Sutarties Nr. V-04-93 APLINKOS APSAUGOS AGENTŪRA MOKSLINIO TIRIAMOJO DARBO KLAIPĖDOS IR TAURAGĖS APSKRIČIŲ UŽLIEJAMŲ TERITORIJŲ SKIRSTYMO PAGAL UŽLIEJIMO TIKIMYBĘ SCHEMOS PARENGIMO, SPECIALIŲJŲ ŪKINĖS VEIKLOS POTVYNIO METU UŽLIEJAMOSE TERITORIJOSE SĄLYGŲ NUSTATYMO BEI TEISĖS AKTŲ PROJEKTŲ PARENGIMO ATASKAITA (darbas atliktas pagal autorinę sutartį A-V-04-93) Darbo vadovas t.m. dr. A.Dumbrauskas LŽŪU mokslo prorektorius prof. R.Deltuvas KAUNAS-2003
Vykdytojų sąrašas Vardas, pavardė Mokslinis laipsnis, pedagoginis mokslo vardas Organizacija Antanas Dumbrauskas Techn.m.dr., doc. Lietuvos žemės ūkio universitetas Petras Punys Techn. m.dr., doc. Lietuvos žemės ūkio universitetas Gražina Žibienė Aplinkos inž. m.dr. Lietuvos žemės ūkio universitetas
1 TURINYS 1. Įvadas...2 2. Vietos sąlygų įvertinimas ir darbo metodai...4 2.1 Nemuno baseino apžvalga...4 2.2 Hidrologinis ištirtumas...6 2.3 Skaitmeniniai žemėlapiai, reljefo modelio generavimas...9 2.4 Hidraulinis modeliavimas...15 3. Užliejamų teritorijų vadybos (UTV) samprata...19 3.1 Nemuno žemupio užliejamos teritorijos vadybos strateginiai tikslai ir veiksmai21 3.2 Strateginiai tikslai mažinantys žalą žmogui ir turtui....21 3.3 Potvynių prognozės ir perspėjimo sistemos...25 4. Zonavimo schemos principų nustatymas ir jos sudarymas...28 5. Lietuvos įstatyminės bazės apžvalga...33 5.1 Teisės aktų pakeitimo ir užliejamų teritorijų vadybos įdiegimo poreikiai...33 5.2 Teisės aktai, reguliuojantys ūkinę veiklą bei aplinkos apsaugą užliejamose teritorijose...34 6. Preliminariniai siūlymai normatyvinių aktų rengimui...37 Siūlomos tokios egzistuojančių teisinių aktų pataisos:...38 7. Literatūra...42
1. Įvadas 2 Atsižvelgiant į ankstesnius mokslinius tyrimus potvynių srityje ir mokslininkų rekomendacijas, vyriausybės patvirtintoje,,kompleksinėje Nemuno žemupio ir Kuršių marių vandens išteklių apsaugos ir racionalaus naudojimo programoje buvo įtrauktas klausimas dėl Nemuno žemaslėnio užliejamų teritorijų zonavimo schemos sudarymo bei pateikti pasiūlymus dėl teises aktu, ribojančių ūkinę veiklą šioje teritorijoje, parengimo. Jau ir anksčiau bandyta sudaryti panašias schemas. Antai A.Rainys (1961) pagal surinktą informaciją 1958 metų potvynio metų žemėlapiuose apytiksliai nužymėjo šio potvynio išplitimo ribas (1.1 pav.). Pagal vandeningumą šis potvynis gali būti prilyginamas šimtmečio potvyniui ir žinoma ši informacija būtų labai naudinga. Tačiau neaišku, kur atsidūrė šie žemėlapiai, ar jie pakankamai tikslūs. Literatūroje publikuojama tik labai sumažinta schema (iš kurios atgamintas 1.1 paveikslas). Kokia nors kitokia rašytinė informacija, iš kurios būtų galima tiksliai nustatyti potvynio ribas, nėra skelbiama. KLAIPĖDA BALTJOS JŪRA NIDA RUSNE ŠILUTĖ L I E T U V A KURŠIŲ MARIOS ZAPOVEDNOJE SOVETSKAS POLESKAS R U S I J A 1.1 pav. Nemuno deltos ir Kuršių marių pakrančių 1958 m potvynio vandenų apsemta teritorija (Rainys, 1961).
