In¿yniersko-geologiczne i geotechniczne badania wa³ów przeciwpowodziowych
województwa lubuskiego jako metoda oceny stanu wa³ów
Urszula Ko³odziejczyk*
PowódŸ 1997 r. oraz póŸniejsze badania wa³ów przeciwpowodziowych wykaza³y z³y stan tych obiektów, zarówno pod wzglêdem iloœciowym, jak i jakoœciowym. Kompleksowe badania in¿yniersko-geologiczne i geotechniczne wa³ów województwa lubuskiego, zlokalizowanych wzd³u¿ 409,00–614,20 km biegu rzeki, wykaza³y znaczne ró¿nice pod wzglêdem ich sk³adu, struktury i stanu. Wiêkszoœæ wa³ów nale¿y poddaæ remontowi lub modernizacji, a tylko niewielkie fragmenty mo¿na uznaæ za obiekty wymagaj¹ce jedynie konserwacji.
S³owa kluczowe: powódŸ, wa³y przeciwpowodziowe, badania in¿yniersko-geologiczne i geotechniczne wa³ów
Urszula Ko³odziejczyk — Engineering-geological and geotechnical investigations of river flood embankments in the Lubuskie province (western Poland) as a method for assessment of embankment conditions. Prz. Geol., 49: 607–612.
S u m m a r y. The 1997 flood in the Odra basin and consecutive investigations of flood-embankments showed poor quantitative and qualitative state of these objects. The complex engineering-geological and geotechnical investigations of the Lubuskie province embankments, located at a river interval of 409.0–614.2 km, showed considerable differences in their content, state and structure. Most of these embankments need to be rebuild or modernized, and only small fragments should be conserved.
Key words: flood, flood embankments, engineering-geological and geotechnical investigations, Lubuskie province
Budowa, renowacja i rekultywacja wa³ów przeciwpo-wodziowych jest uwarunkowana budow¹ geologiczn¹ ich pod³o¿a, ustrojem rzeki i warunkami meteorologiczno-hy-drologicznymi dorzecza. Dlatego te¿ przystêpuj¹c do in¿y-niersko-geologicznych i geotechnicznych badañ wa³ów przeciwpowodziowych zlokalizowanych w obrêbie woje-wództwa lubuskiego, konieczne jest scharakteryzowanie warunków meteorologiczno-hydrologicznych tego rejonu oraz ustroju œrodkowej Odry.
Dorzecze Odry zajmuje powierzchniê 119 149,0 km2,
w tym: 106 159 km2znajduje siê w Polsce, a pozosta³e 12
990 km2— na obszarze Niemiec i Czech. Odra jest drug¹
pod wzglêdem wielkoœci rzek¹ Polski. Jej ca³kowita d³ugoœæ wynosi 854,4 km, a znacz¹ca wiêkszoœæ, bo 742,0 km p³ynie w obrêbie naszego kraju (ryc. 1). W granicach województwa lubuskiego Odra p³ynie od Bytomia Odrza-ñskiego po Kostrzyn.
Odra w poszczególnych odcinkach jest rzek¹ swobod-nie p³yn¹c¹ lub skanalizowan¹. Systemem swobodnym p³ynie od Ÿróde³ do Kêdzierzyna–KoŸla oraz od Brzegu Dolnego a¿ do ujœcia do Zatoki Pomorskiej. Na tych odcin-kach rzeka wykorzystuje naturalne koryto, w którym — w ramach zagospodarowania Odry — wykonano jedynie zwyk³e prace hydrotechniczne, w tym: budowê wa³ów prze-ciwpowodziowych, umacnianie brzegów i pog³êbianie dna. System skanalizowany dotyczy odcinka o d³ugoœci 186,0 km, znajduj¹cego siê pomiêdzy Kêdzierzynem–KoŸle i Brzegiem Dolnym, gdzie Odra zosta³a dodatkowo wyposa-¿ona w 24 stopnie wodne, pokonuj¹ce spad 64 m. Funkcjo-nuje tutaj unikatowy zespó³ hydrotechniczny zwany Wroc³awskim Wêz³em Wodnym, s³u¿¹cy m.in. ¿egludze, hydrotechnice i ochronie przeciwpowodziowej.
W dorzeczu Odry znajduje siê 16 du¿ych zbiorników retencyjnych o znaczeniu energetycznym, przeciwpowo-dziowym i komunalnym. Najwiêkszymi zbiornikami s¹:
Otmuchów o pojemnoœci 124,5 mln m3 oraz Nysa — o
pojemnoœci 116,8 mln m3. W Programie dla Odry-2006
przewiduje siê budowê nowych zbiorników: Racibórz
Dol-ny o pojemnoœci 170,0 mln m3i Kamieniec-Pilce o
pojem-noœci 68,0 mln m3, a tak¿e zwiêkszenie rezerwy w
istniej¹cych zbiornikach: Otmuchów o 25 mln m3i Nysa —
o 30,0 mln m3. W województwie lubuskim nie planuje siê
budowy zbiorników retencyjnych. Zak³ada siê natomiast utrzymanie istniej¹cych polderów: Kie³cz–Tarnów Bycki o pojemnoœci ok. 15,0 mln m3, Po³upin o pojemnoœci 70, 0
mln m3i Krzesin–Bytomiec o pojemnoœci 20,0 mln m3
oraz budowê trzech nowych obiektów: polderu Urad o
pojemnoœci 30,0 mln m3, polderu S³ubice–Górzyca o
pojemnoœci 60,0 mln m3i polderu £ugi Górzyckie o pojem-noœci 30,4 mln m3.
