Jak zaplanować przestrzeń, w której będziemy czuć się bezpiecznie, a potencjalne skutki powodzi zostaną ograniczone do minimum? Jednym z najbardziej precyzyjnych narzędzi umożliwiających właściwą ocenę zagrożenia powodziowego jest obecnie modelowanie hydrauliczne. Dysponujemy coraz szerszym wyborem oprogramowania i coraz bardziej zaawansowanymi możliwościami prezentacji wyników. Na rynku funkcjonuje wiele odpłatnych platform, ale również – co warto podkreślić – oprogramowania bezpłatne, które nie ustępują swoim komercyjnym odpowiednikom. Umiejętność wykorzystania tych narzędzi, a może przede wszystkim ich produktów, jest dziś kluczem do odpowiedzialnego planowania i zarządzania przestrzennego.
AUTORZY: Beata Letkiewicz, Monika Mykita, Paweł Wilkosz. IMGW-PIB | Centrum Hydrologicznej Osłony Kraju/Biuro Modelowania Powodziowego i Suszy, Centrum Modelowania Powodziowego i Suszy w Gdyni
Modelowanie hydrauliczne to proces żmudny i wymagający odpowiedniej wiedzy i przygotowania[i]. Już na samym początku trzeba dokonać wyboru odpowiedniego typu modelu hydraulicznego z uwagi na jego wymiarowość – jest to zależne od rodzaju terenu, dla którego wykonuje się modelowanie oraz oczekiwanej dokładności informacji, którą chcemy uzyskać. Stosuje się modele jednowymiarowe (1D) oraz dwuwymiarowe (2D) lub modele hybrydowe (1D/2D), zalecane zwłaszcza dla obszarów zurbanizowanych lub o skomplikowanym ukształtowaniu terenów zalewowych, a także dla powodzi od morza.
Produktem modelowania hydraulicznego są informacje o rzędnych zwierciadła wody. Te z pozoru skromne dane wymagają jeszcze odpowiedniej obróbki, aby ukazać ich wyjątkowy potencjał. I tak na przykład, jeśli z modelu 1D chcemy uzyskać przestrzenny rozkład zasięgu obszaru zagrożenia powodziowego oraz odpowiadające mu głębokości wody, stosuje się dodatkowe procedury wykorzystujące zaawansowane narzędzia GIS. Te same informacje, ale przy znacznie mniejszym nakładzie pracy w środowisku GIS, generują modele 2D, dzięki którym dodatkowo otrzymujemy wektory prędkości przepływu wody. Choć wyniki modeli dwuwymiarowych są dokładniejsze i wynikają z tego dodatkowe korzyści, to wymagają one dłuższego czasu przygotowania i przeprowadzania obliczeń. W ten sposób powstaje kompletny obraz zasięgu, skali i wielkości powodzi o zadanych parametrach wejściowych, które można modyfikować w zależności od uwarunkowań rzeczywistych. Wszystkie wskazane wyżej elementy pomagają w ocenie zagrożenia powodziowego, są więc przydatne w różnego rodzaju analizach wymagających takiej oceny, tj. przede wszystkim w pracach planistycznych[ii].
Koniec modelowania i co dalej?
Jednym z podstawowych produktów opracowywanych na podstawie wyników modelowania są mapy zagrożenia powodziowego (MZP) – dokumenty planistyczne planowania w gospodarowaniu wodami, za sporządzenie których odpowiedzialne są Wody Polskie. MZP w dwóch wersjach, z głębokościami wody oraz z prędkościami wody, przedstawiają scenariusze dla hipotetycznych fal powodziowych o kulminacjach odpowiadających poziomom o prawdopodobieństwie przewyższenia 0,2% (niskie prawdopodobieństwo), 1% (średnie) oraz 10% (wysokie), wraz z opcją usunięcia obwałowań w przypadku prawdopodobieństwa 1%.
Właściwe odczytanie mapy jest kluczowe dla określenia poziomu zagrożenia powodziowego. Na pierwszym planie prezentowane są obszary zagrożenia powodziowego (OZP) i poligony klas głębokości:
- h ≤ 0,5 m – oznacza niskie zagrożenie dla ludzi i obiektów budowlanych;
- 0,5 m < h ≤ 2 m – oznacza średnie zagrożenie dla ludzi ze względu na możliwość ewakuacji na wyższe piętra, ale wysokie ze względu na straty materialne;
- 2 m < h ≤ 4 m – wysokie zagrożenie dla ludzi; zalaniu mogą podlegać nie tylko partery, ale również pierwsze piętra budynków;
- h > 4 m – wskazuje na bardzo wysokie zagrożenie dla ludzi i bardzo wysokie zagrożenie wystąpienia szkód całkowitych.
