DOI: http://dx.doi.org/10.15576/ASP.FC/2014.13.4.259

Acta Sci. Pol., Formatio Circumiectus 13 (4) 2014, 259–273

OCENA ZAGROŻENIA POWODZIOWEGO W AGLOMERACJI KRAKOWSKIEJ JAKO ELEMENT ZARZĄDZANIA RYZYKIEM POWODZIOWYM

The Flood Risk Assessment in CRACOW AGGLOMERATION as an element of a Flood Risk Management

Andrzej Wałęga Uniwersytet Rolniczy w Krakowie Magdalena Grzebinoga MGGP SA Oddział w Krakowie

Streszczenie. W artykule dokonano oceny zagrożenia powodziowego na obszarze aglo- meracji krakowskiej. Ocena polegała na przeprowadzeniu obliczeń hydrologicznych i mo- delowania hydrodynamicznego transformacji fali w korycie dla cieków stanowiących za- grożenie zalewem powodziowym na terenie miasta Krakowa. Ocena zagrożenia polegała na wyznaczeniu obszarów krytycznych, w których powstają największe straty powodzio- we. Wykazano, że aktualny stan zabezpieczenia Krakowa nie zapewnia odpowiedniego poziomu bezpieczeństwa. W celu ograniczenia ryzyka powodziowego konieczne jest po- dejmowanie działań polegających na uwzględnieniu zrównoważonych narzędzi ochrony i cechujących się sprzężeniami zwrotnymi między działaniami lokalnymi i strategiami zlewniowymi (stosowania różnych form małej retencji, bieżącej konserwacji urządzeń me- lioracyjnych, właściwego utrzymania koryta cieków oraz modernizacji i budowy wałów przeciwpowodziowych).

Abstract. This article assesses the flood risk in the area of Cracow agglomeration. The most important courses having influence on the flood risk, were taken in to the consideration. The evaluation was based on the hydrological calculations and the hydrodynamic modeling of wave transformation in their river bed. The final risk assessment was a characterization of critical areas in which the most flood losses arise. It has been shown that the current

Adres do korespondencji – Corresponding authors: dr hab. inż. Andrzej Wałęga, Katedra Inżynierii Sanitarnej i Gospodarki Wodnej, Uniwersytet Rolniczy w Krakowie, al. Mickiewicza 24/28, 30-059 Kraków, e-mail: [email protected]; mgr inż. Magdalena Grzebinoga, MGGP S.A. Oddział w Krakowie ul. J. Lea 112, 30-133 Kraków, e-mail: [email protected]. 260 A. Wałęga, M. Grzebinoga

security status in Cracow doesn’t assure an adequate level of security. Delay of outflow with use different form of small retention, reparation of drainage facilities, conservation of urban streams and building of dykes decreasing of flood risk into of Cracow agglomeration Słowa kluczowe: ryzyko powodziowe, obliczenia hydrologiczne, modelowanie hydrody- namiczne, strefy zalewowe Key words: flood risk, hydrologic calculation, hydrodynamic modeling, flood zones