3 Šio darbo vadovas jau anksčiau vykdė tyrimus Nemuno žemaslėnyje ir sukūrė potvynio modeliavimo sistemą Nemuno žemaslėnio didesnei daliai, tad šioje ataskaitoje panaudosime jau anksčiau gautus rezultatus apie integruotos hidrologinio modelio ir GIS panaudojimo galimybes. Aišku, reikalinga atlikti papildomai nemažai darbų, kadangi reikalinga apimti daug didesnę teritoriją, taip pat konkretizuoti teorinius tyrimus sudarant realius užliejamų plotų skaitmeninius žemėlapius. Analizuodami hidrologinių reiškinių istoriją galime įvertinti potvynių masto tikimybę. Šiuo požiūriu potvyniai Nemune neturėtų sukelti katastrofinių pasekmių. O prie potvynių, pasitaikančių ko ne kasmet, Nemuno žemupio žmonės yra pripratę ir didelių problemų jiems tai nesukelia. Tačiau neaišku ar pakanka istorinės patirties (turime galvoje hidrologinių stebėjimų trukmę) įvertinti įvykiams, kurie gali pasitaikyti tik kartą per tūkstantį metų. Taip pat niekas negali paneigti, kad tas įvykis nepasitaikys už keleto metų. Tad šiuo požiūriu būtina apsispręsti, kokios tikimybės potvynio vandens lygį imsime sudarant zonavimo schemą. Rengiant polderius ir statant pylimus buvo vadovaujamasi tuometiniais sovietiniais normatyvais. Dabar didžioji dalis jų jau negalioja. Šalyje potvynių problemų nereglamentuoja jokie įstatymai ar normatyviniai dokumentai. Todėl ataskaitoje šie aspektai vieni iš aktualiausių. Ataskaitoje taip pat pateikiame skaitmeninių žemėlapių sudarymo metodiką ir gautus rezultatus. Kai žinoma užliejama teritorija, siūlome normatyvinių aktų pataisų dėl ūkinės veiklos ribojimo šioje zonoje projektus. Nemuno žemupio potvynių priežastys - išimtinai klimatinės (1.2 pav.), o tai reiškia, kad jas valdyti neįmanoma, neįgyvendinus struktūrinių priemonių. Į tai būtina atsižvelgti kuriant potvynių valdymo strategiją ir sudarant užliejamų teritorijų zonavimo schemas. 1.2 pav. Potvynių priežastys
2. Vietos sąlygų įvertinimas ir darbo metodai 4 2.1 Nemuno baseino apžvalga Per pastaruosius penkis dešimtmečius Nemuno deltos problemos nagrinėtos įvairiausiais aspektais ir įvairiu metu, ypač hidrologiniu požiūriu. Tai galime rasti ir M.Lasinsko (1994) pateiktame bibliografiniame leidinyje. Problema ta, kad visa ši medžiaga labai išsklaidyta. Publikacijose dažniausiai skelbiamos tik bendro pobūdžio išvados ar pasiūlymai, tuo tarpu atliktų tyrimų, ypač senesnių, pirminė medžiaga dažnai neišsaugota arba sunkiai prieinama. Lyginant įvairių autorių išvadas tuo pačiu klausimu, pastebime, kad jos gana skirtingos, kadangi naudotos skirtingo ilgio ir patikimumo hidrologinių duomenų eilės. Todėl atliktus tyrimus būtina atidžiai išanalizuoti ir susisteminti. Taip pat reikia atlikti papildomus skaičiavimus, remiantis naujai sukauptais duomenimis. Nemunas yra didžiausia Lietuvos upė, kurios baseino plotas 97923.8 km 2. Be to tai yra tarpvalstybinė upė. Nemuno ištakos prasideda Baltarusijoje susiliejus dviem nedidelėms upėms Usai ir Lošai, o upė baigiasi įtekėdama į Kuršių marias (2.1 pav.). Bendras upės vagos ilgis yra 937 km, bet tik 359 km vingiuoja per Lietuvą. Baltarusijai priklauso 462 km upės vagos, o žemupyje 166 km yra Lietuvos ir Rusijos (Kaliningrado sritis) siena. Nors didesnė upės