Stan budowli piętrzących w Polsce – cz. I

Utrzymanie odpowiedniego stanu licznych budowli piętrzących, a zwłaszcza znaczne, często skumulowane koszty koniecznych, jednoczesnych remontów wielu z nich, są obecnie problemem i wyzwaniem w skali światowej, z którym mierzą się także wysoko rozwinięte państwa [1, 2].

W nowym milenium, a zwłaszcza w ciągu ostatniej dekady, odnotowano istotne pogorszenie się stanu budowli piętrzących w Polsce [3, 4, 5]. Wynika ono po pierwsze z wieloletnich zaniedbań w zakresie bieżącego finansowania gospodarki wodnej, ale po drugie z globalnego problemu starzenia się infrastruktury hydrotechnicznej. Jednym z istotnych narzędzi mogącym znacząco wpłynąć na ograniczenie tego problemu jest rozwój i wdrożenia nowoczesnych metod badań i monitoringu budowli hydrotechnicznych.

Fot. © FotoDax – stock.adobe.com

Rola budowli piętrzących

Budowle piętrzące, takie jak zapory i jazy, wały przeciwpowodziowe, obwałowania kanałów, pełnią bardzo istotną rolę w stabilnym i zrównoważonym funkcjonowaniu i rozwoju społeczno-gospodarczym większości państw, w tym Polski. W zależności od swoich funkcji są kluczowe na różnych poziomach – lokalnym, a zwłaszcza regionów i globalnie całego kraju – w ochronie przeciwpowodziowej, dostarczaniu natychmiastowych zapasów mocy dyspozycyjnej na szczyty obciążenia ze zgromadzonej energii potencjalnej wody, stabilizacji przeciążeń sieci, szczególnie od elektrowni wiatrowych i słonecznych, wytwarzaniu zielonej energii z elektrowni wodnych, a zwłaszcza do zaopatrzenia w wodę rolnictwa, przemysłu i ludności. W tym ostatnim aspekcie dostępność wody w bardzo dużych ilościach jest niezbędna także w rozwijanych aktualnie na świecie i w Polsce intensywnie segmentach produkcji energii, do chłodzenia elektrowni atomowych, produkcji biomasy na cele energetyczne oraz do produkcji wodoru. To zasadnicze znaczenie budowli piętrzących dla rozwoju i funkcjonowania regionów i państw spowodowało, że została wybudowana ich bardzo duża ilość, także w Polsce. Wiele z nich ma ponad 50 lat. Wraz z rozwojem technologicznym, gospodarczym oraz wzrostem ilości ludności ciągle niezbędna jest budowa nowych obiektów.

Przykładowo zbiorniki Goczałkowice i Kozłowa Góra utworzone przez budowę dużych zapór ziemnych są kluczowe dla działania na nich ujęć wody do zaopatrzenia w wodę Górnego Śląska i jego ochrony przeciwpowodziowej, a także bardzo istotne dla ochrony przeciwpowodziowej terenów zalewowych Górnej i Środkowej Wisły, m.in. Krakowa i Sandomierza. Zapora Dobczyce zapewnia działanie ujęciu wody dla Krakowa celem zaopatrzenia w wodę ok. 350 tys. jego mieszkańców oraz istotną ochronę przeciwpowodziową terenów zalewowych rzeki Raby, zwłaszcza miast Dobczyce i Gdów. Zapora suchego zbiornika Racibórz jest kluczowym elementem ochrony przeciwpowodziowej nie tylko Wrocławia, ale także w dużej, regionalnej skali obszarów zalewowych na terenie zwłaszcza województw śląskiego, opolskiego i dolnośląskiego oraz ochrony blisko 1,3 mln ludności. Wały przeciwpowodziowe o łącznej długości blisko 80 km chronią obszar miasta Krakowa przed zagrożeniem, jakie mogą powodować wezbrania rzeki Wisły i jej cofki w koryta jej dopływów.

W Polsce wszystkie budowle hydrotechniczne, w tym budowle piętrzące, są klasyfikowane w klasach od I do IV, gdzie klasa I oznacza budowle najistotniejsze z punktu widzenia pełnionej funkcji lub/oraz których awaria stanowi szczególne ryzyko dla bezpieczeństwa ludzi i mienia. Przykładowo zapory Goczałkowice, Solina, Tresna, Jeziorsko są zaporami klasy I, a zaporami II klasy są Chańcza, Kozłowa Góra.

