Zmiany klimatu = powodzie

Cykl Zderzenie z naturą

Czy dziś, kiedy poziom przepływów w rzekach na krajowych stacjach wodowskazowych osiąga wartości niższe od średniej i notuje się suszę hydrologiczną, możliwa jest powódź jak ta sprzed ponad dwóch dekad? Czy pogłębiająca się w Europie susza uchroni nas przed powodziami? A może zmiany klimatu przyniosą nam intensyfikację innego rodzaju zagrożeń powodziowych? Na te i inne pytania znajdziecie Państwo odpowiedzi w kolejnym artykule z serii o zagrożeniach naturalnych.

Obserwowane współcześnie zmiany klimatu są przyczyną wzrostu częstości i intensywności ekstremalnych zjawisk meteorologicznych i hydrologicznych. Badania wskazują, że globalne ocieplenie będzie sprzyjało występowaniu długookresowych epizodów suszy i ponadnormatywnych opadów deszczu. Skutkiem równoczesnego wzrostu wydajności opadów w Europie oraz pogłębiającej się suszy hydrologicznej będzie rosnąca liczba powodzi błyskawicznych, powodujących bezpośrednie zagrożenie życia i rozległe szkody w gospodarce i infrastrukturze. Rzadziej dochodziło będzie do wielkich powodzi rzecznych, jakie znamy z przeszłości. Nie oznacza to jednak, że jesteśmy bezpieczniejsi. Średnioroczne koszty społeczne i ekonomiczne przybierających na sile nowych zagrożeń powodziowych są co najmniej takie, jakie niosły ze sobą duże powodzie rzeczne.

Za sprawą globalnego ocieplenia podnosi się poziom mórz, a w efekcie rośnie zagrożenie m.in. wezbraniami sztormowymi i powodziami od strony morza. Ludność zamieszkująca wybrzeża i tereny nadmorskie, w szczególności obszary nizinne i depresyjne, będzie w najbliższych dziesięcioleciach zmagała się z ich konsekwencjami coraz częściej. Dużą rolę w ograniczaniu skutków tego rodzaju zagrożeń upatruje się w skutecznym systemie ostrzegania.

Powodzie rzeczne vs. powodzie błyskawiczne

Bezpośrednią konsekwencją zmiany klimatu w Polsce są malejące zasoby wodne. W ostatnim 30-leciu średnie roczne stany wody dorzecza Wisły i Odry wciąż maleją - ta tendencja się pogłębia. To wszystko powoduje spadek zasobów wód rzecznych w Polsce, które ze względu na położenie geograficzne naszego kraju i tak są niskie. Swój udział w tych negatywnych trendach ma również wzrost antropopresji.

Rzeki stanowiły w historii cywilizacji jeden z najważniejszych czynników rozwojowych miast. Ich dobroczynna obecność od zawsze obarczona była ryzykiem wystąpienia wód z brzegów. Aby chronić miasta przed powodziami, wznoszono wały przeciwpowodziowe, budowano tamy i stosowano inne rozwiązania które miały nie dopuścić do zalania chronionego obszaru (np. poldery). Dziś coraz większym zagrożeniem, wobec którego klasyczna infrastruktura hydrotechniczna pozostaje bezradna, są powodzie błyskawiczne. Za ich tworzenie się odpowiadają w głównej mierze intensywne opady burzowe (co najmniej 20 mm/h, które zazwyczaj trwają relatywnie krótko - 15-20 min). Kolejnym czynnikiem powodującym wzrost ryzyka powstania tego typu powodzi, szczególnie w miastach, jest uszczelnienie powierzchni.