Odra ma ogromne znaczenie gospodarcze:
przep³ywa przez ni¹ 1,67 mln m3wód
powierzchnio-wych, pochodz¹cych z jej dorzecza,
jest wa¿n¹ drog¹ wodn¹; na odcinku 742 km (razem
z Kana³em Gliwickim) reprezentuje najlepszy w Polsce szlak wodny),
*Instytut In¿ynierii Œrodowiska, Politechnika Zielonogórska, ul. Podgórna 50, 65-516 Zielona Góra; [email protected]
Kostrzyn Gorzów Wielkopolski Bytom Odrzañski Opole Wroc³aw
Polska
Szczecin Od ra Zielona Góra Morze Ba³tyckie S³owacja Ukraina Bia³oruœ Litwa Rosja Czechy Niemcy G³ogów Brzeg Dolny Kêdzierzyn-KoŸle O dra 0 50 100 150kmodcinek Odry p³yn¹cej w granicach województwa lubuskiego
Odra river’s stretch in the Lubuskie province
zbadany odcinek wa³ów przedstawiony na ryc. 4
investigated embankment fragments presented in fig. 4 Ryc. 1. Lokalizacjia badañ
dorzecze Odry jest Ÿród³em energii; funkcjonuje tutaj
46 elektrowni o rocznej produkcji 380 000 MWh, w rejonie lubuskim dzia³a obecnie Zespó³ Elektrowni Wodnych Dychów, który obejmuje m.in. elektrownie: „Dychów”, „Gorzupia”, „¯agañ I”, „¯agañ II” i „Ma³omice”. Elektrow-nia szczytowo-pompowa „Dychów” ma najwiêksz¹ moc (79,5 MWh) spoœród wszystkich obiektów w dorzeczu Odry,
obszar dorzecza stanowi doskona³y korytarz
ekolo-giczny, bogaty w liczne gatunki flory i fauny. Utworzono w nim 3 parki narodowe, 143 rezerwaty, 22 parki krajobrazo-we oraz 34 obszary chronionego krajobrazu, w zwi¹zku z tym ok. 10% dorzecza zalicza siê do obszarów chronio-nych. Projektowane jest utworzenie dalszych 38 obszarów chronionych. W województwie lubuskim zostan¹ utworzo-ne nastêpuj¹ce obiekty: Park Krajobrazowy Bytom Odrza-ñski–Stany, Park Krajobrazowy Cigacice–Krosno, Park Krajobrazowy Dolina Pliszki, Park Krajobrazowy Dolina Ilanki, rezerwat Owczary, rezerwat œcis³y w okolicy Porze-cza, u¿ytek ekologiczny w rejonie Górzycy oraz zespó³ przyrodniczo-krajobrazowy „Zalewowa Dolina Odry” w okolicy S³ubic. Planuje siê równie¿ powiêkszenie ist-niej¹cych rezerwatów w okolicach Pamiêcina oraz S³oñska.
Odra i jej dorzecze ma równie¿ walory
turystycz-no-rekreacyjne.
Odra dzielona jest na: górn¹, œrodkow¹ oraz doln¹ (Kolago i in., 1972). W podziale administracyjnym Polski œrodkowa Odra jest zwi¹zana niemal w ca³oœci z woje-wództwem lubuskim. P³yn¹c przez ten region zachowuje charakter rzeki nizinnej, zwi¹zanej z umiarkowanymi warunkami klimatycznymi. Z pomiarów przeprowadzo-nych w ci¹gu ostatniego 30-lecia w stacjach meteorolo-gicznych Œrodkowego Nadodrza wynika, ¿e œrednia roczna temperatura powietrza wynosi tutaj 9,5–9,9oC, a najwy¿-sza œrednia temperatura (18oC) jest osi¹gana w lipcu. Œred-nia roczna suma opadów atmosferycznych waha siê w przedziale 616–663 mm, przy czym najwy¿sze opady wystêpuj¹ w miesi¹cach letnich (lipiec–sierpieñ) i wynosz¹ 63,0–68,0 mm. Najwiêksze objêtoœci przep³ywu w œrodkowej Odrze (wodowskaz Nowa Sól) zaznaczaj¹ siê w marcu (œrednio 200–350 m3/s) i czerwcu (400–600 m3/s). Stan wody, poza okresami wód wysokich i powodzi, utrzy-muje siê w stanie wody niskiej i œredniej, wykazuj¹c kulmi-nacje g³ównie podczas wiosennych roztopów.
