Retencja w każdym języku europejskim brzmi prawie tak samo: z rdzenia łacińskiego powstało we Francji ,,retenir’’ , u Anglików ,,retain’’ i tak dalej, przez całą Europę. Słowo to oznacza: zatrzymać, przytrzymać lub zachować.
Po co przytrzymujemy wodę? Tylko dla jej dalszego, świadomego wykorzystania.
Mimo że słowo ,,retencja’’ brzmi tak samo we wszystkich prawie krajach, to podejście do tego ważnego problemu jest bardzo różne, zależne od warunków klimatycznych, budowy geomorfologicznej terenu, rozwoju cywilizacyjnego, typu gospodarki i wreszcie …mody. W Europie Zachodniej już dawno ,,wybrukowano’’ doliny rzeczne a teraz usiłuje się to tu i ówdzie odwrócić, wprowadzając ,,zdziczanie’’ rzek. W ZSRR pobudowano gigantyczne zapory wodne a nawet próbowano skierować wody Jeniseju w dorzecze Amu-Darii. W Armenii wycięto wszystkie lasy i byle deszcz wywołuje podtopienia w dolinach rzek. W Chinach wycięto lasy pod produkcję rolniczą i hodowlę, budując w zamian mega-piętrzenie na rzece Yang-cy. Jeszcze gdzie indziej nie robiono nic, pozostawiając w stanie nienaruszonym naturalne zdolności retencyjne dorzecza, pozostawiając także rozwój cywilizacyjny w stanie sprzed stuleci a bezbronną ludność na łaskę powodzi.
Człowiek od pradawnych czasów lokował swoje siedziby nad rzekami, aby mieć wodę ,,pod ręką’’. Z rzeki brało się wodę do picia, dla potrzeb hodowli i dla potrzeb sanitarnych. Rzeka służyła do transportu, rekreacji i jako wygodne miejsce na śmietnisko i wylewania ścieków i ,,rewanżowała’’ się człowiekowi powodziami, zmiatając raz na jakiś czas jego siedziby. Taki stan trwał do czasu, kiedy zaczął powstawać wielki przemysł, rozwinięte intensywne rolnictwo i wielkie miasta, wymagające dla swego istnienia dużych ilości wody.
W dawnych czasach, kiedy nadchodziła powódź, ludzie po prostu uciekali z dobytkiem na wyżej położone tereny, czekając aż opadnie fala powodziowa. Społeczeństwo zindustrializowane musi natomiast trwać na ,,swoich dobrach’’, skazane na łaskawość rzeki i skuteczność różnego rodzaju zabezpieczeń hydrotechnicznych, jakie zdołało na przestrzeni dziesiątków lat wznieść.
Od czasu, kiedy człowiek mieszkający nad rzeką obrósł na tyle we wszelkiego rodzaju dobytek, że nie mógł już w razie powodzi wziąć go po prostu na plecy i wraz z inwentarzem przenieść się na sąsiednią górkę, rozpoczął się trwający wiele stuleci okres budowy wałów, mających zabezpieczyć mieszkańców przed powodziami. Niestety, rozpoczął się jednocześnie okres dewastacji naturalnej zdolności terenów nadrzecznych do powstrzymywania powodzi: retencji. Retencji gruntowej, leśnej i roślinnej.
Czy zachowanie pierwotnych zdolności retencyjnych mogłoby zabezpieczyć dolinę rzeki i jej mieszkańców przed powodzią? Oczywiście nie, natomiast zdolności retencyjne zlewni rzeki poprawiają znakomicie tzw. współczynnik odpływu powierzchniowego, znacznie spowalniając narastanie fali powodziowej.