Od 2010 r. nie mieliśmy w Polsce do czynienia z dużymi powodziami rzecznymi. W ostatnich latach coraz częściej pojawiały się za to punktowe zdarzenia powodziowe wywołane ekstremalną pogodą, tzw. powodzie błyskawiczne. Mimo niedużej skali zdarzenia tego rodzaju powodują poważne straty w infrastrukturze i stanowią duże zagrożenie dla ludzi. W 2021 r. powodzie błyskawiczne na skutek burz z tzw. oberwaniem chmury wystąpiły m.in. w Poznaniu, Swarzędzu, Krakowie, Zielonej Górze, Szczecinie i Białymstoku.

Powódź błyskawiczna (ang. flash flood) jest szczególnym przypadkiem powodzi opadowej o lokalnym zasięgu, bardzo szybkim przebiegu i krótkim czasie trwania (zwykle krótszym niż 6 godz.). Najczęściej wywołana jest ona opadami deszczu o dużej wydajności, często o charakterze burzowym, pochodzącym z chmur Cumulonimbus występujących w jednorodnych masach powietrza i w strefach frontu chłodnego oraz z chmur Nimbostratus frontu ciepłego i niżowych układów barycznych.

Koncentracja fali powodzi błyskawicznej następuje do kilku godzin po wystąpieniu opadów nawalnych. Powódź błyskawiczna obejmuje stosunkowo (w porównaniu do powodzi rzecznej) niewielkie obszary. Jej zasięg zazwyczaj nie przekracza 100 km². Do powodzi tego typu może dojść nawet w kilka minut po opadach, pod warunkiem, że były one wystarczająco obfite. Wówczas woda gwałtownie spływa po stokach gór lub zboczach dolin, wyrywając drzewa, niszcząc mosty i zabudowania. Czynnikami sprzyjającymi wystąpieniu nagłej powodzi są rzeźba terenu, rodzaj gleby i ubogie w roślinność użytkowanie terenu. Duże nachylenie stoków oraz liczne i wąskie doliny przyśpieszają spływ wody i zwiększają zagrożenie stwarzane przez płynącą wodę. Do powodzi błyskawicznej może dojść również na skutek m.in. przerwania zapory lub wału przeciwpowodziowego.

Z uwagi na dużą prędkość przemieszczania się wody powodzie te są bardzo niebezpieczne. Silny nurt z łatwością podmywa grunt, powala drzewa, przemieszcza samochody, a czasem nawet całe budynki. Do głównych przyczyn powodzi błyskawicznych, oprócz nachylenia terenu warunkującego szybkość przepływu wody, zalicza się także obniżanie zdolności retencyjnej oraz niewłaściwe gospodarowanie wodami opadowymi na obszarach miejskich. Na wielkość zagrożenia powodzi błyskawicznych w miastach wpływa występowanie w nich obszarów: bezodpływowych, płaskich o małym nachyleniu (2-3%, z których woda odpływa na tyle powoli, że jej ilość może stwarzać zagrożenie), o dużych deniwelacjach terenu oraz obszarów uszczelnionych (grunt utrudnia lub całkowicie blokuje infiltrację wód opadowych).

Wezbrania sztormowe

Powodzie błyskawiczne to nie jedyne zjawisko powodziowe, które nasila się na skutek zmian klimatu. Globalne ocieplenie (m.in. w wyniku topnienia lodowców i lądolodu) powoduje wzrost średniego poziomu wód oceanicznych. Problem ten jest nie bez znaczenia dla Morza Bałtyckiego i polskiej strefy brzegowej. Od połowy XX w. średni poziom morza przy polskim wybrzeżu w każdej dekadzie wzrastał o mniej więcej 2 cm, a w ostatnich dziesięcioleciach nawet o 5 cm na dekadę. Scenariusze klimatyczne przewidują, że procesy te będą się pogłębiały. W konsekwencji wzdłuż całego polskiego wybrzeża, w różnej skali i intensywności, rośnie zagrożenie i ryzyko powodziowe. W tym kontekście na polskim wybrzeżu największym problemem są wezbrania sztormowe, których liczba i intensywność wzrasta wraz z poziomem Bałtyku. Od 2000 r. do 2009 r. wystąpiło aż 367 wezbrań sztormowych, podczas gdy w latach 1960-1969 było ich ponad trzy razy mniej (107).