vagos dalis priklauso Baltarusijai, tačiau baseino ploto atžvilgiu didesnė jo dalis priklauso Lietuvos teritorijai: Lietuvoje 47,5%, Baltarusijoje 46,4% ir likusi maža dalis priklauso Lenkijai ir Latvijai (Jablonskis J., 1993). Nemuno baseinas užima 75% visos Lietuvos teritorijos. Pagrindiniai Nemuno intakai - Berezina, Ščara, Neris ir Nevėžis (2.2 pav.). Kaip ir visos upės, Nemunas skirstomas į aukštupį, vidurupį ir žemupį. Nemuno aukštupys yra susiformavęs seniausiai, dar pirmo ledynmečio metu. Jis pasižymi vingiuotumu, meandrų gausumu, plačiais slėniais, smėlėta ir seklia vaga bei lėta tėkme. Vidurupis, kuris tęsiasi apie 300 km nuo Katros upės iki Neries, susiformavo trečiojo ledynmečio periodu. Tuomet tėkmė persiliejo per Gardino aukštumas ir pasuko Šiaurės kryptimi. Vidurupis yra labai kintantis. Slėniai labiau įsigraužę, tiesūs vagos ruožai staiga pakeičiami išraiškingais vingiais ir meandromis, vagos gylis ir plotis taip pat dažnai keičiasi. Ties Kaunu Nemunas pasiekia Vidurio Lietuvos žemumą ir suka į vakarus. Tai žemupio, kuris tęsiasi apie 200 km, pradžia. Upė labai išplatėja, išilginis vagos nuolydis ir tėkmės greitis sumažėja. Dėl iškrentančių nešmenų, upės vaga čia dažnai pasislenka į vieną ar kitą pusę, susiformuoja laikinos salos. Nemunas išsiskiria į dvi atšakas 48-ame kilometre
nuo žiočių: dešiniąją - Rusnę ir kairiąją - Matrosovką (Giliją). Būtent nuo šios vietos prasideda Nemuno delta (2.3 pav.). 5 VENTOS BASEINAS LIELUPËS BASEINAS L a t v i j a KLAIPEDA DAUGUVOS BASEINAS Nemunas KAUNAS VILNIUS Kaliningrado sritis N E M U N O Baltarusija L e n k i j a B A S E I N A S Baltarusija Valstybine siena 2.1 pav. Nemuno baseinas. 2.2 pav. Nemuno pagrindiniai intakai, baseino plotas (A) ir vagos ilgis (L).
6 2.3 pav. Nemuno žemupio dalies ir deltos kairiosios pusės schema. Vėliau Rusnė atsišakoja į Atmatą ir Skirvytę (13 km nuo žiočių). Pastaroji turi dar keletą smulkesnių atšakų. Taip susiformavusi vėduoklės formos Nemuno delta. Atmata yra laikoma pagrindine atšaka, nors didesni debitai šiuo metu teka Skirvyte. Siena tarp Rusijos ir Lietuvos nuo Gilijos iki Skirvytės eina Rusnės vagos viduriu, o toliau Skirvytės. Didžiausi potvyniai paprastai vyksta pavasarį, prasidėjus sniego tirpimui, tačiau, kaip jau minėta ir įvade, ne išimtis ir rudens bei žiemos potvyniai, sukelti užsitęsusių lietų ir atlydžių. Papildomai vandens lygis gali pakilti dėl vėjo poveikio, priklausomai nuo meteorologinių sąlygų Kuršių mariose. Dėl to gali susidaryti Nemuno žiočių patvanka, trunkanti nuo 10 dienų iki 2 mėnesių. 2.2 Hidrologinis ištirtumas Vandens lygių ir debitų matavimai pradėti dar 19-tame šimtmetyje kai pirmi stebėjimo postai buvo įrengti ties Nemuno upe (2.4 pav.). Hidrometrinės stotys ties Tilže (Sovetsk) ir Smalininkais įsteigtos 1811-1812 metais. Didžioji dalis jų veikia ir šiandieną, tačiau Nemuno deltos rajone jų liko gerokai mažiau. Iš viso 1980 metais išilgai Nemuno upės veikė 114 vandens matavimo postų ir stočių. Tik 67 iš jų buvo Lietuvos teritorijoje. Nemuno delta tuomet buvo galima laikyti pakankamai hidrologiškai ištirta. Įvairiais laiko tarpais čia veikė apie 20 vandens matavimo postų, tačiau šiandien pastoviai veikia tik septyni.