Woda w Odrze potrafi byæ ¿ywio³em. Z badañ histo-rycznych (Dubicki i in., 1999) wynika, ¿e powodzie na Odrze wystêpowa³y wielokrotnie, m.in. w latach: 1813, 1854, 1902, 1903, 1930. Jednak najwiêksza powódŸ mia³a miejsce w lipcu 1997 r., kiedy to w górnym i œrodkowym odcinku rzeka przekroczy³a wszystkie dotychczasowe mak-sima o 20–284 cm (Ozga-Zieliñska, 1998). Przyczyn¹ tej powodzi by³y intensywne i d³ugotrwa³e opady, jakie wyst¹pi³y na pocz¹tku lipca w dorzeczu górnej Odry (£ysa Hora w Czechach), gdzie np. 6 lipca spad³o 234 mm opadu, a stosunek sumy opadów do œredniej sumy lipca z 30-lecia (1961–1990) przekracza³ nawet 250%. Gwa³towne wezbra-nie wód w dop³ywach uformowa³o tzw. pierwsz¹ falê powo-dziow¹, która z biegiem rzeki ulega³a dalszej rozbudowie, zalewaj¹c kolejne miejscowoœci. Fala ta przep³ywa³a przez œrodkow¹ Odrê od 16 lipca (G³ogów) do 22 lipca (S³ubice) — ryc. 2.
Kolejna fala opadów, jak mia³a miejsce w dorzeczu górnej Odry w dniach 17–21 lipca 1997 r., spowodowa³a ponowny przybór wód i utworzenie drugiej fali powodzio-wej, zaznaczaj¹cej siê 28 lipca w G³ogowie, a 30 lipca — w Po³êcku. W dalszym biegu Odry nast¹pi³o na³o¿enie siê obydwu fal powodziowych, co da³o w sumie falê o znacz-nej d³ugoœci (150–200 km) i niespotykaznacz-nej objêtoœci.
Podczas letniej powodzi 1997 r. stan wody na œrodko-wej Odrze przewy¿sza³ dotychczasowe absolutne maksi-ma: w G³ogowie o 39 cm, Nowej Soli o 22 cm, w Cigacicach i Nietkowie o 33 cm, w Po³êcku o 39 cm, a w S³ubicach o 3 cm. Mo¿na przyj¹æ, ¿e na ca³ej Odrze stany wody w niewiel-kim stopniu odbiega³y od stanów kulminacyjnych. Specyfik¹ powodzi na Œrodkowym Nadodrzu by³ ³agodny przyrost i spadek wód powodziowych, p³yn¹cych z niewielk¹ prêdko-œci¹ (poni¿ej 2m/s). Wp³ynê³o to na d³ugi czas wezbrania, który wynosi³ tutaj 42 dni. Wyst¹pi³o równie¿ podpiêtrzanie wód gruntowych odprowadzanych do Odry. Na Œrodkowym Nadodrzu najwy¿sze stany wód podziemnych zaobserwowa-no przy ujœciu Bobru, gdzie œrednia z wielolecia 1951–1996 dla lipca zosta³a przekroczona o 17–41 cm.
Walce z powodziami zawsze s³u¿y³y wa³y przeciwpo-wodziowe. Pierwsze umocnienia na Odrze pojawi³y siê w XIV w., ale najwiêksze prace obwa³owuj¹ce rzekê wyko-nano w XVI–XVIII w. Na Œrodkowym Nadodrzu wa³y przeciwpowodziowe zosta³y uformowane g³ównie w latach 1750–1790. Przez niemal sto lat mia³y one zaledwie 0–10 stóp szerokoœci w koronie. Dopiero po powodzi w 1854 r. zosta³y wzmocnione ³awk¹ o szerokoœci 3,0–4,0 m, któr¹ dobudowano ok. 1,5 m poni¿ej korony. Kolejne powodzie w 1897 r. i 1903 r. wymusi³y nowe inwestycje. Wykonane wówczas zabezpieczenia skutecznie ochroni³y rejon przed nastêpn¹ powodzi¹, jaka mia³a miejsce w 1930 r., mimo, ¿e nie by³a ona mniejsza od poprzednich. W okresie powojennym modernizacja wa³ów przeciwpowo-dziowych przebiega³a w niewielkim zakresie; na Œrodko-wym Nadodrzu zmodernizowano wówczas tylko ok. 5 km wa³ów. Pozosta³e wa³y nadal w 35% nie spe³nia³y wymo-gów normatywnych, zarówno pod wzglêdem wyniesienia korony wa³ów ponad lustro wody 100-letniej, jak i szeroko-œci miêdzywala.
Kolejne powodzie, a szczególnie d³ugotrwa³a powódŸ w 1997 r., spowodowa³y znaczne os³abienie obwa³owañ. Poprzez rozmiêkczanie i wymywanie cz¹stek gruntu, prze-nikanie wody przez wa³, wypieranie materia³u nasyconego wod¹, a tak¿e zwyk³¹ erozjê boczn¹, zosta³a naruszona sta-bilnoœæ i szczelnoœæ korpusu wa³ów oraz pod³o¿a. Wody powodziowe uszkodzi³y istniej¹ce zabezpieczenia tworz¹c w wa³ach przeciwpowodziowych Œrodkowego Nadodrza 40 wyrw (Warcholak, 2000). W osiemnastu przypadkach powsta³y one w wa³ach o koronie przewy¿szaj¹cej wody
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 8-07 data date st an yw od y[ cm ] w a te rl e ve ls[ cm ] 6-07 12 -0 7 10 -0 7 16 -0 7 14 -0 7 20 -0 7 18 -0 7 24 -0 7 22 -0 7 28 -0 7 26 -0 7 1-08 30 -0 7 3-08 5-08 7-08 9-08 11 -0 8 13 -0 8 15 -0 8 17 -0 8 Nowa Sól Frankfurt Po³êcko G³ogów S³ubice Krosno Odrz. Nietków Eisenhuttenstadt Cigacice Kienitz Ratzdorf
Ryc. 2. Stany wody na œrodkowej Odrze podczas powodzi w 1997 r.