>>> Osuwiska – zagrożenie dla budowli hydrotechnicznych

>>> Budowle hydrotechniczne – kontrola uszczelnień

Stan techniczny i stan bezpieczeństwa budowli piętrzącej

W Polsce budowle piętrzące są oceniane pod względem stanu technicznego i stanu bezpieczeństwa. Stan techniczny budowli klasyfikowany jest jako dobry, dostateczny lub niedostateczny, a stan bezpieczeństwa jako niezagrażający bezpieczeństwu, niezagrażający bezpieczeństwu z uwagami lub zagrażający bezpieczeństwu.

Bazę danych stanu technicznego oraz bezpieczeństwa budowli piętrzących w Systemie Ewidencji i Kontroli Obiektów Piętrzących w Polsce prowadzi z mocy ustawy Państwowa Służba ds. Bezpieczeństwa Budowli Piętrzących, którą pełni Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej – Państwowy Instytut Badawczy, a w jego strukturach – Centrum Technicznej Kontroli Zapór (CTKZ). CTKZ zajmuje się również statutowo oceną budowli piętrzących klasy I i II będących własnością Skarbu Państwa.

Stan techniczny budowli wpływa na jej użytkowanie. Zły stan techniczny może spowodować ograniczenie jej funkcjonalności lub nawet doprowadzić do jej wyłączenia z użytkowania. Stan techniczny budowli nie jest tożsamy ze stanem jej bezpieczeństwa, choć oczywiście są one silnie powiązane ze sobą. Mogą zaistnieć sytuacje, gdy ogólny stan budowli piętrzącej jest niedostateczny np. z powodu licznych, ale średnio zaawansowanych procesów destrukcyjnych, które aktualnie nie stwarzają znaczącego niebezpieczeństwa. W konsekwencji stan bezpieczeństwa tej budowli zostanie określony np. jako niezagrażający bezpieczeństwu z uwagami wskazującymi na konkretne prace naprawcze, które należy przeprowadzić. Natomiast dla innej budowli, która była dotychczas w stanie dobrym, gdyby nastąpiła przykładowo awaria napędu zamknięć na przelewie, to jej stan techniczny po tym zdarzeniu jest kwalifikowany natychmiast jako niedostateczny, a stan bezpieczeństwa jako zagrażający bezpieczeństwu.

W przypadku budowli piętrzących powstała z powodu ich katastrofy fala wezbraniowa może zagrażać w istotny sposób dużej ilości ludzi i/lub spowodować bardzo duże straty materialne, zwłaszcza w przypadku dużego obiektu. Ostatnio, w 2023 r., o znaczeniu dobrego stanu technicznego i bezpieczeństwa budowli piętrzących przypomniała katastrofa dużej zapory ziemnej w Libii. Jej zły stan techniczny w połączeniu z opadem ekstremalnym, który z kolei prawdopodobnie był związany ze zmianami klimatu, doprowadził do przerwania zapory, zmycia znacznej części dużego miasta Derny, śmierci blisko 10 tys. osób, skażenia terenu i znacznych przesiedleń. Natomiast w kwietniu 2024 r. w trakcie wezbrania roztopowego na Uralu w wyniku procesu erozyjnego przerwana została będąca w złym stanie technicznym zapora w Orsku, co doprowadziło do zatopienia kilku tysięcy domów.

Stan zapór w Polsce

Problem ogólnego pogorszenia się stanu budowli piętrzących najbardziej widoczny jest w przypadku zapór, zwłaszcza ziemnych, które w znacznej ilości z powodu złego stanu technicznego nakazami Wojewódzkich Inspektoratów Nadzoru Budowlanego mają nakaz trzymania obniżonego piętrzenia. W związku z tym nie mogą w istotnym stopniu realizować swoich zadań. Co bardzo istotne, dotyczy to nie tylko pojedynczych obiektów, ale już całych grup istotnych zapór położonych w tych samych regionach. W przypadku wystąpienia pogodowych zjawisk ekstremalnych, powodzi, suszy znacząco zwiększa to ryzyko wystąpienia:

– długotrwałych bardzo niskich przepływów w rzekach, które nie będą zasilane wodą z retencji zbiornikowej;

– katastrofalnych zagrożeń powodziowych, gdy całe grupy zapór nie będą prawidłowo funkcjonować retencyjnie w danym regionie;

– ograniczeń w lokalnym, a nawet regionalnym zaopatrzeniu w wodę ludności, rolnictwa i przemysłu;

– katastrofy zapory niebędącej w dobrym stanie technicznym, jeśli przy dużym wezbraniu, decydenci (np. wojewoda) będą musieli w celu ochrony przeciwpowodziowej regionu podjąć ryzykowną decyzję retencji fali i napełnienia zbiornika zaporowego, lub przy bardzo dużym wezbraniu powodziowym zbiornik sam się napełni.

