Praktyczne problemy zagospodarowania wód opadowych

W skład melioracji miejskich wchodzą różnorodne elementy, takie jak: cieki naturalne i sztuczne, zbiorniki naturalne i sztuczne, kanały otwarte i zamknięte, poldery oraz melioracje budowlane. Ich znaczenie jest zależne od warunków lokalnych, przy czym nierzadko bardzo ważne są również melioracje rolne, w tym znajdujące się na obszarach miejskich. Ponadto zagadnienie nie powinno być rozpatrywane w kategoriach obszaru administracyjnego. Zasadniczą rolę odgrywa tu „zlewnia” i „wododziały”, a szczególne znaczenie posiadają warunki lokalne, stąd w ogóle trudno mówić o „uśrednieniach”. Zagadnienia związane z praktycznymi rozwiązaniami w zakresie zagospodarowania wód opadowych są zdominowane przez wiele bardzo ważnych czynników. Należą do nich m.in.: relatywność ocen ilościowych, brak wiarygodnej informacji o opadach, niejednoznaczność zapisów w istniejących regulacjach prawnych, stanowisko władz samorządowych starających się funkcjonować od okazji do okazji nawet kosztem degradacji systemów oraz problem konsekwencji minimalizacji kosztów. Ponadto rodzi się pytanie, czy w obecnym stanie prawnym gmina naprawdę musi angażować się w kosztowne wieloletnie inwestycje? Problemem jest również lekceważenie ze strony wszystkich uczestników procesu budowlanego – inwestora, projektanta i wykonawcy, a także łatwość popełniania błędów ilościowych również w fazie wykonawstwa.

 

Zjawiska meteorologiczne mają charakter losowy, z tego też wynikają charakterystyczne problemy oszacowań. Przede wszystkim nie jest możliwe wiarygodne określenie przyszłych obciążeń, można co najwyżej dążyć do tego, aby zastosowane urządzenia mogły funkcjonować w sytuacji wystąpienia opadu o określonym prawdopodobieństwie. W polskich warunkach zasadnicze znaczenie ma brak dostatecznie wiarygodnych obserwacji meteorologicznych. Projektowanie sprowadza się do przyjmowania uśrednionych wartości, wzory empiryczne zostały określone dla konkretnej lokalizacji kilkadziesiąt lat temu i w tej sytuacji trudno oczekiwać, aby były one wystarczająco wiarygodne. Dodatkowym problemem stają się systematyczne zmiany warunków spływu. Potrzebna jest przede wszystkim większa elastyczność postępowania, w tym unikanie zamykania się w granicach administracyjnych. Bardzo ważne jest ze względu na gwałtowność zjawisk meteorologicznych rezygnacja z rozwiązań wytłumiających przepływ.

 

Polska tradycja w zakresie normalnie funkcjonującej gospodarki wodno-ściekowej jest stosunkowo uboga. W zmianach wprowadzonych po 1989 r.^1,2 systematycznie pomija się zagadnienia wód opadowych. Wprawdzie w ustawie o publicznych wodociągach i kanalizacji oraz prawie wodnym wybrane spływy kwalifikuje się do „ścieków”, jednak kryteria są mało precyzyjne. Ostatecznie w sytuacji pełnej komercjalizacji gospodarki wodno-ściekowej wody opadowe i pozostałe problemy melioracji miejskich pozostają bez określenia zobowiązań i wskazania jednoznacznego sposobu finansowania. Ponadto finansowanie kanalizacji wód opadowych to tylko część niezbędnych nakładów, a oparcie się na zaliczeniu do ścieków części spływu, w tym wyłączenie powierzchni dachów, tworzy nowe koszty i ogranicza wpływy. W tej sytuacji można spodziewać się zróżnicowanej polityki w poszczególnych gminach.

