Modelowanie stosunków wodnych w renaturyzacji

Projekt renaturyzacji powinien pokazywać, jak planowane działania wpłyną na przepływ wody, retencję, poziomy zwierciadła, zasięg oddziaływania oraz warunki powodziowe. Modelowanie hydrologiczne i hydrauliczne pomaga przejść od ogólnego pomysłu do realistycznej i mierzalnej koncepcji, którą można opisać we wniosku FENX.02.04.4.

Dla samorządu lub organizacji ekologicznej modelowanie pełni funkcję technicznego sprawdzenia koncepcji. Pokazuje, jak działa układ wodny obecnie, co może zmienić projekt oraz jaki efekt da się przedstawić na mapach, przekrojach i w opisie technicznym.

Po co modelowanie stosunków wodnych w projekcie renaturyzacji?

Modelowanie pozwala ustalić, jak woda zachowuje się w analizowanym systemie. W projekcie renaturyzacyjnym znaczenie mają przepływy, poziomy wody, prędkości, głębokości, zasięg zalewu, miejsca spiętrzeń, retencja oraz sposób połączenia cieku z doliną.

Samorząd może dzięki modelowaniu sprawdzić, gdzie woda odpływa zbyt szybko, gdzie pojawia się potencjał retencji, które elementy ograniczają przepływ oraz które działania mogą (i jak) wpływać na stosunki wodne.

Modelowanie porządkuje także pracę z partnerami projektu. Mapy i wyniki obliczeń ułatwiają wyjaśnienie, jaki obszar obejmie oddziaływanie projektu, jakie warianty są możliwe oraz jakie decyzje i uzgodnienia będą optymalne.

Model hydrologiczny i hydrauliczny

Model hydrologiczny odpowiada na pytanie, ile wody dopływa do analizowanego miejsca. Uwzględnia zlewnię, opady, odpływ, warunki zasilania cieku oraz reakcję terenu na opady i suszę, czyli dotyczy bilansu wodnego zlewni.

Model hydrauliczny odpowiada na pytanie, co dzieje się z wodą w korycie, dolinie, przepuście, rowie, starorzeczu albo na terenie zalewowym. Pokazuje poziomy wody, prędkości przepływu, głębokości, zasięg zalewu i miejsca spiętrzeń.

Modelowanie stosunków wodnych może wykorzystywać oba te typy analiz, ale nie ogranicza się tylko do nich. Często służy do oceny skutków naruszenia stosunków wodnych w sensie administracyjnym lub projektowym. Modelowanie stosunków wodnych jest ważne w FENX.02.04.4, bo ten typ projektów ma pokazać mierzalny wpływ renaturyzacji na retencję, odpływ, poziomy wody, zasięg oddziaływania i ryzyko powodziowe. W naborach FENX dla renaturyzacji i adaptacji do zmian klimatu akcentuje się właśnie działania zwiększające naturalną retencję, spowalniające odpływ oraz odtwarzające łączność cieku z terenami zalewowymi i systemem rzeczno-jeziornym.

Jakie pytania powinien zadać samorząd?

Przed rozpoczęciem modelowania trzeba określić, jaki problem ma zostać rozwiązany. Innego zakresu analizy wymaga projekt dotyczący przesuszonego mokradła, innego projekt obejmujący przepust, jaz, rów odwadniający, odcięte starorzecze albo odtworzenie łączności cieku z doliną.

Trzeba odpowiedzieć na kilka pytań:

Jakie problem chcemy rozwiązać – szybki odpływ, susza, podtopienia, erozja, brak retencji, bariera w przepływie, przekształcone koryto?
Jaki obszar może znaleźć się pod wpływem działań?
Czy projekt może zmienić poziom wody?
Czy w pobliżu są drogi, zabudowania, działki prywatne, sieci techniczne, obwałowania albo inne elementy wrażliwe?
Czy trzeba porównać kilka wariantów działań?

Odpowiedzi na te pytania pozwalają dobrać zakres modelowania do skali projektu i etapu przygotowania wniosku.

Co można pokazać w modelu?

Modelowanie daje wyniki, które można wykorzystać w koncepcji renaturyzacji, mapach i opisie technicznym projektu. W zależności od zakresu prac można pokazać między innymi:

poziomy wody,
prędkości przepływu,
głębokości,
zasięg zalewu,
zasięg oddziaływania projektu,
miejsca koncentracji przepływu,
miejsca spiętrzeń,
wpływ przepustów, progów, jazów, rowów i obwałowań,
potencjalną objętość retencji,
różnice między wariantami działań,
wpływ projektu na warunki przepływu wód powodziowych.

Zakres modelu powinien odpowiadać skali projektu. Na potrzeby prostej koncepcji może wystarczyć analiza uproszczona. Projekt obejmujący koryto, dolinę, obwałowania, przepusty albo sąsiedztwo zabudowy zwykle wymaga dokładniejszej analizy.

Modelowanie wariantów działań

Modelowanie pozwala porównać możliwe warianty rozwiązania problemu i wybrać kierunek, który daje optymalny efekt przy akceptowalnym poziomie ryzyka.

Dzięki wariantowaniu wnioskodawca jest w stanie udowodnić, że zakres projektu wynika z analizy, a nie wyłącznie z ogólnej intencji poprawy warunków wodnych.

Retencja i spowolnienie odpływu

Jednym z celów projektów renaturyzacyjnych jest zwiększenie naturalnej retencji i spowolnienie odpływu. Modelowanie pomaga opisać ten efekt w sposób przestrzenny i mierzalny.

