Przedmowa

Geosyntetyki to grupa materiałów, której dynamiczny wzrost zastosowań obserwuje się zarówno w inżynierii lądowej, jak i wodnej. Geosyntetyki, mimo swojej stosunkowo krótkiej historii (pierwsze przykłady ich wykorzystania sięgają przełomu lat sześćdziesiątych i siedemdziesiątych XX wieku), weszły już na trwałe do praktyki inżynierskiej. Są obecnie produkowane w bardzo szerokim asortymencie, dostosowanym do wymagań odbiorców. Szacuje się, że do tej pory ponad 20 miliardów metrów kwadratowych tych materiałów zostało wykorzystanych w kilku milionach inwestycji zrealizowanych w dziedzinie geotechniki oraz budownictwa wodnego i lądowego1. W każdym roku produkowanych jest kilka miliardów m2 tych wyrobów (np. w 2013 r. łącznie na świecie wytworzono ich ok. 4,7 miliardów m2, co stanowiło wzrost ok. 5,3% w stosunku do roku poprzedniego - dane wg książki z przypisu 1). Prognozy w tym zakresie na najbliższą przyszłość też są obiecujące - przewiduje się, że zapotrzebowanie na geosyntetyki będzie nadal rosło, a Chiny, Indie i Rosja to rynki, na których spodziewany jest największy wzrost ich sprzedaży w ciągu najbliższych lat.

Geosyntetyki różnią się właściwościami i wymiarami (przede wszystkim grubością) od pozostałych materiałów stosowanych do budowy konstrukcji inżynierskich. Charakteryzuje je cała gama różnych właściwości2. Materiały te, poddane działaniu obciążenia, wykazują właściwości sprężysto-lepko-plastyczne, cechuje je anizotropia, ich parametry zależą od warunków środowiskowych i historii działającego na nie naprężenia. Projektowanie konstrukcji inżynierskich z ich udziałem wymaga wiedzy zarówno z dziedziny budownictwa, jak i inżynierii materiałowej oraz znajomości zasad mechaniki. Jeszcze do niedawna było to sporym wyzwaniem, gdyż praktyczne zastosowania geosyntetyków znacznie wyprzedzały rozwój wiedzy teoretycznej na temat zasad pracy tych materiałów. Brak było sprawdzonych narzędzi projektowych, a ponadto po pierwszym etapie entuzjazmu, gdy geosyntetyki stosowano jako swego rodzaju panaceum na różne problemy w budownictwie (na zasadzie pomogą lub nie pomogą, a spróbować można), stwierdzono, że technologia wykonywania (lub wzmacniania) konstrukcji inżynierskich przy ich użyciu jest wrażliwa na wszelkie niedociągnięcia i błędy występujące na etapie projektowania i/lub wykonawstwa. W celu osiągnięcia założonego efektu końcowego niezbędne jest więc zachowanie szczególnej staranności w trakcie przebiegu całego procesu przygotowania i realizacji inwestycji oraz przestrzeganie zaleceń dotyczących zasad właściwego (zgodnego z założeniami projektowymi) użytkowania konstrukcji inżynierskich. To zaś, biorąc pod uwagę brak obowiązujących wytycznych i zasad projektowych, było sporym wyzwaniem zarówno dla projektantów, jak i wykonawców.

Aktualna wiedza na temat geosyntetyków jest już szeroka. Obejmuje okres kilkudziesięciu lat doświadczeń, związanych z wykorzystaniem tych materiałów w różnych dziedzinach budownictwa. Szczególnie cennych informacji dostarczyły wyniki długotrwałego monitoringu konstrukcji inżynierskich pracujących w naturalnych warunkach. Obecnie, równolegle są prowadzone badania laboratoryjne, pomiary terenowe i analizy teoretyczne sposobu pracy tych materiałów w różnego rodzaju konstrukcjach inżynierskich.

Opracowano szereg specjalistycznych norm dotyczących metodyki przeprowadzania badań geosyntetyków. Sprecyzowano wymagania, które muszą spełniać materiały stosowane w poszczególnych dziedzinach budownictwa oraz określono parametry, które należy wyznaczyć przed ich wykorzystaniem w praktyce. Ostatnim, ale pod pewnymi względami najtrudniejszym, etapem usystematyzowania wiedzy na temat geosyntetyków jest opracowanie zasad projektowania konstrukcji inżynierskich, w których są stosowane. W niektórych dziedzinach budownictwa, na przykład w polskiej normie PN-83/B-03010 Ściany oporowe. Obliczenia statyczne i projektowanie informacje na temat zasad projektowania konstrukcji z gruntu zbrojonego umieszczono stosunkowo wcześnie, ale ich nie uaktualniano, co w konsekwencji spowodowało ich "zatrzymanie się" na poziomie lat osiemdziesiątych XX wieku. W innych natomiast, jak na przykład w budownictwie drogowym, mimo powszechnego wykorzystywania geosyntetyków w praktyce inżynierskiej, zasady projektowania są dopiero formułowane. Badania na temat pracy geosyntetyków w konstrukcjach dróg są w ostatnim czasie intensywnie prowadzone, a na krajowym rynku wydawnictw specjalistycznych ukazało się kilka pozycji książkowych poświęconych tej kwestii3.

Nieco odmienna sytuacja, dotycząca zastosowań geosyntetyków, występuje w budownictwie hydrotechnicznym. W ostatnich dekadach można zaobserwować na tym polu ogólnoświatowy dynamiczny trend dotyczący wzrostu zainteresowań wykorzystaniem tych materiałów. Jest on spowodowany między innymi pojawieniem się nowych wyzwań, którym musi sprostać budownictwo wodne. Zmiany klimatyczne i towarzysząca im intensyfikacja występowania zjawisk ekstremalnych oraz wzrost wymagań stawianych nowo budowanym konstrukcjom ochronnym spowodowały zwiększone zainteresowanie poszukiwaniem nowych rozwiązań w tej gałęzi budownictwa. Przemysł tekstylny, który w ostatnim czasie bardzo się rozwinął, jest w stanie dostarczać bardzo dobre jakościowo materiały, które mogą sprostać pracy w ekstremalnie trudnych warunkach, na które często są narażone konstrukcje ochronne wykorzystywane w budownictwie morskim lub śródlądowym (zmienne warunki obciążeń, obciążenia cykliczne i dynamiczne). Coraz szersza wiedza i doświadczenie dotyczące sposobu pracy geosyntetycznych konstrukcji ochronnych zmniejszają obawy projektantów i wykonawców dotyczące ich stosowania w praktyce.

Geosyntetyki w budownictwie wodnym są wykorzystywane zarówno jako warstwy filtracyjne, drenażowe, separacyjne, zbrojeniowe, jak i ochronne. Stanowią powierzchniowe zabezpieczenia przeciwerozyjne i bariery hydrauliczne. Wykorzystuje się je do budowy praktycznie wszystkich rodzajów budowli hydrotechnicznych, m.in. falochronów, sztucznych rew wzdłużbrzegowych, ostróg, progów podwodnych, tam i zapór, w których równocześnie mogą pełnić różne funkcje. Wiele konstrukcji powstaje z użyciem tzw. geosystemów. Do ich budowy stosuje się najczęściej jeden z kilku dostępnych na rynku rodzajów geosyntetycznych pojemników (geoworków, geotub, geokontenerów lub geomateracy). Elementy te różnią się między sobą parametrami i technologią wykonania. Są stosowane do budowy różnych rodzajów konstrukcji, których prawidłowe zaprojektowanie i wykonanie wymaga zarówno znajomości zasad budownictwa wodnego, jak i specyfiki pracy geoelementów. Jest to szczególnie istotne w przypadku zastosowania geosyntetycznych powłok, które należą do grupy wielkogabarytowych geosystemów. Począwszy od lat osiemdziesiątych XX wieku geoelementy te, znane obecnie pod nazwą geotub, georur i geokontenerów, są wykorzystywane w budownictwie hydrotechnicznym m.in. jako elementy konstrukcyjne: opasek brzegowych, falochronów, ostróg i budowli przeciwpowodziowych. Już pierwsze wyniki doświadczeń dotyczących stosowania geotub jako elementów konstrukcyjnych podwodnych falochronów w Australii4 wywołały zainteresowanie na całym świecie. W wielu krajach, m.in. w Polsce, próbowano opracowywać i wykonywać podobne rozwiązania5. Brak narzędzi projektowych stanowił jednak barierę dla rozwoju tej technologii, której zalety (prostota i niski koszt wykonania, brak konieczności tworzenia dużych placów budowy, proekologiczny charakter) i pozytywne wyniki pierwszych doświadczeń sugerowały, że badania dotyczące tej tematyki mają przed sobą obiecującą przyszłość.

