Wersja PDF (do druku)

Wody powierzchniowe

Anna Bożek
Alfred Dubicki
Marian Dziewanowski
Barbara Kwiatkowska-Szygulska

Obserwacja zmian przepływów na wrocławskich rzekach wskazuje a nasilanie się zjawisk ekstremalnych. Z jednej strony mamy do czynienia z katastrofalnymi powodziami, z drugiej z wystąpieniem głębokich niżówek. Zjawiska te mogą nawet w przyszłości zagrażać ciągłości zaopatrzenia Wrocławia w wodę. Znacznie korzystniejsza sytuacja rysuje się zakresie jakości wód. Zmiany zachodzące w stanie czystości rzek są wynikiem upadku przemysłu odpowiedzialnego za zanieczyszczanie wód, znacznego obniżenia się ilości ścieków odprowadzanych ze źródeł nadal istniejących, a także olbrzymiego wysiłku inwestycyjnego przejawiającego się w budowie i modernizacji licznych oczyszczalni ścieków. Problemem pozostaje nadal ponadnormatywne zanieczyszczenie związkami biogennymi oraz bakteriami fekalnymi typu coli.

Przez Wrocław przepływa Odra - najważniejsza rzeka regionu i druga co wielkości rzeka w Polsce. Oprócz tego na terenie miasta uchodzą do Odry ważne jej dopływy - Oława, Ślęza, Bystrzyca i Widawa. Stanowią one unikalny zespół przyrodniczo-krajobrazowy z długimi ciągami promenadowymi i zachowaną roślinnością łęgową.

Odrę za Mieszka I zwano Odderą, Oderą, Oddorą. Nazwa odnosi się do czasownika drzeć, co oznacza że rzeka przedzierała się przez kraj tworząc liczne meandry, zakola, rozlewiska i przełomy. Źródła Odry współczesnej znajdują się na wysokości 632 mnpm. na zboczu Góry Fidler w Czechach.

W systemie rzek zachodniej i środkowej Europy Odra po Renie, Łabie, Wiśle, Dźwinie Zachodniej, Loarze i Tagu zajmuje 7 miejsce ze względu na długość, 4 pod względem wielkości dorzecza i 3 po Dunaju i Wiśle ze względu na potencjał powodziowy. Górna Odra to odcinek rzeki o długości 272,3 km od źródeł do ujścia prawostronnego dopływu Nysy Kłodzkiej. Odra środkowa stanowi odcinek o długości 374,8 km od ujścia Nysy Kłodzkiej do Gozdowic - miejsca, gdzie sięga jeszcze cofka Morza Bałtyckiego. Wreszcie Odra dolna o długości 95 km od Gozdowic do Zalewu Szczecińskiego.

Wrocław leży w górnej części Odry środkowej w miejscu ujścia czterech dopływów (Oława, Ślęza, Widawa i Bystrzyca) oraz szczególnego jej rozczłonkowania mimo znacznego hydrotechnicznego uporządkowania. W mieście wyróżniamy Odrę Południową opływającą wyspę Piaskową od południa z jazem Macieja i śluzą Piaskową. Wody Odry Południowej wcześniej zasilały śluzę Mieszczańską. Główna masa wody płynie między Wyspą Słodową i Wyspą Tamka. Łączy się z Odrą Północną na wysokości mostu Uniwersyteckiego. Odra Północna opływa Wyspę Piaskową i Bielarską od północy. Przed mostem Uniwersyteckim łączy się z Odrą Południową i wspólnie osiągają kanał powodziowy.