Fig. 2. Water levels in the middle part of the Odra-riever during the 1997 flood
100-letnie, co by³o wynikiem dodatkowego podpiêtrzania wód powodziowych przez roœlinnoœæ zarastaj¹c¹ miêdzy-wale (Immendorf, 1999).
Badania geologiczno-in¿ynierskie i geotechniczne stanu wa³ów przeciwpowodziowych i ich pod³o¿a
Po analizie skutków powodzi i doraŸnym usuniêciu uszkodzeñ przyst¹piono do kompleksowych badañ geolo-gicznych wa³ów przeciwpowodziowych. Badania takie zosta³y przeprowadzone w latach 1998–2000 (Pilecki i in.,
1998; Zarêbski i in., 1999; Reszka i in., 2000) wzd³u¿ ca³ego województwa lubuskiego (ryc. 1), od Bytomia Odrzañskiego do Kostrzyna. Objê³y one wiele odcinków wa³ów o ³¹cznej d³ugoœci 240,5 km, zlokalizowanych wzd³u¿ fragmentu Odry œrodkowej, od 409,0 do 614,2 km biegu rzeki. By³y to badania nieinwazyjne, na które sk³ada³y siê: kartowanie geologiczne, bioindykacja, bada-nia geofizyczne (profilowanie elektrooporowe), wiercebada-nia rêczne, sondowanie sond¹ lekk¹ SL, badania makroskopo-we oraz badania laboratoryjne.
PRZEKRÓJ nr 1P/7/1500
CROSS-SECTION No 1P/7/1500
otwór 1 hole 1 Odra Oder ko rp u sw a³ u b o d yo f e m b a n k m e n t p o d ³o ¿ew a³ u s u b s o il o f e m b a n k m e n t ko rp u sw a³ u b o d yo f e m b a n k m e n t p o d ³o ¿ew a³ u s u b s o il o f e m b a n k m e n t 1,6 1,6 4,3 3,8 1,5 1,1 I2 NC2 II2 NC1 C2 I2 C1 g³êbokoœæ 4,0m depth 4,0m g³êbokoœæ 7,0m depth 7,0m g³êbokoœæ 4,0m depth 4,0m 0,0 0,2 0,5 1,2 Pg G Ps 0,0 Pg Gp 0,9 2,3 Gp Pd 2,7 3,3 G zπ 4,3 Pd 0,0 0,2 1,5 Gπ Pd m n.p.m. 68,0 67,0 66,0 65,0 64,0 63,0 62,0 61,0 60,0 otwór 2 hole 2 otwór 3 hole 3 m n.p.m. 68,0 67,0 66,0 65,0 64,0 63,0 62,0 61,0 60,0 1,7 1,7 g³êbokoœæ 4,0m depth 4,0m g³êbokoœæ 7,0m depth 7,0m g³êbokoœæ 4,0m depth 4,0m Odra OderPRZEKRÓJ nr 1P/24/8000
CROSS-SECTION No 1P/24/8000
otwór 1 hole 1 otwór 2 hole 2 otwór 3 hole 3 II2 I2 I2 C2 NC1 I1 I1 NI2 NI1 2,5 2,0 4,54,3 0,0 Pg 0,5 2,5 Pd 3,6 G zπ 4,5 Ps 0,0 Gl 0,4 2,5 Ps G zπ Pd 1,5 Pd 0,8 Pd Pd 1,5 0,0 Gl 0,3 2,5 Ps Gπ 1,5 PdRyc. 3. Poprzeczne przekroje in¿yniersko-geologiczne przez wa³ przeciwpowodziowy i jego pod³o¿e (lokalizacja na ryc. 4). 1P/7/1500 — nr odcinka wa³ów/ nr przekroju poprzecznego/ metra¿ odcinka wa³u. Korpus wa³ów — grunty nasypowe: NC1 — glina piaszczysta (Gp) i piasek gliniasty (Pg) w stanie plastycznym [IL= 0,35], NC2 — piasek gliniasty (Pg) w stanie twardoplastycznym [IL=0,20], NI1 — piaski drobne (Pd) œrednio zagêszczone i luŸne [ID= 0,30], NI2 — piaski drobne (Pd) œrednio zagêszczone [ID=0,45]. Pod³o¿e wa³ów — grunty rodzime: I1 — piaski drobne (Pd) luŸne [ID= 0,30], I2 — piaski drobne (Pd) œrednio zagêszczone [ID=0,50], II2 — piaski œrednie (Ps) œrednio zagêszczone [ID=0,50], C1 — glina pylasta zwiêz³a (GBz) w stanie plastycznym [IL=0,45], C2 — glina pylasta (GB) na pograniczu stanu plastycznego i twardoplastycznego [IL=0,25]
Fig. 3. Transverse engineering-geological cross-sections through the flood-banks and their bedrock (for location see Fig. 4). 1/P/25 — No. of bank section /No. of transverse section/distance of section in meters. Body of embankment — made grounds; NC1 — sandy clay (Gp) and clayey sand (Pg) in plastic state [IL= 0.35], NC2 — clayey sand (Pg) in hard-plastic state [IL=0. 20], NI1 — sands fine (Pd) middle-dense and loose [ID= 0.30], NI2 — sands fin e(Pd) middle-dense [ID=0.45]. Bedrock of embankment — native grounds: I1 — sands fine (Pd) loose [ID= 0.30], I2 — sands fine (Pd) middle-dense [ID=0.50], II2 — sands middle (Ps) middle-dense [ID=0. 50], C1 — concise silty clay (GBz) in plastic state [IL=0. 45], C2 — silty clay (GB) at plastic/hard-plastic state boundary [IL=0. 25]
Wiercenia i sondowania przeprowadzono w przekro-jach poprzecznych, których lokalizacjê typowano na pod-stawie badañ bioindykacyjnych i geofizycznych. Otwory badawcze zosta³y wykonane od strony odpowietrznej, w koronie wa³u i od strony odwodnej. W lubuskim odcinku Odry zinterpretowano budowê geologiczn¹ wa³ów prze-ciwpowodziowych w ok. 600 przekrojach poprzecznych, po wykonaniu blisko 2000 otworów badawczych. Wybrane losowo przekroje zaprezentowano na ryc. 3.
