Włocławek, 40 lat stopnia wodnego - fakty i mity o zagrożeniu

Włocławek jest prawie od 40 lat eksploatowany w warunkach innych, niż były przyjęte w projekcie i według których został wybudowany.

W Europie w XX w. po okresie odbudowy ze zniszczeń wojennych nastąpił okres rozwoju gospodarczego, a symbolami tego rozwoju były m.in. budowle wodne, takie jak zbiorniki retencyjne i przepływowe, oraz związane z nimi elektrownie wodne.

Zbiorniki retencyjne (o zmiennym poziomie piętrzenia) budowano w celach ochrony przeciwpowodziowej, zaopatrzenia w wodę rozwijających się miast i przemysłu, jak też wytwarzania przez elektrownie wodne energii szczytowej.

Zbiorniki przepływowe mają zapewniać stały poziom piętrzenia na rzekach. Ma to zasadnicze znaczenie dla żeglugi, zapewnienia pracy ujęć wody dla ludności, przemysłu i elektrowni cieplnych, dla pracy elektrowni wodnych podstawowych, a także sprzyja zapewnieniu bezpiecznych warunków życia mieszkańców oraz sprzyja rekreacji na terenach przyległych do zbiorników.

Także w Polsce (do połowy lat 80. wybudowano 33 stopnie wodne, tworzące zbiorniki o pojemnościach większych od 5 mln m³, wśród nich największy polski zbiornik przepływowy Włocławek na Wiśle jako jeden ze stopni kaskady Dolnej Wisły.

Fot. 1. Widok stopnia od strony dolnego awanportu

W tym okresie budowane były kaskady stopni wodnych w zasadzie na wszystkich większych rzekach Europy (Rodan, Ren, Men, Dunaj, Wełtawa, Łaba, Wag, Wołga, Dniepr), ale w innych krajach zabudowy kaskadowe rzek zostały w sposób kompleksowy zakończone, a w Polsce na Dolnej Wiśle nie!

Przykładowo budowę kaskady stopni wodnych na austriackim odcinku Dunaju rozpoczęto w 1954 r. od stopnia Ybbs-Persenbeug, a do 1997 r. wybudowano 9 stopni wodnych. W efekcie zapewniono: bezpieczne przemieszczanie się fal powodziowych, powstających pod wpływem alpejskich deszczów nawalnych, roztopów śniegów i lodowców alpejskich; bezpieczny, tani i ekologiczny transport wodny na trasie Ren−Men−Dunaj (pływają tam np. statki wycieczkowe-hotele o tonażu ok. 2 tys. t); pracę 9 elektrowni wodnych, o mocy 2100 MW, wytwarzających rocznie 13 300 GWh; pracę ujęć wodnych komunalnych i przemysłowych. Wzdłuż zbiorników wybudowano kilkaset kilometrów ścieżek spacerowych dla turystów pieszych i rowerzystów, kąpieliska, miejsca widokowe dla turystów zmotoryzowanych, umożliwiono bezpieczne zwiedzanie urządzeń znajdujących się na stopniach wodnych. Umożliwiono migrację ryb dzięki różnego typu przepławkom, w tym przepławkom w postaci potoku górskiego. Poprzez kompleksową budowę oczyszczalni ścieków polepszono czystość wody w Dunaju.

I tak samo miało być na Dolnej Wiśle. Kaskada miała zaczynać się w Wyszogrodzie, Włocławek miał być drugim stopniem w kaskadzie, następny stopień miał być wybudowany w Ciechocinku.

Fot. 2. Próg podpierający stopień w trakcie modernizacji

Kaskada stopni wodnych gwarantuje w zasadzie stałe różnice poziomów wody – spady dla poszczególnych stopni. Ma to duże znaczenie dla stateczności budowli piętrzących wchodzących w skład stopnia wodnego, takich jak zapora ziemna, jaz i elektrownia wodna. Takie założenia przyjęto, projektując Włocławek, ponieważ zgodnie z planem w ciągu kilku lat po zakończeniu budowy stopnia we Włocławku miał powstać stopień w Ciechocinku. Dla ustalonego spadu obliczono bezpieczne filtracje dla zapory ziemnej, jazu i elektrowni jako budowli piętrzących. Dla przyjętego spadu ustalono optymalne parametry zarówno dla elektrowni wodnej, jak też dla śluzy żeglugowej, a dla przyjętego spadu i przy założeniu, że stopień Włocławek będzie elementem kaskady obliczono światło jazu.