WPROWADZENIE

Problem zagrożenia powodziowego i strat wywołanych przez ten kataklizm na obsza- rach zamieszkiwanych przez człowieka jest równie stary jak problem ludzkiego osadnic- twa. Ponieważ dostęp człowieka do wody był kluczowym czynnikiem w podejmowaniu decyzji o lokalizacji osadnictwa, doliny rzeczne były od początku preferowane jako prze- strzeń do życia. Także z uwagi na to, iż gleby terenów dolin rzecznych w wyniku okreso- wych zalewów należą do najżyźniejszych pod względem upraw dla rolnictwa. W wyniku zmian w użytkowaniu terenów zalewowych, wylewy wody z rzek przyczyniały się do zwiększania strat materialnych i ludzkich. Kolejna przyczyna wzrostu zagrożenia powodziowego występuje w miastach. W wyniku silnego uszczelniania terenu (wzrostu udziału powierzchni nieprzepuszczal- nych: dróg, parkingów, powierzchni dachowych itp.) zmniejsza się zdolność do infiltra- cji, co w sytuacji ekstremalnie wysokich opadów prowadzi do wystąpienia tzw. powodzi pluwialnych [Urban 2008, Zevenbergen i in. 2011]. W sytuacjach ekstremalnych powo- dzie miejskie mogą być przyczyną ogromnych zniszczeń, które potrafią doprowadzić do cofnięcia się poziomu rozwoju obszarów miejskich o lata lub nawet dekady. Publikowane obecnie dane świadczą, że straty ekonomiczne spowodowane przez powodzie miejskie ciągle wzrastają [Urban 2008]. Wynika to także z niewłaściwej polityki urbanistycznej, prowadzącej w efekcie do wzrostu potrzeb związanych z ochroną przeciwpowodziową [Kowalczak 2007, Januchta-Szostak 2010]. Jest jeszcze jeden istotny czynnik wpływający na obecne duże ryzyko powodziowe, mianowicie jednostronne podejście do zabezpieczenia przed powodzią. Zbyt często zarządzanie powodziami na obszarach miejskich dotyczy wyłącznie hydraulicznych i inżynieryjnych aspektów związanych z ochroną przed powodzią, ignorując przy tym przestrzenne, ekologiczne, polityczne i socjoekonomiczne przyczyny ryzyka. W celu zmniejszania zagrożenia powodziowego w miastach konieczne jest stosowa- nie zintegrowanego zarządzania ryzykiem powodziowym, którego celem jest minimali- zacja strat ekonomicznych i społecznych do akceptowalnego poziomu. Przeprowadzenie takiej analizy jest podyktowane zapisami Dyrektywy Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 23 października 2007 r. w sprawie oceny ryzyka powodziowego i zarządzania nim [Dyrektywa... 2007] oraz ustawy Prawo wodne z dnia 18 lipca 2001 r. [Ustawa... 2001]. Etapy zarządzania ryzykiem powodziowym przedstawiono na ryc. 1. Przygotowywanie planu zarządzania ryzykiem powodziowym w miastach powinno zostać rozpoczęte od oceny obecnego i przyszłego ryzyka. Ryzyko powodziowe określa się jako prawdopodobieństwo wystąpienia strat; jest ono uzależnione od trzech elemen- tów: skali zagrożenia, ekspozycji obszaru na zagrożenie i wrażliwości [Crichton 1999].

Acta Sci. Pol. Ocena zagrożenia powodziowego w aglomeracji krakowskiej jako element zarządzania... 261

Ryc. 1. Etapy zarządzania ryzykiem powodziowym [zmodyfikowano za: Urban 2008] Fig. 1. Flood risk management’s stages [modified after: Urban 2008]

Ocena ryzyka musi być przeprowadzona w sposób zintegrowany, poprzez identyfikację wszystkich możliwych zagrożeń związanych z powodzią, w tym tego, w jaki sposób może kształtować się zagrożenie w przyszłości na skutek urbanizacji. Istotne znacze- nie w ocenie ryzyka ma modelowanie hydrologiczne i hydrauliczne zjawiska powodzi w różnych wariantach hydrometeorologicznych uwzględniające wpływ zagospodaro- wania terenu, zmienności klimatu itp. Taka ocena powinna dać odpowiedź w kwestii prawdopodobieństwa wystąpienia zagrożenia i wielkości strat, które mogą być genero- wane przez powódź. Dlatego kwantyfikacja ryzyka musi rozpocząć się od analizy danych hydrometeorologicznych i obliczeń hydraulicznych. Wyniki uzyskane z modelowania hydrologicznego i hydraulicznego dostarczają informacji na temat oczekiwanych często- tliwości powodzi i jej charakterystyk (zasięgu, głębokości zwierciadła wody na terenie zalewowym, czasu trwania i prędkości przepływu) na obszarach o różnej zabudowie. W konsekwencji pozwala to na zdiagnozowanie obszarów o największym ryzyku powo- dziowym i propozycji rozwiązań ograniczających to ryzyko. Celem pracy jest ocena zagrożenia powodziowego na obszarze aglomeracji krakow- skiej, która jest pierwszym komponentem w analizie ryzyka. Analizę przeprowadzono na obszarze aglomeracji krakowskiej, która została objęta zasięgiem oddziaływania „Programu ochrony przed powodzią w dorzeczu górnej Wisły” – oś II, zadanie 11 [Program... 2011]. Zasadnicza część analizy została przeprowadzona w ramach opra- cowania „Koncepcji odwodnienia i poprawy bezpieczeństwa powodziowego miasta Krakowa” [Koncepcja... 2011].

MATERIAŁ I METODY

Ocenę zagrożenia powodziowego przeprowadzono dla przepływów maksymalnych o prawdopodobieństwie przewyższenia równym 1% dla cieków przedstawionych na ryc. 2. Przyjęto poziom prawdopodobieństwa przepływów maksymalnych wynoszący p = 1%, gdyż taki jest przyjmowany zwyczajowo w miejscowych planach zagospoda- rowania przestrzennego do wyznaczenia tzw. obszarów bezpośredniego zagrożenia powodzią. Dla zlewni kontrolowanych (Wisła, i ) dane hydrologiczne obej- mujące: przepływy maksymalne o prawdopodobieństwie przewyższenia 1%, największe

Formatio Circumiectus 13 (4) 2014 262 A. Wałęga, M. Grzebinoga Cieki, dla których przeprowadzono analizę zagrożenia powodziowego Cieki, dla których przeprowadzono of flood risk was made Rivers for which the analysis Ryc. 2. Ryc. Fig. 2.

