Filtracja Wody przez Wały Przeciwpowodziowe: Konstrukcja, Konserwacja i Ochrona

Szczegóły: Opublikowano: 15. December 2025

Wał przeciwpowodziowy to konstrukcja inżynieryjna, której głównym celem jest ochrona terenów przed zalaniem w wyniku powodzi. Wały przeciwpowodziowe są budowane wzdłuż rzek, jezior lub innych zbiorników wodnych i mają za zadanie ograniczyć rozlew wody poza wyznaczone koryto lub obszar.

Konstrukcja Wałów Przeciwpowodziowych

Konstrukcja wałów przeciwpowodziowych zazwyczaj opiera się na materiałach naturalnych, takich jak ziemia, które są łatwo dostępne i dobrze sprawdzają się w tego typu budowlach. Aby zwiększyć ich wytrzymałość i stabilność, stosuje się różne techniki wzmacniania:

Glina: Dodawana do konstrukcji, ponieważ jest mniej przepuszczalna dla wody, co zmniejsza ryzyko przesiąkania.
Piasek i żwir: Stosowane jako warstwy wzmacniające lub filtrujące, które zapobiegają wypłukiwaniu ziemi.
Materiały geosyntetyczne: Takie jak geowłókniny, geosiatki czy geomembrany, które poprawiają stabilność konstrukcji i zmniejszają ryzyko erozji oraz przesiąkania wody przez wał.
Rdzeń nieprzepuszczalny: Wykonany z gliny lub geomembrany, zapobiegający przedostawaniu się wody przez wał.
Warstwy filtracyjne: To piasek lub żwir, które pozwalają na odprowadzanie wody bez erozji.
Zewnętrzna powłoka ochronna: Zabezpieczenie przed działaniem nurtu i erozją, np. trawa, kamienie lub betonowe elementy.
Dodatkowe elementy: Mogą obejmować wzmocnienia nasadzeń roślinnych (dobrze ukorzeniona trawa, która chroni wał przed erozją powierzchniową) oraz faszynę lub umocnienia kamienne (szczególnie w miejscach narażonych na bezpośrednie działanie wody).

Wały przeciwpowodziowe mają trapezowy przekrój poprzeczny, co jest kluczowe dla ich stabilności i funkcjonalności.

Kluczowe cechy trapezowego przekroju poprzecznego:

Szeroka podstawa: Zapewnia odpowiednią stabilność wału, pozwalając mu wytrzymać nacisk wody, szczególnie podczas wysokich poziomów. Minimalizuje ryzyko osunięcia się wału pod wpływem ciężaru wody lub w wyniku infiltracji.
Łagodnie nachylone zbocza: Zmniejszają ryzyko erozji powierzchniowej wywołanej przepływem wody. Ułatwiają obsiewanie trawą lub pokrycie innymi materiałami ochronnymi, co dodatkowo chroni przed niszczeniem. Dają możliwość bezpiecznego poruszania się ludzi i sprzętu w czasie konserwacji wału. Nachylenie zboczy zazwyczaj wynosi 1:2 lub 1:3 (jednostka wysokości na dwie lub trzy jednostki długości podstawy). W zależności od lokalnych warunków (np. rodzaj gleby, siła nurtu) nachylenie może być bardziej łagodne.
Wysokość wału: Projektowana na podstawie analizy historycznych stanów wody i prognoz hydrologicznych, z uwzględnieniem zapasu bezpieczeństwa (ok. 0,5-1 m wyżej niż najwyższy przewidywany poziom wody).
Szerokość korony: (górnej części) zazwyczaj wynosi 2-4 metry, co umożliwia np. poruszanie się pojazdów technicznych.

Rozkład sił w trapezowym przekroju zapewnia równomierne rozłożenie sił nacisku wody, co zmniejsza ryzyko uszkodzeń konstrukcji. Odporność na przesiąkanie osiągana jest dzięki szerokiej podstawie i łagodnym zboczom, które pozwalają na skuteczniejsze zastosowanie warstw filtracyjnych i rdzenia nieprzepuszczalnego. Ten kształt jest uniwersalny i sprawdza się w większości warunków hydrologicznych i geologicznych. Wały trapezowe są powszechnie stosowane zarówno przy dużych rzekach, jak i na mniejszych ciekach wodnych.