Bardzo łatwo jest o lekceważenie problemu wód opadowych – obok całkowitego zaniechania i używania gorszych rozwiązań materiałowych istotnym problemem staje się jakość eksploatacji. Powierzenie jej dość przypadkowej firmie wyłonionej drogą przetargu grozi brakiem profesjonalizmu i zaniechaniami. Ponadto ze względu na procedury przetargowe prawdopodobny jest brak fachowego eksploatatora – w sytuacji skrajnej w jednym z większych polskich miast znaczna część systemu przez ponad pół roku wogóle go nie posiadała. Przypadkowy eksploatator z reguły nie dysponuje odpowiednim wyposażeniem. Powierzenie gospodarki wodami opadowymi komercyjnemu, z mocy ustawy, przedsiębiorstwu wodociągów i kanalizacji bez zapewnienia odpowiednich środków równieżprowadzi do dwuznacznych sytuacji.

Występują postawy przeciwne, stwarzające problemy tam, gdzie ich nie ma. Nadinterpretacja zapisu o „ściekach” skutkuje żądaniami włączania do kanalizacji nieruchomości, które w ogóle tego nie potrzebują. W skrajnych sytuacjach długości przyłączy sięgają 100 m, wręcz wymaga się pokonania wododziałów. Równocześnie w miejscowości dość przeciętnej wielkości demonizuje się spływy wód opadowych, próbując na wylotach wszystkich kolektorów wykonać separatory koalescencyjne, nierzadko poniżej poziomu wody odbiornika i na obszarze zalewowym. Mają być one eksploatowane siłami lokalnymi, które są w stanie podjąć się wszystkiego – tylko czy ostatecznie dadzą sobie radę? Koszty fachowego serwisowania są odczuwalne. Pojawiają się wątpliwości, jak znaczna część już wykonanych separatorów koalescencyjnych jest wystarczająco dobrze eksploatowana?

 

Mówiąc o analizie stanu istniejących systemów zagospodarowania wód opadowych szczególnym problemem jest określenie poziomu odniesienia, na ogół podstawowego kryterium, jakim jest graniczna zdolność do spełniania swoich funkcji. W tradycyjnym ujęciu (tab. 1) wszystko wydaje się być proste, jednak również tu pojawia się problem, w jakim stopniu istniejące i eksploatowane elementy są w stanie zachować zdolność do pracy w określonych warunkach. Istotą zagadnienia jest to, czy i w jakim zakresie prowadzi się tu analizy – z napływających fragmentarycznych informacji można spodziewać się przeciążenia od kilkunastu do kilkudziesięciu procent kolektorów.

 

Tab. 1. Prawdopodobieństwo opadu obliczeniowego w uzależnieniu od przeznaczenia kanalizacji – tradycyjne ujęcie

 

Dodatkowe komplikacje powstaną, gdy uwzględni się filozofię normy PN-EN 752, wprowadzającą zasadę zapewnienia odbiorcy usług minimalnego komfortu (tab. 2). Od razu trzeba się zgodzić, że samo zdefiniowanie wielkości opadu zgodnego z normą EN 752 jest co najmniej bardzo problematyczne – jak długie musiałyby być dostatecznie obserwacje meteorologiczne dla zdefiniowania opadu 30-letniego, a zwłaszcza 50-letniego? Opierając się na rekomendacjach niemieckich (ATV A118) w grę wchodziłyby okresy co najmniej 50-100 lat. Nawet bez porównania łagodniejsze zalecenia amerykańskie wymagają w tym celu dysponowania dostatecznie wiarygodnymi danymi z okresu co najmniej 20 lat.

 

Tab. 2. Obliczeniowa częstotliwość wystąpienia opadu wg normy europejskiej oraz wytycznej ATV A118³

 

Bardziej wiarygodne wydają się być zalecenia niemieckie, jednak barierą pozostaje długość okresu, z którego dysponuje się wiarygodnym materiałem porównawczym. Trzeba bezwzględnie stwierdzić, że niezależnie od chęci autorów EN 752 dostatecznie wiarygodne zdefiniowanie opadu 50-letniego jest przy obecnym stanie wiedzy niemożliwe. Równocześnie zaprojektowanie urządzeń równocześnie na normowe obciążenie podstawowe i sprawdzające jest technicznie bardzo wątpliwe. Ostatecznie zalecenia normy stara się urealnić wytyczna ATV A118 (1999), w sposób istotny ograniczająca dysproporcje między przepływem projektowym a sprawdzającym (tab. 2). Korzystając z materiałów niemieckich, wykonano szereg obliczeń symulacyjnych, których rezultaty pozwalają spodziewać się, że jeżeli przepływ obliczeniowy spełni proporcję napełnień: dla dość przeciętnych warunków h/D = 0,6-0,7, a dla warunków górskich h/D = 0,5, to zostaną równocześnie spełnione obydwa warunki zapisane w ATV A118. Nadwyżka przekroju w stosunku do przepływu obliczeniowego nie może być traktowana jako „rezerwa rozwojowa.