Na początku lat dziewięćdziesiątych XX wieku ten rodzaj umocnień był nowością. Wtedy też podjęto w Instytucie Budownictwa Wodnego PAN pierwsze badania teoretyczne dotyczące sposobu pracy geosyntetycznych powłok w konstrukcjach hydrotechnicznych. Opracowane tu rozwiązania, m.in. metodyka określenia kształtu geosyntetycznych powłok i wyznaczania wymaganej minimalnej wytrzymałości materiału użytego do ich budowy6, były wykorzystywane przez innych badaczy. Między innymi zostały zastosowane przez Dova Leschinskego w trakcie opracowywania profesjonalnego oprogramowania GeoCoPS, które jest aktualnie wykorzystywane do projektowania geosyntetycznych powłok. Wyniki uzyskane przy użyciu opracowanych w IBW PAN rozwiązań stanowiły jedną z podstaw weryfikacji poprawności sprzedawanego na całym świecie oprogramowania7. Zostały one też przedrukowane w całości i umieszczone (jako podrozdział) w pierwszej pozycji książkowej poświę­conej tematyce wykorzystanie geosyntetyków do ochrony brzegów morskich, którą wydano w 2000 r. nakładem wydawnictwa Balkema8. Mimo upływu lat i rosnącej popularności geosyntetyków w inżynierii brzegowej książka ta nadal stanowi jedno z podstawowych źródeł informacji o zastosowaniach geosyntetyków w budownictwie wodnym i jest cytowana przez wielu autorów.

Aktualny stan wiedzy na temat zastosowań geosyntetyków w budownictwie wodnym można, w dużym uproszczeniu, streścić następująco: mimo rosnącej popularności i dostępności tych materiałów do tej pory nie opracowano zasad projektowania i wykonywania hydrotechnicznych konstrukcji inżynierskich z ich udziałem. W polskiej literaturze fachowej wciąż brakuje usystematyzowanych informacji na temat zasad stosowania geosyntetyków w inżynierii wodnej. Przykładowo można podać, że w przypadku konstrukcji złożonych z wielkogabarytowych geoelementów (geotub, geokontenerów) do tej pory nie wyznaczono, tak jak ma to miejsce w przypadku tradycyjnych konstrukcji inżynierskich, krytycznych wartości deformacji i/lub przemieszczeń, których nie można przekroczyć w trakcie ich użytkowania. Na brak obowiązujących zaleceń projektowych i wykonawczych narzekają zarówno naukowcy, jak i praktycy, co można było usłyszeć m.in. na odbywających się w 2012 roku w Valencji (Hiszpania) Piątej oraz w 2016 roku w Lublanie (Słowenia) Szóstej Europejskiej Konferencji dotyczącej Geosyntetyków. Przyczyną takiego stanu rzeczy jest fakt, że również w dziedzinie zastosowaia geosyntetyków działalność praktyczna wyprzedziła rozwój wiedzy teoretycznej, która aktualnie jest uzupełniana.

Dotychczasowe doświadczenia dotyczące zastosowań geosyntetyków w budownictwie wodnym wymagają usystematyzowania. Uporządkować należy przede wszystkim wiedzę na temat zasad budowy konstrukcji ochronnych złożonych z geoelementów. Istotne jest, by projektując umocnienie brzegu złożone na przykład z geosystemów wielkogabarytowych (geotub lub geokontenerów) mieć świadomość, jaki zakres obliczeń należy wykonać i jaki rodzaj metodyki projektowania można zastosować. W trakcie prowadzenia prac budowlanych należy zdawać sobie sprawę ze specyfiki pracy tego typu budowli i znać zalecenia wykonawcze, których należy przestrzegać podczas realizacji inwestycji.

W niniejszej książce podjęto próbę przedstawienia aktualnego stanu wiedzy na temat możliwości wykorzystania geosyntetyków w budownictwie wodnym. Przekrojowo przedstawiono możliwości wykorzystania tych materiałów w budownictwie morskim i śródlądowym. Uwagę zwrócono przede wszystkim na zasady projektowania i wykonywania umocnień złożonych z geosyntetycznych elementów, podsumowując przy okazji wyniki kilkuletnich prac prowadzonych na ten temat w Instytucie Budownictwa Wodnego Polskiej Akademii Nauk w Gdańsku. Scharakteryzowano podstawowe rodzaje budowli ochronnych wykorzystywanych w budownictwie wodnym i omówiono funkcje, jakie mogą pełnić geosyntetyki. Przedstawiono zasady doboru tych materiałów i badania, które należy przeprowadzić przed ich zastosowaniem w budownictwie hydrotechnicznym.

W najbliższym czasie w Polsce planowanych jest wiele inwestycji dotyczących przede wszystkim zagospodarowania wodnych dróg śródlądowych. W połowie 2016 r. rząd przyjął założenia do planów rozwoju śródlądowych dróg wodnych w Polsce na lata 2016-2020, z perspektywą do 2030 r. W planach tych założono, że do 2030 r. Odra na całej długości, a Wisła od Warszawy do Gdańska mają stać się międzynarodowymi szlakami żeglugowymi. Na początku marca 2017 r. Polska ratyfikowała warunki europejskiego porozumienia w sprawie głównych śródlądowych dróg wodnych o znaczeniu międzynarodowym, tym samym zobowiązując się do doprowadzenia trzech głównych szlaków wodnych do IV klasy żeglowności. Jest więc to dobry czas na poszerzenie wiedzy na temat nowych, ekologicznych i ekonomicznych rozwiązań, które mogą być stosowane w budownictwie wodnym.

 

Gdańsk, kwiecień 2019 r.

Krystyna Kazimierowicz-Frankowska

1. Budownictwo wodne w Polsce - osiągnięcia, problemy i plany na przyszłość

Streszczenie: charakterystyka podstawowych pojęć, rodzaje budowli hydrotechnicznych i kryteria ich podziału; zalety i wady najczęściej stosowanych rozwiązań; aktualny stan ochrony brzegów w Polsce; założenia przyjętej strategii ochrony brzegów i wyniki kontroli jej realizacji; perspektywy dotyczące zastosowań geosyntetyków; cel i zakres książki.

1.1. Wprowadzenie

Ludzie zawsze chętnie się osiedlali w rejonach położonych nad brzegami rzek i mórz, gdyż obszary nadbrzeżne są bogate w żyzne gleby oraz umożliwiają swobodny dostęp do wody, niezbędnej do rozwoju rolnictwa i różnych gałęzi przemysłu. Szacuje się, że obecnie nad wybrzeżami morskimi mieszka ponad 60% ludności świata. Rejony te są intensywnie wykorzystywane przez przemysł, handel, rolnictwo, rybołówstwo i turystykę. Często stanowią również miejsce występowania unikalnych, zagrożonych wyginięciem organizmów roślinnych i zwierzęcych, a na ich terenie tworzone są parki narodowe.