Wystarczy sobie uświadomić, że rozwinięta szata roślinna jest w stanie przejąć od 20 do 60 procent opadu atmosferycznego w ciągu pierwszych 2 – 3 dni, a następnie dalsze 10 – 20 procent w ciągu następnych dni. Co to oznacza dla bezpieczeństwa mieszkańców dorzecza? Przede wszystkim to, że nie wystąpią podtopienia i niewielkie powodzie, jakie towarzyszą przejściu krócej trwających opadów nawalnych. Po drugie, tworząca się fala powodziowa ma łagodniejszy charakter a nadchodząca powódź jest znacznie wcześniej sygnalizowana przez naturę, co daje czas na dodatkowe zabezpieczenia.
Czy oprócz zachowania naturalnych zdolności retencyjnych można jakoś naturze pomóc? Oczywiście tak i człowiek stara się to czynić z różnym skutkiem od stuleci, szczególnie na mniejszych ciekach. Te mniejsze cieki zasilają z kolei główny odbiornik (dużą rzekę) ,,mniejszą dawką’’ wezbranej nawalnymi deszczami wody.
Najpopularniejszym i sprawdzonym sposobem wspomożenia retencji, jest budowa nawodnień tzw. stokowych, którym towarzyszyła przeważnie budowa młynów wodnych. Rozwiązanie takie było jednak możliwe tylko tam, gdzie nachylenie poprzeczne doliny rzecznej przekraczało 2 – 5 %. Przy takiej konfiguracji terenu możliwe było wybudowanie niewielkiego piętrzenia i skierowanie płynącej wody na lewą i prawą stronę zboczy doliny rzecznej. Takie dwa niewielkie kanały prowadzą nadwyżki płynącej wody i rozprowadzają ją w podłoże gruntowe, nawadniając przy tym rozległe łąki.
Czy takim systemem wodnym można sterować i czy można pogodzić z natury rzeczy przeciwstawne cele, jakimi są: ochrona przeciwpowodziowa zlewni, produkcja siana i produkcja energii poprzez turbinę zainstalowaną w młynie?
W dawnych czasach, kiedy to niezaawansowane technicznie i proste koła wodne mogły zużytkować ok. 5 – 10% potencjału energetycznego rzeki – problem ten praktycznie nie istniał. Przez okrągły rok, dość prymitywnie skonstruowane piętrzenie (przeważnie była to konstrukcja oparta o narzut kamienny, wzmocniony dębowymi balami wbitymi w dno rzeki i scalonymi kutymi z żelaza tzw. bednarkami) rozdzielało na łąki wodę w okresie wegetacyjnym a potem –od czasu do czasu – uzupełniało ewentualne braki wody w okresie suszy. Szczęśliwie więc w okresach wiosennych roztopów i jesiennych opadów, taki układ wodny dysponował wystarczającą pojemnością, aby złagodzić skutki zwiększonego odpływu powierzchniowego.
Można by nawet powiedzieć, że im prymitywniej skonstruowany układ wodny, tym skuteczniej wspomagana była retencja w dolinie niewielkiej rzeki a cały układ wodny funkcjonował w przyjemnej, bajkowej scenerii IX wieku.
Czy możliwy jest powrót do takiej harmonijnej sielanki? Bądźmy realistami – chyba nie …
Małe elektrownie wodne są w stanie w znaczny sposób wesprzeć lokalną retencję wodną pod warunkiem jednak, że uruchomiony będzie na nich prosty system kierujący wodę na nawodnienia stokowe, co niestety zuboża produkcję energii. W razie zagrożenia powodziowego, część wody, która nie może być przepuszczona przez turbinę, kierowana jest kanałem derywacyjnym na łąki, tworząc ,,bufor retencyjny’’.
Powie ktoś, jakie to ma znaczenie dla bezpieczeństwa powodziowego w skali kraju? Otóż ma i to duże. Zależnie od charakteru zlewni, niewielkie nawet dopływy stanowią niekiedy nawet 60 % powierzchni zlewni. Rzeka Gwda na przykład, mająca ponad 4 tysiące kilometrów kwadratowych powierzchni zlewni, ma zaledwie 90 kilometrów długości i aż kilkadziesiąt różnej wielkości dopływów i to one w znaczący sposób wpływają na przebieg zjawisk powodziowych. Wybudowane na tych dopływach małe elektrownie wodne znacznie rozbudowują retencję wodną.