Wały projektuje się tak, aby ich wysokość była dostosowana do przewidywanych maksymalnych poziomów wody podczas powodzi. Dodatkowo uwzględnia się rezerwę bezpieczeństwa, zwykle od 0,5 do 1 metra, co ma na celu ochronę przed nieprzewidzianymi wzrostami poziomu wody (np. zatorami lodowymi czy ekstremalnymi opadami deszczu). Wysokość musi również brać pod uwagę lokalne warunki hydrologiczne i możliwość długotrwałego nacisku wody.

Przeczytaj także: Definicja i pomiar filtracji kłębuszkowej

Funkcje i Znaczenie Wałów Przeciwpowodziowych

Ochrona przed zalaniem: Wały zapobiegają rozlewaniu się wody na obszary zamieszkałe, rolnicze i przemysłowe.
Ochrona infrastruktury: Chronią kluczową infrastrukturę, taką jak drogi, mosty, linie energetyczne czy systemy kanalizacyjne, które mogłyby ulec uszkodzeniu podczas powodzi.
Stabilność ekologiczna: Wały pomagają utrzymać wodę w wyznaczonym korycie rzeki, minimalizując ryzyko zmiany jej przebiegu, co mogłoby prowadzić do erozji brzegów i destabilizacji okolicznych terenów. Wspomagają kontrolę przepływu wody, co jest istotne w przypadku planowania infrastruktury hydrotechnicznej, takiej jak zapory, śluzy czy zbiorniki retencyjne.
Ochrona brzegów: Wały przeciwpowodziowe zabezpieczają brzegi rzek przed niszczeniem przez silny nurt, zwłaszcza podczas wezbrań. Działają jako bariera ograniczająca siłę wody, co zmniejsza ryzyko podmywania i osuwania się ziemi.
Wsparcie bioróżnorodności: Wały mogą wspierać zachowanie bioróżnorodności, jeśli są projektowane z uwzględnieniem lokalnych ekosystemów (np. w połączeniu z naturalnymi polderami).
Długotrwałość: Przy odpowiednim utrzymaniu wały mogą skutecznie pełnić swoje funkcje przez dziesięciolecia.

Dzięki swojej konstrukcji wały przeciwpowodziowe są niezastąpionym elementem systemu ochrony przeciwpowodziowej, zmniejszając zarówno szkody materialne, jak i zagrożenie dla życia ludzkiego.

Zaniedbanie Konserwacji i Ryzyko

Wały wymagają regularnych inspekcji i konserwacji, takich jak wzmacnianie osłabionych odcinków, naprawa uszkodzeń spowodowanych przez zwierzęta (np. nory) oraz usuwanie roślinności, która mogłaby osłabić strukturę wału. Wały są narażone na działanie czynników atmosferycznych, erozję wodną i uszkodzenia mechaniczne. Zaniedbanie konserwacji może prowadzić do osłabienia konstrukcji, co w przypadku powodzi może skutkować przerwaniem wału.

Kluczowe działania konserwacyjne:

Regularne przeglądy wałów, szczególnie po intensywnych opadach deszczu, wezbraniach wody lub zimach.
Wypełnianie ubytków ziemią lub innymi materiałami konstrukcyjnymi.
Usuwanie miejsc przesiąków i wzmacnianie rdzenia nieprzepuszczalnego.
Usuwanie nor zwierząt i zabezpieczanie tych miejsc przed ponownym ryciem. Instalowanie mechanicznych lub naturalnych barier odstraszających zwierzęta.
Regularne koszenie trawy i usuwanie chwastów, które mogą przyczyniać się do erozji powierzchniowej.
Umacnianie zboczy wału przy użyciu geowłóknin, faszyny, płyt betonowych lub innych materiałów. Stabilizowanie powierzchni za pomocą trawników o dobrze ukorzenionej roślinności, która chroni przed erozją.
Instalowanie urządzeń pomiarowych do monitorowania poziomu wody i przesiąków w pobliżu wału.

Wały przeciwpowodziowe są kluczowym elementem systemu ochrony przed powodziami, ale nie są całkowicie niezawodne. Intensywne lub długotrwałe opady mogą doprowadzić do przelania się wody przez wał lub jego przerwania.