Tab. 1. Stan techniczny ZBH I i II klasy na terenie Polski na podstawie raportu CTKZ o stanie budowli piętrzących
za 2023 r. [6]

Statystykę aktualnego stanu technicznego oraz stanu bezpieczeństwa zapór I i II klasy w Polsce prezentują pośrednio tab. 1 oraz tab. 2. Przedstawiają one stan tzw. Zespołów Budowli Hydrotechnicznych (ZBH) I i II klasy za rok 2023. Zespół taki stanowi co najmniej jedna lub więcej zapór, np. zapora czołowa i zapory boczne oraz towarzyszące jej budowle hydrotechniczne, np. elektrownia wodna.

Tab. 2. Stan bezpieczeństwa ZBH I i II klasy na terenie Polski na podstawie raportu CTKZ o stanie budowli
piętrzących za 2023 r. [6]

Rys. przedstawia mapę granic regionalnych zarządów gospodarki wodnej (RZGW). Na obszarach RZGW w Białymstoku, Lublinie i Szczecinie znajduje się tylko jeden ZBH klasy I lub II. Ich stan techniczny jest dostateczny, a stan bezpieczeństwa jest niezagrażający bezpieczeństwu lub niezagrażający bezpieczeństwu z uwagami. Na obszarach pozostałych RZGW znajduje się więcej niż jeden ZBH I lub II klasy. Największa ilość ZBH znajduje się na obszarze RZGW Wrocław oraz na obszarach górskim i podgórskim RZGW Kraków i Gliwice, odpowiednio: 25, 22 i 18 ZBH. Jednocześnie, jak wynika z tab. 3 oraz tab. 4, ponad 30% z liczby zlokalizowanych tam ZBH (odpowiednio: 32%, 36%, 33%) jest w niedostatecznym stanie technicznym. Co jeszcze istotniejsze, znaczny ich procent – odpowiednio: aż 22%, 33% i 20% – jest w stanie zagrażającym bezpieczeństwu. W tym kontekście przywołujemy postawione już wcześniej pytanie, na które na razie nie próbowano znaleźć odpowiedzi: o ile wzrastają ryzyka w danym regionie dotyczące zmniejszenia zdolności zapewnienia ochrony przed powodzią i suszą, jeśli na jego terenie znaczna ilość obiektów piętrzących jest w niedostatecznym stanie technicznym i/lub stanie zagrażającym bezpieczeństwu?

Rys. Mapa granic regionalnych zarządów gospodarki wodnej (RZGW). Rys. archiwum autorów

Stan obwałowań kanałów i wałów przeciwpowodziowych w Polsce

Kolejnym obszarem problemowym w aspekcie stanu budowli piętrzących w Polsce jest stan wałów kanałów. Całkowita długość kanałów w Polsce wynosi kilkaset kilometrów. Są to głównie kanały żeglugowe, derywacyjne do elektrowni wodnych i w mniejszej ilości kanały służące zaopatrzeniu w wodę. Na znacznych odcinkach kanały, np. kanał Elbląski lub Łączany i wiele innych, biegną w jedno- lub dwustronnym obwałowaniu. Brak jest ogólnopolskich danych statystycznych na temat stanu tego typu budowli. Nie możemy też ze względu na poufność informacji przekazać w tym artykule informacji o stanie konkretnych obiektów. Niemniej pogarszanie się ich stanu jest obecnie istotnym i narastającym problemem eksploatacyjnym dla jednostek zarządzających tymi obiektami, tj. głównie dla RZGW i spółek energetycznych.

Znaczne odcinki wielu kanałów, w tym ich obwałowania stanowiące budowle piętrzące, są w nieodpowiednim stanie technicznym.