Budownictwo wodne towarzyszyło rozwojowi wszystkich zaawansowanych cywilizacji. Najstarsze budowle powstały wiele tysięcy lat temu [1.29]. Pozostałości konstrukcji hydrotechnicznych wzniesionych ok. 3500 lat p.n.e. odkryto w Egipcie. W V wieku p.n.e. w Chinach zbudowano sztuczny kanał o długości kilkuset metrów. Prowadził on od Żółtej Rzeki w głąb rolniczych terenów. W Europie sztuczne kanały zaczęto budować w VIII wieku. Pierwsze młyny wodne, wykorzystujące energię płynącej wody, powstały w czasach późnego cesarstwa rzymskiego, a na przełomie I i II tysiąclecia nastąpił ich intensywny rozwój. Wynalezienie turbin wodnych, generatorów prądu elektrycznego i opanowanie technik przesyłu prądu na duże odległości to kolejne kamienie milowe umożliwiające rozwój budownictwa wodnego, w tym budowę hydroelektrowni, które zaczęły powstawać na przełomie XIX i XX wieku [1.20].

Budownictwo wodne (inżynieria wodna) to dział budownictwa zajmujący się wznoszeniem budowli wodnych w celu racjonalnego gospodarowania zasobami wodnymi danego terenu. Do obiektów budownictwa wodnego (budowli hydrotechnicznych) zalicza się m.in. jazy, zapory, śluzy wodne, wały przeciwpowodziowe, elektrownie wodne, kanały, zbiorniki, pirsy, mola, nabrzeża, pochylnie, przepławki dla ryb. Ich projektowaniem, wykonywaniem i utrzymaniem w należytym stanie technicznym zajmuje się inżynieria wodna. Perspektywy rozwoju budownictwa wodnego w danym kraju zależą przede wszystkim od stanu jego gospodarki wodnej. Pojęcie gospodarki wodnej zostało wprowadzone w Europie w pierwszej połowie XX wieku. Zgodnie z przyjętym nazewnictwem [1.3] termin ten obejmuje dział gospodarki i dyscyplinę naukową zajmującą się metodami i środkami kształtowania zasobów śródlądowych wód powierzchniowych i podziemnych w celu zaopatrzenia w wodę, ochrony przed powodzią oraz ochrony zasobów wodnych przed wyczerpaniem i zanieczyszczeniem. Aktualny stopień rozwoju gospodarki wodnej w poszczególnych krajach i rejonach świata jest bardzo zróżnicowany. Chiny, Brazylia, Indie i Pakistan to kraje, które bardzo intensywnie inwestują w rozwój infrastruktury gospodarki wodnej [1.20]. Są to równocześnie kraje najszybciej się rozwijające.

Oceniając stopień rozwoju gospodarki wodnej najczęściej bierze się pod uwagę [1.20]:

- stopień wykorzystania potencjału hydroenergetycznego rzek - najwyższy występuje w krajach Europy Zachodniej (we Francji wynosi prawie 100%, a w Niemczech ok. 85%); w Polsce stopień wykorzystania potencjału hydroenergetycznego rzek kształtuje się na poziomie ok. 15%, - liczbę tzw. wielkich zapór (czyli zapór, których całkowita wysokość przekracza 15 m) - w Hiszpanii jest ich ok. 1200, we Włoszech - ok. 570, we Francji - ok. 550, w Wielkiej Brytanii - ok. 490, w Norwegii - ok. 360; w Polsce liczba wielkich zapór wynosi 37, - retencję zbiornikową (czyli zdolność gromadzenia zasobów wodnych i przetrzymywania ich przez dłuższy czas) - w krajach europejskich wynosi ona ok. 15% średniego rocznego odpływu, w Polsce ok. 6%, - stopień rozwoju sieci śródlądowych dróg wodnych - przyjmuje się, że udział transportu śródlądowego w Unii Europejskiej w przewozach całkowitych wynosi ok. 5-6 %; w Polsce żegluga śródlądowa praktycznie nie istnieje [1.3].

Z przytoczonych powyżej faktów wynika, że w Polsce, w dziedzinie gospodarki wodnej, wiele jest jeszcze do zrobienia. Dziedziną techniki i nauki zajmującą się realizacją celów gospodarki wodnej jest hydrotechnika. Założone cele są osiągane dzięki obiektom hydrotechnicznym, które obejmują budowle hydrotechniczne. Tak więc zasadnym się wydaje, by omówienie stanu budownictwa wodnego rozpocząć od przedstawienia podstawowych informacji na temat budowli hydrotechnicznych.

1.2. Budowle hydrotechniczne - podstawowe definicje i kryteria podziału

Budowle hydrotechniczne są to budowle służące gospodarce wodnej w kształtowaniu zasobów wodnych i korzystaniu z wód wraz z urządzeniami i instalacjami związanymi z daną konstrukcją [1.14]. Współczesne budowle hydrotechniczne najczęściej dzieli się, biorąc pod uwagę parametry przedstawione w tabeli 1.1:

1. Czas użytkowania i funkcję, którą pełnią - wyróżnia się budowle tymczasowe i budowle stałe. Do tymczasowych budowli hydrotechnicznych zalicza się: - budowle, których przewidywany czas użytkowania nie przekracza pięciu lat, - budowle, które pełnią funkcję pomocniczą (wykonuje się je w celu budowy, renowacji lub napraw budowli hydrotechnicznych), niezależnie od zakładanego okresu ich użytkowania.

Pozostałe budowle hydrotechniczne zalicza się do budowli stałych, wśród których wyróżnia się cztery klasy budowli, którym stawia się różne wymagania. Dodatkowo dzieli się je na budowle główne i drugorzędne.

2. Lokalizacja budowli względem brzegu morskiego - wyróżnia się budowle: - śródlądowe hydrotechniczne, wznoszone na wodach śródlądowych; - morskie hydrotechniczne (zwane też budowlami morskimi), czyli nawodne lub podwodne budowle wznoszone na następujących obszarach [1.15]: morzach terytorialnych, morskich wodach wewnętrznych, na lądach, w rejonach bezpośredniego kontaktu z akwenami morskimi (w pasie technicznym nadbrzeżnego pasa wybrzeża morskiego) oraz w portach i przystaniach morskich, które wraz z instalacjami, urządzeniami budowlanymi związanymi z tą budowlą, urządzeniami technicznymi oraz innym celowym wyposażeniem niezbędnym do spełniania przeznaczonej im funkcji tworzą całość techniczno-użytkową. 3. Cel, dla którego budowlę wykonano - może nim być ochrona brzegów przed zniszczeniem (wały przeciwpowodziowe, opaski brzegowe, ostrogi itd.), wykorzystanie wody do celów potrzebnych człowiekowi (nawadnianie, wytwarzanie energii, rekreacja) lub aktywna zmiana linii brzegowej (np. tworzenie sztucznych zbiorników wodnych, kształtowanie warunków umożliwiających żeglugę).

Podstawowymi aktami prawnymi definiującymi wymagania techniczno-budowlane dotyczące budowli hydrotechnicznych są: Rozporządzenie Ministra Środowiska w sprawie warunków technicznych, którym powinny odpowiadać budowle techniczne i ich usytuowanie [1.14], Rozporządzenie Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej określające wymagania stawiane morskim budowlom hydrotechnicznym i ich usytuowaniu [1.15] oraz Rozporządzenie Ministra Gospodarki Morskiej definiujące warunki techniczne, które muszą być spełnione podczas użytkowania morskich budowli hydrotechnicznych oraz określające zakres ich kontroli [1.13].

Tabela 1.1. Kryteria podziału budowli hydrotechnicznych [1.14, 1.15]

Lp.

Kryterium podziału

Rodzaje budowli

Uwagi

1.