Powódź w 2010 roku i Działania Powodziowe

Powódź, która dotknęła województwo podkarpackie w maju i czerwcu 2010 r. miała charakter ponadregionalny. Występujące zjawiska powodziowe w radykalny sposób zmieniły życie znacznej części mieszkańców i miały poważne i trwałe skutki dla warunków życia i stabilizacji gospodarczej regionu. Suma strat na terenie województwa podkarpackiego przekroczyła wówczas 1,2 miliarda złotych.

Pierwsza faza powodzi miała miejsce w dniach 17-27 maja, gdy w wyniku długotrwałych opadów przepływy kulminacyjne na Wiśle, Wisłoce i Wisłoku znacznie przekroczyły stany alarmowe.

Przeczytaj także: Webber AP8400 - wymiana filtrów

Następstwem niespotykanego przepływu fali kulminacyjnej oraz wydłużonego okresu jej trwania, było między innymi przerwanie prawego wału Wisły dzielnicy Sandomierza - Koćmierzowie na terenie województwa świętokrzyskiego. Wody Wisły wdarły się na teren prawobrzeżnego Sandomierza oraz do Tarnobrzeskich osiedli: Wielowieś i Sobów. Następnie doszło do przelania się wody przez oba obwałowania Trześniówki i lewy wał Łęgu. Przerwaniu uległy również obwałowania Nowego Brnia i Wisłoki na terenie powiatu mieleckiego, a przepompownia w Szafranowie na Starym Brniu uległa zalaniu.

Drugi przepływ kulminacyjny nastąpił w dniach 2-12 czerwca i spowodował m.in. uszkodzenie wałów przeciwpowodziowych Ropy i Jasiołki na terenie powiatu jasielskiego oraz Wisłoki i Wielopolki na terenie powiatu dębickiego. Na północy województwa powtórnie zostały zalane miejscowości: Zalesie Gorzyckie, Trześń, Furmany, Wielowieś, Sokolniki, Sobów.

W walce z żywiołem od 16 maja do 17 czerwca brało udział ponad 28 tysięcy ratowników z Krajowego Systemu Ratowniczo-Gaśniczego oraz OSP. Na wniosek Wojewody Podkarpackiego zadysponowano pododdziały Sił Zbrojnych wraz ze sprzętem - 884 żołnierzy i 130 jednostek sprzętu pływającego. Zabezpieczeniem zalanych terenów, pilotowaniem kolumn, zabezpieczeniem objazdów na uszkodzonych drogach zajmowało się niemal 6,5 tysiąca policjantów.

Należy zaznaczyć, że w 2010 roku nie było jednej instytucji kompleksowo zarządzającej gospodarką wodną, a kompetencje w zakresie ochrony przeciwpowodziowej były podzielone między wiele podmiotów. Z powstaniem Wód Polskich w 2018 roku intensywnie ruszyły prace związane z zarządzaniem ryzykiem powodziowym i innymi obszarami gospodarki wodnej.

Inwestycje Przeciwpowodziowe po 2010 roku

Po powodzi w 2010 roku wykonano liczne inwestycje mające na celu zwiększenie ochrony przeciwpowodziowej. W województwie lubelskim zbudowano wały przeciwpowodziowe Wisły w Dolinie Puławsko-Parchacko-Bochotnickiej, ubezpieczono brzeg Wisły w Regowie Starym, wykonano roboty pogłębiarskie i naprawiono przepompownie.

Przeczytaj także: Optymalne rozcieńczenie bimbru

W województwie mazowieckim przebudowano wały przeciwpowodziowe w Warszawie, Czosnowie i Konstancinie-Jeziornie. W okolicach Płocka i Włocławka prowadzono cykliczne roboty pogłębiarskie w cofce Zbiornika Wodnego Włocławek i odbudowano przerwany wał w Świniarach.

Zrealizowano projekt „Poprawa stanu technicznego i bezpieczeństwa powodziowego Stopnia Wodnego Włocławek”, który obejmował przebudowę i remont obiektów Stopnia Wodnego we Włocławku oraz rozbudowę zapory bocznej Borowiczki i wałów wstecznych Słupianki i lewego wału Rosicy.