Acta Sci. Pol. Ocena zagrożenia powodziowego w aglomeracji krakowskiej jako element zarządzania... 263 zaobserwowane hydrogramy wezbrań z lat 1997 i 2010 i krzywe objętości przepływów w przekrojach wodowskazowych Smolice i Sierosławice na Wiśle oraz Balice na Rudawie, pozyskano z Biura Prognoz Hydrologicznych Instytutu Meteorologii i Gospodarki Wodnej w Krakowie – Państwowego Instytutu Badawczego. Także z IMGW-PIB pozyskano dobowe sumy opadów atmosferycznych o prawdopodobieństwie 1% zanotowane na stacji meteorologicznej Ogród Botaniczny, zlokalizowanej w centrum miasta. W celu przeli- czenia opadu punktowego na obszarowy zastosowano współczynniki redukcyjne opadu podane przez Lambora [1971]. Dla zlewni niekontrolowanych obliczenia przepływów maksymalnych o prawdopodobieństwie przewyższenia równym 1% wraz z wyznacze- niem fal hipotetycznych przeprowadzono, wykorzystując matematyczny model odpływu typu opad–odpływ oparty na kaskadzie linowych zbiorników Nasha. Natomiast w przy- padku zlewni Wilgi przepływ maksymalny prawdopodobny obliczono wzorem Punzeta dla obszarów wyżynnych. W oparciu o badania Kaczora i Wałęgi [2011] nad rozkładem czasowym epizodów opadowych na terenie aglomeracji krakowskiej, w celu stworzenia syntetycznych hietogramów opadów wykorzystano funkcję rozkładu beta. Opad efek- tywny został obliczony wg metody NRCS-CN [Banasik 2009], z uwzględnieniem wpływu zagospodarowania terenu, rodzaju gleb, charakteru pokrywy roślinnej oraz stanu uwil- gotnienia zlewni na wartość przepływu kulminacyjnego. W obliczeniach uwzględniono II stopień uwilgotnienia gruntu. Udział powierzchni nieprzepuszczalnych ustalono na podstawie ortofotomap poprzez określenie procentu powierzchni danej zlewni zajętych przez obszary uszczelnione. Identyfikację rodzaju gleb oraz klas zagospodarowania terenu przeprowadzono, opierając się na mapie glebowo-rolniczą w skali referencyjnej 1 : 25 000 opracowaną w Instytucie Uprawy, Nawożenia i Gleboznawstwa w Puławach w 2011 r. Do określenia zasięgu stref zagrożenia powodziowego wykorzystano jednowymia- rowy model ruchu nieustalonego bazujący na metodzie hydraulicznej znanej pod nazwą „metoda fali dynamicznej”. Metoda fali dynamicznej opisana jest pełnymi jednowymia- rowymi równaniami Saint-Venanta w postaci równania zachowania masy:

∂Q ∂+()AA + 0 −=q 0 (1) ∂x ∂t oraz równania zachowania pędu:

∂Q ∂()βQA2 / ∂h  + + gA ++SSfe +=L 0 (2) ∂t ∂x ∂x  gdzie: Q – przepływ, h – rzędna zwierciadła wody (stan wody), A – czynne pole przekroju poprzecznego,

A0 – nieczynne pole przekroju przepływu, x – odległość, t – czas, q – dopływ lub odpływ boczny na jednostkę długości, β – współczynnik ilości ruchu (pędu) St. Venanta dla rozkładu prędkości,

Formatio Circumiectus 13 (4) 2014 264 A. Wałęga, M. Grzebinoga

g – przyspieszenie ziemskie,

Sf – spadek hydrauliczny wywołany tarciem o dno kanału lub obszaru zalewowego,

Se – nachylenie dna cieku, L – efekt pędu przepływu bocznego.