Weźmy za przykład niewielki obiekt energetyczny Byszkowo na rzeczce Chrząstawie. Stworzono tam w obrębie cofki 2,5 metrowego piętrzenia stawy i zatoki, gdzie może być gromadzone ok 10.000 metrów sześciennych wody w formie ,,buforu powodziowego’’ . Samo piętrzenie tworzy poprzez tzw. cofkę retencję otwartą i gruntową o objętości ok. 15.000 metrów sześciennych. Trzeba jednak dodać, że podniesienie się poziomu wody na piętrzeniu podczas ulewnych dreszczów, dodatkowo nawadnia grunt poniżej piętrzenia, retencjonując dodatkowe metry sześcienne wody.
Takich niewielkich piętrzeń jest w zlewni Gwdy wiele i pełnią one ważną rolę w tworzeniu retencji.
Powstaje jednak pytanie: czy oprócz produkcji energii elektrycznej, właściciele małych elektrowni wodnych świadomie zarządzają gospodarką wodną na swoich obiektach? Niestety nie i pozostaje tutaj jeszcze wiele do zrobienia.
Nie wszystkie dorzecza w Polsce mają taki ,,łaskawy’’ dla tworzenia retencji charakter. Na rzekach górskich retencję rozbudowuje się wyłącznie poprzez zbiorniki zaporowe i progi korekcyjne, przeciwdziałające erozji powodziowej. Tutaj problem pozostawia się wielkim inwestycjom przeciwpowodziowym.
Na rzekach typowo nizinnych, skala oddziaływania zabudowy hydrotechnicznej rzek na retencję powodziową jest niewielka. Użytkownik piętrzenia nie jest zwykle włączony do systemu przeciwpowodziowego i produkuje energię elektryczną ( i utrzymuje piętrzenie na rzece) tak długo jak długo może pracować turbina, czyli dla spadu hydraulicznego ok. jednego metra.
Jak należy chronić i rozbudowywać małą retencję wodną, aby choć w części zmniejszyć zjawiska powodziowe w zlewni?
Rozbudowywać retencję powierzchniową poprzez:
- Tworzenie zalewisk rzek.
- Budowę stawów dla ekstensywnej hodowli ryb dla celów wędkarskich. Są tego liczne przykłady na niewielkich rzekach Pomorza i Mazur.
- Dolesienia. Jedno drzewo jest w stanie przejąć od kilkunastu do kilkudziesięciu litrów wody przy intensywnym opadzie. Spróbujmy sobie wyobrazić zdolność retencyjną kilkudziesięciu hektarów lasu!
- Ochronę mokradeł. Zdolność dodatkowego retencjonowania wody jest tutaj imponująca.
- Ochronę runa leśnego
- Eliminację tzw. rynien stokowych, takich jak: dzikie drogi, przekopy itp.
- Właściwą eksploatację systemu melioracyjnego. Melioracja oznacza polepszenie, a więc i nawadnianie i odwadnianie. Wystarczy powiedzieć, że jeden metr sześcienny gruntu jest w stanie przyjąć nawet 100 litrów wody.
- Wykorzystanie zdolności retencyjnych pastwisk i łąk.
- Tworzenie pasów ochronnych, oddzielających pola orne od rzek.
- Zadrzewienia brzegów rzek.
- Tworzenie tarasów. Zapobiega to szybkiemu spływowi wody w razie nawalnego opadu atmosferycznego.
- Niewypalanie traw, krzaków i ściernisk.
- Ochronę torfowisk. Zdolności retencyjne torfowiska są szczególnie bogate. Jeden metr torfowiska może (zależnie od rodzaju i stopnia zmineralizowania) zatrzymać nawet 300 litrów wody.