Z kompleksowej analizy wyników badañ wa³ów prze-ciwpowodziowych Odry zlokalizowanych w obrêbie ca³ego województwa lubuskiego wynika, ¿e zarówno w pod³o¿u wa³ów (tab. 1), jak w ich korpusie (tab. 2) wystê-puje du¿e zró¿nicowanie osadów pod wzglêdem uziarnie-nia oraz oznaczonych parametrów.
Pod³o¿e wa³ów stanowi holoceñski taras zalewowy, w którym wydzielono dwie serie:
— piaszczyst¹ (warstwy I 1, I 2, II 1, II 2 oraz II 3), zbudowan¹ z piasków œrednich (Ps), drobnych (Pd) i pyla-stych (PB), a miejscami grubych (Pr), pospó³ki (Po) oraz ¿wirów (¯), s³abo lub œrednio zagêszczonych. Wytrzy-ma³oœæ osadów sypkich znacznie obni¿a ich zapylenie i wysoki stan wód gruntowych.
— madow¹ (warstwy C 0, C 1, C 2, C 3, C 4), utwo-rzon¹ g³ównie przez piaski gliniaste (Pg), namu³y (Nmg), gliny (G), gliny piaszczyste (Gp), gliny pylaste (GB), i³y (I) i i³y pylaste (IB), w stanie plastycznym lub twardoplastycz-nym, zawieraj¹ce znaczne iloœci czêœci organicznych (nie-kiedy ponad 5%). Osady te charakteryzuj¹ siê du¿¹ porowatoœci¹ i wra¿liwoœci¹ na uplastycznienie pod wp³ywem wody (Ko³odziejczyk, 1999).
Korpus wa³ów buduj¹:
— grunty nasypowe sypkie, zawieraj¹ce domieszki gruntów spoistych, reprezentowane przez ró¿nego rodzaju piaski (Pd,Ps,Pr,Po,PB, Pg) w stanie luŸnym (warstwy NI 1, NII 1) i œrednio zagêszczonym (warstwy NI 2, NII 2, NII 3), — grunty nasypowe spoiste, zawieraj¹ce g³ównie osa-dy madowe, wykszta³cone w postaci glin, glin piaszczys-tych i pylaspiaszczys-tych (G, Gz, Gpz, Gp, GB, GBz), i³ów (I, Ip, Ip) oraz piasków gliniastych (Pg), w stanie plastycznym (warstwy NC 1, NC 2) i twardoplastycznym (warstwy NC 3, NC 4).
Przeprowadzone badania wykazuj¹, ¿e stan wa³ów przeciwpowodziowych jest w znacznym stopniu determi-nowany stanem pod³o¿a, gdzie czêsto zalegaj¹ osady madowe, bogate w substancjê organiczn¹, a niekiedy torfy. Utwory te z biegiem lat ulegaj¹ rozk³adowi, prowadz¹c do powstawania pustek powietrznych oraz zmian w struktu-rze gruntu i jego wytrzyma³oœci (Kowalski, 1988). Doliny rzeczne, stanowi¹ce pod³o¿e wa³ów, charakteryzuj¹ siê du¿ym zró¿nicowaniem budowy geologicznej, co sprzyja procesom sufozji, drena¿u, przebiæ hydraulicznych, itp. (Wittmann, 1980). Posadowienie wa³ów przeciwpowo-dziowych na s³abym pod³o¿u spowodowa³o, ¿e podczas d³ugotrwa³ych wezbrañ filtracja przyjê³a charakter ustalo-ny, a w wa³ach wyst¹pi³y liczne przesi¹ki i wyrwy.