Wartość spadku hydraulicznego Sf obliczono przy wykorzystaniu równania Manninga dla przepływu ustalonego:

nQ2 Q S f = 24/3 (3) AR

W równaniu tym n oznacza współczynnik oporów (szorstkości) wg Manninga, a R promień hydrauliczny. W celu właściwego odwzorowania kształtu i przebiegu sieci rzecznej na odcinkach cieków wodnych objętych modelem hydraulicznym (łącznie 20 cieków), położonych w granicach administracyjnych miasta Krakowa, wykorzystano numeryczny model terenu (NMT) pochodzący z zasobów CODGiK (stan aktualności – rok 2009), na podstawie którego wygenerowano osie cieków. Następnie, opierając się na mapach topograficznych w skali 1 : 10 000 oraz ortofotomapie w skali 1 : 5000, dokonano weryfikacji danych pozyskanych z NMT. W celu pełnego odzwierciedlenia warunków przepływu wielkich wód przekroje poprzeczne w miejscach o niewystar- czającej długości zostały poszerzone do przekrojów dolinowych na podstawie NMT. W każdym z przekrojów poprzecznych – odrębnie dla koryta głównego, prawej i lewej terasy zalewowej określono wartości współczynnika szorstkości wg Manninga. W modelach hydraulicznych zbudowanych dla cieków objętych analizą odwzorowano parametry hydrauliczne wszystkich obiektów inżynierskich, w istotny sposób wpływa- jących na warunki przepływu wód powodziowych. Wykorzystano do tego celu dostępne dokumentacje techniczne, materiały kartograficzne (mapy zasadnicze) i dostępne dane z inwentaryzacji geodezyjnej tych obiektów. Kalibrację i weryfikację w przypadku cieków kontrolowanych, tj. Wisły, Rudawy i Wilgi wykonano na pozyskanych z IMGW PIB falach historycznych z lat 1997 i 2010, zanotowanych podczas największych powo- dzi. Dla pozostałych – niekontrolowanych cieków, dokonano tzw. kalibracji eksperckiej, która polegała na iteracyjnym doborze współczynników szorstkości w celu uzyskania wyników, które w sposób najbardziej zbliżony do rzeczywistego opisują charakter modelowanego cieku. Wyznaczenia zasięgu stref zagrożenia powodziowego dokonano w oparciu o analizę przecięcia numerycznego modelu powierzchni wody (NMPW) z numerycznym modelem terenu (NMT). Z uwagi na to, że w strukturze modelu hydro- logicznego uwzględniono także zasilanie cieków z terenów uszczelnionych i odwadnia- nych przez kanalizację deszczową (poprzez przyjęcie odpowiedniej wartości parametru CN w metodzie NRCS-CN), do modelu hydraulicznego nie wprowadzano dodatkowych zrzutów z kanalizacji deszczowej. Modelowanie hydrodynamiczne transformacji fali powodziowej w korytach rzek zostało wykonane w programie MIKE 11 opracowanym w Duńskim Instytucie Hydrauliki.

Acta Sci. Pol. Ocena zagrożenia powodziowego w aglomeracji krakowskiej jako element zarządzania... 265

ANALIZA WYNIKÓW W tabeli 1 zestawiono wartości przepływów maksymalnych prawdopodobnych w odcinkach ujściowych analizowanych cieków. Jak wspomniano wyżej, w zlewniach niekontrolowanych obliczenia przepływu maksymalnego rocznego o p = 1% przepro- wadzono za pomocą modelu Nasha. Model ten jest powszechnie stosowany do trans- formacji opadu efektywnego w odpływ bezpośredni w zlewniach z ograniczoną ilością informacji o rzeczywistym reżimie hydrologicznym, z uwagi na prostotę określania jego parametrów i wysoką efektywność w praktycznym stosowaniu [Sheng 2000, Sahoo i in. 2006, Banasik i in. 2008]. Ponadto parametry modelu Nasha (parametr retencji k i liczba zbiorników kaskady) są szacowane za pomocą zależności ustalonych dla zlewni zurbani- zowanych. Przydatność modelu Nasha do symulacji wezbrań w zlewniach zurbanizowa- nych została zweryfikowana m.in. przez Banasika i Phama [2010] na obszarze Warszawy. Biorąc pod uwagę dostępność danych wejściowych oraz pozytywne wyniki weryfikacji stosowanego modelu podawane w literaturze, zdecydowano się na jego wykorzystanie do symulacji wezbrań opadowych w zlewniach niekontrolowanych na obszarze Krakowa. Wartości parametrów modelu Nasha obliczono na podstawie zależności podawanych przez Banasika [Banasik 2009]. Obliczenia wykazały, że z cieków, które uchodzą do Wisły bezpośrednio na obszarze miasta, największe ilości wody wnoszone są przez Rudawę, Dłubnię, Wilgę, Prądnik, Sankę i Serafę. Znaczny wpływ na kształtowanie się fali powodziowej na Wiśle ma także uchodząca bezpośrednio przed granicami aglomeracji. Rzeka Skawinka jest szczególnie niebezpieczna, gdyż uchodząc do Wisły bezpośrednio powyżej miasta, może modyfikować falę powodziową, zwiększając tym samym stany wody na Wiśle w obsza- rze miasta, jak to miało miejsce podczas powodzi z 2010 r. (przyrost przepływów między wodowskazem Smolice a Bielany na Wiśle wyniósł 520 m3 · s–1, co świadczy o znacznym wpływie Skawinki na przepływy rzeki Wisły). Wg Wojciechowskiego [2010] w maju 2010 r. w przekroju Bielany na Wiśle maksymalny przepływ (odczytany w przekroju stop- nia Dąbie) wyniósł 2480 m3 · s–1, co odpowiada wodzie o prawdopodobieństwie p = 1%.