Zasoby wodne

W ostatnich latach, w związku z oczekiwanymi zmianami klimatu, wzrostem liczby mieszkańców kuli ziemskiej i znacznym deficytem wody, problemy zasobów wodnych i gospodarki wodnej znalazły się w powszechnym zainteresowaniu. W światowych zasobach wodnych woda słodka stanowi 2,5%, z czego 2,24% uwięziona jest w lądolodach oraz głębokich zbiornikach wód podziemnych. Dyspozycyjną wodę słodką stanowi zatem tylko 0,26% zasobów światowych. Jeśli światowe odnawialne zasoby wodne szacuje się na około 40 673 km³, europejskie na 2321 km³, to polskie są 824 i 47 razy mniejsze i wynoszą około 58 km³. Według danych z lat 1985-1997 dostępność wody w Polsce na jednego mieszkańca na rok wynosi 1480 m³. Jest ona 5-krotnie mniejsza w stosunku do średniej światowej (7690 m³/r.) i 3-krotnie od średniej europejskiej (4560 m³/r.). To sprawiło, że Europejska Agencja Środowiska umieściła Polskę wraz z Belgią i Niemcami w grupie państw o bardzo małych zasobach wodnych w ilości 1000-2000 m³/mieszk. /rok. Oprócz Mołdawii i Ukrainy większość państw europejskich mieści się w zasobach średnich i powyżej średnich, tj. 5000-20 000 m³/mieszkańca/rok.

Tabela 1. Zasoby wodne dorzecza Odry w roku mokrym, suchym i zbliżonym do przeciętnego na tle Polski

Odnosząc ogólne zasoby wodne dorzecza Odry do wielkości krajowych stwierdza się, że są one trzykrotnie niższe. Ta proporcja zachowana jest niezależnie od tego, czy rok jest suchy czy też mokry. Ilość wody w roku mokrym przypadająca na mieszkańca/rok mieści się w przedziale od 78 do 87% zasobów krajowych, natomiast w roku suchym i zbliżonym do przeciętnego są one niższe i bardziej zróżnicowane, osiągając od 47 do 75% analogicznych danych dla Polski (tab. 1).

W ostatnich trzydziestu latach XX wieku obserwuje się systematyczny deficyt opadów atmosferycznych, zwłaszcza na zachodzie i południu dorzecza Odry. Lokalnie, sumarycznie, wynosi on 1500 mm opadu. Jak wykazały badania, jest to następstwo emitowanych do atmosfery zanieczyszczeń w postaci tlenków siarki i azotu oraz dwutlenku węgla z jednej strony, a także zmian klimatycznych z drugiej (Dubicki, 1994). Następuje więc stopniowe ubożenie i tak już niewielkich zasobów wodnych Odry i jej dopływów szacowanych na 16,1 mld m³, tj. 4,35 l/s/km². Stanowi to 27,5% odpływu z terytorium kraju. Do granicy Wrocławia dopływa 4,5 mld m³ wody, co w przybliżeniu odpowiada 28% całego odpływu z dorzecza Odry. Objętość rocznego odpływu obejmuje zarówno okresy wezbrań, jak i susz, zwanych także posuchami. Występują one często i mogą trwać nieprzerwanie 30 do 50 dni. W takich przypadkach warunki są najbardziej niekorzystne, a najniższe spływy jednostkowe zdarzyć się mogą w różnych porach roku. Jednakże najdłużej trwające okresy bezdeszczowe pojawiają się głównie na przełomie lata i jesieni oraz jesienią (Dubicki, 1992).