Tab. 3. Stan techniczny wałów przeciwpowodziowych na terenie Polski na podstawie raportu CTKZ o stanie budowli piętrzących za 2023 r. [6]

W przypadku wałów przeciwpowodziowych w Polsce problem ich stanu nie jest obecnie znacząco widoczny medialnie i społecznie, ponieważ od ponad dekady w Polsce nie było katastrofalnego wezbrania powodziowego w zlewni Wisły lub Odry. Jednakże o wysokim, narastającym ryzyku takiego zdarzenia zwłaszcza w obliczu postępujących zmian klimatu, świadczą częste powodzie ekstremalne w Europie – przykładowo w styczniu tego roku powódź w Niemczech i w zeszłym roku niespotykana wcześniej grudniowa na Węgrzech oraz letnie w południowej Europie: w Grecji, Hiszpanii, Włoszech, a także ogromne, katastrofalne powodzie w 2021 r. w Niemczech, Belgii i Holandii. To ryzyko podkreślają również dane statystyczne wskazujące na fakt, że w Polsce w całym okresie dotychczasowych obserwacji najdłuższy odnotowany przedział czasowy między katastrofalnymi powodziami wyniósł ok. 25 lat dla górnej Wisły i dotyczył on bardziej ustabilizowanego klimatu. Okres pomiędzy ostatnimi katastrofalnymi powodziami w 1997 r. i w 2010 r. wynosił zaledwie 13 lat.

Tab. 4. Stan bezpieczeństwa wałów przeciwpowodziowych na terenie Polski na podstawie raportu CTKZ o stanie
budowli piętrzących za 2023 r. [6]

Łączna długość wszystkich wałów przeciwpowodziowych w Polsce wynosi ok. 8500 tys. km, w tym jest to ok. 520 km wałów I klasy, 2600 km wałów II klasy oraz 2070 km i 3020 km wałów odpowiednio klasy III i IV. System Ewidencji i Kontroli Obiektów Piętrzących zawiera w swojej bazie informacje o wałach przeciwpowodziowych o łącznej długości 5983 km. Kolejne odcinki wałów są systematycznie badane, a ich stan jest wprowadzany do bazy. Procentowy rozkład ocen stanu technicznego i stanu bezpieczeństwa wałów przeciwpowodziowych zawierają tab. 3 oraz tab. 4. Widoczna jest bardzo duża korelacja stanu technicznego i stanu bezpieczeństwa wałów przeciwpowodziowych. W stanie zagrażającym bezpieczeństwu znajduje się tylko 3% całkowitej długości wałów, jednakże prawie wszystkie zlokalizowane są na obszarze jednego RZGW. Aż 65% wałów ujętych w bazie jest w dostatecznym stanie technicznym, a 68% w stanie niezagrażającym bezpieczeństwu z uwagami. Jeśli wziąć jednak pod uwagę to, że znaczna ilość z nich będzie wymagać remontu w niedługiej perspektywie czasowej, a łączna długość wałów w Polsce wynosi wspomniane 8500 tys. km, to generuje to bardzo znaczące potencjalne obciążenie budżetu Skarbu Państwa w wieloleciu, a zagadnienie minimalizacji kosztów remontów i optymalizacji ich realizacji w czasie jest bardzo istotne.

>>> Beton hydrotechniczny – projektowanie i wykonawstwo

>>> Racibórz Dolny – największy zbiornik przeciwpowodziowy w Polsce

>>> Śluza Przegalina po modernizacji

Dyskusja nad problemem i możliwościami jego ograniczenia

Jeśli funkcje i bezpieczeństwo budowli piętrzących są tak istotne, to warto może zadać pytanie, jakie konsekwencje miałaby systemowa zapaść w utrzymaniu tych budowli w Polsce i istotne ograniczenie lub wyłączenie ich znacznej części z użytkowania. A gdyby taki problem dotyczył nie tylko pojedynczych budowli, ale całych grup obiektów w jednym regionie? I jakie mogłyby być konsekwencje wystąpienia kolejnego wezbrania katastrofalnego w Polsce, np. analogicznego do tych w 1997 i 2010 r., jeśli stan wielu obiektów piętrzących w Polsce pozostawia wiele do życzenia?