Z kolei wg IMGW wartość przepływu Qmax z maja 2010 r. w tym przekroju wyniosła 2330 m3 · s–1, co dopowiada tzw. wodzie 200-letniej [Dorzecze …2011]. Spośród więk- szych dopływów niekontrolowanych na obszarze Krakowa największą objętość wody do Wisły wnosi Dłubnia (V = 12,661 mln m3 dla p = 1%), Prądnik (V = 8,589 mln m3 dla p = 1%), Sanka (V = 3,838 mln m3 dla p = 1%) i Serafa (V = 3,276 mln m3 dla p = 1%). Szczególnie niebezpieczna jest Serafa z uwagi na duży stopień urbanizacji zlewni (około 57%). Pomimo mniejszej o blisko 22% (74,9 km2) powierzchni zlewni od Sanki (96 km2), Serafa wnosi tylko około 14% mniejszą objętość fali o p = 1%. Wyniki przedstawione w tabeli 1 wraz z wygenerowanymi hydrogramami wezbrań stanowiły warunki brzegowe w modelu hydrodynamicznym. Dalszym etapem analizy było wykonanie modelowania hydrodynamicznego dla wyszczególnionych wyżej cieków. Działania takie pozwoliły na zidentyfikowanie obsza- rów krytycznych (obszary problemowe) systemu koryt otwartych, tj. takich, w których dochodzi do zagrożeń dla znajdującej się tam infrastruktury i zabudowy ze strony zalewu wodami powodziowymi. Łącznie zidentyfikowano 45 takich obszarów, z czego 39 poło- żonych na dopływach Wisły i 6 w zasięgu bezpośredniego wpływu rzeki Wisły.

Formatio Circumiectus 13 (4) 2014 266 A. Wałęga, M. Grzebinoga

Tabela 1. Wartości przepływów maksymalnych rocznych o prawdopodobieństwie przewyższenia 1% Table 1. The values of maximum annual flows with the 1% likelihood of excedance

Lp. Q Ciek – River max1% No m3 · s–1 1 Pot. Sidzinka – Sidzinka stream 11,6 2 Rz. Sanka – Sanka river 75,7 3 Pot. Kostrzecki – Kostrzecki stream 8,1 4 Pot. Pychowicki – Pychowicki stream 5,0 5 Rz. Rudawa* – Rudawa river 42,7 6 Rz. Wilga** – Wilga river 88,5 7 Rz. Prądnik (Białucha) – Prądnik (Białucha) river 148,0 8 Pot. Sudół od Modlnicy – Sudół from Modlnica stream 16,3 Pot. Sudół Dominikański (Rozrywka) – Sudół Dominikański 9 16,7 (Rozrywka) stream 10 Pot. Łęgówka – Łęgówka stream 10,5 11 Rz. Dłubnia – Dłubnia river 170,4 12 Pot. Baranówka – Baranówka stream 37,5 13 Kanał Stopnia Wodnego Przewóz – Przewóz channel 3,0 14 Rz. Serafa – Serafa river 67,3 15 Rz. Drwinia Długa – Drwina Długa river 24,1 16 Pot. – Drwinka stream 12,9 17 Kanał Suchy Jar/ Suchy Jar channel 7,9 18 Pot. Kościelnicki – Kościelnicki stream 57,5 Pot. Struga Rusiecka (Łucjanówka) – Struga Rusiecka 19 14,4 (Łucjanówka) stream 20 Rz. Wisła*** – Wisła river 2540,0

*** – wartość obliczona przez IMGW – value calculated by IMGW *** – wartość uzyskana ze wzoru Punzeta – value calculated by Punzet equation *** – wartość w przekroju Bielany uzyskana z modelu hydrodynamicznego – value in Bielany cross- -section calculated from hydraulics model

Szczególnie problemy zagrożenia powodziowego występują w ujściowych odcin- kach dopływów do Wisły, przy jednoczesnym długotrwałym utrzymywaniu się wysokich stanów na tej rzece. W przypadku, gdy stan wody na Wiśle w przekroju Bielany przekra- cza 520 cm, zamykane są śluzy wałowe na dopływach do Wisły w obrębie aglomeracji

