Skoordynowana gospodarka wodna na zbiornikach w czasie powodzi 2010

Jednym z głównych zadań Dyrektora Regionalnego Zarządu Gospodarki Wodnej, zgodnie z ustawą Prawo wodne (Dz. U. z 2005 r. Nr 239, poz. 2019 z późn. zm.), jest prowadzenie działań związanych z ochroną przeciwpowodziową w podległym regionie wodnym. Na podstawie art. 80 ustawy Prawo wodne, ochronę przed powodzią realizuje się między innymi poprzez "racjonalne retencjonowanie wód oraz użytkowanie budowli przeciwpowodziowych, a także sterowanie przepływami wód". Odnosi się to przede wszystkim do prowadzenia właściwej gospodarki wodnej na zbiornikach wodnych, w tym także na zbiornikach, które nie pełnią funkcji przeciwpowodziowych. W niniejszym artykule opisane zostały działania podjęte przez Regionalny Zarząd Gospodarki Wodnej w Warszawie, w zakresie gospodarowania wodą na Zbiorniku Dębe i Zbiorniku Włocławek, w okresie wezbrań, które wystąpiły w maju i czerwcu 2010r. na Wiśle. RZGW w Warszawie w okresie przejścia fali powodziowej prowadził skoordynowaną gospodarkę wodną na administrowanych zbiornikach, mającą na celu spłaszczenie fali powodziowej i przejęcie wód wezbraniowych, poprzez dokonanie zrzutów wyprzedzających, obniżenie rzędnych piętrzenia wody i wytworzenie rezerwy powodziowej. W okresie przemieszczania się fali na Wiśle, szczególnie istotne znaczenie miały działania podjęte na dwóch największych zbiornikach, Dębe i Włocławek. Z uwagi na przeznaczenie tych zbiorników (główna funkcja to produkcja energii), wytworzenie odpowiedniej rezerwy powodziowej wymagało podjęcia nadzwyczajnych działań, nieujętych w instrukcjach gospodarowania wodą.

Sytuacja hydrologiczna - opis wezbrań
W wyniku intensywnych opadów w południowej Polsce w pierwszej połowie maja nastąpiło gwałtowne wezbranie wód w górnej części zlewni Wisły. Od 17 maja na wodowskazach Zawichost i Annopol występowały znaczne wzrosty stanów wód. Szczyt wezbrania na tych wodowskazach zanotowano w godzinach przedpołudniowych 21 maja. Po około 18 godzinach, kulminacja fali powodziowej przemieściła się w okolice Warszawy, osiągając na wodowskazie Warszawa - Port stan 780 cm. Kulminacja fali zaobserwowana została wcześniej oraz osiągnęła mniejszą wartość niż prognozowano, co spowodowane było przerwaniem wałów w gm. Wilków. Długość trwania stanów przekraczających stany alarmowe w Warszawie wynosiła prawie tydzień (od 20 do 26 maja). W dniu 23 maja kulminacja dotarła do Stopnia Wodnego Włocławek. Maksymalny przepływ chwilowy przez stopień notowany w tym okresie wynosił 5781 m³/s (25.05.2010, godz. 19:00). Według Instrukcji gospodarowania wodą... , najwyższa obserwowana wartość przepływu przez stopień, wystąpiła w czasie powodzi w 1979r. i była zbliżona do wartości Q10% = 6230 m³ /s. W wyniku przerwania wałów, do jakich doszło w okolicach Świniar fala kulminacyjna była mniejsza niż prognozowana. Pod koniec maja rozpoczęło się kolejne wezbranie, spowodowane intensywnymi opadami burzowymi. Druga fala była krótsza od pierwszej, lecz stany obserwowane na wodowskazach górnej Wisły przekraczały wartości notowane w czasie wezbrania majowego. Na wodowskazie Zawichost kulminację fali wezbraniowej, której wartość wynosiła 891 cm, zanotowano w poniedziałek 7 czerwca. W wyniku ponownego wylewu wody Wisły przez wyrwę w wale w rejonie m. Wilków fala uległa spłaszczeniu. W Warszawie szczyt wezbrania zaobserwowano 9 czerwca około godziny 2:00. Czas przejścia fali pomiędzy Annopolem a Warszawą wyniósł ok. 48 godzin. Stan kulminacyjny wezbrania na wodowskazie Warszawa - Port wynosił 750 cm. W tym okresie w zlewni Narwi poziom wód układał się strefie wody wysokiej, nie stwarzając jednak zagrożenia powodzią. Stan ostrzegawczy przekroczony był jedynie na wodowskazie Narew. Wysokie stany notowano również na Bugu. Stany alarmowe przekroczone zostały na wodowskazach Dorohusk i Strzyżów. Wezbrania na Bugu i Narwi spowodowały wzrost wielkości dopływu do Zbiornika Dębe w okresie przemieszczania się fali wezbraniowej na Wiśle.