Na Odrze powyżej Wrocławia, we Wrocławiu i poniżej najniższe spływy jednostkowe określono na 1,56 do 1,61 l/s/km² la Odry i 0,13 o 0,66 l/s/km² dla dopływów. Spływy jednostkowe odpowiadające średniej niskiej wodzie (SNq) układały się w przedziale od 0,91 do 2,98 l/s/km² i były wyższe o około 62% od SNNq (tab. 2). Warunki przeciętne rzek i potoków charakteryzują średnie spływy jednostkowe SSq. Są to charakterystyki około 3-krotnie przewyższające SNq. Na Odrze we Wrocławiu i jego peryferiach mieszczą się one w przedziale od 7,23 do 7,48 l/s/km² (tab. 2). Porównanie tych danych z analogicznymi wielkościami dla rzek górskich jest korzystne dla Odry. Uzyskane wielkości nie są tak małe (tab. 2). Na dopływach, których ujścia do Odry znajdują się w granicach miasta przez 2/3 roku, tj. przez około 240 dni, przepływy i spływy jednostkowe układają się poniżej wielkości średnich wieloletnich, a przez 60 dni są nawet niższe od SNQ. Średnie spływy jednostkowe dopływów "wrocławskich" nie wykazują istotnego zróżnicowania, wyższe wielkości dotyczą Bystrzycy i Widawy na całej długości. W ujściowych odcinkach tych rzek ich NNq mieściły się w przedziale od 0,24 do 0,66 l/s/km². Z kolei średnie niskie spływy jednostkowe (SNq) oraz wielkości średnie (SSq) wynosiły odpowiednio: od 0,66 do 1,64 i od 3,3 do 5,6 l/s/km² (tab. 2). Przedstawione wielkości odpływu powierzchniowego są bardzo ważną obiektywną charakterystyką określającą zasobność badanego obszaru w wodę. Jeśli powierzchniowy odpływ dla samej Odry, w obrębie miasta, można uznać za wyższy niż przeciętnie (Odra w Szczecinie), to podwrocławskie dopływy: Oławę, Ślęzę, Bystrzycę i Widawę za rzeki o zasobach, jeśli nie bardzo niskich, to skromnych.

Tabela 2. Charakterystyczne spływy jednostkowe dla wodowskazów na Odrze i jej dopływach w obrębie Wrocławia z lat 1961-2000.

Ten fakt potwierdzają także współczynniki odpływu (c) wynikające ze stosunku odpływu i średniego opadu w zlewni. Ich wielkości układały się w przedziale od 0,16 do 0,30. Oznacza to, że odpływ będący następstwem transformacji średniego opadu w zlewni stanowił maksymalnie niespełna 30% opadu zmierzonego (Dubicki, 1994). W zlewniach Ślęzy i Czarnej Wody tylko od 16 do 20% (lata suche 4-5%), Bystrzycy 30% (lata suche 14%), Widawa 23-24% (lata suche 1213%). Oława, ze względu na 100% zużycie prowadzonych przez nią wód łącznie z wodami pobieranymi z Nysy Kłodzkiej (ujęcie w Michałowie średnio 1,63 m³/s, max 2,5 m³/s), w odcinku ujściowym (okolice mostu Grunwaldzkiego) praktycznie wody nie prowadzi.

Rysunek 1. Objętość odpływu średniego rocznego na Odrze i dopływach w obrębie Wrocławia w zestawieniu z falą powodziową w 1997 roku

Ocenia się, że zasoby wód transgranicznych w obrębie Wrocławia wynoszą około 5,4 mld m³, tj. 33,5% całości odprowadzonej wody do Morza Bałtyckiego. Na dopływy przypada tylko około 702 mln m³ (Widawa 236,8 mln m³, Oława 122,4 mln m³ i Bystrzyca 304,3 mln m³) (rys. 1).

Przepływy charakterystyczne

Przepływy średnie niskie. Przepływy najniższe, a także średnie niskie (SNQ) przy cyklicznych wahaniach charakteryzują się przebiegiem wyrównanym (rys. 2). W jednym i drugim przypadku jest to następstwo gospodarki wodnej na zbiornikach retencyjnych. W granicach Wrocławia dla Odry mieszczą się one w przedziale od 31 do 32 m³/s i od 57 do 59 m³/s. Ich udział w kształtowaniu wielkości dopływów wodnego węzła wrocławskiego jest znikomy i nie przekracza 4%. Na dopływach średnie niskie przepływy są małe, w granicach 1 do 2 m³/s (tab. 3). Średnia niska woda jest bardzo ważnym wskaźnikiem, jako że często jest uznawana za przepływ nienaruszalny.