Czas użytkowania

budowle tymczasowe,

budowle stałe

do grupy tymczasowych budowli hydrotechnicznych zalicza się:

budowle, których przewidywany czas użytkowania nie przekracza pięciu lat,

budowle, które pełnią funkcję pomocniczą (wykonuje się je w celu budowy, renowacji lub napraw budowli hydrotechnicznych), niezależnie od zakładanego okresu ich użytkowania,

pozostałe budowle hydrotechniczne są budowlami stałymi

2.

Miejsce budowy

śródlądowe budowle hydrotechniczne,

morskie budowle hydrotechniczne

śródlądowe budowle są wznoszone na wodach śródlądowych,

morskie budowle hydrotechniczną służą ochronie brzegów mórz i oceanów

3.

Cel, któremu budowle służą

ochrona przed niszczycielskim działaniem wody,

wykorzystanie wody do celów potrzebnych człowiekowi

budowle hydrotechniczne są wznoszone w celu ochrony przed niepożądanym działaniem wody (wały przeciwpowodziowe, opaski brzegowe itd.) lub w celu wykorzystanie wody na potrzeby człowieka (nawadnianie, wytwarzanie energii, rekreacja) bądź by aktywnie zmieniać linię brzegową (tworzenie sztucznych zbiorników wodnych itd.)

4.

Klasa budowli (wyróżnia się ją dla budowli stałych)

I klasa,

II klasa,

III klasa,

IV klasa

najwyższą klasą ważności jest klasa I, w zależności od klasy budowli hydrotechnicznych różnicuje się warunki:

przepływów obliczeniowych,

współczynników przyjmowanych w obliczeniach statycznych,

bezpiecznych wzniesień koron budowli hydrotechnicznych, brzegów nad określonym położeniem zwierciadła wody i poziomami wtaczania się fal,

wyposażenia w urządzenia kontrolno-pomiarowe,

zakresu wymaganych studiów przedprojektowych i projektowych, w tym badań modelowych,

wyposażenia budowli hydrotechnicznych w urządzenia upustowe

5.

Znaczenie (ranga) budowli hydrotechnicznej

(podział występuje wśród budowli stałych)

budowle hydrotechniczne główne,

budowle hydrotechniczne drugorzędne

do budowli głównych zalicza się te, od stanu których zależy osiągnięcie zamierzonych efektów technicznych i gospodarczych, których awaria, uszkodzenie lub okresowe wyłączenie mogą powodować ograniczenie skuteczności ich działania lub zagrożenie dla terenów i środowiska,

do budowli drugorzędnych należą te, których awaria, uszkodzenie lub okresowe wyłączenie nie powodują ani zagrożenia bezpieczeństwa budowli hydrotechnicznej głównej lub ograniczenia skuteczności jej działania, ani zagrożenia dla terenów i środowiska

6.

Materiał, z którego konstrukcję wykonano

zapory ziemne i obwałowania,

budowle betonowe i inne

od rodzaju materiału użytego do budowy zależą m.in. [1.14]:

maksymalne dopuszczalne poziomy wód,

miarodajne przepływy wezbraniowe,

wyjątkowe warunki pracy budowli

1.3. Stan i perspektywy budownictwa wodnego w Polsce

Stan budownictwa hydrotechnicznego zależy przede wszystkim od takich czynników jak:

- stan zasobów wodnych, - stopień rozwoju gospodarki wodnej, - obowiązująca strategia gospodarki wodnej.

Średnia suma opadów w Polsce w roku średnim wynosi nieco powyżej 600 mm (ok. 500-550 mm w pasie nizin oraz ok. 1100 mm w rejonach górskich i podgórskich). Przeciętne zasoby wód powierzchniowych Polski (średni odpływ roczny) wynoszą 62 km3 i wahają się w granicach od ok. 40 km3 (rok bardzo suchy) do ok. 90 km3 (rok bardzo mokry). Objętość wód podziemnych na terenie Polski wynosi ok. 3000 km3, jednak ze względu na ich niską odnawialność zasoby eksploatacyjne tych wód szacuje się na ok. 16 km3 na rok [1.17]. Wskaźnik dostępności wody na osobę (iloraz średniego rocznego odpływu do ilości mieszkańców) na terenie Polski wynosi ok. 1600 m3 i jest niemal trzykrotnie niższy niż jego średni europejski odpowiednik (4500 m3). Na ? obszaru kraju pojawiają się okresowe deficyty wody. Niedobory wody najbardziej są odczuwalne na terenach Wielkopolski i Mazowsza. Jednak pomimo stosunkowo małych zasobów wodnych jednym z powtarzających się problemów występujących na terenach Polski są powodzie. Oznacza to, że aktualny stopień rozwoju gospodarki wodnej nie jest wystarczający.

Najważniejsze wskaźniki dotyczące stopnia rozwoju gospodarki wodnej w Polsce można scharakteryzować następująco [1.17]:

- Budowle hydrotechniczne - na polskich rzekach znajduje się kilkadziesiąt tysięcy różnych budowli hydrotechnicznych. W większości są to obiekty będące w administracji wojewódzkich zarządów melioracji i urządzeń wodnych, służące produkcji rolnej, a część z nich jest wpisana do rejestru zabytków. Zalicza się do nich m.in.: 3 tys. przepustów i śluz wałowych, ponad 6 tys. stacji pomp i 138 zbiorników wodnych. W administracji regionalnych zarządów gospodarki wodnej znajduje się kilkaset obiektów, w tym 27 dużych zbiorników retencyjnych, 12 suchych zbiorników przeciwpowodziowych, 137 jazów i 111 śluz żeglugowych. Niektóre rzeki są całkowicie lub prawie całkowicie skanalizowane, tzn. zabudowane budowlami piętrzącymi: Bóbr, Nysa Łużycka, Nysa Kłodzka, Soła, Radunia, Gwda i inne. Na Wiśle zbudowano 7 stopni piętrzących, z czego 6 na Wiśle Górnej na odcinku od Oświęcimia do Krakowa i stopień Włocławek na Dolnej Wiśle. Odra jest skanalizowana od Koźla do Brzegu Dolnego na długości 187 km. Większość dużych rzek jest częściowo uregulowana; po 1990 r. praktycznie zaprzestano wykonywania nowych budowli regulacyjnych. Stan techniczny budowli hydrotechnicznych jest zły. Według oceny dokonanej w 2004 r. przez Główny Urząd Nadzoru Budowlanego obiekty hydrotechniczne stale piętrzące wodę (zapory ziemne i betonowe, jazy stałe i ruchome, przelewy, śluzy żeglowne, stopnie wodne, wrota przeciwpowodziowe, elektrownie wodne itd.) zagrażające lub mogące zagrażać bezpieczeństwu stanowiły 3,7% ogólnej liczby 1776 badanych obiektów (w 2003 r. było to 3,3%). W grupie obiektów stale piętrzących wodę zagrażających bezpieczeństwu znalazły się: stopień wodny Włocławek (I klasa budowli), śluza Brdyujście (II klasa budowli), stopień wodny z jazem na Czarnej Koneckiej (IV klasa) w woj. świętokrzyskim oraz stopień wodny na rzece Dobra (poza klasą) w woj. opolskim. Według oceny GUNB 44 obiekty mogą stwarzać zagrożenie bezpieczeństwa, w tym: 1 obiekt zaliczany do I klasy, 8 obiektów - do II, 7 - do III oraz 23 - do klasy IV. Spośród 2 300 km odcinków wałów badanych w 2004 r. (obiektów hydrotechnicznych okresowo piętrzących wodę) 27% znajduje się w niedostatecznym stanie i zagraża lub może zagrażać bezpieczeństwu (26,2% w 2003 r.). W ocenie organów nadzoru budowlanego niedostatecznym stanem technicznym odznacza się ponad 2 tys. km obwałowań. - Zbiorniki retencyjne (budowle pozwalające na regulację odpływu) - retencja zbiornikowa w Polsce wynosi ok. 6% średniego rocznego odpływu. Działa ok. 100 zbiorników i stopni wodnych o pojemności powyżej 1 mln m3 w tym połowę stanowią większe obiekty o pojemności powyżej 10 mln m3 każdy. Łączna pojemność zbiorników wynosi ponad 4 mld m3, co stanowi 6,5% odpływu rocznego. W ostatnich latach zrealizowano trzy istotne inwestycje: zbiornik Wióry na Świślinie, zbiornik Świnna Poręba na Skawie, oraz stopień wodny Malczyce na Odrze. Ponadto, samorządy terytorialne występują z licznymi inicjatywami dotyczącymi budowy nowych obiektów. - Potencjał hydroenergetyczny Polski jest szacowany na ok. 12 000 GWh rocznie. Jest on wykorzystywany w ok. 20% (dla porównania we Francji - prawie w 100%, a w Niemczech w ok. 85% [1.20]). W Polsce pracuje ok. 130 elektrowni wodnych w energetyce zawodowej i ponad 600 małych elektrowni (o mocy poniżej 5 MW). Łączna moc zainstalowana elektrowni wodnych wynosi ok. 2200 MW. - Długość dróg wodnych Polski (obejmująca rzeki uznane za śródlądowe drogi wodne i kanały) wynosi ponad 3800 km. Drogi wodne eksploatowane przez żeglugę mają długość 2 700 km. Do żeglugi towarowej wykorzystywane są: Kanał Gliwicki i Odra od Koźla do Szczecina, a w celach turystycznych: Kanał Notecki, Bydgoski, Żerański, Elbląski i Augustowski. Zarządzanie śródlądowymi drogami wodnymi (budowa, rozwój i utrzymanie) pozostaje w resorcie środowiska, z kolei kreowanie polityki transportu wodnego - w resorcie infrastruktury, - Ochrona przeciwpowodziowa to ok. 8500 km wałów przeciwpowodziowych, które chronią ok. 75% obszarów zagrożonych zalewami (co stanowi ok. 4% obszaru kraju). Znaczna część umocnień jest już bardzo długo eksploatowana (60% dłużej niż 50 lat, a 10% powyżej 100 lat). Stała rezerwa przeciwpowodziowa w zbiornikach wynosi ok. 700 mln m3 i jest daleko niewystarczająca. Zaplanowane zbiorniki przeciwpowodziowe powinny zostać zbudowane możliwie szybko, a wśród nich przede wszystkim suchy zbiornik Racibórz na Odrze.