Charakterystyka zbiorników Dębe i Włocławek
RZGW w Warszawie administruje pięcioma zbiornikami wodnymi, z czego funkcję przeciwpowodziową posiadają Zb. Wióry, Zb. Brody Iłżeckie i Zb. Sulejów. Dwa największe zbiorniki: Zb. Włocławek i Zb. Dębe, mają znaczenie głównie energetyczne. Zbiornik Dębe położony jest w 21,6 km Narwi i uruchomiony został w 1963r. Do zbiornika uchodzą m.in. rzeki Bug, Rządza i Prut. Jest to zbiornik typowo przepływowy, mający stosunkowo małe możliwości retencjonowania wód. Zbiornik Włocławek powstał w roku 1970 poprzez budowę stopnia wodnego na Wiśle we Włocławku. Jest to największy pod względem powierzchni sztuczny zbiornik w Polsce. Jest to zbiornik przepływowy, nieposiadający funkcji przeciwpowodziowych i w normalnych warunkach eksploatacji wykorzystywany jest głównie do produkcji energii (największa elektrownia wodna w Polsce). Oba zbiorniki, mimo iż nie pełnią funkcji przeciwpowodziowych, mają pewne zdolności retencyjne, wynikające przede wszystkim z dużej powierzchni zalewów. Zdolności piętrzenia na Zbiorniku Włocławek są ograniczone ze względu na stan techniczny stopnia. Poziom piętrzenia na zbiorniku nie powinien przekraczać normalnego poziomu piętrzenia (NPP), czyli 57,30 m n.p.m. Stąd też wielkość rezerwy, jaka może zostać wytworzona w zbiorniku liczona jest, jako objętość warstwy wody, która może zostać zmagazynowana pomiędzy aktualnym poziomem piętrzenia a NNP. W przypadku Zbiornika Dębe, rezerwa rozumiana jest, jako różnica pojemności między aktualnym poziomem piętrzenia a MaxPP. Maksymalna pojemność rezerwy, jaką udało się uzyskać w maju 2010, na Zbiorniku Włocławek wynosiła około 83 mln m³, natomiast na Zbiorniku Dębe było to około 26 mln m³. W czasie wezbrania w maju i czerwcu 2010, z uwagi na prognozowane duże przepływy, zarówno na jednym, jak i na drugim zbiorniku, poziom piętrzenia został obniżony poniżej MinPP o 30 cm na Zb. Dębe oraz 50 cm na Zb. Włocławek. Dalsze obniżanie zwierciadła wody górnej na Zb. Dębe stwarzało ryzyko powstawania osuwisk skarp na prawym brzegu zbiornika. Natomiast na Zbiorniku Włocławek, według Instrukcji gospodarowania wodą ..., dalsze obniżenie rzędnej piętrzenia powodować mogło wznowienie ruchów osuwiskowych na wysokim prawym brzegu zbiornika. Podczas długotrwałego obniżenia poziomu piętrzenia naruszone mogłyby zostać osady zalegające w środkowym odcinku zbiornika.

