dowany budynkami obszar. Ze względu na charakterystykę analizowanego typu przepływu wybrano do jego opisu dwuwymiarowe równania przepływu wody płytkiej. Rozwiązując je numerycznie, do aproksymacji przestrzennej zastosowano metodę objętości skończonych.
W rozwiązaniu wykorzystano także specjalnie opracowane techniki uwzględnienia lokal-nych zjawisk hydrauliczlokal-nych (np. odskoków hydrauliczlokal-nych) oraz szybkozmiennego prze-pływu wody z małą głębokością. Wspomniane równania były zwykle stosowane do opisu transformacji fali wezbraniowej w rzekach i kanałach oraz płytkich zbiornikach wodnych.
Ich przydatność do modelowania hydraulicznych skutków katastrof zapór wodnych w natu-ralnych dolinach rzek została potwierdzona przez autora we wcześniejszych badaniach (Szydłowski, 2003). Formalnej i praktycznej oceny wymagało jednak zastosowanie tego modelu do opisu przepływu wody na obszarach zabudowanych, który zwykle nie jest wol-nozmienny i w związku tym nie spełnia założeń przyjmowanych w trakcie wyprowadzania równań. W badaniach zwrócono więc szczególną uwagę na określenie praktycznych granic stosowalności modelu przepływu wody płytkiej do odwzorowania szybkozmiennego prze-pływu przez obszary zabudowane. Weryfikacji wyników obliczeń dokonano na podstawie zmierzonych wartości głębokości wody. W pracy zbadano również wpływ metody odwzo-rowania obszaru zabudowanego na uzyskiwane wyniki obliczeń parametrów przepływu.
Ostatnia, trzecia część przeprowadzonych badań polegała na zastosowaniu zapropo-nowanego modelu do oceny hydraulicznych skutków ekstremalnego przepływu przez ob-szar zabudowany. W pierwszym etapie wykonano numeryczną symulację przepływu przez przykładowy, hipotetyczny obszar zabudowany, narażony na zalanie po przerwaniu wału przeciwpowodziowego. Następnie wykonano prognozę transformacji fali i zasięgu zalewu powodziowego na istniejącym obszarze zurbanizowanym po awarii obwałowania. Jako miejsce potencjalnej powodzi wybrano jedną z dzielnic Warszawy – Saską Kępę.
Struktura przedstawionej rozprawy jest następująca. W rozdziałach pierwszym i dru-gim opisano podjęty temat badawczy, cele i zakres podjętej pracy oraz krótko przedstawio-no zastosowane metody i zakres przeprowadzonych badań.
W rozdziale trzecim scharakteryzowano zjawisko powodzi, przedstawiono historyczne uwarunkowania powiązania miast z wodą, zaprezentowano przyczyny pojawiania się wody w mieście, a także drogi przepływu wody przez obszary zurbanizowane. W tej części pracy opisano także zagrożenia, jakie niosą ze sobą powodzie miejskie oraz metody ich ograni-czania ze szczególnym uwzględnieniem konieczności wyznaograni-czania stref zalewów powo-dziowych i wykonywania map zagrożenia powodziowego.
Czwarty rozdział pracy zawiera opis stanu wiedzy na temat matematycznego modelo-wania propagacji fal powodziowych w naturalnych ciekach i zbiornikach oraz na terenach zabudowanych. W rozdziale tym opisano zarówno różne modele matematyczne przepływu wody ze swobodnym zwierciadłem, jak i metody ich rozwiązywania w odniesieniu do możliwości modelowania szybkozmiennego przepływu powierzchniowego na terenach zurbanizowanych, a także w kanalizacji deszczowej.
W rozdziale piątym szczegółowo przedstawiono dwuwymiarowy model przepływu wody płytkiej, wykorzystany do opisu zjawiska powierzchniowego przepływu wody przez obszar zabudowany. Zaprezentowano postać równań modelu, dokonano klasyfikacji rów-nań różniczkowych cząstkowych tworzących model oraz sformułowano niezbędne do ich rozwiązania warunki graniczne. W drugiej części tego rozdziału opisano numeryczne roz-wiązanie modelu matematycznego, przedstawiając opracowane i zastosowane metody cał-kowania równań w przestrzeni i czasie.
W szóstym, najobszerniejszym rozdziale pracy, przedstawiono wyniki laboratoryjnych i numerycznych badań przepływu powierzchniowego na terenie zabudowanym. Analiza
10 2. Cel, zakres i struktura pracy wyników pomiarów i obliczeń posłużyła do weryfikacji modelu i oceny przydatności rów-nań przepływu wody płytkiej do opisu ruchu wody na obszarze zurbanizowanym. W roz-dziale tym szczegółowo opisano także stanowisko badawcze, metodykę pomiarów oraz przebieg badań laboratoryjnych.