Rysunek 2.Charakterystyczne roczne przepływy, rzeka: Odra, wod: Oława most

Przepływy średnie roczne. Najchętniej i najczęściej stosowana w praktyce inżynierskiej jest wielkość przepływu średniego (SQ). Średnia woda (SQ) używana jest także do charakterystyk hydrologicznych, oceny zasobów wodnych i podejmowania stosownych ecyzji w gospodarce wodnej. W przebiegu wieloletnim można wyróżnić okresy o przepływach rocznych niższych obejmujących lata 1968-1975, 1988-1995 oraz okresy, w których przepływy średnie roczne były wyższe - lata 1962-1967, 1975-1987, 1996-2000 (rys. 2). Są to w większości cykle 8-i 13-letnie. Tak jak w przypadku przepływów średnich niskich (SNQ), na wyrównanie przepływów średnich, a także wydłużenie czasu ich trwanie mają zbiorniki retencyjne (Dubicki, 1978). Oprócz cyklicznych wahań w przebiegu wieloletnim można dostrzec, poczynając od roku 1976, systematyczny spadek wielkości przepływów. Świadczą o tym zarówno wielkości roczne, jak i dekadowe (rys. 2, 3). Na Odrze środkowej, w tym także w granicach miasta Wrocławia, przepływy średnie wieloletnie kształtują się w granicach 145 m³/s. W stosunku do analogicznych wielkości powyżej ujścia Nysy Kłodzkiej są one około 3-krotnie wyższe (tab. 3).

Spośród dopływów najwyższym średnim rocznym przepływem charakteryzuje się Bystrzyca. Zdecydowanie natomiast dopływem upośledzonym jest Ślęza, której średni roczny przepływ, w stosunku do takich samych wielkości na Bystrzycy i Widawie, stanowi zaledwie 11 i 41% (tab. 3).

Rysunek 3. Średnie dekadowe maksymalnych stanów wody dla wybranych wodowskazów na Odrze z lat 1951–2000

Przepływy średnie wysokie. Średnią arytmetyczną z maksymalnych przepływów rocznych w danym przekroju wodowskazowym przyjmuje się jako średnią wielką wodę (SWQ). SWQ jest wielkością, do której, przy charakteryzowaniu stosunków hydrologicznych, odnoszone są przepływy maksymalne w badanym roku bądź w całym okresie. Są one podstawą oceny wielkości wezbrania oraz wskaźnikiem aktywności powodziowej rzeki. Na Odrze do Oławy do Brzegu Dolnego, odcinku obejmującym także Wrocław, ŚWQ mieści się w przedziale od 674 do 693 m³/s. Na dopływach najwyższe wielkości SWQ stwierdzono na Widawie i Bystrzycy od 51 do 84 m³/s. Ślęza i Oława charakteryzują się mniejszymi przepływami SWQ. Mieszczą się one w przedziale od 22,0 do 23,0 m³/s (tab. 3).

Tabela 3. Charakterystyczne przepływy z lat 1961-2000 dla Odry i jej dopływów w obrębie miasta Wrocławia.

* wartości określone wg Oławy na podstawie spływu jednostkowego

Przepływy maksymalne. Przepływy maksymalne są ściśle związane z występowaniem wezbrań i powodzi. Z zapisów kronikarskich, a także z obserwacji, wynika, że w ciągu 736 lat (11181854) na Odrze i jej dopływach wystąpiło 90 powodzi o różnym natężeniu i zasięgu. Najczęściej bo w 31,5% badanego zbioru powodzie występują w lipcu, następnie w sierpniu - 27,4%, czerwcu - 16,4%, maju 8,2%, marcu - 6,8%, kwietniu 5,5% i wrześniu 4,2%. Do XIX wieku informacja o powodziach miała przeważnie charakter tekstowy. Były to mniej lub bardziej obiektywne opisy indywidualnego odczucia kronikarza. Większość przekazów wydaje się być jednak prawdziwa;stwierdzenia "wielka powódź", "wielki wylew" uzupełniły opisy faktów, ocena strat i wielkości zalewu.