Acta Sci. Pol. Ocena zagrożenia powodziowego w aglomeracji krakowskiej jako element zarządzania... 267 krakowskiej. W wyniku długotrwałych opadów deszczu i braku możliwości odprowa- dzenia wody do Wisły dochodzi na dopływach do podniesienia się zwierciadła wody na pewnej długości (tworzy się cofka), co prowadzi do podtopień lub zalewu terenów przyległych. Dla przykładu, podczas wezbrania Wisły w maju 2010 roku stan powyżej 520 cm w przekroju Bielany utrzymywał się przez 6,5 okresów dobowych. W wyniku dodatkowych intensywnych opadów deszczu w tym okresie wystąpiły wylewy wody na odcinkach ujściowych z cieków dopływających do Wisły, co w efekcie doprowadziło do podtopienia ponad 70 ulic na terenie miasta [Wojciechowski 2010]. Także w ramach niniejszej pracy przeanalizowano sytuację, w której na Wiśle przez długi okres czasu utrzymuje się stan wody odpowiadający przepływowi o prawdopodobieństwie p = 1%, a śluzy wałowe w ujściowych odcinkach cieków uchodzących do Wisły są zamknięte. Na ryc. 3 przedstawiono rzędne zwierciadła wody na rzece Serafie w sytuacji swobod- nego odpływu wód do Wisły (wariant WO-A) i zamkniętych śluz wałowych (wariant WO-B). Z przeprowadzonych obliczeń widać wyraźny wpływ cofki na kształtowanie się rzędnych zwierciadła wody rzeki Serafy na długości około 3 km, licząc od ujścia. W skrajnym przypadku, w odcinku ujściowym Serafy różnica między rzędnymi zwier- ciadła wody pomiędzy wariantami wynosi 967 cm. Obliczenia wykazały, że problem związany z wylewami wody z cieków w wyniku cofki wody z Wisły obserwowany jest w 12 miejscach na terenie aglomeracji. W tych miejscach jako rozwiązanie problemu można stosować pompownie na wysokie stany oraz budowę lub modernizację wałów cofkowych.

Ryc. 3. Kształtowanie się rzędnych zwierciadła wody o p = 1% na rzece Serafa w warunkach swo- bodnego odpływu wód do Wisły (wariant WO-A) i zamkniętych śluz wałowych (wariant WO-B) Fig. 3. The running of water table’s ordiantes with the 1% likehood of discharge on the Serafa river in the conditions of a free water flow into river (WO-A variant) and in the conditions of dyke lock closed (WO-B variant)