Obecnie, poprzez wycinkę lasów, zabudowę dolin rzecznych i degradację naturalnych siedlisk wodnych opartych o zastoiska, łęgi i parowy, zdolności retencyjne dorzeczy niewielkich rzek zostały bardzo uszczuplone. Człowiek mieszkający nad rzeką chce jak najszybciej pozbyć się wód opadowych przeszkadzających mu w dotarciu do ogrodowego grilla, więc cały deszcz kieruje poprzez system rynnowy i drenaż do kanalizacji ogólnospławnej, skąd woda dociera błyskawicznie do rzeki. Drogi dojazdowe chronione są przed zalewaniem systemem rowów, skąd woda odprowadzana jest do większych odbiorników a stamtąd bezpośrednio do rzeki. Jakby tego było mało, modne się stało rozległe brukowanie ogrodów i dojazdów do posesji. Kiedy zastanawiamy się, dlaczego niegdyś powodzie nie były aż tak dokuczliwe, to nie trudno sobie samemu odpowiedzieć: sami się do tego przyczyniliśmy!
Niebagatelną rolę w zubożeniu zdolności retencyjnych odgrywają nowobudowane drogi. Jest to niestety cena, jaką płacimy za rozwój cywilizacyjny. Droga ekspresowa, czy autostrada jest w otoczeniu przyrodniczym tworem obcym. Stanowi ona bardzo specyficzną zlewnię o wielkiej możliwości bardzo szybkiego odprowadzenia wody do sąsiednich odbiorników naturalnych, którymi muszą w końcu być niewielkie cieki. Efekt jest taki, że taka specyficzna, utworzona przez człowieka zlewnia, jest w stanie wywołać skoncentrowany odpływ wód opadowych poprzez system odprowadzenia wody z korony drogi, wywołując podtopienia w niewielkich rzekach i wpływając przez to pośrednio na wysokość fali powodziowej w większej rzece.
Osobnym problemem w zachowaniu retencji wodnej na dopływach głównych rzek Polski jest gospodarka wodna na ich dopływach. Problem ten dotyczy szczególnie tych niewielkich rzek, gdzie zlokalizowane są piętrzenia dla celów energetycznych, na których rozdział wody zapisany w pozwoleniu wodno-prawnym obejmuje także nawadnianie gruntów rolnych i łąk oraz ujęcia wody dla celów gospodarczych. Trzeba od razu powiedzieć, że nawadnianie łąk i użytków zielonych zabiera z rzeki średnio od 8 do 20 litrów wody/1 sekundę z jednego hektara, co przy powierzchni nawadnianej rzędu 20 – 30 hektarów areału zlokalizowanego w dolinie niewielkiej rzeki, zabiera nie więcej niż 160 – 600 litrów wody na jedna sekundę. Taki ubytek wody z rzeki, zamieniony na parowanie z szaty roślinnej ma miejsce latem i nie ma praktycznie większego znaczenia dla pracy elektrowni wodnej. Co więcej, zwiększa niekiedy sprawność energetyczną turbiny wodnej, poprzez zwiększenie spadu elektrowni, wywołanego obniżeniem się poziomu wody na dolnym stanowisku piętrzenia. Z powyższego wynika, że to właśnie niewielkie elektrownie wodne ,,dyrygują’’ wahaniami przepływu wody w dolinie rzeki. Co z tego wynika?