Gospodarka wodna na zbiornikach w czasie powodzi maj/czerwiec 2010

Zbiornik Dębe
Intensywne wzrosty stanów wód na teranie administrowanym w RZGW w Warszawie notowane były od 17 maja. Do tego momentu na Zbiorniku Dębe rzędna piętrzenia utrzymywana była w granicach normalnego poziomu piętrzenia (NPP). W związku z prognozowanym przez IMGW przekroczeniem stanu alarmowego w Annopolu, zdecydowano o podjęciu działań, mających na celu uzyskanie większej rezerwy powodziowej na zbiorniku. Zgodnie z Operatem wodnoprawnym dla Stopnia Wodnego Dębe... obniżono poziom wody do minimalnego poziomu piętrzenia (MinPP = 78,32 m n.p.m.). Zwiększenie rezerwy miało na celu zmniejszenie zrzutów ze zbiornika w okresie przemieszczania się kulminacji fali wezbraniowej na Wiśle. W kolejnych dniach poziom wody górnej na zbiorniku był systematycznie obniżany o 1-2 cm na godzinę. Takie tempo podyktowane było ryzykiem powstania osuwisk na prawym wysokim brzegu zbiornika. Opublikowana w dniu 19 maja 2010r. prognoza hydrologiczna IMGW, przewidywała kulminację fali powodziowej w przekroju Annopol oraz przekroczenie stanu alarmowego w przekroju Puławy na 20 maja. Minimalny poziom piętrzenia wody (MinPP) na zbiorniku osiągnięto 20.05.2010 o godz. 11.00. Od tego momentu, odpływ ze stopnia równał się dopływowi, a stan wody górnej (WG) zbliżony był do MinPP. Orientacyjna prognoza kulminacji wezbrania, przewidywała jej przejście w przekroju Warszawa w dniu 21.05.2010r. ok. godz. 19:00, a w przekroju Modlin - 22.05.2010 ok. godz. 6:00. W ciągu kolejnej doby rzędna piętrzenia na zbiorniku utrzymywana była na poziomie MinPP, a odpływ równy był dopływowi. Zaobserwowano także znaczny wzrost poziomu wody dolnej, co wywołane było powstaniem cofki na Narwi (poziom wody w Wiśle był wyższy niż poziom wody Narwi). W dniu 21 maja, w godzinach popołudniowych, wyłączona została elektrownia wodna, ze względu na zbyt małą różnicę poziomów, która wynosiła 2,84 m (minimalna różnica poziomów dla bezpiecznej pracy elektrowni wynosi 3,00 m). Na wykresie przedstawiono gospodarowanie wodą na Zbiorniku Dębe w okresie powodzi 2010. Prognozowany stan kulminacji wezbrania na wodowskazach Warszawa i Modlin znacznie przewyższał stany alarmowe, dlatego zgodnie z decyzją Dyrektora RZGW w Warszawie (na podstawie Art. 87. Ustawy Prawo wodne) obniżono poziom piętrzenia zbiornika do rzędnej 78,22, tj. 0,3 m poniżej minimalnego poziomu piętrzenia. Pozwoliło to na wytworzenie rezerwy powodziowej o pojemności ok. 26 mln m³, którą osiągnięto 21 maja.

Według kolejnej prognozy IMGW, kulminacja spodziewana była w dniu 22 maja, około godziny 11:00 w Warszawie i około 18:00 w Modlinie. W związku z tym, podjęto decyzję o powolnym napełnianiu wytworzonej wcześniej rezerwy. Napełnianie zbiornika rozpoczęło się o godzinie 9:00 w momencie przemieszczania się kulminacji wezbrania przez Warszawę. Odpływ przez jaz stopniowo zmniejszano, powodując powolne napełnianie zbiornika. Pozwoliło to na ograniczenie zasilania wezbrania na Wiśle, średnio o około 150 m³/s, przez ponad 50 godzin. Spłaszczenie kulminacji fali wezbraniowej na Wiśle na wodowskazie Modlin, w wyniku zmniejszenia przepływu przez Stopień Wodny Dębe, przedstawiono na rysunku. Poziom wody w zbiorniku piętrzono do momentu osiągnięcia wartości MaxPP, co nastąpiło w dniu 24 maja 2010r. Czynnikiem przyspieszającym wypełnianie rezerwy był zwiększony dopływ do zbiornika. Piętrzenie w okolicach rzędnej MaxPP utrzymywano do 27 maja 2010r. Po ustabilizowaniu się sytuacji hydrologicznej powyżej zbiornika, powrócono do normalnego piętrzenia (NPP). Podobną rolę w spłaszczeniu fali powodziowej odegrał Zb. Dębe podczas drugiego wezbrania. Zrzuty wyprzedzające pozwoliły na obniżenie poziomu piętrzenia poniżej MinPP (78,32 m n.p.m.) i przygotowanie odpowiednio dużej rezerwy (ok. 26 mln m³). Dnia 9 czerwca w godzinach wieczornych ograniczono odpływ ze Zbiornika Dębe i rozpoczęto napełnianie rezerwy. Według prognoz IMGW, w zależności od wielkości ograniczenia odpływu, o 200 m3/s lub 300 m3/s, obniżenie stanów wody na wodowskazie Modlin miało wynosić 11-16 cm.