Z przedstawionych powyżej danych wynika, że gospodarka wodna w Polsce wymaga znacznych inwestycji w celu naprawienia wieloletnich zaniedbań.

Informacje na temat podejmowanych w ostatnim okresie działań w dziedzinie budownictwa hydrotechnicznego można znaleźć w następujących dokumentach:

- Strategia Gospodarki Wodnej [1.17], przyjęta w 2005 r. przez Radę Ministrów, określająca podstawowe kierunki rozwoju gospodarki wodnej do 2020 r. Najważniejsze informacje dotyczące działań inwestycyjnych (związanych z budownictwem wodnym) zaplanowanych zgodnie z tą strategią zebrano w tabeli 1.2. - Program ochrony brzegów morskich [1.24], obejmujący swoim zakresem przedsięwzięcia mające na celu zabezpieczenie brzegów morskich przed zjawiskiem erozji, realizowane w latach 2004-2023. Jest nadzorowany przez ministra właściwego do spraw gospodarki morskiej, a realizowany przez dyrektorów urzędów morskich. Program jest finansowany z budżetu państwa i środków pozabudżetowych, a łączne nakłady na finansowanie Programu w całym okresie jego realizacji wyniosą 911 000 000 zł. W tym czasie zaplanowano wykonanie inwestycji przedstawionych w tabeli 1.3 (zestawiono tam przewidziane nakłady z budżetu państwa na realizację wymienionych zadań).

Tabela 1.3. Planowane nakłady na realizację zadań w Programie ochrony brzegów morskich [1.24] - poziom cen z 2001 roku

Lp.

Rejon - odcinek brzegu

Zadanie

Nakłady ogółem [w tys. zł]

1.

Zalew Wiślany

sztuczne zasilanie,

modernizacja umocnień brzegowych,

monitoring i badania dotyczące ustalenia aktualnego stanu brzegu morskiego

35 000

2.

Zatoka Gdańska

sztuczne zasilanie,

modernizacja i budowa umocnień brzegowych

126 000*

3.

Półwysep Helski

sztuczne zasilanie,

modernizacja i budowa umocnień brzegowych,

system przesyłowy przy porcie Władysławowo

244 000*

4.

Otwarte morze

sztuczne zasilanie,

modernizacja umocnień brzegowych, odwodnienie klifu w Jastrzębiej Górze

486 000*

5.

Zalew Szczeciński wraz

ze Świną, Dziwną, oraz

Zalewem Kamieńskim

sztuczne zasilanie,

modernizacja umocnień brzegowych,

monitoring i badania dotyczące ustalenia

aktualnego stanu brzegu morskiego

20 000

*) w tym koszty monitoringu i badań dotyczące ustalenia aktualnego stanu brzegu morskiego

- Ustawa o ratyfikacji Europejskiego porozumienia w sprawie głównych śródlądowych dróg wodnych o znaczeniu międzynarodowym (AGN) [1.25] - Uchwała Rady Ministrów w sprawie przyjęcia Założeń do planów rozwoju śródlądowych dróg wodnych w Polsce na lata 2016-2020 z perspektywą do roku 2030 [1.22], w której ujęto podstawowy plan inwestycji niezbędnych do przeprowadzenia w celu dostosowania naszych śródlądowych dróg wodnych o znaczeniu międzynarodowym do wymagań związanych z ratyfikacją warunków europejskiego porozumienia [1.25]. Porównując dane zawarte w tabelach 1.2 i 1.4 i 1.5 można zauważyć istotne zmiany, które dotyczą rozszerzenia skali planowanych inwestycji. - Ustawa o inwestycjach w zakresie budowy drogi wodnej łączącej Zalew Wiślany z Zatoką Gdańską [1.26, 1.28], w której omówiono założenia dotyczące wybudowania nowej drogi wodnej łączącej Zatokę Gdańską z Zalewem Wiślanym, poprzez wykonanie przekopu przez Mierzeję Wiślaną. Zaplanowany wstępnie koszt inwestycji ma wynieść ok. 880 mln zł. Według proponowanych rozwiązań kanał żeglugowy przez Mierzeję Wiślaną będzie miał 1,3 km długości i 5 metrów głębokości. Ma umożliwić wpływanie do portu w Elblągu jednostek o parametrach morskich, tj. zanurzeniu do 4 m, długości 100 m, szerokości 20 m. - Ustawa Prawo wodne [1.27], która zmieniła obowiązującą dotychczas ustawę z dnia 18 lipca 2001 r.