Jest niestety tak, że projekty małych elektrowni wodnych zlokalizowanych na jednej rzece nie zawsze są ze sobą synchronizowane, co do pojemności zbiorników retencyjnych i przełyków zainstalowanych turbin. W najwygodniejszej sytuacji jest oczywiście elektrownia położona najwyżej w górę rzeki. To do jej parametrów powinny zostać dostosowane pozostałe elektrownie zlokalizowane w dół rzeki. Tak jednak z reguły nie jest z jednego prostego powodu:
- Jeśli na odcinku rzeki, w miejscu najwyżej położonym, jest zlokalizowana elektrownia wodna dysponująca zbiornikiem retencyjnym o pojemności przekraczającej kilkukrotnie pojemność zbiorników zlokalizowanych przy elektrowniach leżących w dole rzeki, wówczas ta najwyżej położona elektrownia będzie podtapiała odcinek doliny rzeki leżący w dole rzeki. Dzieje się tak dlatego, że elektrownia dysponująca dużym spadem hydraulicznym, dużą pojemnością zbiornika ( ta duża pojemność wynika również z dużego piętrzenia) a małym przepływem rzeki (taki mały przepływ wynika z usytuowania elektrowni w najwyższym odcinku rzeki, gdzie powierzchnia zlewni jest niewielka) jest eksploatowana w systemie tzw. szczytowym. Operator elektrowni zamyka turbinę i przelewy awaryjne, gromadzi wodę w zbiorniku i raz na jakiś czas przepuszcza wodę ze zbiornika przez turbinę. Taka ,,dawka wody’’ przekracza kilkukrotnie możliwości przełyku turbin zlokalizowanych w dole rzeki i powoduje również podtapianie doliny rzeki.
- Powstaje pytanie. Czym kieruje się inwestor najwyżej położonej elektrowni? Wyłącznie zyskiem! Dla niego zbiornik zaporowy służy wyłącznie jako ,,akumulator energii’’. Nie spełnia on żadnej funkcji retencyjnej, ponieważ właściciel elektrowni nigdy nie obniży piętrzenia, aby zbiornik dysponował zapasem objętości wody w sytuacji zagrożenia powodziowego.
- Czy taka elektrownia nie mogłaby po prostu pracować w ruchu ciągłym, bez ustawicznego zamykania i otwierania przepływu przez turbinę? Oczywiście mogłaby i teoretycznie efekt energetyczny takiej pracy byłby podobny, jednak wymagałoby to zainstalowania kilku turbin, które musiałyby pracować w różnej konfiguracji ( jedna, dwie jednocześnie lub np. trzy jednocześnie) dla osiągnięcia dobrej sprawności hydraulicznej. Lepiej więc zainstalować jedną prostą turbinę o dużym przełyku i …,,doić cyklicznie’’ zbiornik ,,retencyjny’’.
Jeżeli już wiemy, że kaskada małych elektrowni wodnych może negatywnie wpływać na potencjał retencyjny doliny rzeki, że degradacja szaty roślinnej na trwałe zmniejsza retencję dorzecza, że nieprzemyślana zabudowa osiedli ludzkich retencję wręcz niweczy, to co może zrobić gmina wiejska, aby zwiększyć swoje szanse w walce z powodzią?
Trzeba od razu powiedzieć, że gmina wiejska nie jest w stanie prowadzić sama walki z wielką powodzią, szczególnie wtedy, gdy położona jest ona w bezpośrednim sąsiedztwie dużej rzeki. Gorzej, gdy gmina położona jest na terenie płaskim, oddzielonym od koryta dużej rzeki systemem wałów a zupełnie źle, gdy tereny gminy położone są w zasięgu dopływu do dużej rzeki, przez który to dopływ łatwo wtacza się fala powodziowa z dużej rzeki. Czy można temu bezpośrednio zaradzić?
Jedynym ratunkiem jest wybudowanie wału przeciwpowodziowego biegnącego wzdłuż dopływu, aż do jego ujścia do rzeki dużej. Idąc tak dalej, można by ,,obwałować’’ wszystkie miejsca w Polsce, zagrożone potencjalnie zalaniem. Wystarczy wznieść solidnie skonstruowane wały ziemne, osadzone na gliniastym korpusie wzmocnionym ciężkimi grodzicami stalowymi i tak wysokie, aby z nawiązką przewyższały najwyższą falę powodziową, jaka kiedykolwiek nawiedziła dany teren. Realizacja takiego ,,pomysłu’’ kosztowałaby …od 25 do 60 milionów PLN za jeden kilometr brzegu rzeki, zależnie od jej wielkości. Gdyby takie koszty pomnożyć przez łączną długość teoretycznie zagrożonych powodzią wszystkich odcinków brzegów rzek Polski, dostalibyśmy sumę astronomiczną, przekraczającą dwukrotnie roczny budżet Polski. Dlatego wszyscy mieszkańcy i użytkownicy dolin rzecznych, od rolnika po wielkie zakłady przemysłowe, miasta, budowle piętrzące, autostrady i drogi powinny odpowiedzieć sobie na najważniejsze pytania:
- Jakie jest prawdopodobieństwo wystąpienia powodzi, której skutkiem będzie utrata majątku, dóbr itd.?