Projekty Kompleksowego Systemu Ochrony Przeciwpowodziowej

Wody Polskie pracują nad stworzeniem kompleksowego systemu ochrony przeciwpowodziowej na Odrze oraz Wiśle. Projekt Ochrony Przeciwpowodziowej Dorzecza Odry (POPDO) i Projekt ochrony przeciwpowodziowej w dorzeczu Odry i Wisły (POPDOW) są finansowane z wielu źródeł, m.in. funduszy Banku Światowego, Banku Rozwoju Rady Europy i KE. Celem tych inwestycji jest łagodzenie fali powodziowej i zmniejszanie zagrożenia powodziowego.

W ramach kwoty 2 miliardów zł realizowana jest m.in. budowa wałów przeciwpowodziowych na Środkowej i Dolnej Odrze (we Wrocławiu, Nowej Soli i Wężyskach-Chlebowo) oraz Górnej Wiśle (Sandomierz i Kraków). Budowany jest suchy zbiornik w Raciborzu oraz 4 poldery w Kotlinie Kłodzkiej.

Uszkodzenia Wałów Przeciwpowodziowych i Przyczyny

Jedną z podstawowych przyczyn destrukcji wałów przeciwpowodziowych jest makro-porowatość korpusu wału oraz problemy tzw. słabego podłoża pod korpusem wału. Aby zapobiec nadmiernej szkodliwej filtracji, obwałowania powinny stanowić szczelną zaporę dla wody. Uszczelnienie wału można osiągnąć na co najmniej dwa sposoby. Jednym z nich jest ekran położony w płaszczyźnie skarpy odwodnej. Drugim - szczelny rdzeń umieszczony w osi wału.

Ponieważ filtracja przebiega nie tylko przez korpus wału, ale i przez podłoże - również ono powinno zostać uszczelnione. Najlepiej, gdy uszczelnienie to stanowi przedłużenie uszczelnienia ekranu lub rdzenia. Jeżeli warstwa nieprzepuszczalna w podłożu znajduje się niezbyt głęboko, to przesłona szczelna powinna sięgać tej warstwy.

Filtrująca przez korpus wału woda musi być przechwycona przez drenaż znajdujący się przy stopie skarpy odpowietrznej i odprowadzona rowem odwadniającym. Jeżeli takiego drenażu nie ma, albo przestaje funkcjonować, wówczas występuje wysączanie się wody, co grozi wyparciem filtracyjnym gruntu, a tym samym osunięciem się skarpy.

Filtracji przez korpus i podłoże wału towarzyszą zjawiska sufozji i kolmatacji gruntu. Mają one znaczny wpływ na bezpieczeństwo całego wału.

Sufozja gruntu: Polega na przemieszczaniu oddzielnych cząstek gruntu i zachodzi pod działaniem elementarnych sił filtracyjnych (f) wprost proporcjonalnych do gradientu hydraulicznego (I) i ciężaru objętościowego wody (γw) (f=Iγw).
Kolmatacja: To z kolei, zatrzymywanie się i odkładanie przemieszczających się cząstek gruntu w jakimś obszarze, na skutek zbyt małej siły filtracyjnej (f) niezdolnej do pokonania ciężaru cząstki, lub napotkanych sił tarcia. Tam, gdzie zachodzi kolmatacja, z czasem zmniejsza się współczynnik filtracji (k). Wynikiem kolmatacji może być między innymi zapychanie się drenaży.

Działania sufozyjne zarówno w korpusie, jak i w podłożu, doprowadzają stopniowo do wymywania drobnych cząstek gruntu, jego rozluźniania, a w konsekwencji osiadań i co groźniejsze do powstania niebezpiecznych, skoncentrowanych dróg filtracji, powodujących tzw. "pipingi".

Współczynnik Filtracji i Materiały do Budowy Wałów

Z punktu widzenia współczynnika filtracji, najlepszymi materiałami do konstrukcji wałów powinny być wszelkiego rodzaju gliny, charakteryzujące się najmniejszym współczynnikiem filtracji wody. Jednak grunty te zaliczane są do gruntów spoistych, a więc takich, dla których daje się wyznaczyć zarówno granicę plastyczności, jak i granicę płynności. Grunty te charakteryzuje również wskaźnik plastyczności określający procentową zmianę ilości wody w gruncie, której towarzyszy przejście gruntu spoistego ze stanu plastycznego w stan płynny. Z tego też powodu gliny nieuzdatnione nie są najlepszym materiałem do budowy korpusu obwałowań. Uzdatnianie i stabilizacja gruntów plastycznych wapnem jest technologią powszechnie znaną i chętnie stosowaną w budownictwie lądowym.

