Zlewnia potoku górskiego: wylesienie, zabudowa i wezbranie
Zlewnia potoku górskiego ma powierzchnię 48 km². W 1990 r. lasy zajmowały 62% jej obszaru, a tereny zabudowane 4%; dziś odpowiednio 41% i 11%. W czerwcu 2023 r., po dziesięciu dniach deszczów, w ciągu 6 godzin spadło 80 mm opadu. Wodowskaz w Mostach wskazał kulminację 14,2 m³/s; w 1990 r. przy podobnym opadzie było to 8,5 m³/s. Czas od szczytu opadu do szczytu wezbrania skrócił się z 9 do 5,5 godziny. Objętość fali wezbraniowej w 2023 r. oszacowano na 3,8 mln m³. Most w Mostach - jedyne połączenie z drugim brzegiem - przepuszcza 12 m³/s. Gmina rozważa zbiornik retencyjny o pojemności 1,2 mln m³ oraz odtworzenie zadrzewień na 6 km². Część radnych uważa, że zbiornik zajmie cenne łąki i nie powstanie przed kolejnym sezonem burzowym.
1. Oblicz jednostkowy przepływ kulminacyjny w 1990 i 2023 r. i oceń, czy wzrost szczytu można wyjaśnić zmianą powierzchni zlewni.
Read the worked answer
Obliczenia. Powierzchnia zlewni w obu latach jest taka sama (48 km²), więc q = Q/A:
- 1990: 8,5 / 48 = 0,177 m³/(s·km²)
- 2023: 14,2 / 48 = 0,296 m³/(s·km²)
- wzrost: 0,296 − 0,177 = 0,119 m³/(s·km²), czyli 0,296/0,177 ≈ 1,67 → o 67%.
Wniosek. Powierzchnia się nie zmieniła, więc wzrostu nie da się wytłumaczyć rozmiarem zlewni - zmieniły się retencja i tempo odpływu. Wskaźnik jednostkowy jest przydatny, bo pozwala porównać tę zlewnię z sąsiednimi: wartość bliska 0,3 m³/(s·km²) w małej zlewni górskiej jest wysoka i sygnalizuje gwałtowny spływ powierzchniowy, a nie „dużą zlewnię”.
2. Wyjaśnij, w jaki sposób wylesienie i zabudowa doprowadziły do skrócenia czasu do kulminacji oraz wzrostu szczytu wezbrania.
Read the worked answer
- Intercepcja i retencja glebowa: korony drzew i ściółka przechwytywały część opadu, a gleba leśna infiltrowała wodę. Po wycięciu 21 punktów procentowych lasu więcej wody spływa po powierzchni.
- Uszczelnienie zlewni: zabudowa wzrosła z 4% do 11%; drogi, podjazdy i parkingi niemal eliminują infiltrację, a spływ staje się szybszy.
- Zmniejszona szorstkość: rowy melioracyjne, prostowanie koryta i likwidacja zakoli przyspieszają transport wody do cieku.
- Utrata retencji dolinnej: zabudowa doliny odebrała zlewni miejsca czasowego magazynowania wody (łęgi, starorzecza, terasy zalewowe).
Efekt łączny: ten sam opad (80 mm w 6 h) zamienia się w większą część spływu bezpośredniego, a fale z całej zlewni docierają niemal jednocześnie. Dlatego czas koncentracji spadł z 9 do 5,5 h, a szczyt wzrósł z 8,5 do 14,2 m³/s - nie dlatego, że spadło więcej deszczu, lecz dlatego, że zlewnia „oddaje” wodę szybciej.
3. Oceń, czy zbiornik o pojemności 1,2 mln m³ rozwiąże problem mostu, i wskaż działania uzupełniające.
Read the worked answer
Ocena pojemności. Fala miała 3,8 mln m³, a zbiornik mieści 1,2 mln m³, czyli 1,2/3,8 ≈ 32% objętości fali. Nadwyżka ok. 2,6 mln m³ popłynie dalej.
Warunek skuteczności. Zbiornik musi mieć rezerwę powodziową, czyli być opróżniony przed wezbraniem. Nadwyżka szczytu ponad przepustowość mostu to tylko ok. 2,2 m³/s (14,2 − 12), więc odpowiednio prowadzona redukcja wystarczyłaby. Jeśli jednak zbiornik jest częściowo wypełniony po wcześniejszych opadach, redukcja będzie mniejsza i most nadal zostanie przeciążony.
Wniosek. Zbiornik jest konieczny, ale nie wystarcza jako jedyne rozwiązanie. Trzeba go uzupełnić:
- odtworzeniem zadrzewień na 6 km² (efekt po 10–20 latach, więc nie na najbliższy sezon),
- lokalnymi polderami i przywróceniem teras zalewowych,
- przebudową mostu lub budową przepustu ulgowego,
- systemem wczesnego ostrzegania i ograniczeniem nowej zabudowy w dolinie.
Sam zbiornik bez zmian w zagospodarowaniu zlewni leczy objaw, a nie przyczynę.