7 Vandens matavimo postas Uostadvaris Rusnė Tilžė Ragainė Smalininkai Seredžius Lampedžiai Kaunas Birštonas Namajūnai Druskininkai Gardinas Mosty Bielica Stolbcy Metai 1800 1850 1900 1950 2000 2.4 pav. Vandens lygių registravimo periodai skirtinguose vandens matavimo postuose. Tuo būdu darbe atliekamiems skaičiavimams panaudojami ir anksčiau sukaupti duomenys. Pirmą kartą debitas Nemuno deltos rajone išmatuotas Rusnės atšakoje ties Šansinės vandens matavimo postu 1845 metais. Ilgiausia stebėjimų eilė (vandens lygių ir debitų) yra Smalininkų vandens matavimo poste, kuris su nedideliu pertrūkiu II pasaulinio karo metu, veikia nuo 1812 metų iki dabar. Šiuo metu šis postas modernizuotas, vandens lygio duomenys perduodami distanciniu būdu, naudojant hidroinformatikos metodus. Nemuno deltos intakų ir vandens matavimo postų (veikusių anksčiau ir veikiančių dabar) išdėstymo schema pateikta 2.5 paveiksle. Lentelėje 2.1 surašyti vandens matavimo postai ir stebėjimo periodai, kurių hidrologiniai duomenys buvo panaudoti šiame darbe. (Kolupaila, 1930; Рессурсы поверхностных вод, 1969). 2.1 lentelė Vandens matavimo postų, išsidėsčiusių žemyn nuo Smalininkų, trumpa charakteristika. No Upės ar atšakos pavadinimas Vandens mat. stoties pavadinimas Atstumas nuo žiočių km Baseino plotas km 2 Posto nulio altitudė m Krantas Atidarymo metai Uždarymo metai 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 Atmata Uostadvaris 3.0-0.659 Kairys 1880 Veikia 2 Skirvytė Skirvytė 5.0-1.261 Kairys 1886 1944 3 Atmata Šysa 10.0-1.312 Dešinys 1880 1938 4 Atmata Rusnė 13.1-1.297 Kairys 1810 Veikia 5 Rusnė Šakūnėliai 24.7-0.979 Dešinys 1888 1938
1 2 3 4 5 6 7 8 9 6 Rusnė Šneiderija 27.2-0.300 Kairys 1811 1938 7 Rusnė Klokiai 31.5-0.245 Kairys 1875 1938 8 Rusnė Sėliai 34.5-0.250 Kairys 1810 1938 9 Rusnė Karceviškiai 37.6 0.235 Kairys 1810 1938 10 Rusnė Šancinė 45.1 0.260 Kairys 1880 1938 11 Nemunas Vingis 48.5 0.560 Dešinys 1926 1938 12 Nemunas Tilžė 59.0 91854 2.055 Kairys 1811 Veikia 13 Nemunas Ragainė 72.0 91560 3.343 Kairys 1898 1938 14 Nemunas Sokaičiai 87.8 81478 4.806 Dešinys 1810 1941 15 Nemunas Trapėnai 98.2 81334 5.930 Kairys 1880 1938 16 Nemunas Smalininkai 111.0 81231 7.380 Dešinys 1886 Veikia 17 Gilija (Matrosovka) Mostovoje 30-2.00 1827 Veikia 18 Gilija (Matrosovka) Zapoviednoje 11-5.16 1821 1968 P.S. Posto nulio altitudė yra surišta su Baltijos jūros geodezine sistema. 8 2.5 pav. Nemuno deltos upių tinklo ir vandens matavimo stočių išdėstymo schema
2.3 Skaitmeniniai žemėlapiai, reljefo modelio generavimas 9 GIS duomenų bazės didesnė dalis, kaip jau minėta įvade, buvo sukurta vykdant ankstesnius mokslinius tyrimus. Šiam darbui ji buvo išplėsta nuo Mikytų aukštyn Nemunu iki Šešupės ir aukštyn Jūros upe apie 10 km nuo žiočių. Taip pat papildyta nuo Tenenio upės aukštyn Minijos upe, įskaitant visą Alkos polderio teritoriją. Nemuno žemupio GIS duomenų bazė buvo kuriama orientuojantis į hidrologiškai korektiško vietovės reljefo modelio sukūrimą, kuris būtų tinkamas potvynių hidrauliniam