W najbliższym czasie m.in. w związku z ratyfikacją przez Polskę europejskiego porozumienia w sprawie głównych śródlądowych dróg wodnych o znaczeniu międzynarodowym (AGN - European Agreement on Main Inland Waterways of International Importance) [1.25] planowane są w tej dziedzinie znaczące inwestycje. Konwencja AGN zobowiązuje Polskę do dostosowania naszych głównych dróg wodnych do co najmniej IV klasy żeglowności umożliwiającej żeglugę statkom i barkom o zanurzeniu do 260 cm przez 240 dni w roku (zapewnienia głębokości tranzytowej na szlaku min. 2,5 m). Klasy niższe nie uprawniają do korzystania ze środków TEN-T (transeuropejskie korytarze transportowe UE). Na terytorium Polski znajdują się trzy szlaki wodne w ramach europejskiego systemu śródlądowych dróg wodnych o znaczeniu międzynarodowym: droga wodna E40 łącząca Morze Bałtyckie od Gdańska z Morzem Czarnym w Odessie, droga wodna E30 przebiegająca Odrzańską Drogą Wodną, łącząca Morze Bałtyckie w Świnoujściu z Dunajem w Bratysławie oraz droga wodna E70 łącząca Odrę z zalewem Wiślanym i stanowiąca część europejskiego szlaku komunikacyjnego Wschód-Zachód, łączącego Kłajpedę z Rotterdamem. Dostosowanie ich do wymagań określonych w ratyfikowanym przez Polskę porozumieniu [1.25] wiąże się z koniecznością realizacji nowych inwestycji, gdyż aktualnie drogi wodne na terenie Polski, z wyjątkiem krótkich odcinków na dolnej Odrze, nie spełniają minimalnych międzynarodowych warunków żeglowności określonych przez Konwencję AGN. Pierwszym, istotnym krokiem dla rozbudowy lub modernizacji śródlądowych dróg w Polsce było przyjęcie w czerwcu 2016 r. przez Radę Ministrów Założeń do planów rozwoju śródlądowych dróg wodnych w Polsce do roku 2020 z perspektywą do 2030 [1.22] - strategicznego dokumentu określającego perspektywę tworzenia warunków do rozwoju transportu śródlądowego w Polsce.

Zakres planowanych działań jest szeroki i obejmuje wiele różnych rodzajów inwestycji. W kolejnych podrozdziałach zostaną omówione cztery wybrane grupy szczególnie aktualnych zagadnień: ochrona brzegu morskiego, ochrona przeciwpowodziowa, wykorzystanie siły wody do celów energetycznych oraz plany rozwoju budownictwa śródlądowego. Zostaną też krótko scharakteryzowane wybrane akty prawne, istotne z punktu widzenia budownictwa wodnego.

1.4. Ochrona brzegów morskich

Problem ochrony brzegów morskich jest kwestią istotną dla wielu państw europejskich, gdyż potencjalne zagrożenia związane z powodziami dotyczą dużej części strefy brzegowej i wielu zamieszkujących ją ludzi. Żeby uzmysłowić sobie skalę problemu wystarczy przytoczyć kilka faktów. Duże obszary Europy położone są na niewielkiej wysokości ponad poziomem morza. Ponad 50 mln ludzi żyje na wysokości mniejszej niż 10 m nad poziomem morza (20 mln zamieszkuje tereny o wysokości do 1 m nad poziomem morza). Niektóre regiony Europy wielokrotnie w przeszłości odczuwały skutki powodzi i aktualnie szereg technologii i wiele funduszy jest włączonych do ich ochrony. Na przykład od 1982 roku stosowane są nowoczesne bariery przeciwpowodziowe na Tamizie (rys. 1.1a), niedaleko Londynu. W przypadku zagrożenia powodziowego są one zamykane w czasie przypływu (stanowiąc barierę dla podniesionego poziomu wód), a w czasie odpływu są otwierane, by zwiększyć przepływ rzeki w kierunku morza. W południowo-zachodniej Holandii z powodzeniem jest realizowany program Delta Works mający na celu zabezpieczenie dużego obszaru strefy brzegowej przed zalewaniem przez morze. Wybudowano tam zintegrowany system barier przeciwpowodziowych (tam, śluz, grobli), których zadaniem jest powstrzymanie nagłego przypływu sztormowego (rys. 1.1b). W Wenecji, we Włoszech, jest realizowany projekt MOSE (Modulo Sperimentale Elettromeccanico - po włosku znaczy także "Mojżesz"), w wyniku którego mają powstać trzy ruchome zabezpieczenia umożliwiające czasowe odizolowywanie (podczas przypływów) weneckiej laguny od Adriatyku. Celem realizacji programu jest ochrona miasta przed pływami o wysokości do 3 m.

Rys. 1.1. Przykłady ochrony przeciwpowodziowej w Europie: a) Bariery przeciwpowodziowe na Tamizie (Wielka Brytania), b) Oosterscheldekering największy z trzynastu obiektów wchodzących w skład Delta Works (Holandia) (en.wikipedia.or)

Polskie brzegi południowego Bałtyku to głównie wydmy (78%), klify (19%) i brzegi niskie/nizinne (3%) [1.31]. Najważniejsze fakty dotyczące procesów erozyjnych na polskim wybrzeżu i aktualnie przyjętych strategii dotyczących ochrony brzegów morskich można streścić następująco [1.9, 1.11, 1.12, 1.31]:

- Procesy erozyjne występują na wybrzeżu polskim od wieków. Od lat obserwuje się efekty niszczycielskiej działalności morza. Do najbardziej znanych przypadków zaliczyć można historię wybudowanego na przełomie XIV i XV wieku kościoła św. Mikołaja w Trzęsaczu (rys. 1.2) oraz willi Becka (stojącej na osuwającym się klifie w Jastrzębiej Górze - rys. 1.3). Świątynia Św. Mikołaja pierwotnie wzniesiona w odległości ok. 1,8-2 km od brzegu morza, pośrodku wsi, uległa zniszczeniu w wyniku procesów abrazyjnych. Do dzisiaj zachowała się jedynie południowa ściana kościoła znajdująca się u szczytu klifu. Zniszczeniu uległa Willa Becka stojąca na osuwającym się klifie w Jastrzębiej Górze (rys. 1.3b).

Rys. 1.2. Kościól w Trzęsaczu: a) 1870 r., b) 2007 r. (fot. Remigiusz Józefowicz; [1.9])

Rys. 1.3 Widok willi Becka w Jastrzębiej Górze: a) przed zniszczeniem (fot. portal Jastrzębia Góra on-line: galeria), b) po zniszczeniu części budynku w 2002 r. (fot. Archiwum RMF)