Wa³y przeciwpowodziowe zosta³y zbudowane z mate-ria³u zró¿nicowanego pod wzglêdem uziarnienia oraz stanu zagêszczenia (Ko³odziejczyk, 2000). Materia³ by³ dostar-czany z najbli¿szego otoczenia, a formowanie wa³ów zacho-dzi³o najczêœciej w sposób ca³kiem przypadkowy. Efektem tego jest zró¿nicowanie parametrów fizyczno-mechanicz-nych gruntów. Zjawisko to spotêgowa³ czas. Kolejne powo-dzie, niew³aœciwe u¿ytkowanie wa³ów, jak np. rozje¿d¿anie ich przez samochody, a tak¿e procesy erozyjne doprowa-dzi³y do naruszenia struktury gruntu. Fina³ tych zjawisk mia³ miejsce podczas powodzi, kiedy w wa³ach powstawa³y licz-ne spêkania i powierzchnie os³abieñ, a w konsekwencji — dochodzi³o do utraty statecznoœci zboczy i tworzenia wyrw wa³owych.
Ocena stanu wa³ów przeciwpowodziowych Kompleksow¹ ocenê stanu wa³ów przeciwpowodzio-wych województwa lubuskiego wykonano poprzez anali-zê utraty statecznoœci skarp, ocenê mo¿liwoœci przep³ywu wody przez korpus wa³u lub jego pod³o¿e oraz przebicia hydraulicznego nieprzepuszczalnej warstwy gruntowej zalegaj¹cej w pod³o¿u wa³u.
Ocenê statecznoœci zbadanych odcinków wa³ów zana-lizowano poprzez obliczenie wskaŸnika statecznoœci wa³ów. Wykorzystano tutaj metodê Felleniusa,
uwzglêd-S tr at yg ra fi a S er ia S ym bo l w ar st w y ge ot ec hn ic zn ej R od za j gr un tu w g P N -8 6/ B -0 24 80 S to pi eñ za gê sz cz en ia ID S to pi eñ pl as ty cz no œc i IL Gês to œæ ob jê to œc io w a ρo [t /m 3] K ¹t ta rc i a w ew nê tr zn eg o ϕu [d eg ] S pó jn oœ æ cu [M P a] E do m et ry cz ny m od u³ œc iœ li w oœ æ M o [M P a] M od u³ od ks zt a³ ce ni a E o [M P a] H ol oc en pi as zc zy st a I 1 Pd, Pπ 0,30 – 1,80 29,5 – 43 33 I 2 Pd, Pπ 0,50 – 1,85 30,5 – 63 47 II 1 Ps,Π 0,30 – 1,90 31,5 – 68 57 II 2 Ps, Pg, Pr 0,50 – 1,95 33,0 – 97 82 II 3 Po, ¯ 0,55 – 2,05 39,0 – 165 145 m ad ow a C O Pg,NmgGπz,Π,T IL < 0,50 C 1 Pg,Gz,Gpz,Gπ, Gπz, I, Iπ – 0,45 1,95 10,5 0,009 16,5 12 C 2 Pg,G,Gp,Gπ,Gz,Gpz,Gπz,I,Iπ – 0,25 1,90 14,0 0,014 26 18 C 3 Pg, Gπ,G,I,Iπ – 0,20 1,90 14,5 0,016 29 20 C 4 G,Gz,Gp,Gπ,Gπz I,Iπ – 0,10 1,90 16,5 0,021 37 25,5
Tab. 1. Charakterystyczne wartoœci parametrów warstw geotechnicznych wydzielonych w pod³o¿u wa³ów przeciwpowodzio-wych
niaj¹c¹ efekty przep³ywu wody przez korpus wa³u przy ko³owo-cylindrycznych powierzchniach poœlizgu.
Analizê mo¿liwoœci przep³ywu wody przez wa³ lub jego pod³o¿e przeprowadzono zgodnie z regu³¹ Tiema, wed³ug której filtracja nie stanowi zagro¿enia dla wa³u przy czasie przesi¹ku d³u¿szym od czasu trwania wezbra-nia. Przyjmuj¹c czas wezbrania równy 14 dni wydzielono trzy kategorie wa³ów:
kategoria a — w której wykluczono mo¿liwoœæ
prze-si¹ków w okresie 14 dni,
kategoria b — dopuszczono przesi¹ki w okresie od 7
do 14 dni,
kategoria c — przyjêto czas przesi¹ku mniejszy od 7
dni i mo¿liwe szybkie rozmokniêcie wa³u.
Ocena zagro¿enia przebiciem hydraulicznym polega³a na ustaleniu mi¹¿szoœci gruntów nieprzepuszczalnych i s³abo przepuszczalnych, zalegaj¹cych w pod³o¿u wa³ów i ocenie mo¿liwoœci przebicia hydraulicznego tych warstw wskutek parcia wody podczas wezbrania.
Analiza stopnia prawdopodobieñstwa wyst¹pienia powy¿szych zjawisk w poszczególnych odcinkach wa³ów pozwoli³a na dokonanie zbiorczej oceny geotechnicznej:
— stan dobry przypisano fragmentom gwaran-tuj¹cym bezpieczn¹ eksploatacjê wa³u podczas wezbrania powodziowego,
— stan œredni odpowiada wa³om niepewnym, czyli fragmentom, gdzie mo¿liwe jest wyst¹pienie awarii,
— stan z³y obejmuje fragmenty wa³ów zagro¿onych awariami, nie w pe³ni spe³niaj¹cych wymagania technicz-no-konstrukcyjne.
Wyniki tej oceny, dokonanej dla wybranego fragmentu wa³ów, zaprezentowano na ryc. 4.