modeliavimui. Be skaitmeninio reljefo modeliavimo, GIS informacija naudojama nusakant žemės dangos savybes. Duomenų bazės turinį bei jos sudarymo metodus labiausiai nulėmė jos panaudojimo specifika ypač aukšto lokalaus tikslumo poreikis, kokybiškas hidrotechninių statinių (griovių ir pylimų) identifikavimas tiek jų geografinės padėties, tiek ir aukščio prasme. Savo ruožtu, reljefo skaitmeninių modelių interpoliavimo algoritmų pasirinkimas taip pat daro nemažą įtaką gaunamiems rezultatams. Šiame skyriuje aptariami įvairių reljefo informacijos šaltinių automatizavimo bei integravimo metodai, siekiant sukurti maksimaliai atitinkantį tikrovę Nemuno žemupio skaitmeninį reljefo modelį, taip pat nagrinėjami kai kurie teoriniai ir praktiniai reljefo modelių tikslumo vertinimo klausimai. Savo prigimtimi skirtingi ir dėl tos priežasties atskirai aptariami šie pradinės informacijos šaltiniai: 1. Žemės paviršiaus aukščių informacijos šaltiniai. Juos sudaro topografinių žemėlapių M1:10000 pagrindu vektorizuotos horizontalės bei aukščio taškai, bendrą reljefo karkasą formuojantys hidrografinio tinklo elementai grioviai, upės, upeliai, jų ir ežerų bei Kuršių marių krantų linijos, taip pat polderių ir kelių pylimų niveliavimo duomenys. Pastarasis informacijos šaltinis yra esminis modeliuojant potvynius palyginti lygiose reljefo teritorijose, tokiose kaip Nemuno žemupys. 2. Nemuno vagos dugno reljefo modeliui sukurti naudojami Lietuvos vandens kelių direkcijos atliktų upės gylių matavimai, naudojant GPS ir elektroninį echolotą. 3. Kuršių marių gyliai digitalizuoti pagal jūrų navigacinius žemėlapius. Generuojant Nemuno žemupio reljefo modelį visa ši informacija (2.6 pav.) buvo integruojama. Interpoliavimo algoritmo pasirinkimą lėmė ne tik gaunamų rezultatų tikslumas, bet ir skirtingos prigimties bei paskirties pradinės informacijos integravimo ypatumai.
Skaitmeninio reljefo modeliavimo metodai. 10 Remdamiesi ankstesnių tyrimų rezultatais čia aptariami trys pagrindiniai skaitmeninio reljefo modeliavimo metodiniai sprendimai: Nemuno gyliai Horizontalės Aukščio taškai Vandens lygio taškai Polderių pylimai NEMUNO ŽEMUPIO RELJEFO MODELIS Kelių pylimai Kanalai Ežerai Kuršių marių gyliai Upės vaga 2.6 pav. Nemuno žemupio reljefo modeliavime naudota pradinė informacija 1. Reljefo interpoliavimas Kriging algoritmu. Šis klasikinis statistinis interpoliavimo algoritmas yra integruotas daugelyje standartinių GIS programų, tame tarpe ir Arc/Info bei ArcView. Preliminaraus testavimo metu juo buvo gauti sąlyginai tiksliausi reljefo modeliai. Pagrindinis algoritmo privalumas interpoliavimo metu gaunamas Kriging dispersijos paviršiaus žemėlapis, kurį tam tikru lygmeniu būtų galima naudoti kaip interpoliavimo patikimumo įvertinimą. Metodo trūkumai interpoliuojamas reiškinys turi būti aprašytas pakankamai tankiai išdėstytais duomenų taškais ir jei šie generuojami izolinijų pagrindu, nukenčia atrankos schema. Be to, šiuo metodu dažniausiai interpoliuojami sklandūs, natūralios kilmės paviršiai. Konkrečiu atveju galutiniame reljefo modelyje esminę reikšmę įgauna dirbtinės kilmės reljefo elementai, ypač įvairūs pylimai. Kadangi interpoliuojamas rastrinis paviršius su ribotu gardelės dydžiu, tai pastarųjų objektų atvaizdavimas tampa gana problematiškas. 