już zbiornika Racibórz. A to stworzyłoby zagrożenia dla zapory i terenów niżej położonych. Skala skutków mogłaby być wówczas wielka – nie tyle z powodu katastrofy zapory, co ponadnormatywnego, awaryjnego zrzutu wody ze zbiornika w celu jego ochrony.
Nie należy również zapominać, że polder Buków zaprojektowano jako budowlę hydrotechniczną klasy II, natomiast Racibórz według klasy I. Ze względu na bezpośrednie oddziaływanie na zbiornik Racibórz, polder Buków również powinien spełniać wymogi I klasy. To zagadnienie wodno-prawne.
Opisane powyżej zagadnienia są głównym obszarem badań w projekcie „Ocena ryzyka powodziowego i bezpieczeństwa pracy suchych zbiorników wodnych Buków i Racibórz w układzie kaskadowym” realizowanym w IMGW-PIB w latach 2024-2025. W analizach zastosowana zostanie m.in. metoda scenariusza najgorszego przypadku (ang. worst case scenario) stanowiąca ważną technikę wykorzystywaną w zarządzaniu ryzykiem. Polega ona na analizie słabych stron systemu i identyfikacji zagrożeń. Scenariusz najgorszy powinien być oparty na aktualnych danych, jak również na obserwacji i intuicyjnego rozumowania oraz odczuć. Tworzenie takich scenariuszy może poszerzyć rozumienie ról poszczególnych elementów systemu i planowania. W toku badań wykorzystane zostaną także symulacje numeryczne na modelach hydrodynamicznych. Realizacja projektu pomoże w lepszym rozpoznaniu uwarunkowań hydrometeorologicznych i technicznych oraz przyczyni się do poprawy osłony hydrologicznej i bezpiecznej eksploatacji zbiorników pracujących w układzie kaskadowym.