Sztorm to silny, porywisty, długotrwały wiatr wiejący nad morzami i oceanami z prędkością co najmniej 63 km/h (8° w skali Beauforta). Jest on efektem pojawienia się nad morzem głębokiego niżu barycznego w sytuacji, gdy na niewielkim obszarze występuje bardzo duża różnica ciśnienia atmosferycznego. Ten bardzo silny wiatr sprzyja formowaniu się wysokich fal. Bardzo często zjawisku temu towarzyszą również gwałtowne wahania stanu wody - wskutek przemieszczania przez wiatr ogromnych mas wody dochodzi do spiętrzenia sztormowego. To właśnie podniesienie się poziomu morza powoduje, że fale docierają znacznie dalej w głąb lądu, niż miało to miejsce jeszcze pod koniec XX w. Zdarza się, że bałtycki sztorm spiętrza średni poziom wody o prawie 2 m.

Sztormy na Morzu Bałtyckim występują dość często (40-60 dni w roku), najczęściej podczas chłodnego półrocza przypadającego między wrześniem a marcem. Sztormy trwają zwykle od czterech do siedmiu dni, a najgorszym miesiącem jest zazwyczaj styczeń. To właśnie zimą na Bałtyku występują największe fale, ich wysokość sięga nawet 6-7 m. Takie niekorzystne warunki na morzu mogą powodować powodzie sztormowe.

Morze Bałtyckie jest zbiornikiem stosunkowo płytkim i niewielkim. Mimo swojego śródlądowego charakteru uznawane jest jednak za morze bardzo zmienne i choć wydaje się być znacznie mniej dynamiczne i niebezpieczne niż Morze Północne czy Ocean Atlantycki, to zarówno bieżące, jak i historyczne obserwacje potwierdzają wysoki potencjał zagrożenia powodziowego Bałtyku. Na przykład w 1983 r. sztorm na Zalewie Wiślanym spowodował zalanie blisko 3 tys. ha Wyspy Nowakowskiej, a w 2009 r. porywy wiatru w szczycie wezbrania sztormowego dochodziły do 95 km/h.

Wezbranie sztormowe to gwałtowne podniesienie się poziomu wody powyżej stanu ostrzegawczego lub alarmowego (w Polsce za teoretyczny stan ostrzegawczy uznaje się wzrost poziomu morza o 70 cm w stosunku do występującego w danym miejscu poziomu zera wodowskazu, a mianem stanu alarmowego określa się wzrost poziomu wody o 100 cm). Jest ono jednym z głównych zagrożeń, na jakie narażone jest w chłodnym półroczu polskie wybrzeże Morza Bałtyckiego (wraz z ujściowymi odcinkami Wisły, Odry oraz rzek Przymorza).

O możliwości wystąpienia wezbrania sztormowego decyduje: poziom napełnienia morza (uzależniony od opadów, dopływu wód rzecznych oraz warunków dopływu/odpływu wód z Morza Północnego), oddziaływanie wiatru (prędkość, kierunek i czas trwania) oraz zniekształcenie powierzchni wody na skutek przechodzenia tzw. fali barycznej. Gdy oddziaływanie tych czynników nałoży się na siebie, dochodzi do powstania wezbrania sztormowego. Towarzyszy mu silny wiatr i układ niskiego ciśnienia wraz z frontem atmosferycznym przemieszczającym się z kierunku północno-zachodniego i północno-wschodniego. Zjawisko to może trwać od kilku do kilkudziesięciu godzin.