Praca stopni wodnych w kaskadzie (stałe spady) pozwala na przyjmowanie zwiększonego obciążenia podłoża za jazami, co ma wpływ na obliczenie tzw. światła jazu − dla Włocławka wynosi ono B = 200 m, a to w efekcie pozwoliło na zmniejszenie długości jazu.

Wybudowany w latach 1962–1970 stopień wodny Włocławek utworzył największy w Polsce zbiornik wodny przepływowy z elektrownią wodną o mocy 160 MW.

Podstawowymi budowlami stopnia są: zapora ziemna, jaz, elektrownia wodna, śluza żeglugowa (łączna długość ok. 1100 m) i filar działowy z przepławką dla ryb.

Zaniechanie budowy kaskady Dolnej Wisły spowodowało, że Włocławek jest prawie od 40 lat eksploatowany w warunkach innych, niż były przyjęte w projekcie i według których został wybudowany. Podstawowym czynnikiem powodującym występowanie niekorzystnych zjawisk jest przyspieszona erozja podłoża poniżej stopnia, powodowana przez pracę jazu i elektrowni wodnej. Obniżenie dna (miejscami do 4 m) spowodowało obniżenie poziomu dolnej wody na odcinku ponad 30 km. Obniżenie dna poniżej stopnia zmieniło wielkość spadu, jaka była przyjęta w projekcie: 1) w obliczeniach bezpiecznej filtracji przez zaporę ziemną i dla podłoża wszystkich budowli piętrzących i 2) w obliczeniach stateczności tych budowli.

Na rysunku przedstawiony jest przekrój przez jaz i jego umocnienia. Warto zwrócić uwagę na wymiary umocnień, szczególnie na podłoże do rozpraszania energii poniżej jazu − 90 m.

Od ok. 30 lat trwają prace nad bezpiecznym użytkowaniem i utrzymaniem stopnia wodnego Włocławek. Właściciel (Skarb Państwa − władza wodna), zarządca (Okręgowa Dyrekcja Gospodarki Wodnej, Regionalny Zarząd Gospodarki Wodnej – RZGW) i użytkownik (Inspektorat RZGW we Włocławku) robią wszystko, aby obiekty budowlane stopnia były utrzymywane zgodnie z przepisami ustawy – Prawo budowlane i użytkowane zgodnie z przepisami ustawy – Prawo wodne. Obiekty budowlane są codziennie kontrolowane przez pracowników Inspektoratu i poddawane okresowym kontrolom oraz okresowym ocenom stanu technicznego i bezpieczeństwa przez Ośrodek Technicznej Kontroli Zapór IMGW. W wyniku kontroli i ocen stanu zarządca (RZGW) zlecał i zleca prace badawcze i projektowe, jak też podejmował prace budowlane, mające na celu bezpieczne użytkowanie stopnia.

Fot. 3. Podparcie dolnej skarpy zapory ziemnej nasypem ziemnym

Do najważniejszych prac należy zaliczyć budowę (1997−2000) tymczasowego progu piętrzącego poniżej jazu i elektrowni wodnej w celu zapewnienia im właściwego funkcjonowania. Próg został usytuowany w odległości 506 m poniżej stopnia i wykonany jako budowla narzutowa z kamienia ciężkiego i betonowych tetrapodów, ubezpieczona skrzyniami siatkowo-kamiennymi na koronie. Odcinek czołowy, usytuowany równolegle do osi stopnia, ma długość 472 m, odcinek boczny − 188 m. Próg wymagał remontów w zasadzie po każdej wielkiej wodzie i po przejściu kry przez przelewy jazu. W 2007 r. próg został przebudowany, m.in. koronę progu obudowano płytami z żelbetu (fot 2). Inne wykonane prace to:

– wzmocnienie podłoża pod fundamentami murów oporowych jazu (2000 r.);

– wzmocnienie podłoża pod płytami jazu (2003–2004 r.);

– drenaż strefy przyczółkowej jazu w postaci ekranu żwirowego (2003 r.);

– zabudowa wybojów w rejonie filarów mostu drogowego we Włocławku (2003 r.);

– przebudowa odcinka Wisły pomiędzy stopniem i miastem (2004–2005 r.);

– modernizacja progu podpierającego, m.in. obudowa płytami betonowymi (2007 r.), fot 2;

– dodatkowy nasyp ziemny wzdłuż odpowietrznej podstawy skarpy zapory ziemnej (2008 r.), fot 3.