Dodatkowym czynnikiem zwiększającym zagrożenie powodziowe jest prędkość wody, którą na mapach również przypisano do czterech klas:
- v ≤ 0,5 m/s – prędkość mała: woda ma niewielką zdolność oddziaływania na obiekty;
- 0,5 m/s < v ≤ 1 m/s – prędkość średnia: woda ma umiarkowaną zdolność oddziaływania na obiekty i jest w stanie przemieszczać obiekty o niewielkich rozmiarach i masie, stanowi zagrożenie dla ludzi;
- 1 m/s < v ≤ 2 m/s – prędkość duża: woda ma silną zdolność oddziaływania na obiekty i jest w stanie przemieszczać obiekty o stosunkowo dużych rozmiarach i masie, stanowi poważne zagrożenie dla ludzi;
- v > 2 m/s – prędkość bardzo duża: woda ma bardzo silną zdolność oddziaływania na obiekty i jest wstanie przemieszczać obiekty o bardzo dużych rozmiarach i masie oraz naruszać strukturę obiektów statycznych, stanowi bardzo poważne zagrożenie dla ludzi.
W ogólnym rozumieniu, im większa jest głębokość wody i prędkość przepływu, z tym większym zagrożeniem powodziowym i stratami mamy do czynienia.
Reprezentacje zasięgów wody powodziowej dla każdego analizowanego scenariusza (obszary zagrożenia powodziowego) oraz poligony klas głębokości stanowią podstawę do utworzenia innych warstw zagrożenia powodziowego (np. miejsc przelań przez wały przeciwpowodziowe), a w dalszej kolejności warstw ryzyka powodziowego. Zgodnie z wytycznymi Dyrektywy Powodziowej, mapy zagrożenia powodziowego aktualizuje się co 6 lat, ale w razie potrzeby można to robić częściej. MZP opracowywane na potrzeby planistyczne to dokumenty urzędowe, które pokazują obszary narażone na powódź i potencjalne skutki jej wystąpienia. Są one niezbędne do planowania budownictwa, infrastruktury oraz działań związanych z zarządzaniem kryzysowym i ochroną ludności. Powinny być szeroko dystrybuowane, ponieważ zawierają informacje, które mogą przyczynić się do uratowania mienia i życia.
Praktyczne zastosowania
Mapy zagrożenia powodziowego uwzględniane są w Krajowym Planie Zarządzania Kryzysowego oraz wojewódzkich, powiatowych i gminnych planach zarządzania kryzysowego do identyfikacji powodzi jako jednego z występujących na danym terenie zagrożeń. Dokumenty te zawierają charakterystykę powodzi, ocenę ryzyka ich wystąpienia i potencjalne negatywne skutki dla społeczeństwa, środowiska, mienia i infrastruktury, a także obowiązki uczestników zarządzania kryzysowego oraz zestawienie sił i środków planowanych w sytuacjach kryzysowych. Dla przeciwdziałania powodzi opracowywane są i wdrażane Plany Operacyjne Ochrony przed powodzią, które są załącznikami do niniejszych Planów Zarządzania Kryzysowego.
Inny przykład wykorzystania map zagrożenia powodziowego to, Plany ogólne gmin (Dz.U. 2003 nr 80 poz. 717). W trakcie ich tworzenia uwzględnia się uwarunkowania rozwoju przestrzennego gminy, w szczególności znajdujące się na terenie samorządu obszary szczególnego zagrożenia powodzią, wały przeciwpowodziowe oraz pasy o szerokości 50 m od stopy wału. Głównym celem ochrony przeciwpowodziowej w ramach Planów ogólnych gminy jest ograniczenie ryzyka powodziowego, poprzez unikanie wzrostu zagospodarowania obszarów szczególnego zagrożenia powodzią oraz określeniu warunków możliwego zagospodarowania pozostałych obszarów zagrożonych wystąpieniem powodzi.
Szerokie zastosowanie wyników modelowania hydraulicznego na potrzeby planistyczne pokazuje, jak ważne jest to narzędzie – zwłaszcza w dobie zmiany klimatu, która wpływa na intensywność i częstotliwość występowania powodzi. Mapy zagrożenia powodziowego – będące jednym z produktów modelowania – odnoszą się nie tylko do całego kraju, to również opracowania w skali bardzo lokalnej, ograniczonej nawet do jednej działki. Dlatego powinny stanowić źródło danych zarówno dla administracji państwowej i samorządowej, jak i każdego, kto mieszka na terenach zagrożonych powodzią lub rozważa zakup działki lub nieruchomości.
[i] Letkiewicz B., Miłkowska M., Poczobutt K., 2021, Od pomiarów hydrologiczno-meteorologicznych do map zagrożenia powodziowego od morza, Obserwator.
[ii] Malinger A., Szałkiewicz E., 2021, Modelowanie powodzi rzecznych, Obserwator.