W latach 1950-1975 wezbrania na Bałtyku pojawiały się głównie od listopada do lutego. Pod koniec XX w. częstość wezbrań sztormowych na polskim wybrzeżu wzrosła, wydłużył się też okres ich występowania (sierpień-kwiecień). Nie zawsze sztormy i wezbrania mają ekstremalny przebieg. Niemniej jednak i tak zazwyczaj generują duże zagrożenie dla ludzi i infrastruktur oraz wysokie straty materialne.

Bezpośrednim skutkiem wezbrania sztormowego może być cofka - podnoszenie się poziomu wody w ujściowych odcinkach rzek. Woda morska wtłaczana jest wówczas przez ujścia rzek w głąb lądu, uniemożliwiając normalny odpływ rzeczny. Skutkiem tego zjawiska są powodzie sztormowe i podtopienia (zwłaszcza na terenach nisko położonych), poważne zniszczenia krajobrazu, degradacja gleby w wyniku wpływu słonych wód morskich w głąb lądu oraz uszkodzenia infrastruktury - zarówno przemysłowej, jak i komunalnej. Najbardziej widocznymi skutkami oddziaływania powodzi sztormowej są zniszczone brzegi morskie, zanikanie plaż oraz uszkodzone budowle hydrotechniczne.

Zasięg i skala zniszczeń spowodowanych przez cofkę zależy nie tylko od siły i kierunku wiatru, ale również od czasu jego oddziaływania, a także stopnia napełnienia Bałtyku oraz temperatury powietrza i ciśnienia atmosferycznego. Im dłużej takie sprzyjające warunki utrzymują się, tym silniejsze wezbranie sztormowe i większy zasięg cofki oraz poważniejsze zniszczenia. Na Odrze cofkę można zaobserwować nawet w odległości 150 km od wybrzeża, zaś na Wiśle do wysokości Tczewa. Z problemami cofki zmagają się również mieszkańcy obszaru położonego nad Zalewem Wiślanym.

Zapobieganie powodziom wywołanym sztormami nie jest łatwe. Ich negatywne skutki mogą niwelować różnego rodzaju budowle i urządzenia, np. falochrony wzdłuż brzegów, wrota sztormowe, wały przeciwsztormowe lub opaski brzegowe. W tym celu wykorzystuje się również mapy powodziowe, które pomagać mają w skuteczniejszym reagowaniu na zagrożenia związane ze sztormami.

Mimo rozwoju techniki i coraz lepszego prognozowania zjawisk ekstremalnych w dalszym ciągu mierzymy się z potęgą zjawisk przyrody. Według ekspertów eskalacja zagrożenia powodziowego od morza wymaga zwiększenia świadomości społecznej w tym obszarze. W tej sytuacji równie ważne, co powszechne publikowanie ostrzeżeń meteorologicznych okazać się może promowanie prawidłowych zachowań w obliczu zagrożenia. Wymaga to powszechnej społecznej umiejętności rozumienia komunikatów i ostrzeżeń meteorologicznych oraz dyscypliny w stosowaniu się do nich.

Należy pamiętać zatem, że gdy prognoza potwierdza możliwość wystąpienia niebezpiecznych zjawisk sztormowych, wydawane jest ostrzeżenie lub komunikat o niebezpiecznym zjawisku. Pierwszy stopień zagrożenia hydrologicznego oznacza gwałtowne wzrosty poziomu morza bez przekroczenia poziomów ostrzegawczych i alarmowych - w takiej sytuacji należy zachować ostrożność i monitorować rozwój sytuacji. Drugi stopień zagrożenia hydrologicznego to wezbranie z przekroczeniem poziomów ostrzegawczych, ale bez przekroczenia poziomów alarmowych - wówczas również należy zachować ostrożność i monitorować rozwój sytuacji. Trzeci stopień zagrożenia hydrologicznego mówi o wezbranie z przekroczeniem poziomów alarmowych i w tej sytuacji mogą pojawić się poważne zagrożenia dla życia i zdrowia oraz mienia - należy zachować najwyższą ostrożność i przestrzegać zaleceń służb ratowniczych, wojewódzkich centrów zarządzania kryzysowego oraz Rządowego Centrum Bezpieczeństwa.