- Jakie są możliwości ubezpieczenia takich dóbr, jakie wydatki są z tym związane i co oferuje w zamian ubezpieczyciel?
- Jakim kosztem i jakimi metodami mogę chronić bezpośrednio swoje siedlisko, łąkę, oborę, zasiewy itp.?
- Jakimi metodami i w jakim zakresie mogę wspomóc statutowe działania Państwa w ochronie przed powodzią?
Jak podsumować to, co w skrócie napisano?
1. Zarządzajmy retencją w sposób świadomy, nawet tą mikroretencją na własnym podwórku.
2. Ogólna zasada jest prosta: maksymalnie spowolnić spływ wody opadowej do rzeki a maksymalnie zwiększyć przepustowość koryta rzeki
3. Prawidłowo zarządzajmy gospodarką wodną na terenach zmeliorowanych. To ponad 500 milionów metrów sześciennych wody w skali kraju.
4. Bierzmy aktywny udział w opracowywaniu planów przestrzennego zagospodarowywania terenów, na których zamieszkujemy. Zapewniajmy sobie udział i głos w rozprawach wodno-prawnych dotyczących nowych obiektów hydrotechnicznych, szczególnie małych elektrowni wodnych. Tam zapadają ważne decyzje o przebudowie stosunków wodnych.
A jak przedstawia się sytuacja gminy Wilków w kontekście tego, co napisano a w szczególności sytuacja W Szczekarkowie, gdzie na rzece Chodelce uruchomiono małą elektrownie wodną na bazie starego młyna wodnego?
Budowa morfologiczna terenu gminy Wilków, rodzaje gruntów tutaj występujące, spadki podłużne rzeki Chodelki i przekroje poprzeczne jej doliny wyraźnie wskazują, że wpływ działań zmierzających do wzbogacenia i ochrony retencji wodnej na przebieg zjawisk powodziowych będzie wyraźny. To, że potężna Wisła wtargnie raz na jakiś czas w maleńką zlewnię Chodelki jest nieuniknione, lecz skutki tej ,,inwazji’’ mogą być ograniczane. Jest także oczywiste, że sama Chodelka – choć nazwa tej rzeczki brzmi wręcz pieszczotliwie – może narobić bardzo wiele szkód powodziowych.
Chodelka jest rzeką niewielką z przepływami rzędu 1,2 – 1,8 metra sześciennego na sekundę, przy czym z racji swojej specyficznej zlewni, charakteru koryta i warunków klimatycznych, ma bardzo nierównomierne przepływy. W górnym swym biegu Chodelka jest nawet rzeką pstrągową.
Piętrzenie w Szczekarkowie może ułatwić rozdział wód wezbraniowych, a zabezpieczenie retencyjne wąskiej doliny może znacznie spowolnić przepływ fali wezbraniowej i ,,spłaszczyć’’ jej charakter.
Niebagatelny jest tutaj wpływ zarządzania systemem melioracyjnym dla stworzenia ,,bufora retencyjnego’’.
Sam stopień wodny w Szczekarkowie nie zabezpieczy Wilkowa przed inwazją Wisły, ale może pomóc w złagodzeniu skutków lokalnych, obfitych opadów atmosferycznych.
Nie zwalajmy więc wszystkiego na Wisłę, skoro niewinna Chodelka stać się może przy naszej bezczynności CHODELĄ.
Autor: Krzysztof Lenart, hydrotechnik- ekolog