Przeprowadzone badania wykaza³y, ¿e poszczególne odcinki wa³ów s¹ zró¿nicowane pod wzglêdem parame-trów geotechnicznych; na przyk³ad odcinek 1P, biegn¹cy od 408,0 do 419,8 km prawego brzegu rzeki, jest znacznie zró¿nicowany pod wzglêdem stanu technicznego. Zbiorcza analiza tego odcinka wykazuje, ¿e w 52% znajduje siê on w stanie dobrym, w 19% — w stanie œrednim, a w 29% — w stanie z³ym.
Rezultatem wszystkich badañ geologicznych, a tak¿e analiz klasy wa¿noœci wa³u w strategii przeciwpowodzio-wej by³o ustalenie sposobu poprawy stanu technicznego wa³ów i wytypowanie odcinków przeznaczonych do modernizacji, remontu czy konserwacji.
Poprzez modernizacjê rozumie siê gruntown¹ przebu-dowê wa³u lub korektê jego geometrii. Remont to m.in. uszczelnienie wa³ów od strony odwodnej oraz wyrównanie lokalnych deformacji powsta³ych podczas powodzi lub niew³aœciwego u¿ytkowania wa³ów. Prace konserwacyjne dotycz¹ bie¿¹cych zadañ polegaj¹cych na systematycznej likwidacji krzewów i drzew w miêdzywalu, uzupe³nianiu zadarnienia, koszeniu traw, itp.
W wyniku przeprowadzonych prac mo¿liwa by³a kompleksowa ocena stanu wa³ów przeciwpowodziowych województwa lubuskiego. Prace te wykaza³y, ¿e tylko 38,6% wa³ów Œrodkowego Nadodrza jest w stanie dobrym, 33,2% — w stanie œrednim, a 28,2% — w stanie z³ym.
Do realizacji w pierwszej kolejnoœci wytypowano odcinki najbardziej zagro¿one, a pe³ni¹ce jednoczeœnie wa¿n¹ rolê w ochronie przeciwpowodziowej. Wymiernym efektem prac wykonanych do koñca 2000 r. by³o zmoderni-zowanie i wyremontowanie 99,15 km wa³ów lubuskiego odcinka Odry (w tym tak¿e prezentowanych na ryc. 3 odcinków 1L i 2L). Kolejne 12,47 km wa³ów znajduje siê obecnie w stadium realizacji, a pozosta³e 36,0 km wa³ów zostanie zmodernizowane w niedalekiej przysz³oœci. Pozo-staje nam nadzieja, ¿e prace te zostan¹ zakoñczone przed kolejn¹ wielk¹ powodzi¹.
Zaprezentowane wyniki stanowi¹ nie tylko ocenê obecnego stanu okreœlonej czêœci œrodowiska geologiczne-go, ale pozwalaj¹ na postawienie wiarygodnych prognoz zmian warunków in¿yniersko-geologicznych w czasie i ich wp³ywu na projektowanie i wykonywanie nowych obiek-tów (Kowalski, 1988).
Mog¹ one byæ wykorzystane do oceny stanu wa³ów przeciwpowodziowych innych rzek Polski i Europy, znaj-duj¹cych siê w podobnych strefach klimatycznych i morfo-logicznych. D³ugotrwa³oœæ powodzi, charakterystyczna dla województwa lubuskiego, jest tak¿e typowa dla nizin-nych fragmentów Renu, Rodanu czy Dunaju.
S tr at yg ra fi a S er ia S ym bo l w ar st w y ge ot ec hn ic zn ej R od za j gr un tu w g P N –8 6/ B -0 24 80 S to pi eñ za gê sz cz en ia ID S to pi eñ pl as ty cz no œc i IL G ês to œæ ob jê to œc io w a ρo [t /m 3 ] K ¹t ta rc ia w ew nê tr zn eg o ϕu [d eg ] S pó jn oœ æ cu [M P a E do m et ry cz ny m od u³ œciœliwoœc i M o[ M P a] M od u³ od ks zt ce ni a E o [M P a] H ol ce n grunty nasypowe sypkie NI 1 Pd, Pπ, Pg 0,30 – 1,70 29,5 – 45 32 NI 2 Pd, Pπ, Pg 0,45 – 1,75 30,5 – 57 44 NII 1 Ps 0,30 – 1,80 31,5 – 68 56 NII 2 Ps, Pr, Pg 0,45 – 1,85 32,5 – 90 74 NII 3 Po, Ps 0,60 – 1,88 33,5 – 112 96 grunty nasypowe spoiste NC 1 Pg,G,Gz,Gp,Gpz,,Gπ,Gπz, I – 0,35 1,96 12,5 0,012 21 14,5 NC 2 Pg,G,Gp,Gπz, Gpz I, Iπ – 0,20 1,96 15,0 0,016 29 20 NC 3 Pg,G,Gp, Gπz,Gpz, I, Iπ – 0,10 1,93 16,5 0,021 37 25,5 NC 4 Pg,G,Gp,Gπz,Gpz,Gπz, I, Iπ – 0,05 1,91 17,5 0,025 42 29
Tab. 2. Charakterystyczne wartoœci parametrów warstw geotechnicznych wydzielonych w korpusie wa³ów przeciwpowodzio-wych
Sk³adam serdeczne podziêkowania mojemu wieloletniemu opiekunowi, Panu Prof. Witoldowi Cezariuszowi Kowalskiemu z Uniwersytetu Warszawskiego za cenne uwagi i ¿yczliwoœæ oka-zan¹ mi podczas opracowywania niniejszej pracy. Dziêkujê rów-nie¿ mgr in¿. Piotrowi Warcholakowi Dyrektorowi Lubuskiego Zarz¹du Melioracji i Urz¹dzeñ Wodnych w Zielonej Górze za udostêpnienie materia³ów oraz mgr in¿. Arturowi Szymañczyko-wi za pomoc techniczn¹.