Istotna byłaby identyfikacja kluczowych zagrożeń w tym obszarze problemowym dla poszczególnych regionów i kraju, a także analiza ryzyka ich wystąpienia i konsekwencji, a następnie określenie ewentualnych działań zapobiegawczych. Zagrożeniami takimi może być np. jednoczesna niefunkcjonalność kilku dużych budowli retencyjnych w danym regionie na potrzeby przeciwdziałania suszy lub powodzi albo nadpiętrzenie zapory będącej w dostatecznym, a zwłaszcza w niedostatecznym stanie lub/oraz wystąpienie katastrof zapór w efekcie domina, tj. więcej niż jednej z kolejnych zapór z biegiem rzeki, albo połączenia katastrofy zapory i wałów. Przykładowo dwa ostatnie z tych scenariuszy dla Krakowa przeanalizował J. Grela [7]. Wynika z nich, że katastrofa zapory Goczałkowice lub zapory Tresnej, a w jej konsekwencji też zapory Porąbka spowodowałaby zatopienie ponad 20% Krakowa i straty sięgające ponad 30 mld zł.

Obecnie jesteśmy w okresie, w którym decyzje o podjęciu lub braku działań zapewniających właściwe funkcjonowanie i bezpieczeństwo budowli piętrzących i poprawę ich stanu będą miały zasadnicze znaczenie dla rozwoju rolnictwa, przemysłu i ogólnie gospodarki poszczególnych państw, w tym Polski, bezpieczeństwa w aspekcie suszy i powodzi, a więc także dla poziomu dobrobytu i napięć społecznych. Są więc to wyzwania nie tylko techniczne, ale także polityczne.

Ogólnie rzecz biorąc, w przypadku nowych budowli piętrzących istotne jest takie ich projektowanie i wykonywanie, a w przypadku istniejących – takie nimi zarządzanie i utrzymanie, aby nie tylko zminimalizować ryzyko wystąpienia ich katastrof oraz istotnych awarii, ale szczególnie aby wydłużyć okres ich użytkowania przy jednoczesnej optymalizacji kosztów eksploatacji [1].

Oprócz zwiększenia nakładów na gospodarkę wodną ograniczenie wskazanych problemów wymaga również myślenia i działań lateralnych, które muszą zwłaszcza umożliwić znaczną minimalizację kosztów remontów i optymalizację czasu ich realizacji. Dlatego też obecnie trendem światowym jest intensywny rozwój metod detekcji i badań procesów destrukcyjnych oraz zwiększona rola monitoringu budowli, tak aby uzyskiwać wiarygodną i wczesną informację o rozwoju tych procesów, w tym o ich parametrach, lokalizacji, geometrii i dynamice rozwoju.

Jest to bardzo istotne zagadnienie, gdyż po pierwsze wczesna detekcja procesu destrukcyjnego pozostawia więcej czasu na podjęcie i lepsze zaplanowanie kolejnych działań i/lub zmniejsza zakres koniecznych interwencji remontowych – uszkodzenia i powstałe szkody są często jeszcze niewielkie. Po drugie dokładna i wiarygodna informacja o parametrach procesu destrukcyjnego pozwala przeprowadzić „precyzyjny”, zoptymalizowany i często znacznie ograniczony remont lub/oraz odłożyć go w czasie. Jeśli dotyczy to remontów generalnych, to w wieloleciu ma to zasadnicze znaczenie dla obciążenia budżetu jednostki zarządzającej obiektem, a zwłaszcza grupą obiektów piętrzących. Ma także wpływ na to, czy nieuniknione w perspektywie długiego życia obiektu remonty będą wykonane częściej czy rzadziej, np. dwa, a nie trzy razy w stuleciu lub/oraz czy będą mogły być wykonane w ograniczonym zakresie. Po trzecie monitoring budowli oparty na wiarygodnych i dokładnych metodach detekcji procesów destrukcyjnych, który realizowany jest w kluczowych elementach i/lub strefach budowli lub/oraz jej otoczenia, w tym podłoża, w połączeniu z odpowiednimi narzędziami analizy danych oraz powiadamiania użytkownika o ewentualnych problemach i zagrożeniach pozwala wykryć na bieżąco wczesne stadia rozwoju procesów destrukcyjnych. Zwiększa to znacznie bezpieczeństwo budowli i zmniejsza ryzyka istotnych awarii.

W przypadku takich jednostek, jak RZGW lub grup/firm energetycznych zarządzających wieloma budowlami lub całymi systemami budowli hydrotechnicznych, takie dokładne i wiarygodne informacje pozwoliłyby bardzo znacząco zoptymalizować globalnie koszty remontów, przy jednoczesnym zapewnieniu wymaganego poziomu bezpieczeństwa.