2. Reljefas gali būti interpoliuojamas ir Topogrid algoritmu, kuris realizuotas Arc/Info ir skirtas hidrologiškai korektiškų reljefo paviršių iš taškų ar linijų su identifikuotomis altitudėmis generavimui. Pastarasis algoritmas buvo sukurtas didelių teritorijų reljefo modeliams generuoti (pavyzdžiui, visam žemynui). Nors interpoliavimo metu
11 sukuriamas sujungto hidrografinio tinklo reljefo atžvilgiu modelis, tačiau susiduriama su tomis pačiomis problemomis, kaip ir Kriging interpoliavimo atveju. 3. Generuojamas TIN (netaisyklingų trikampių tinklo) modelis. Pastaroji operacija atliekama Arc/Info bei ArcView, tačiau jos realizacija vienu ir kitu atveju iš esmės skiriasi. Pagrindinis TIN modelio privalumas, lyginant su anksčiau pristatytais galimybė naudoti lūžio linijas kelius, pylimus, hidrografinio tinklo elementais sutapatinant jas su trikampio kraštine. Žemės paviršiaus aukščiai Nemuno žemupio reljefo modelio sudaryme didžiausia reikšmė tenka upės slėnio teritorijos informacijai, kuri vandens tiesiogiai paveikiama tik potvynio metu. Pradiniai informacijos šaltiniai ir jos automatizuoto apdorojimo metodai plačiau buvo aptarti praeitų metų ataskaitoje, čia tik trumpai pakartojamas jų pagrindu sukurtos Nemuno žemupio sausuminės dalies GIS duomenų bazės turinys (2.2 lentelė), taip pat aptariamas jos paruošimas reljefo modelio interpoliavimui. Kaip atskirą Nemuno žemupio GIS duomenų bazės komponentą galima traktuoti skenuotus ir koordinuotus topografinius žemėlapius M1:10000, kurie naudojami identifikuojant įvairius trūkstamus objektus. Ši rastrinė informacija saugoma TIFF failų pavidalu, skenuota buvo naudojant 150 dpi skiriamąją gebą. Kuriant Nemuno žemupio upės slėnio GIS duomenų bazę buvo sprendžiamas skirtingos prigimties ir tikslumo informacijos integravimo klausimas. Didžioji informacijos dalis surinkta vadovaujantis planine-kartografine medžiaga, kurios mastelis ne smulkesnis kaip 1:10000. Mastelis GIS duomenų bazėse apsprendžia ne tik įvedamų objektų detalumą, tačiau ir jų turinį bei tų pačių objektų traktavimą. Tie patys objektai gali būti identifikuoti skirtingose duomenų bazėse, tačiau jų padėtis gali iš esmės skirtis. Konkrečiu atveju buvo sprendžiamas atskirų žemės dangos elementų padėties suderinimo žemėveikslių sluoksnyje (sukurtame pagal M1:50000 GIS duomenų bazių informaciją) su identiškais elementais, digitalizuotais topografiniuose žemėlapiuose ar pagal ortofotografinius žemėlapius (M1:10000). Vienu ir kitu atveju identifikuotos Nemuno krantų bei kitų didesnių vandens objektų ribos dažniausiai nesutampa. Pastarųjų objektų identifikavimas žemėveikslių sluoksnyje buvo patikslintas vadovaujantis jų ribomis, nustatytomis aukštesnio pradinio tikslumo informacijos pagrindu 2.7 pav.