Wyniki analizy pozwalają pokazać, gdzie woda będzie się gromadziłaj, jaka powierzchnia może zostać okresowo zalana, jak zmieni się poziom wody, jak zmienią się prędkości przepływu oraz jaka objętość retencji może zostać uzyskana.

Przykład opisu do koncepcji:

Problemem w analizowanym odcinku jest szybkie odprowadzenie wód po opadach i ograniczona łączność cieku z doliną. Wariant koncepcyjny zakłada odtworzenie połączenia cieku z obniżeniem terenowym. Analiza hydrauliczna pozwoli określić zasięg oddziaływania, warunki zasilania obniżenia oraz szacunkową objętość retencji.

Taki opis pokazuje mechanizm działania projektu i daje podstawę do przygotowania map wynikowych.

Wpływ na warunki powodziowe

Działania renaturyzacyjne mogą wpływać na przepływ wód powodziowych, zwłaszcza gdy obejmują koryto, dolinę, obwałowania, przepusty, progi, jazy albo tereny zalewowe. W takich przypadkach analiza hydrauliczna pomaga sprawdzić, jak projekt zmieni poziomy wody i zasięg oddziaływania.

Model pomoże odpowiedzieć na pytania:

gdzie wystąpi zmiana poziomu wody,
czy zmiana obejmie tereny wrażliwe,
czy zwiększy się zasięg zalewu,
czy pojawi się lokalne spiętrzenie,
czy przepływ zostanie rozprowadzony po dolinie,
czy wariant wymaga dalszych analiz na etapie dokumentacji technicznej.

Ten element ma duże znaczenie dla samorządu, ponieważ ułatwia przygotowanie harmonogramu późniejszych zgód, pozwoleń i dokumentacji projektowej.

Jakie dane są potrzebne do modelowania?

Do rozpoczęcia prac potrzebne są dane o lokalizacji, terenie i elementach wpływających na przepływ. Im lepsze dane wejściowe, tym sprawniej można dobrać zakres analizy.

Wnioskodawca powinien zebrać poniższe informacje:

lokalizację odcinka albo obszaru,
nazwę cieku, rowu, mokradła, jeziora albo doliny,
orientacyjną długość odcinka lub powierzchnię obszaru,
numery działek,
informacje o właścicielach i zarządcach,
dostępne mapy,
numeryczny model terenu, jeśli jest dostępny,
przekroje koryta, jeśli były wykonywane,
informacje o mostach, przepustach, jazach, progach, rowach i obwałowaniach,
zdjęcia z terenu,
informacje o podtopieniach, wysokich stanach wody, erozji albo przesuszeniu,
wcześniejsze dokumentacje, koncepcje lub opracowania.

Na etapie wniosku część danych może mieć charakter wstępny. Na etapie dokumentacji technicznej zwykle potrzebne są dokładniejsze pomiary i uszczegółowienie założeń.

Co może przygotować HydroBIM?

Modelowanie hydrologiczne i hydrauliczne to specjalność HydroBIM. Mamy wiedzę i doświadczenie niezbędne do przygotowania technicznego modułu koncepcji renaturyzacyjnej. Zakres może obejmować analizę hydrologiczną, analizę hydrauliczną, model przepływu, mapy wynikowe, warianty działań, ocenę retencji, zasięg oddziaływania oraz opis wpływu na warunki przepływu.

Efektem prac mogą być:

raport z analizy,
opis założeń modelu,
mapy zasięgu oddziaływania,
mapy zasięgu retencji,
przekroje i profile,
porównanie wariantów,
szacunek efektu retencyjnego,
ocena wpływu na przepływy,
wkład tekstowy do części technicznej koncepcji,
materiał do harmonogramu dalszych analiz, zgód i dokumentacji projektowej.

Zakres prac powinien zostać dobrany do celu projektu, dostępnych danych, terminu przygotowania wniosku oraz poziomu szczegółowości potrzebnego na etapie koncepcyjnym.

Model do wniosku i model do realizacji

Modelowanie na etapie wniosku służy przede wszystkim do przygotowania koncepcji, porównania wariantów, opisania efektów i wskazania dalszej ścieżki dokumentacyjnej. Taki model pomaga uzasadnić projekt i uporządkować jego część techniczną.

Na etapie dokumentacji technicznej zakres modelowania może zostać rozszerzony. Może wymagać dokładniejszych danych geodezyjnych, pomiarów terenowych, aktualizacji przekrojów, dodatkowych scenariuszy, kalibracji oraz powiązania wyników z dokumentacją pozwoleniową.

Można więc potraktować modelowanie etapowo. Najpierw, jako narzędzie do przygotowania koncepcji i wniosku, a później jako element dokumentacji prowadzącej do uzyskania decyzji administracyjnych i realizacji działań terenowych.

Poradnik FENX.02.04.4 dla samorządów i NGO

Oto linki do wszystkich części poradnika:

HydroBIM specjalizuje się w hydrotechnice dla infrastruktury liniowej – od obliczeń hydrologiczno-hydraulicznych po kompleksową dokumentację projektową. Zespół zdobywał doświadczenie przy największych inwestycjach w Polsce, w tym przy Programie Ochrony Przeciwpowodziowej Górnej Wisły i Odry oraz projektach kolejowych CPK. Zapraszamy do kontaktu.