Przeciwdziałanie erozji wodnej w obiektach inżynierskich

Erozja wodna i jej znaczenie

Mianem erozji (z łac. erodare – żłobić) określa się procesy mechanicznego niszczenia powierzchni skorupy ziem­skiej przez różne siły przyrody – wodę, lodowiec oraz wiatr. W węższym zna­czeniu termin ten obejmuje zjawiska towarzyszące niszczeniu gleby i grun­tu. Klasyfikacja erozji w geograficz­nych warunkach Polski [1] przedsta­wia różne jej rodzaje, w tym erozję wietrzną i wodną (rys. 1).

Rys. 1 Klasyfikacja erozji w geograficznych warunkach Polski [1]

Procesy erozyjne można podzielić na: naturalne (geologiczne) – trwające od zarania globu ziemskiego bez udziału człowieka, oraz inicjowane działalnością człowieka. Obecnie erozja naturalna występuje tylko tam, gdzie istnieją na­turalne warunki środowiska, np. w re­zerwatach przyrody. W miejscach gdzie w środowisko ingeruje człowiek, obser­wuje się występowanie erozji tzw. przy­spieszonej [1]. Procesy erozyjne ulega­ją intensyfikacji w wyniku m.in. uprawy stoków, wycinania lasów, trasowania dróg oraz prac związanych z szeroko pojętą regulacją rzek i potoków. Odsło­nięta w wyniku gospodarowania pokry­wa glebowa znacznie słabiej opiera się procesom wietrzenia eolicznego oraz spływu wody, co ułatwia odrywanie się okruchów skał i cząstek gleby, ich wy­płukiwanie oraz przemieszczanie.

Zwłaszcza w obszarach górskich zapo­bieganie erozji wodnej ma szczególne znaczenie z punktu widzenia gospodar­czego, ochrony zasobów naturalnych, eksploatacji infrastruktury inżynierskiej oraz szlaków komunikacyjnych. Czynni­kami wpływającymi na nasilenie erozji wodnej na tych obszarach są: rzeźba (znaczne spadki terenu), stosunki klimatyczno-hydrologiczne, rodzaj gleb oraz sposób użytkowania. W określo­nych warunkach (hydroklimatycznych, geologicznych, glebowych i in.) ekstre­malne zjawiska opadowe mogą powodo­wać inicjowanie procesów erozyjnych na trasie szlaków zrywkowych, prze­kształcając je w swoistego rodzaju wą­wozy, mogą również powodować uszko­dzenia dróg, przepustów oraz małych mostów.

Problematyka przeciwdziałania erozji wodnej jest ściśle związana z budową i eksploatacją obiektów inżynierskich (drogowych, kolejowych, wodnych) i już na etapie prac projektowych wskaza­ne jest proponowanie sprawdzonych i efektywnych rozwiązań w tym zakre­sie oraz dobór materiałów, spełniają­cych określone wymagania.

Niezwykle istotną kwestią dotyczącą przeciwdziałania erozji wodnej jest prawidłowe rozpoznanie jej rodzaju oraz określenie stopnia nasilenia. W ciągu kilkudziesięciu ostatnich lat opracowano na świecie wiele metod oceny oraz nasilenia erozji wodnej. Proponowane metody różnią się mię­dzy sobą np. precyzją w odzwierciedle­niu rzeczywistości czy samym zakre­sem oceny. Metody stosowane w celu ochrony przed działaniem erozji wodnej można umownie podzielić na przyrod­nicze, przyrodniczo-techniczne oraz techniczne. W ogólnym ujęciu metody przyrodnicze polegają na stosowaniu zabiegów fitomelioracyjnych obejmu­jących głównie zadarnienie (hydrosiew, humusowanie i in.), zakrzaczenie lub zadrzewienie. Metody techniczne mają zastosowanie wówczas, gdy proce­sów erozyjnych nie można ograniczyć za pomocą metod przyrodniczych, w szczególności w zabudowie potoków górskich i eksploatacji zbiorników wod­nych. Są również stosowane w przy­padku tarasowania zboczy, moderni­zacji stanu dróg i szlaków zrywkowych oraz innych prac w zakresie ochrony przed osuwiskami.

Ruchy mas ziemnych i osuwiska

Ważnym problemem dla inżynierów są powierzchniowe ruchy masowe, które mogą powodować wiele kom­plikacji w procesie inżynieryjnego zagospodarowania obszarów. Bezpo­średnią przyczyną ich powstania jest m.in. silne zwietrzenie skał, podcię­cie erozyjne zbocza, przeciążenie zbocza wodą opadową lub śniegiem bądź też silne nawodnienie podłoża przez spękane warstwy [2]. Zasad­niczą kwestią jest występujący ro­dzaj gruntu, gdyż proces ruchu mas ziemnych będzie przebiegał zupełnie inaczej w przypadku utworów okru­chowych (żwiry, piaski) niż w iłach czy glinach. W żwirach i piaskach po­zbawionych cząstek ilastych kohezja jest znikoma, a w piaskach bardzo drobnoziarnistych, niezawierających składników ilastych, kohezja będzie istniała głównie w obecności wody kapilarnej.

Ruchy mas ziemnych mogą wystę­pować naturalnie, mogą również być inicjowane inżynierską działalnością człowieka, m.in. poprzez: zmiany stosunków wodnych na stoku przez przecięcie warstw wodonośnych czy podcięcie stoku wkopem w wyniku przebiegu tras komunikacyjnych; ob­ciążenia statyczne i dynamiczne powo­dowane nadmiernie ciężkimi konstruk­cjami budowlanymi lub składowaniem materiałów na stoku; zmiany konsy­stencji gruntu w wyniku nadmiernego uwilgotnienia stoku; eksploatację ka­mieniołomów i żwirowisk; zmiany prze­biegu koryt rzek i potoków, powiązane z niepożądanym spiętrzeniem wód po­wierzchniowych.

Stosując klasyfikację opartą na kry­teriach rodzaju i prędkości ruchu oraz charakteru i mechanizmu zsu­wających się po stoku mas ziemnych [2], można wyróżnić trzy grupy ru­chów masowych: 1) spływy, które powstają, gdy nastąpi nasycenie warstw przypowierzchniowych wodą, zwłaszcza pokryw zwietrzelinowych, wśród których przeważają utwory pylaste i ilasto-gliniaste; 2) zsuwy, tj. osuwiska w węższym znacze­niu, gdy mamy do czynienia z dyna­micznym przemieszczeniem się mas skalnych znacznej objętości, oraz 3) obrywy, które powstają w wyni­ku oderwania i osunięcia w dół mas skalnych ze znaczną prędkością. O ile obrywy mogą odbywać się „na sucho”, o tyle spełzywanie, osuwanie (zsuwy), a zwłaszcza spływanie jest  silnie związane z występowaniem znacznych ilości wody w gruncie. Ru­chy mas ziemnych, w tym osuwiska, mogą zagrażać infrastrukturze drogowej, niszczyć drzewostany i pola uprawne (fot. 1), mogą również po­wodować zmianę biegu rzek.

Fot. 2 Wodospust i korytka ściekowe