- Od wieków buduje się zabezpieczenia brzegu morskiego. Pierwsza, nieskuteczna próba ochrony kościoła w Trzęsaczu miała miejsce pod koniec XVIII wieku - ułożono wówczas na plaży, u podstawy klifu, wał z kamieni. Kolejna próba zatrzymania osuwania się klifu polegała na budowie, na płyciźnie wzdłuż brzegu, wału z bloków skalnych, co spowodować miało osłabienie falowania morza w tym miejscu. Dwa i pół wieku później problem zabezpieczenia obiektu nadal nie był rozwiązany. W 1994 r., po runięciu znacznego fragmentu ściany południowej kościoła, podjęto energiczne działania mające na celu uchronienie jego pozostałości przed osunięciem się na plażę. W 2001 r. zbudowano u podstawy klifu opaskę, która miała przeciwdziałać jego niszczeniu. Rok później wykonano nowy fundament pod ruiny kościoła, oraz wzmocniono jego posadowienie za pomocą dwóch pionowych kolumn wapienno-cementowych o długości 15 m oraz ukośnej kotwy gruntowej, również o długości 15 m. Podstawę klifu i zbocze zabezpieczono 80-metrową opaską brzegową w postaci koszy z siatki wypełnionych materiałem kamiennym, na których umieszczono materace wypełnione materiałem umożliwiającym zazielenienie tego obszaru (rys. 1.4). - W ciągu ostatnich kilkudziesięciu lat nastąpiła dewastacja strefy brzegowej polskiego wybrzeża. Wiek XX to okres rozwoju masowej turystyki i budowy ośrodków wczasowych w bezpośrednim sąsiedztwie morza. Fakt ten przyczynił się do rozwoju procesów erozyjnych na polskim wybrzeżu. - Obserwowany jest wzrost poziomu morza i liczby spiętrzeń sztormowych - Występuje duża skala procesów erozyjnych. W ostatnich dziesięcioleciach na ponad 70% polskiego brzegu odnotowano procesy erozyjne. Średnie roczne tempo cofania się brzegu w latach 1975-1983 wynosiło ok. 0,9 m/rok. Szacuje się, że roczne przesuwanie się linii brzegowej o ok. 0,10 m/rok oznacza utratę powierzchni lądu równą ok. 37 tys. m2/rok. Liczby te pokazują skalę zjawisk erozyjnych na polskim wybrzeżu i rangę problemu, który stoi przed organami opracowującymi strategię ochrony brzegów morskich. - Naturalne (najlepsze) sposoby zabezpieczenia brzegu morskiego przed erozją często nie wystarczają i trzeba sięgać po jedną z metod sztucznej ochrony brzegów morskich. Obecnie ok. 25% polskiego wybrzeża jest sztucznie chronione. - Wiodącą metodą stosowaną do wspomagania utrzymania plaż na odcinkach wybrzeża zagrożonych erozją jest sztuczne zasilanie brzegu. Metoda ta polega na poborze piasku z wybranych obszarów lądowych lub morskich i wykorzystaniu tego materiału do ochrony przed erozją zagrożonych odcinków wybrzeża poprzez poszerzenie plaży, spłycenie podbrzeża lub budowę wydmy. Do zalet tej metody można zaliczyć następujące elementy: technologia ta jest zbliżona do naturalnych metod ochrony brzegu, jej stosowanie nie wymaga wznoszenia żadnych konstrukcji hydrotechnicznych i tym samym nie wpływa na ograniczenie atrakcyjności turystycznej chronionego brzegu, wprowadza tylko niewielkie zaburzenia w naturalnych procesach zachodzących na brzegu, jest szybka w realizacji. Do jej mankamentów należą: konieczność okresowych powtórzeń, problemy z wyborem miejsc, z których pobiera się materiał do sztucznego zasilenia brzegu oraz konieczność całkowitego pokrycia kosztów ze środków krajowych (brak możliwości dofinansowania inwestycji z funduszy europejskich). - Inne techniczne metody ochrony brzegu stosowane na polskim wybrzeżu to: ostrogi brzegowe, falochrony brzegowe oraz progi podwodne. Wspólną wadą wszystkich wymienionych powyżej technik ochrony wybrzeża jest ich wysoki koszt, zaletą zaś fakt, że praktycznie (poza falochronami wynurzonymi) w bardzo małym stopniu ograniczają walory rekreacyjne chronionych obszarów. - Wśród nowych trendów w technologii budowy falochronów i progów podwodnych można wymienić: wykorzystanie geosyntetyków w trakcie budowy tych umocnień oraz wykonywanie sztucznych raf pełniących zadania progów podwodnych. Zasady budowy i pracy geosyntetycznych budowli wzmacniających brzeg morski zostaną szerzej omówione w dalszej części opracowania. Sztuczne rafy zaś to technologia ochrony brzegów morskich opracowana w latach dziewięćdziesiątych XX wieku w Japonii. Idea budowy tego typu umocnień polega na zaprojektowaniu i wykonaniu podwodnego progu działającego w dużym uproszczeniu jak naturalne rafy koralowe.

Współczesna wiedza i możliwości technologiczne umożliwiają już skuteczną ochronę/aktywne kształtowanie dowolnego odcinka linii brzegowej. Przed podjęciem decyzji o budowie konstrukcji ochronnej i wyborze technologii zastosowanej do jej wykonania należy przeprowadzić bilans zysków i strat, które wystąpią w efekcie realizacji planowanej inwestycji (tab. 1.6). Wiadomo bowiem, że budowa konstrukcji hydrotechnicznych może mieć negatywny wpływ zarówno na środowisko naturalne, jak i na tempo erozji sąsiednich odcinków linii brzegowej. Wykonanie takiej analizy wymaga nieraz zaangażowania specjalistów z różnych dziedzin (geotechników, geologów, biologów, ekologów itd.).

Tabela 1.7. Podział budowli ochronnych brzegów morskich

Lp.

Kryterium podziału

Rodzaje budowli

1.

Usytuowanie względem linii brzegowej

wzdłużbrzegowe (opaski brzegowe, falochrony brzegowe, progi podwodne),

usytuowane poprzecznie do linii brzegowej (ostrogi brzegowe)

2.

Rodzaj konstrukcji

opaski brzegowe: masywne ściany oporowe, ścianki szczelne, palisady, okładziny ciągłe, blokowe i narzutowe lub wykonane w kombinacji tych konstrukcji,

falochrony brzegowe: odcinkowe i ciągłe,

progi podwodne: konstrukcje ciągłe,

ostrogi brzegowe: konstrukcje stawiane, wbijane, narzutowe

3.

Funkcja, jaką pełni konstrukcja

odbijanie fal, rozproszenie energii falowania, zapobieganie rozmyciu skarp naturalnych i sztucznych brzegu morskiego, zmniejszenie wzdłużbrzegowego transportu rumowiska, akumulacji rumowiska, rozbudowa brzegu morskiego

4.

Rodzaj metody stosowanej w celu ochrony brzegu

biologiczna (naturalna) - budowa płotków faszynowych, sadzenie traw, zakrzewianie, zalesianie

techniczna (sztuczne): sztuczne zasilanie brzegu, wały przeciwsztormowe, opaski, ostrogi, falochrony brzegowe, progi podwodne

5.

Wpływ na środowisko naturalne

metody "miękkie" (ang. soft) - o małym (najlepiej minimalnym) wpływie na środowisko naturalne;

metody "twarde" (ang. hard) - mające istotny wpływ na środowisko naturalne

6.

Rodzaj materiału użytego do budowy konstrukcji ochronnej

budowle:

betonowe, kamienne, drewniane itd.

Do budowy konstrukcji ochronnej można zastosować wiele różnych rozwiązań technologicznych (tab. 1.7). Podstawowe zalety i wady metod najczęściej stosowanych zestawiono w tabeli 1.9. Dokonując wyboru techniki ochrony brzegu morskiego, należy przede wszystkim mieć na uwadze:

- Cel budowy (funkcję, którą konstrukcja ochronna ma pełnić) - może nią być na przyklad ochrona przed powodzią, zabezpieczenie odcinka brzegu klifowego przed erozją, utrzymanie istniejącej linii brzegowej lub odbudowa plaży; - Wymagany stopień przeciwdziałania procesom niszczącym (całkowite ich powstrzymanie, częściowe ograniczenie, np. zmniejszenie tempa erozji brzegu morskiego, czy też stworzenie warunków do odbudowy plaży); - Wymaganą niezawodność pracy konstrukcji (stopień bezpieczeństwa, jaki musi gwarantować wykonane umocnienie - w tym możliwe konsekwencje mniejszej niż zakładana skuteczności jego pracy).

Współcześnie stosowane sposoby ochrony brzegów morskich można podzielić na dwie zasadnicze grupy: metody naturalne oraz metody techniczne. Metody naturalne opierają się na inicjowaniu i wspomaganiu naturalnych sposobów wzmacniania i odbudowy brzegów morskich. Zalicza się do nich takie działania jak: budowa wydmotwórczych płotków faszynowych, sadzenie traw, zakrzewianie i zalesianie wydm. Skuteczność tych metod zależy przede wszystkim od intensywności występujących procesów erozyjnych w danym rejonie i stopnia zagrożenia obiektów, które wymagają ochrony. Metody naturalne sprawdzają się jako wyłączny sposób ochrony brzegu wtedy, gdy erozja nie jest zbyt silna, a w bezpośredniej bliskości brzegu nie ma zagrożonych utratą stateczności obiektów budowlanych i ewentualne konsekwencje mniejszej od zakładanej efektywności ich działania nie spowodują istotnych strat i zagrożeń w obrębie chronionego odcinka linii brzegowej. Gdy warunki te nie są spełnione, metody naturalne należy łączyć bądź też zastąpić przez techniczne metody wzmacniania brzegów morskich. Stanowią one zazwyczaj istotną, niekiedy nieodwracalną ingerencję w środowisko naturalne, często związane są z budową na wybrzeżu sztucznych instalacji i z reguły wymagają zaangażowania znacznych środków finansowych.