Stabilizacja Gruntów Wapnem

W procesie uzdatniania i stabilizacji gruntów plastycznych powszechnie wykorzystuje się tlenek wapnia CaO, znany w handlu pod nazwą wapna palonego. Wapno to ma dużą zdolność do łączenia się wodą. Wynikiem jest powstanie wodorotlenku wapnia Ca(OH)2. Reakcji chemicznej towarzyszy wydzielanie się dużej ilości ciepła, stąd reakcja ta określana jest mianem egzotermicznej. Tworzenie się wodorotlenku wapnia oraz wydzielanie się ciepła powodują osuszenie gruntu spoistego. Dodatkowo mają miejsce zjawiska flokulacji i aglomeracji cząstek gruntu, a także wymiany jonowej polegające na podstawianiu jednowartościowych jonów Na+ przez dwuwartościowe jony Ca2+.

Poza opisanymi powyżej zjawiskami powodującymi szybką zmianę struktury gruntu spoistego, przy stosowaniu wapna zachodzą również inne zjawiska, które w dłuższym okresie skutkują wzrostem wytrzymałości gruntu, a odpowiedzialna jest za to rekcja pucolanowa. Dodanie wapna palonego CaO powoduje wzrost pH do wartości powyżej 12. W środowisku zasadowym znacząco wzrasta rozpuszczalność krzemionki oraz trójtlenku glinu, stąd też mogą one wchodzić w reakcję z jonami wapnia. Wynikiem tego jest tworzenie faz CSH oraz CAH powodujących sklejenie cząstek gruntu i stały wzrost jego wytrzymałości na ściskanie.

Badania nad Stabilizacją Gruntów Wapnem

W ciągu ostatnich kilku lat, kilka instytucji naukowych w Europie Zachodniej zajęło się badaniem wpływu stabilizacji gruntów spoistych wapnem palonym na właściwości mechaniczne i fizyczne uzdatnionego i stabilizowanego gruntu oraz ocenie jego przydatności w budowie wałów przeciwpowodziowych. Badania te prowadzone były m.in. we Francji przez LCPC (Laboratoire Central des Ponts et Chaussées) oraz CRR (Centre de Recherches Routières), natomiast w Belgii przez ULB (Université Libre de Bruxelles, Department of the Applied Sciences Faculty). W trakcie badań stosowano wapno powietrzne typu CL 90 Q (zgodne z EN 459-1:2010) o zawartości wolnego wapna min. 91% oraz reaktywności t60 mierzonej (zgodnie z EN 459-2:2010) poniżej 5 min. Pomiary przepuszczalności gruntu wykonano dla gliny pylastej o wskaźniku plastyczności Ip = 13; pomiary odporności na erozję gruntu oraz stabilność mechaniczną gruntu badano dla gliny pylastej o wskaźniku plastyczności Ip = 11; pomiary skurczu wykonano dla gruntu sklasyfikowanego, jako glina o wskaźniku plastyczności Ip = 37.

W wyniku przeprowadzonych badań stwierdzono, iż zagęszczanie gruntu spoistego stabilizowanego wapnem w ściśle określonych warunkach wilgotnościowych pozwala uzyskać materiał o przepuszczalności równoważnej przepuszczalności materiału nieulepszonego spoiwem. Stosując powyższą procedurę, w trakcie badań laboratoryjnych uzyskano współczynnik przepuszczalności (k) w przedziale 10-9 - 10-10 m/s, a więc wartość porównywalną z wartością mierzoną dla gruntu spoistego nieulepszanego wapnem. Testy przeprowadzone na skalę przemysłową przy użyciu walca okołkowanego stopkowego potwierdziły przydatność tej metody.

Tabela 1. Stan zagrożenia dla terenów chronionych wałami w zależności od klas ważności

Klasa ważności	% długości wałów	% zaludnienia	% terenów uprawnych	% obiektów przemysłowych
I	6	31	30	20
II	30	40	35	30
III	25	15	20	40
IV	36	14	15	10
Pozaklasowe	3	0	0	0

tags: #filtracja #wody #przez #wały #przeciwpowodziowe