Szczególnie dużym wyzwaniem jest obecnie zwiększenie skuteczności badań i monitoringu procesów destrukcyjnych w ziemnych budowlach piętrzących, zwłaszcza procesów filtracyjnych, w tym przecieków i wynikających z nich procesów erozyjnych, jak również zwiększenie możliwości badań w ogóle podłoża budowli.

Przykładowo badania ziemnych budowli piętrzących i ich podłoża bazują na pięciu grupach metod [8, 9, 10]:

• zewnętrznych metodach obserwacyjno-pomiarowych (wizja lokalna, niwelacja wysokościowa lub wysokościowo-sytuacyjna, skaning laserowy, fotogrametria, kamera na podczerwień );
• badaniach geotechnicznych (odkrywki, wiercenia z poborem próbek do badań laboratoryjnych, sondowania dynamiczne lub statyczne, z pomiarem ciśnień porowych lub bez, badania przepuszczalności hydraulicznej, badania presjometryczne);
• metodach geofizycznych (najczęściej stosuje się obecnie wybrane metody elektryczne i elektromagnetyczne, rzadziej metody sejsmiczne);
• monitoringu czujnikowym (piezometry, czujniki ciśnienia, parcia, naprężeń, temperatury, pasywno-aktywne czujniki termiczne );
• badaniach filtracji (wydatki drenaży, oznaczenia składu chemicznego filtratów, badania wskaźnikowe).

Wszystkie te metody mają swoje zalety i ograniczenia, które mogą m.in. dotyczyć: dokładności lub wiarygodności otrzymywanych wyników, łatwości i szybkości ich aplikacji oraz jej kosztów, możliwości prowadzenia stałego monitoringu lub jej braku, możliwości pomiaru określonego, istotnego parametru fizycznego lub mechanicznego.

Obecnie, wraz z rozwojem zaawansowanych narzędzi pomiarowych, trzy grupy metod są szczególnie rozwijane i coraz powszechniej stosowane ze względu na zasadnicze zalety ich aplikacji. Po pierwsze są to metody teledetekcji, w tym zwłaszcza skaning laserowy (Lidar) oraz fotogrametria i wykorzystanie danych z ortofotomapy, które pozwalają na lokalizację stref powierzchniowej degradacji budowli i/oraz procesów destrukcyjnych (np. erozja zewnętrzna) lub zewnętrznych symptomów wewnętrznych procesów destrukcyjnych (np. nory, strefa powierzchniowa erozji wewnętrznej, przecieki) [11]. Istotną zaletą wykonania pomiarów z pułapu lotniczego jest szybkie i bezinwazyjne pozyskanie danych przestrzennych z rozległych obszarów [12]. Dzięki tym cechom metody teledetekcji są bardzo przydatne także w wykonywaniu rekonesansu w aspekcie wyboru miejsc do wykonania dokładniejszych badań podpowierzchniowych. Po drugie dotyczy to wysokorozdzielczych, nieinwazyjnych i kompleksowych badań geofizycznych oraz wprowadzania na etapie przetwarzania, wizualizacji i interpretacji, zaawansowanych technik komputerowych w celu ekstrakcji użytecznych informacji z danych cyfrowych oraz redukcji wieloznaczności interpretacyjnej z jednoczesnym przejściem od interpretacji jakościowej do ilościowej [13, 14, 15]. Metody geofizyczne pozwalają w dość szybki sposób przebadać znaczne obszary budowli i wskazać potencjalne strefy niepewności i możliwości występowania procesów destrukcyjnych w jej korpusie i podłożu, gdzie można następnie zastosować dokładniejsze metody badań, geotechniczne lub/oraz monitoringu czujnikowego.

Po trzecie są to termoaktywne czujniki liniowe, które za pomocą pomiarów temperatury umożliwiają ciągły wzdłuż budowli monitoring i bardzo wczesną oraz precyzyjną detekcję procesów filtracyjnych i erozyjnych w jej korpusie i podłożu [10, 16, 17, 18]. Ponadto zastosowanie tych czujników w innowacyjnym monitoringu quasi-dwu- lub quasi-trójwymiarowym znacznie zwiększa szczegółowość rozpoznania poszczególnych procesów, ich parametrów oraz dokładnej geometrii i dynamiki rozwoju w budowli lub/oraz w jej podłożu [19].