Formatio Circumiectus 13 (4) 2014 268 A. Wałęga, M. Grzebinoga

Poważnym problemem jest także ograniczona przepustowość koryt cieków zlokali- zowanych na terenie aglomeracji. Przyjmuje się [Wojciechowski 2010], że czterodniowy sumaryczny opad większy niż 140 mm powoduje podtopienia i wylewy cieków w wyżej położonych częściach Krakowa znacznie oddalonych od koryta Wisły. Przykładowo, w trakcie powodzi w 2010 r. na stacji meteorologicznej Koźmice Wielkie reprezen- tatywnej dla części południowej miasta Krakowa, suma czterodniowych opadów (15–18 maja) wyniosła 231,1 mm, natomiast dwudniowych (15–16 maja) osiągnęła wartość 147,4 mm. W zaistniałej sytuacji meteorologicznej już 16 maja (oprócz Serafy) w godzinach popołudniowych zaczęły wylewać również inne rzeki w południowej części miasta: Wilga, Sidzinka, potok Kostrzecki. Stan na wodowskazie w Bielanach wynosił wówczas ok. 400 cm. Przeprowadzona ocena przepustowości głównych dopływów rzeki Wisły na terenie aglomeracji krakowskiej będących zarazem odbiornikami wód opadowych wskazuje na potrzebę zwiększenia przepustowości większości z tych cieków. Spośród analizowanych cieków jedynie rzeka Rudawa w granicach miasta Krakowa jest w stanie pomieścić wodę tysiącletnią bez stwarzania realnego zagrożenia powodziowego. Do najpoważniejszych problemów należy zaliczyć niewłaściwie utrzymywane koryta cieków i niedrożność prze- pustów czy mostów, co ogranicza przepustowość cieków. Na ryc. 4 i 5 przedstawiono obszar krytyczny z powodu zbyt małej przepustowości koryta oraz niedrożności przepustu. W przypadku pozostałych dopływów Wisły konieczne jest podejmowanie działań w celu zwiększenia ich przepustowości np. poprzez prace związane z udrożnieniem koryt, zwiększeniem retencji dolinowej lub rozważeniem budowy suchych zbiorników retencyjnych w górnych partiach ich zlewni. Istotnym działaniem wydaje się również ograniczenie zrzutów ścieków deszczowych z nowych systemów kanalizacji opadowej oraz wprowadzenie „systemowego” (zlewniowego) zarządzania odpływem ścieków deszczowych. Jak wspomniano wyżej, jednym ze sposobów zwiększenia przepustowości koryt cieków jest budowa suchych zbiorników retencyjnych. Na ryc. 6 a i b zamieszczono zasięg strefy zalewowej na Serafie w sytuacji obecnej oraz po wybudowaniu dwóch planowanych suchych zbiorników retencyjnych. Przeprowadzona analiza wykazała, że szacunkowa długość odcinków rozpatrywanych cieków, na których w wyniku utraty przepustowości należy dokonać zabiegów konserwa- cyjnych wynosi ponad 16 km (licząc tylko same dopływy Wisły). W wyniku potencjal- nego zagrożenia zalewem wodami o prawdopodobieństwie p = 1% straty mogą dotknąć blisko 290 budynków i gospodarstw. Należy przy tym pamiętać, że w przypadku powodzi miejskich główne problemy nie występują wyłącznie w korycie rzeki, gdzie lokalizuje się przeważającą ilość środków przeznaczonych na ochronę przeciwpowodziową, ale przede wszystkim w zlewni. Wynika to głównie z niekontrolowanego uszczelnienia zlewni, co zakłóca naturalny bilans wodny prowadząc do zwiększonego spływu powierzchniowego do cieków w wyniku intensywnych opadów deszczu, a w konsekwencji prowadzi do zmniejszenia ich przepustowości. W celu przeciwdziałania skutkom nieprawidłowej zabudowy zlewni powinno się promować zrównoważone podejście polegające na opóź- nianiu odpływu z obszaru zlewni w wyniku stosowania różnych form małej retencji, jak np. seminaturalnych rozwiązań do retencji i infiltracji wód w miejscu powstania opadu [EPA 2007,Tucci 2007, Wałęga 2010] czy stosowania ograniczeń prawnych przy wyda- waniu decyzji o warunkach korzystania z wód i planów zabudowy przestrzennej.

Acta Sci. Pol. Ocena zagrożenia powodziowego w aglomeracji krakowskiej jako element zarządzania... 269 Obszar zagrożenia na potoku Struga Rusiecka wywołania zbyt małą przepustowością koryta Struga Rusiecka wywołania zbyt małą Obszar zagrożenia na potoku bed capacity stream as a result of too small The danger zone of Struga Rusiecka Ryc. 4. Ryc. Fig. 4.

Formatio Circumiectus 13 (4) 2014 270 A. Wałęga, M. Grzebinoga Obszar zagrożenia na rzece Drwinka w wyniku niedrożności przepustu Obszar zagrożenia na rzece river as a result of culvert obstruction The danger zone of Drwinka Ryc. 5. Ryc. Fig. 5.

Acta Sci. Pol. Ocena zagrożenia powodziowego w aglomeracji krakowskiej jako element zarządzania... 271 a)

b)

Ryc. 6. Zasięg strefy zalewowej dla przepływu o p = 1% na rzece Serafie a) w obecnej sytuacji, b) w momencie wybudowania dwóch suchych zbiorników retencyjnych Fig. 6. The range of a flood zone for the flow with 1% likelihood on Serafa river a) in the current situation, b) at the moment when two dry storage reservoir would be made

Formatio Circumiectus 13 (4) 2014 272 A. Wałęga, M. Grzebinoga

WNIOSKI

Na podstawie przeprowadzonej analizy można wysunąć następujące wnioski doty- czące zabezpieczenia przeciwpowodziowego miasta: 1. Istniejący stan urządzeń bezpośredniej ochrony przeciwpowodziowej aglomeracji krakowskiej nie zapewnia odpowiedniego poziomu bezpieczeństwa powodziowego. 2. Szczególnej uwagi i remontu wymagają wały wiślane i cofkowe dopływów do Wisły w obrębie aglomeracji krakowskiej. Jak wykazały doświadczenia z powodzi w 2010 r., obecny stan obwałowań w rejonie miasta skutkuje zagrożeniem związa- nym z przesiąkami wałów, co w konsekwencji może doprowadzić do ich przerwania. 3. Na terenie aglomeracji Krakowa brakuje co najmniej 10 pompowni na wysokie stany wody dopływów, które to pompownie umożliwiłyby odbiór wód opadowych i efek- tywne przepompowanie ich do koryta Wisły przy długotrwale utrzymującym się wy- sokim stanie wód w międzywalu. Aktualnie podczas długotrwałego utrzymywania się wysokich stanów wody w Wiśle dochodzi do lokalnych podtopień przez wylewy dopływów. 4. Szczególnej uwagi wymagają w Krakowie takie cieki jak rzeka Serafa, potok Sudół Dominikański oraz rzeka Drwinka, gdyż ich stan techniczny i przepustowość koryt stwarzają realne zagrożenie podtopieniami w wypadku wysokiego opadu w zlewni bez względu na stan wody w rzece Wiśle jako odbiorniku wód. 5. Należy prawidłowo realizować zadania w zakresie bieżącego utrzymywania istnie- jącej infrastruktury powodziowej i naturalnych cieków wodnych. Brak prawidłowej konserwacji i bieżących remontów urządzeń i obiektów infrastruktury powodziowej powoduje wzrost zagrożenia powodziowego, co potwierdziła przeprowadzona anali- za dla wybranych dopływów na terenie aglomeracji Krakowa.