W przedostatnim, siódmym rozdziale przedstawiono zastosowanie własnego programu komputerowego do symulacji powodzi na obwałowanym, zabudowanym terenie zalewo-wym rzeki. Przedstawiono wyniki obliczeń dwóch przykładów przepływu powodziowego wywołanego przerwaniem obwałowania przeciwpowodziowego.
Ósmy, ostatni rozdział pracy zawiera podsumowanie i wnioski końcowe.
Rozdział
3
CHARAKTERYSTYKA POWODZI MIEJSKICH
Pojęcie powodzi ma różne definicje. Zgodnie z polskim Prawem wodnym z lipca 2001r. (Dz. U. Nr 115, poz. 1229) przez powódź rozumie się takie wezbranie wody wciekach, naturalnych zbiornikach wodnych, kanałach lub morzu, podczas którego woda po przekroczeniu stanu brzegowego zalewa doliny rzeczne, albo tereny depresyjne i powo-duje zagrożenia dla ludności lub mienia.
Powódź jest często mylona z pojęciem wezbrania (Radczuk i in., 2001). Poprawnie wezbraniem nazywamy wzrost stanów wody w cieku, kanale, zbiorniku lub morzu, nato-miast powodzią jest takie wezbranie, które powoduje zagrożenie życia ludzkiego i szkody społeczne, ekonomiczne oraz środowiskowe, takie jak zniszczenia domów, dróg, infrastruk-tury technicznej, upraw rolniczych, zabytków kulinfrastruk-tury, ale także dezorganizację życia słecznego, skażenie terenu i wód substancjami szkodliwymi itp. Oczywiście przyczyną po-wodzi są wezbrania, ale nie każde wezbranie jest popo-wodzią. Co więcej, to samo wezbranie, powodujące zalanie terenu, może stać się powodzią lub nie – w zależności od sposobu użytkowania przez człowieka zalanego obszaru.
Przyczyną wezbrań są naturalne zjawiska związane z klimatem i pogodą. W przypad-ku rzek i zbiorników są to zwykle zwiększone dopływy wody, występujące wsprzypad-kutek inten-sywnych opadów deszczu lub topnienia śniegu. Zjawiska te mogą też występować jedno-cześnie. Wezbrania morza powodowane są natomiast wiatrami sztormowymi bądź pływami. Możliwość oddziaływania człowieka na wszystkie te zjawiska jest bardzo ograni-czona, ponieważ nie potrafimy kształtować czynników pogodowych. W Polsce ze względu na przyczyny pogodowe można wyróżnić następujące rodzaje wezbrań: opadowe, roztopo-we, zatorowe i sztormowe (Majewski, 2004). Wezbrania mogą być również wywołane awarią budowli hydrotechnicznych, np. uszkodzeń budowli piętrzących lub wałów prze-ciwpowodziowych.
Powodzie można klasyfikować również ze względu na zasięg terytorialny. I tak, po-wodzie obejmujące swym zasięgiem znaczne obszary kraju nazywamy powodziami regio-nalnymi. Powodzie o zasięgu od kilku do kilkuset kilometrów kwadratowych nazywamy zkolei lokalnymi. Te ostatnie powstają najczęściej wskutek bardzo intensywnych (nawal-nych) opadów występujących na bardzo małych obszarach w zlewniach rzek górskich, ale mogą też być skutkiem niewystarczającej przepustowości sieci kanalizacji deszczowej wzlewniach miejskich lub nawet na obszarach pozbawionych sieci cieków czy zbiorników wodnych. Powodzie lokalne bywają bardzo groźne, a ich prognoza jest trudna, gdyż prze-bieg zjawiska jest zwykle gwałtowny i niespodziewany, co odzwierciedla angielska nazwa zjawiska flash flood.
Jak już wspominano, wezbrania wywołują powódź tylko wówczas, gdy podczas wez-brania zalane zostaną tereny użytkowane przez człowieka, co spowoduje straty. Można więc powiedzieć, że ryzyko powodzi jest kosztem zabudowy i niewłaściwego użytkowania terenów zagrożonych. Niestety, ciągły wzrost zainteresowania inwestowaniem na takich obszarach zwiększa straty powodziowe. Wynika stąd, że jedyną właściwą metodą ochrony przed powodzią jest praktycznie zaniechanie użytkowania przez człowieka terenów zale-wowych w sposób podatny na szkody wywoływane zalaniem.
12 3. Charakterystyka powodzi miejskich