Zasadnicze znaczenie ma wdrożenie zoptymalizowanej metodyki badań budowli piętrzących z uwzględnieniem w niej zwłaszcza wymienionych metod, która maksymalizuje efekty, a minimalizuje koszty i czas badań.

Przykładowo propozycję takiej metodyki w badaniu wałów przeciwpowodziowych i jej wdrożenie przedstawili K. Radzicki i in. [10]. Prace badawczo-rozwojowe, a zwłaszcza wdrożeniowe dotyczące metod badań i metodyki ich aplikacji, powinny bardzo intensywnie postępować w najbliższych latach w celu uzyskania istotnego efektu w ograniczeniu zakresu remontów, minimalizacji ich kosztów i optymalizacji czasu ich wykonywania oraz zwiększenia bezpieczeństwa budowli piętrzących. Niewątpliwą trudnością w osiągnięciu wymiernych korzyści w skali kraju z takich działań jest brak odgórnego, planowego ich wsparcia oraz szerszego wdrażania. Dotychczasowe działania były oddolne i lokalne. Dały one bardzo istotne efekty naukowe na poziomie światowym, prestiżowe wdrożenia i aplikacje w Polsce i za granicą, ale brak jest dotychczas efektu skali w ich stosowaniu, który skutkowałby wymiernymi korzyściami dla regionów i kraju.

Podsumowanie

Wieloletnie zaniedbania w zakresie bieżącego finansowania gospodarki wodnej oraz postępujące starzenie się bardzo licznych budowli piętrzących spowodowały, że niewystarczający stan techniczny, a zwłaszcza stan bezpieczeństwa wielu z nich, wywołuje konieczność wykonania ich remontu w krótkiej perspektywie czasowej. Jest to bardzo duże wyzwanie finansowe dla jednostek zarządzających takimi budowlami, w tym grup/firm energetycznych, poszczególnych RZGW i ogólnie budżetu państwa. Oprócz zwiększenia finansowania w przedmiotowym obszarze zasadnicze znaczenie ma także optymalizacja i znaczne ograniczenie kosztów poszczególnych remontów. Może to umożliwić rozwój, wdrożenia i szersze stosowanie nowoczesnych metod badań i monitoringu budowli piętrzących, zwłaszcza ziemnych, które umożliwiają wcześniejsze, bardziej dokładne oraz wiarygodniejsze wykrywanie procesów destrukcyjnych. To zagadnienie zostanie szerzej omówione w drugiej części artykułu.

dr inż. Krzysztof Radzicki
Katedra Geoinżynierii i Gospodarki Wodnej, Wydział Inżynierii Środowiska i Energetyki, Politechnika Krakowska

mgr inż. Maciej Sieinski
dyrektor Centrum Technicznej Kontroli Zapór, IMGW-PIB

dr inż. hab. Tomisław Gołębiowski, prof. PK
kierownik Katedry Geoinżynierii i Gospodarki Wodnej, Wydział Inżynierii Środowiska i Energetyki, Politechnika Krakowska

mgr Dagmara Zelaya-Wziątek
Centrum Technicznej Kontroli Zapór, IMGW-PIB

mgr Zbigniew Dmitruk
Centrum Technicznej Kontroli Zapór, IMGW-PIB

Literatura
1. P. Duminda, V. Smakhtin, S. Williams, T. North, A. Curry, Ageing Water Storage Infrastructure: An Emerging Global Risk, United Nations University – Institute for Water Environment and Health, Report, January 2021, https://inweh.unu.edu/wp-content/uploads/2021/01/Ageing-Water-Storage-Infrastructure-An-Emerging-Global-Risk_web-version.pdf (dostęp: 15.04.2024).
2. ASCE, 2021 Report card for America’s infrastructure, https://infrastructurereportcard.org/wp-content/uploads/2020/12/National_IRC_2021-report.pdf (dostęp: 15.04.2024).