Wielkie powodzie występowały także po roku 1945 w latach 1965, 1977, 1985 i największa z dotychczasowych powódź z 1997 roku. W okresie po drugiej wojnie światowej wielka powódź wystąpiła w roku 1977.Określony dla tego wezbrania przepływ w przekroju Trestno stanowił zaledwie 45% przepływu z roku 1997. Powódź z roku 1977 osiągnęła znaczne rozmiary na odcinku środkowej Odry na skutek dużych wezbrań na dopływach. Zalane zostały miasta: Legnica, Nowa Sól i Głogów, a przerwane w licznych miejscach wały spowodowały zalanie pól uprawnych i łąk. W wielu miejscach zniszczeniu uległy drogi. Katastrofalną powodzią XX wieku była jednak powódź z 1997 roku. Ilustracją jej rozmiarów są zaobserwowane stany maksymalne i ich stosunek do dotychczasowych zaobserwowanych w historii maksimów absolutnych (tab. 4). Odnosząc zaobserwowane stany do dotychczas najwyższych należy stwierdzić, że nie tylko we Wrocławiu, ale na całej długości Odry zostały one przekroczone bądź osiągnięte.

Tabela 4. Wybrane stany maksymalne większych powodzi na Odrze w latach 1813-1997.

W swoim górnym biegu, od granicy z Republiką Czeską do Opola, fala powodziowa Odry z 1997 roku w fazie kulminacji przekroczyła dotychczasowe maksima absolutne od 81 do 221 cm. Przekroczenie absolutnych maksimów w rejonie Wrocławia, tj. w Brzegu Górnym, Oławie, Trestnie, Brzegu Dolnym wynosiło od 12 do 108 cm (tab. 4). Przepływy odpowiadające maksymalnym stanom w sposób szczególny zwracają uwagę na rok 1997. Można mieć wątpliwości do dokładności szacowania przepływów w drugiej połowie XIX i na początku XX wieku, ale nie na tyle, aby je dyskwalifikować. Przepływ dla Wrocławia z 1854 roku 2450 m³/s był niższy od przepływu z roku 1997 o 1190 m³/s.

Jeśli przepływ z roku 1903 stanowił 45% przepływu z powodzi w 1997 roku, to z roku 1854 aż 63% (tab. 5). Z rozkładu prawdopodobieństwa przepływów dla Trestna wynika, że woda z roku 1854 była wodą 300-letnią, z 1903 wodą stuletnią i wodą o prawdopodobieństwie 0,01%, czyli dziesięciotysięcznoletnią był przepływ z roku 1997. W okresie od 1946 roku w Trestnie wystąpiło 15 wezbrań, których kulminacje przekroczyły 1000 m³/s. Gro wezbrań skoncentrowanych było w latach 1946-1972. Na 26 lat obserwacji takich wezbrań było 12. Praktycznie co drugi rok występowało wówczas wezbranie z przepływem w przedziale prawdopodobieństwa 10-12%. Interesujące jest to, że od roku 1973 wezbrania o kulminacji wyższej od 1000m³/s wystąpiły tylko 3-krotnie - 1977, 1985 i 1997 (rys. 2).

Powodzie z drugiej połowy XIX i początku XX wieku zmusiły człowieka do realizacji szeregu inwestycji hydrotechnicznych. Niestety, większość urządzeń okazała się niewystarczająca do skutecznej ochrony miast, miasteczek i wsi zlokalizowanych w dolinie rzek, zwłaszcza Odry. Powódź z lipca 1997 roku swoimi rozmiarami przekroczyła wszystkie dotychczasowe, także najbardziej pesymistyczne, wyobrażenia. Katastrofalna powódź dowiodła, że istnieje pilna potrzeba przebudowy systemu przeciwpowodziowego oraz modernizacji służby hydrologiczno-meteorologicznej.