Wraz z rozwojem technologicznym oraz wzrostem poziomu wiedzy ekologicznej wzrastają wymagania, które muszą spełniać nowo wznoszone konstrukcje ochronne brzegów morskich. Obecnie nie wystarcza już, by budowla skutecznie pełniła swoją funkcję, a dokonując wyboru rodzaju jej konstrukcji trzeba brać pod uwagę znacznie więcej aspektów, wymienionych w tabeli 1.8.

Tabela 1.9. Zalety i wady najczęściej stosowanych rozwiązań w ochronie brzegów morskich [1.18]

Lp.

Rodzaj konstrukcji

ochronnej

Krótka charakterystyka

Zalety

Wady

1.

Sztuczne zasilanie brzegu

- pobór piasku z wybranego obszaru lądowego lub morskiego, - transport do zasilanego odcinka brzegu i złożenie na tym odcinku w celu poszerzenia plaży, spłycenia podbrzeża, lub budowy wydmy - metoda najbliższa naturalnej metodzie ochrony brzegu, - nie wznosi się żadnej konstrukcji hydrotechnicznej, - wprowadza stosunkowo niewielkie zaburzenia w naturalnych procesach zachodzących na brzegu, - szybka w realizacji - metoda wymagająca cyklicznych powtórzeń, - konieczność posiadania odpowiednio zasobnych źródeł poboru materiału zasilającego w niedużych odległościach, - problemy związane z ochroną środowiska w miejscach poboru materiału (niszczenie siedlisk ptaków, roślinności itd.), - brak możliwości dofinansowania inwestycji z funduszy europejskich

2.

Falochrony brzegowe

- aktywnie oddziałują na brzeg, - są usytuowane w strefie brzegowej równolegle do brzegu, -   - korzystne warunki do odkładania się osadów w cieniu falochronów, - trwały przyrost brzegu w chronionym obszarze, - wysoki koszt, - erozja plaży na przyległych odcinkach, - intensyfikacja prądów w sąsiedztwie budowli, -  

 

 

- mogą być budowane jako wynurzone lub zanurzone - redukcja oddziaływania falowania na plażę, - zachowanie walorów rekreacyjnych plaż (konstrukcje zanurzone) - pogorszenie walorów krajobrazowych dla konstrukcji wynurzonych

3.

Progi podwodne

- aktywnie oddziałują na brzegi, - zatrzymują rumowisko wynoszone z brzegu w kierunku morza, - spłycają podbrzeże, - z reguły są stosowane łącznie ze sztucznym zasilaniem brzegu - minimalny wpływ na erozję sąsiednich odcinków brzegów, - zachowanie rekreacyjnych walorów plaż (progi są niewidoczne dla przebywających na plażach turystów), - istotne wspomaganie sztucznego zasilania plaż, - zmniejszenie fal działających na brzeg morski - wysoki koszt, - wymaga szczególnie starannego zaprojektowania, - wymaga systematycznego monitoringu i konserwacji

4.

Ostrogi brzegowe

- budowle aktywne (przechwytują piasek transportowany przez fale i prądy), - usytuowane prostopadle do linii brzegowej, - z reguły budowane w postaci rzędów drewnianych pali - zachowanie walorów rekreacyjnych plaż, - przyczynianie się (głównie w początkowym okresie) do odbudowy i poszerzania plaż, - wspomaganie utrzymania odłożonego na brzegu refulatu - przegłębianie dna w sąsiedztwie budowli, głównie w rejonie głowic, - rozwój zatok erozyjnych na zakończeniu grupy ostróg, - ograniczona w czasie skuteczność działania, - duża podatność na zniszczenie konstrukcji

1.5. Ochrona przeciwpowodziowa

W Polsce ok. 2 mln ha gruntów rolnych (tzn. ok. 7% powierzchni kraju) jest zagrożonych powodziami. Dlatego tak ważne jest opracowanie skutecznych strategii ochrony przeciwpowodziowej. Dostępne środki ochrony przeciwpowodziowej dzieli się na techniczne i nietechniczne (tab. 1.10).

Wybór optymalnej strategii przeciwpowodziowej w celu ochrony konkretnego obszaru musi uwzględniać aspekty bezpieczeństwa, ochrony środowiska i gospodarcze. Najpowszechniejszym środkiem ochrony przeciwpowodziowej w Polsce są wały przeciwpowodziowe. Ich całkowita długość wynosi ok. 8500 km [1.8]. Wały przeciwpowodziowe, jako stałe budowle hydrotechniczne, są zaliczane pod względem ważności do jednej z czterech klas. W Polsce 35% obwałowań to wały klasy IV (najniższej), chroniące obszary o powierzchni poniżej 10 km2. Szacuje się, że ich budowa zmniejszyła powierzchnię zalewanych obszarów o ok. 25%. Do celów ochrony przeciwpowodziowej wykorzystuje się też 28 dużych, wielozadaniowych zbiorników wodnych i 11 suchych oraz nieliczne poldery.

Aktualny stan ochrony przeciwpowodziowej można streścić w następujących punktach:

- Obiektów zbiornikowych jest za mało, dysponują one w większości niedostateczną pojemnością powodziową, brakuje ich w wielu miejscach newralgicznych ze względu na formowanie się wezbrań. Pojemność całkowita wszystkich zbiorników w Polsce stanowi około 6% objętości średniego odpływu rocznego z terytorium kraju. W większości krajów europejskich wskaźnik ten jest wyższy i wynosi nawet do 30%. - Stan części obiektów hydrotechnicznych budzi zastrzeżenia. Według danych z 2008 r. jedyną budowlą hydrotechniczną niespełniającą kryteriów bezpieczeństwa (spośród administrowanych przez RZGW) była śluza Brdyujście, już wcześniej wyłączona z eksploatacji, ale stan mogący zagrażać bezpieczeństwu stwierdzono w przypadku 29 obiektów: 4 klasy I, 15 klasy II, 9 klasy III i 1 klasy IV. Przyczynami złego stanu technicznego budowli hydrotechnicznych były: starzenie się konstrukcji, związane z ich zaawansowanym wiekiem oraz trudnymi warunkami eksploatacji, oraz ekstremalne obciążenia budowli w okresie wezbrań. Czynniki te, typowe dla obiektów budownictwa wodnego, potęgują swoje destrukcyjne działanie, gdy zakres prac utrzymaniowych, remontowych i modernizacyjnych jest niewystarczający. - Niedostateczne finansowanie działań w zakresie utrzymania i remontów przeciwpowodziowych budowli hydrotechnicznych uznaje się za podstawowy powód zaniedbań. Przyjmuje się, że właściwy poziom utrzymania obiektów budownictwa wodnego zapewniają roczne nakłady w wysokości 2-3% wartości budowli. W Polsce pozostają one w granicach 0,4-0,6%, czyli stanowią 1/5 potrzeb [1.8]. - Podniesienie skuteczności ochrony przed powodzią jest jednym z trzech głównych celów wymienionych w przyjętej Strategii Gospodarki Wodnej. Cel ten planuje się osiągnąć m.in. poprzez poprawę stanu technicznego budowli hydrotechnicznych zagrażających bezpieczeństwu, w tym obowiązkowe wykonywanie robót remontowych i modernizacyjnych na podstawie monitoringu sprawności technicznej oraz budowę i modernizację urządzeń przeciwpowodziowych (zbiorników, stopni, wałów przeciwpowodziowych, polderów) [1.9].

Przypisy