3. Z. Dmitruk, M. Sieinski, M. Wiatkowski, Zbiorniki zaporowe – aktualne zagadnienia ich funkcjonowania i oceny stanu bezpieczeństwa, „Gospodarka Wodna” nr 10/2022, s. 1–10, doi: 10.15.199/22.2022.10.1.
4. NIK, Nadzór nad stanem technicznym i stanem bezpieczeństwa wodnych budowli piętrzących – informacja o wynikach kontroli, KSI.410.002.00.2015, Nr ewid. 174/2015/P/15/051/KSI.
5. J. Świderska, P. Lebiecki, Stan bezpieczeństwa budowli piętrzących wodę w Polsce na koniec 2009 roku, XXV Konferencja Naukowo-Techniczna „Awarie Budowlane”, Międzyzdroje 24–27 maja 2011, s. 283–290.
6. Z. Dmitruk, E. Sieinski, M. Sieinski, M. Wiatkowski, Raport o stanie bezpieczeństwa budowli piętrzących wodę w Polsce według stanu na dzień 31.12.2023 r., Centrum Technicznej Kontroli Zapór IMGW-PIB.
7. J. Grela, Assessment of the Potential Flood Hazard and Risk in the Event of Disasters of Hydrotechnical Facilities – The Exemplary Case of Cracow (Poland), „Water” 2023, 15, 403, doi: 10.3390/w15030403.
8. CTKZ, Wytyczne wykonywania badań, pomiarów, ocen stanu technicznego oraz ocen stanu bezpieczeństwa budowli piętrzących wodę centrum technicznej kontroli zapór, pod red. E. Sieińskiego, P. Śliwińskiego, IMGW-PIB, Warszawa 2020.
9. Z. Kledyński, Remonty budowli wodnych, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2006.
10. K. Radzicki, T. Gołębiowski, M. Ćwiklik, M. Stoliński, A new levee control system based on geotechnical and geophysical surveys including thermal-active sensing: a case study from Poland, „Engineering Geology” vol. 293, November 2021, doi: 10.1016/j.enggeo.2021.106316.
11. D. Zelaya-Wziątek, E. Sieinski, B. Bakuła, A. Salach, Z. Kurczynski, B. Weintrit, Identification of the levees failure vulnerability based on multi-sources monitoring, 27. Kongres Wielkich Zapór, Wiedeń 2018, s. 736–749.

12. K. Bakuła, D. Zelaya-Wziątek, B. Weintri, D. Jędryka, T. Ryfa, M. Pilarska, Z. Kurczyński, Multi-Sourced, Remote Sensing Data In Levees Monitoring: Case Study Of Safedam Project, „The International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences”, 2018, vol. XLII-3/W4, s. 101–108.
13. T. Gołębiowski, B. Piwakowski, M. Ćwiklik, A. Bojarski, Application of combined geophysical methods for the examination of a water dam subsoil, „Water” 2021, vol. 13, no. 21, art. no. 2981, s. 1–25.
14. T. Gołębiowski, B. Piwakowski, M. Ćwiklik, Application of complex geophysical methods for the detection of unconsolidated zones in flood dikes, „Remote Sensing” 2022, vol. 14, no. 3, s. 1–24.
15. T. Gołębiowski, T. Małysa, The application of non-standard GPR techniques for the examination of river dikes, „Czasopismo Techniczne” 2018, vol. 115, nr 7, s. 121–138.
16. K. Radzicki, Termomonitoring procesów filtracyjno-erozyjnych w zaporach i wałach przeciwpowodziowych
– dotychczasowy rozwój oraz kluczowe zagadnienia aplikacyjne, „Gospodarka Wodna” nr 6/2017, s. 168–174.
17. K. Radzicki, M. Stoliński, Pilotażowe w Polsce zastosowanie metody termicznej analizy procesów filtracyjnych
w tym monitoringu przecieków na zaporze ziemnej Kozłowa Góra [w:] Bezpieczeństwo obiektów hydrotechnicznych pod red. J. Wintera i A. Dąbskiej, IMGW-PIB, Warszawa 2023, s. 121–133.
18. ICOLD, Internal Erosion Of Existing Dams, Levees and Dikes, and their Foundation, Bulletin no. 164, CRC Press, Paris 2017.
19. K. Radzicki, The concept of quasi-3d monitoring of seepage and erosion processes and deformations in dams and dikes, considering in particular linear measurement sensors, „Czasopismo Techniczne – Środowisko”, 2-Ś/2015, s. 129–139.
20. J.-J. Fry, How to prevent embankments from internal erosion failure?, International Symposium on Dams for a changing world, Kyoto, Japan, 5 June 2012.