Powódź na mapach

Powódź to jedno z najbardziej ekstremalnych i niebezpiecznych zjawisk naturalnych. Zagraża życiu i zdrowiu ludzi, przynosi ogromne straty ekonomiczne i środowiskowe. Społeczności dotknięte powodzią jeszcze przez wiele miesięcy, a nawet lat, po jej wystąpieniu borykają się ze skutkami tej klęski żywiołowej. Z tego względu zapobieganie i ograniczanie powodzi stanowi jeden z ważniejszych aspektów ochrony ludności i zarządzania kryzysowego, w ramach którego poza budową i rozbudową infrastruktury przeciwpowodziowej istotne jest zarządzanie ryzykiem wystąpienia powodzi. Do tego celu wykorzystuje się tzw. mapy powodziowe.

Problematyką zagrożenia powodziowego od rzek, morza czy zalewów zajmowano się w Polsce od lat. Implementacja dyrektywy Unii Europejskiej w sprawie oceny ryzyka powodziowego i zarządzania nim (2007/60/WE) do ustawy Prawo wodne spowodowała, że dla typowych zagrożeń powodziowych o dużym zasięgu opracowano: mapy zagrożenia powodziowego (dostępne w postaci warstw przestrzennych i kartograficznych, wyznaczające m.in. zasięg wód powodziowych i głębokość warstwy wody, a także kierunki i prędkości jej przepływu w miastach powyżej 100 tys. mieszkańców) oraz plany zarządzania ryzykiem powodziowym (zawierające m.in. listę inwestycji mających na celu obniżanie zagrożenia powodziowego). Niestety mapy te nie obejmują ochrony przed powodziami błyskawicznymi. W przypadku tego typu zjawisk rozpatrywane jest zagrożenie, które nie wiąże się bezpośrednio z bliskością rzeki lub morza, a brak analiz przestrzennych dotyczących efektów rozbudowy obszarów zurbanizowanych nie pozwala obecnie na objęcie błyskawicznych powodzi miejskich analogicznym systemem zarządzania ryzykiem, jak ma to w Polsce miejsce w przypadku rzek i morza. Nie oznacza to jednak, że nie jesteśmy w stanie niwelować skutków tych powodzi.

W tym obszarze, podobnie jak w przypadku wezbrań sztormowych, duże znaczenie ma uświadomienie społeczeństwa o zagrożeniu powodzią błyskawiczną oraz przygotowanie doraźnych środków zabezpieczenia. Będą do nich należały - szczególnie na obszarach miejskich - worki z piaskiem, mobilne zapory i przegrody powodziowe, rękawy zabezpieczające i pompy o dużej wydajności. Konieczna jest również zmiana w planowaniu przestrzennym obszarów zurbanizowanych (zwiększenie powierzchni terenów zielonych, w szczególności zadrzewień, zmniejszenie udziału terenów o nieprzepuszczalnej nawierzchni) oraz budowa zbiorników retencyjnych (również podziemnych, np. pod drogami czy parkingami), lokalnych studni chłonnych i dodatkowych systemów odwodnieniowych, w tym grawitacyjnych systemów odwodnieniowych o dużej wydajności lub systemów opartych na pompowniach.

Zmiany klimatu niosą ze sobą nowe zagrożenia lub intensyfikują już znane. Tym samym stawiają przed służbami ratowniczymi wyzwania związane z odpowiednim przygotowaniem ratowników oraz sił i środków do prowadzenia działań interwencyjnych. Równolegle do właściwego przygotowania ratowniczego powinny toczyć się działania planistyczne i inwestycyjne właściwych władz zmierzające do minimalizacji prawdopodobieństwa bądź skutków intensyfikujących się w ostatnich dekadach zdarzeń powodziowych.