Jeżeli przyjąć jako podstawę oceny zdolności systemu kryterium ATV A118, oczywista jest konieczność elastycznego postępowania przy rozbudowie istniejących systemów zagospodarowania wód opadowych. W polskich realiach szczególnym problemem jest projektowanie opanowane przez schematyzm, gdzie np. żądanie sprawdzenia, czy istniejący, stosunkowo nieduży kolektor ogólnospławny będzie w stanie przyjąć ścieki z sąsiedniej miejscowości traktowane jest w kategorii czepiania się. Nadal jeszcze występują sytuacje, gdy przy przebudowie drogi nie prowadzone są odpowiednie adaptacje odwodnień drogowych. Trudno jest jednoznacznie ocenić kryterium konieczności wymiany sieci – abstrahując od określenia stanu krytycznego napełnienia (tab. 1 i 2) pojawia się pytanie, czy można traktować niedowymiarowanie o 1 dymensję jako mało istotne. Wyniki obliczeń są tu dość jednoznaczne – o ile w przypadku kanałów o średnicach Ø200-300 mm różnice są rzeczywiście stosunkowo niewielkie, to rozpoczynając od Ø400 mm stają się one istotne. Oczywiście nie oznacza to bezwzględnej konieczności budowy nowego kanału – przepustowość można powiększyć przez wprowadzenie zbiornika retencyjnego.

Przy projektowaniu pojawiają się konsekwencje zmienionych zasad planowania zagospodarowania przestrzennego^{4, 5}, stwarzające szczególne problemy dla planowania zagospodarowania wodami opadowymi. Ze względu na specyfikę obecnych rozwiązań, szczególne znaczenie mają działania na poziomie strategii gminy oraz studium uwarunkowań rozwoju przestrzennego. Niezależnie od ogólności tego rodzaju opracowań, są to jedyne plany dla całego obszaru gminy, czego wymaga planowanie zagospodarowania wód opadowych. Stąd pojawia się problem konieczności zmiany sposobu kalkulacji wielkości spływów, w szczególności w odniesieniu do określania wartości retencji. Brakuje bowiem podstaw dla kontynuacji dotychczasowych bilansów w prognozowaniu ilościowym dla gospodarki wodno-ściekowej.

 

W praktyce często pomija się konsekwencje gwałtowności zjawisk meteorologicznych. Lekceważenie tego elementu prowadzi do różnych awarii, skutkujących lokalnymi katastrofami. Szczególnym przykładem może być nieodpowiednie przegrodzenie kolektora przy wykonywaniu obejścia, które w wyniku uderzenia hydraulicznego doprowadziło do zniszczenia samego kolektora, uszkodzenia ważnej magistrali wodociągowej oraz uruchomienia zabudowanej skarpy. Kolejnym przykładem jest awaria w wyniku przecięcia kolektora o przepływie obliczeniowym ok. 7 m³/s i zastąpienie go przewodem tłocznym (ok. Ø150 mm) z pompą o wydajności ok. 0,1 m³/s. Wprawdzie wydajność na tabliczce znamionowej była imponująca, ale wyrażona w m³/h, z drugiej jednak strony – pompownia o wydajności 7 m³/s to obiekt mieszczący się w kategorii polderowej, dysponujący odpowiednio dużym zbiornikiem i nawet minimum wyobraźni powinno do czegoś zobowiązywać.

Sytuacja w zakresie zagospodarowania wód opadowych jest nadal daleko niezadowalająca. Oprócz powstawania poza oficjalną siecią nowoczesnych stacji meteorologicznych wiele więcej się nie zmieniło. Szczególnie niepokoi lekceważenie istniejących problemów, bądź ich demonizacja, co nie sprzyja racjonalnym działaniom.

 

 

 

Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska,

Politechnika Gdańska