Zbiornik Włocławek
Po analizie prognozowanych dopływów do Zbiornika Włocławek, w dniu 17 maja zadecydowano o obniżeniu poziomu piętrzenia do rzędnej MinPP, czyli 56,50 m n.p.m. W wyniku zrzutów wyprzedzających, nieprzekraczających wartości przepływu nieszkodliwego, poziom MinPP osiągnięty został w dniu 20 maja. Następnego dnia Dyrektor RZGW w Warszawie wydał decyzję nakazującą obniżenie poziomu piętrzenia zbiornika do rzędnej 56.00 tj. 0,5 m poniżej minimalnego poziomu piętrzenia. W całej historii eksploatacji zbiornika, nie osiągnięto tak niskiego poziomu piętrzenia. Decyzja podjęta została na podstawie prognoz, które wskazywały na dalsze wzrosty dopływów. Duże niebezpieczeństwo stwarzała również długość fali wezbraniowej i czas trwania kulminacji wezbrania. W dniu 22.05.2010 ok. godz. 15:00 zakończono obniżanie piętrzenia - osiągając poziom 56,00 m n.p.m. W nocy z 22 na 23 maja szczyt fali wezbraniowej odnotowany został w Kępie Polskiej, gdzie przy stanie 739 cm przepływ wynosił 6965 m³/s. W tym czasie zaobserwowano gwałtowny wzrost dopływu do zbiornika. W dniu 23.05.2010r. nastąpiło przerwanie wału przeciwpowodziowego w m. Świniary (powyżej cofki zbiornika), które w istotny sposób wpłynęło na zmniejszenie przepływu w Wiśle. Poprzez wyrwę, mierzącą ok. 120 m, na tereny znajdujące się poza wałem wpływało ok. 900 m³/s wody, zalewając teren o powierzchni ok. 6000 ha. Spowodowało to chwilowe obniżenie kulminacji i spłaszczenie fali dopływającej do stopnia wodnego we Włocławku. Przed powstaniem wyrwy w wale planowano retencjonowanie wody, które spowodowałoby redukcję fali wezbraniowej poniżej stopnia wodnego o ok. 300 m³/s. W dniu 24.05.2010r. w Dobrzykowie dokonano kontrolowanego wysadzenia wału w celu odprowadzenia wody z zawala do koryta Wisły, co spowodowało ponowne zwiększenie dopływu do zbiornika. Maksymalny przepływ przez stopień zanotowano 25 maja w godzinach wieczornych i wyniósł on około 5700 m³/s. Taka objętość przepływu groziła podtopieniem terów położonych poniżej zbiornika, m.in. we Włocławku i Toruniu. W związku z tym, podjęto decyzję o podniesieniu poziomu piętrzenia o ok. 0,3 m i o częściowym wykorzystaniu rezerwy zbiornika, w celu przechwycenia części wód wezbraniowych. Jednocześnie, aby zapewnić odpowiedni spadek hydrauliczny w korycie Wisły, pozwalający na odprowadzanie wody z zalanych terów w gm. Słubice, rzędna zwierciadła wody górnej, utrzymywana była poniżej MinPP, do 28 maja 2010r. W kolejnych dniach w związku ze spadkami stanów wody i prognozowanym zmniejszeniem przepływu na Wiśle, na odcinku powyżej Zbiornika Włocławek, rozpoczęto napełnianie zbiornika do osiągnięcia poziomu NPP = 57,3 m n.p.m. W okresie przemieszczania się drugiego wezbrania na Wiśle, podjęto analogiczne działania. Ponownie wydana została decyzja nakazująca obniżenie rzędnej piętrzenia do poziomu 56,00 m n.p.m., co pozwoliło na wytworzenie rezerwy powodziowej o objętości ok. 84 mln m³. W odróżnieniu od wezbrania w maju, w większym stopniu zredukowana została objętość fali wezbraniowej. Różnica między dopływem do zbiornika a przepływem przez stopień wynosiła maksymalnie 618 m³/s. Takie tempo magazynowania wody spowodowało znaczne spłaszczenie fali wezbraniowej. Na wodowskazie w Toruniu, prognozowane spłaszczenie kulminacji fali wyniosło 25 cm.

Podsumowanie
Koordynacja działań na zbiornikach Dębe i Włocławek w okresie powodzi w maju i czerwcu 2010 r., mająca na celu zmniejszenie zagrożenia powodziowego przyniosła oczekiwany skutek. W efekcie zrzutów wyprzedzających, co w efekcie doprowadziło do wytworzenia rezerw powodziowych w zbiornikach, doprowadzono do redukcji przepływu kulminacji fal wezbraniowych. Mechanizm działań, wypracowany podczas przejścia wezbrania majowego, sprawdził się także w przypadku drugiego wezbrania.