Należy zwrócić uwagę, że wymienione prace i związane z nimi koszty, mające na celu bezpieczne użytkowanie stopnia Włocławek, wynikają z braku stopnia w Ciechocinku lub Nieszawie. Istnieje uchwała Sejmu RP z 22 grudnia 2000 r. w sprawie „Przedsięwzięcia inwestycyjnego pod nazwą budowa stopnia wodnego w Nieszawie−Ciechocinku”. Prace projektowe nad tą koncepcją zostały zakończone w 2004 r. i od tej pory trwa oczekiwanie na rozpoczęcie inwestycji, która po przywróceniu na stopniu Włocławek spadu przewidzianego w projekcie powinna zakończyć dyskusje o „nieuchronnej” katastrofie zapory we Włocławku, a RZGW Warszawa nie będzie musiał ponosić co roku kosztów wznoszenia lub utrzymania tymczasowych budowli zabezpieczających.

Obiekty budowlane stopnia są wyposażone w klasyczne urządzenia pomiarowo-kontrolne, takie jak: piezometry, repery geodezyjne do pomiaru pionowych przemieszczeń budowli, celowniki do pomiaru przemieszczeń poziomych, szczelinomierze i pochyłomierze.

Rys. 1. Przekrój podłużny przez jaz i jego podłoże do rozpraszania energii przepływającej wody. Erozja dna Wisły nastąpiła za podłożem (od ok. 90 m za jazem) i nie powodowała bezpośredniego podmycia jazu. Rzędna wody dolnej 44,50 m n.p.m. to przewidziana w projekcie rzędna piętrzenia dla stopnia Nieszawa lub Ciechocinek oraz dla progów podpierających.

Od 1992 r. opracowywane są przez Ośrodek Technicznej Kontroli Zapór IMGW okresowe oceny stanu technicznego i bezpieczeństwa wszystkich budowli hydrotechnicznych stopnia. Dodatkowo w 1996 r. uruchomiono automatyczny system pomiarowo-kontrolny (ASTKZ) zapewniający ciągłą kontrolę stanu budowli oraz sygnalizację w przypadku zagrożenia. Od lat OTKZ IMGW wykazuje w swoich ocenach aktualny stan techniczny i zagrożenia dla poszczególnych budowli i ich podłoża, a RZGW Warszawa, w ramach posiadanych lub wywalczanych środków (np. Fundusz Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej), zleca konieczne prace projektowe i budowlane. Tak będzie do czasu wybudowania stopnia wodnego w Nieszawie lub w Ciechocinku.

Podsumowując: Postępując zgodnie z Prawem budowlanym, dzięki ocenom stanu technicznego i bezpieczeństwa, opracowywanym przez OTKZ-IMGW i staraniom Regionalnego Zarządu Gospodarki Wodnej w Warszawie stopniowi wodnemu Włocławek nie grozi w najbliższym czasie katastrofa budowlana.

Moim zdaniem zamiast corocznie ponosić ogromne koszty na zapewnienie bezpiecznego użytkowania stopnia wodnego Włocławek, aby uchronić go przed katastrofą budowlaną, należy wybudować stopień w Nieszawie lub Ciechocinku.

doc. dr Wiesław Depczyński

weryfikator ocen stanu w latach 1992–2006

Zdjęcia: mgr inż. Zygmunt Piątkowski, ImiGW

Parametry poszczególnych
budowli stopnia wodnego Włocławek

Zapora ziemna

długość zapory 670 m

szerokość koron 13 m

maksymalna wysokość 20 m

rzędna korony zapory 60,2 m n.p.m.

rzędna nadzwyczajnego poziomu piętrzenia
(nadzw. PP) 58,5 m n.p.m.

rzędna maksymalnego poziomu piętrzenia
(maks. PP) 57,3 m n.p.m.

rzędna minimalnego poziomu piętrzenia (min. PP) 56,0 m n.p.m.