Literatura
DUBICKI A., S£OTA H. & ZIELIÑSKI J. 1999 — Dorzecze Odry — monografia powodzi lipiec 1997. IMiGW, Warszawa.
IMMENDORF R. 1999 — Hochwasser. Natur im Uberfluss. C.F. Muller. Verlag Heidelberg.
KOLAGO C., MOJSKI J., REZAK B. & RÓ¯YCKI M. 1972 — Przewod-nik geologiczno-krajoznawczy — Odra od Ÿróde³ do Ba³tyku. Wyd. Geol. KO£ODZIEJCZYK U. 1999 — Ocena geotechniczna fragmentu wa³ów przeciwpowodziowych Odry. VIII Konf. Tech. Kontrola Zapór, Zakopane. IMGW, Warszawa.
KO£ODZIEJCZYK U. 2000 — Geologic-engineering investigations as a method of Odra-river flood-embankment conditions estimation.
Tagungsband zur 9. Jahrestagung der Gesellschaft fur Geowissenschaften e.V. Geologie ist Grenzenlos. Frankfurt/O, 20–25.09.2000, Germany. KOWALSKI W.C. 1988 — Geologia in¿ynierska. Wyd. Geol. OZGA-ZIELIÑSKA M. 1998 — Safety of flood control structures — hydrological basis. Inter. Odra Research Conf., 16–19 June, Kraków. PILECKI K. (red.) 1998 — Badania i ocena stanu technicznego ok. 35 km wa³ów przeciwpowodziowych prawostronnych rzeki Odry na odcinku od km rzeki 433,3 do km 469,5 od stanów do G³uchowa, w³¹cznie z wa³ami na wêŸle hydrotechnicznym w
Sadowej.ARCADIS-EKOKONREM Sp. z o.o. Wroc³aw.
RESZKA T. (red.) 2000 — Nieinwazyjne badania geologiczne i ocena stanu technicznego prawostronnego obwa³owania rzeki Odry w km 573,0–614,2 na d³ugoœci 38 875 m w granicach województwa lubuskie-go. Ekspertyza stanu technicznelubuskie-go. IMGW Oddz. w Krakowie, Samodz. Pracow. Tech. Kontroli Zapór, Kraków.
WARCHOLAK P. 2000 — Przegl¹d technologii modernizacji wa³ów odrzañskich na terenie województwa lubuskiego. Konf. pt. Projektowa-nie, modernizacja i eksploatacja obwa³owañ rzecznych. Dychów. LZMiUW, Zielona Góra.
WITTMANN L. 1980 — The Process of soil Filtration – Its Physic and
the Approach in Engineering Practice. Proc. of the 7th
European Conf, on Soil Mechanics and Found. Eng. Brighton (England), vol. 1: 303–310. ZARÊBSKI M. (red.) 1999 — Dokumentacja z nieinwazyjnych badañ geologicznych oraz stanu technicznego wa³ów przeciwpowodziowych rze-ki Odry w km 409.0–567.5. Przedsiêb. Geol. PROXIMA S.A. Wroc³aw. 1P/30/10 400 1P/25/ 8500 3L/5/1 500 1P/ 20/6 750 1P/ 15/5 000 3L/1/200 1P/ 10/3 100 1P/5/ 1300 1P/1/1 00 1L/1 /100 1L /5/9 00 2L /1/1 00 0 1 2 3 km
ZALECANY SPOSÓB POPRAWY STANU TECHNICZNEGO WA£U PROPOSED IMPROVEMENT TECHNICAL IMPROVEMENT OF EMBANKMENT modernizacja modernization remont rebuilding konserwacja conservation ZBIORCZA OCENA GEOTECHNICZNA WA£U GENERAL EMBANKMENT GEOTECHNICAL ASSESSMENT OF OCENA GEOTECHNICZNA
EMBANKMENT’S GEOTECHNICAL STATE ESTIMATION
stan dobry good stan œredni middle stan z³y bad
numer odcinka wa³u
embankment number
linia przekroju badawczego
(nr odcinka / nr przekroju / metra¿ odcinka)
investigation cross-section line
(stretch number / cross-section no / stretch distance in m)
linia przekroju badawczego przedstawionego na ryc. 3
investigation cross-section line presented in fig. 3
wa³ zmodernizowany po powodzi
embankment after modernization
zadania w realizacji
projects in progress
STAN Z£Y
BAD CONDITIONSTAN DOBRYGOOD CONDITION
STAN ŒREDNI
MIDDLE CONDITION
1P/7/1500
1P
Ryc. 4. Ocena geotechniczna fragmentu wa³ów przeciwpowodziowych Œrodkowej Odry Fig. 4. Geotechnical assessinet of the middle Odra river flood embankments