PIŚMIENNICTWO

Banasik K., 2009. Wyznaczanie wezbrań powodziowych w małych zlewniach zurbanizowanych. Wyd. SGGW Warszawa. Banasik K., Hejduk L., Barszcz M., 2008. Flood flow consequences of land use changes in a small urban catchment of Warsaw. Proc. 11th Internat. Conf. on Urban Drainage, Edinburh, Scotland, UK. Banasik K., Pham N., 2010. Modelling of the effect of land use changes on flood hydrograph in a small catchment of the Płaskownicka, southern part of Warsaw, . Ann. Warsaw University of Life Science – SGGW, Land Reclamation 42(2), 229–240. Crichton D., 1999. The Risk Triangle. [W:] Natural Disaster Management. Red. J. Ingleton. Tudor Rose, 102–103. Dorzecze Wisły. Monografia powodzi maj–czerwiec 2010. Red. M. Maciejewski, M.S. Ostojski, T. Walczykiewicz. IMGW PIB Warszawa. Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 23 października 2007 r. w sprawie oceny ryzyka powodziowego i zarządzania nim (2007/60/WE). EPA Urban stormwater retrofit practices. 2007. Urban Subwatershed Restoration Manual Series, Manual 3. Washington. Januchta-Szostak A., 2010. Miasto w symbiozie z wodą. Czas. Techn., ser. Architektura 6-A, 14(107), 95–102.

Acta Sci. Pol. Ocena zagrożenia powodziowego w aglomeracji krakowskiej jako element zarządzania... 273

Kaczor G., Wałęga A., 2011. Przebieg wybranych epizodów opadowych na obszarze aglomeracji krakowskiej w aspekcie modelowania sieci kanalizacji deszczowej. Gaz Woda Techn. Sanit. 10, 364-366. Koncepcja odwodnienia i poprawy bezpieczeństwa powodziowego miasta Krakowa, 2011. MGGP S.A. w Tarnowie. Kowalczak P., 2007. Konflikty o wodę. Wydawnictwo Kurpisz S.A. Poznań. Lambor J., 1971. Hydrologia inżynierska, Arkady Warszawa. Program ochrony przed powodzią w dorzeczu górnej Wisły. Uchwała Rady Ministrów nr 151, z dnia 9 sierpnia 2011 r. RM 111-146-11. Sahoo B., Chatterjee Ch., Raghuwanshi N.S., Singh R., Kumar B., 2006. Flood estimation by GIUH-based Clark and Nash models. J. Hydrol. Engin. 11(6), 515–525. Sheng Y., 2000. Modeling event-based coupled hydrologic and mass transport in small urban water- sheds. Dissert. at Louisiana State University, Baton Rouge, http://etd.lsu.edu/docs/available/ etd-09012004-081308/unre-stricted/Sheng_dis.pdf (grudzień 2006). Tucci C.E.M., 2007. Urban Flood Management. WMO/TD No. 1372. Urban Flood Risk Management. A tool for integrated flood management. 2008. WMO. Ustawa Prawo Wodne z dnia 18 lipca 2001 r. Dz.U. z 2001 r. Nr 115, poz. 1229, z pózn. zm. Zevenbergen C., Cashman A., Evelpidou N., Pasche E., Garvin S., Ashley R., 2011. Urban flood management. CRC Press London. Wałęga A., 2010. Watershed urbanization: influence on the environment and possibility of counterac- tion. [W:] Cultural landscapes of river valleys. Red. A. Radecki-Pawlik, J. Hernik. Wydawnictwo Uniwersytetu Rolniczego Kraków. Wojciechowski W., 2010. Raport powódź maj–czerwiec 2010 r. Urząd Miasta Krakowa.

Zaakceptowano do druku – Accepted for print: 22.12.2014

Formatio Circumiectus 13 (4) 2014