2.2 lentelė Nemuno žemupio upės slėnio GIS duomenų bazės turinys Sluoksnis Izolinijos Aukščio taškai Vandens lygio taškai Pylimai Skardžiai Kanalai Nemuno krantai Krantų linijos Ežerai Nomenklatūriniai lapai Žemėveiksliai Grafinis primityvas Atributai Linijos Taškai Taškai Linijos Linijos Linijos Linijos Linijos Sritys Sritys Sritys Izolinijos altitudė Taško altitudė GeoVektra Vandens lygio altitudė Pylimo aukštis, pylimo paviršiaus altitudė Skardžio aukštis Plotis, pavadinimas Altitudė, pavadinimas Pavadinimas, altitudė Pavadinimas, altitudė Numeris Žemėveikslio kodas Pastabos 12 Izolinijų laiptas 0.5 m, izolinijų įvedimo kryptis suderinta su nuolydžio kryptimi, vektorizuojant naudojamas vaizdo padidinimas 4:1 arba 2:1 (GeoVektra) Įvesta tik dalyje teritorijos, kitur (kai vandens paviršius be nuolydžio) nurodoma vandens telkinio kranto linijos altitudė Pylimo paviršiaus altitudė įvesta pagal pylimų niveliavimo duomenis. Kaip pylimai traktuoti aukštas sankasas turintys keliai. Pagrindinių polderių ir potvynio plitimą ribojančių kelių pylimų informacija įvesta pagal specialiai atliktų jų matavimų duomenis Įvedimo kryptis suderinta su skardžio nuolydžiu Čia įvesti visi topografiniame žemėlapyje M1:10000 atvaizduojami hidrografiniai elementai kanalai, grioviai, platesnių tėkmių ašinės linijos. Įvedimo kryptis atitinka tėkmės kryptį. Įvedimo kryptis atitinka Nemuno tėkmės kryptį. Linijų pagrindu suformuotuos vagos sluoksnis (sritis), taip pat koreguotas žemėveikslių sluoksnis Kuršių marių, platesnių tėkmių krantų linijos. Modeliuojant reljefą jų pagrindu generuojamos sritys. Įvedimo kryptis atitinka tėkmės arba/bei nuolydžio kryptį. Kai kurios Kuršių marių bei kitų vandens telkinių krantų linijos įvestos/patikslintos pagal ortofotografinį žemėlapį M1:10000. Originaliai buvo įvedamos linijos, jų pagrindu generuotos sritys, kurioms nurodoma vandens paviršiaus altitudė Generuota pagal topografinių žemėlapių kampų koordinates, naudojama įvedamai informacijai organizuoti. Visa GIS duomenų bazės informacija apjungiama teritoriniu požiūriu modeliuojant reljefą Pagrindas Lietuvos miškų išteklių GIS duomenų bazė M1:50000, kuri, savo ruožtu, sukurta Lietuvos kosminio vaizdo žemėlapio M1:50000 vektorinės GIS duomenų bazės pagrindu 2.7 pav. Vandens objektų identifikavimas prieš koregavimą (kairėje) ir po koregavimo (dešinėje)
13 Koreguojant duomenis, vandens objektams ir jų padėčiai buvo suteikiamas didžiausias prioritetas kitų žemėveikslių atžvilgiu. Pagrindinis pirminės reljefo informacijos šaltinis topografiniuose žemėlapiuose M1:10000 vektorizuotos horizontalės (izolinijos išvestos kas 0,5 m) bei aukščio taškai. Pagrindinė horizontalių paskirtis perteikti reljefo informaciją popieriniuose žemėlapiuose. Tuo tarpu jų panaudojimas generuojant skaitmeninius reljefo modelius (čia atsiribojame nuo konkretaus interpoliavimo algoritmo) susiduria su daugeliu problemų: 1. Atrankos tankio nevienodumas duomenų taškų perteklius ant izolinijų ir jų trūkumas tarp jų. 2. Kai kurie klasikiniai reljefo interpoliavimo algoritmai tiesiogiai negali naudoti linijų, kaip pradinės interpoliavimo informacijos organizavimo modelio. 3. Kai kuriuose interpoliavimo algoritmuose (pavyzdžiui, orientuotuose į TIN struktūrą), esminę reikšmę įgauna izolinijų bei kitų topografinių elementų, darančių įtaką vietovės reljefui (pavyzdžiui, kelių, polderių pylimai, krantų linijos ar grioviai), topologiniai ryšiai. Horizontalių informacija buvo transformuojama į taškus. Galimi naudoti du šio uždavinio sprendimo būdai: 1. Generuojamas taisyklingas linijų tinklas, kuris sukertamas su horizontalių sluoksniu. Sankirtų taškams suteikiama horizontalių altitudė, jie išsaugomi kaip naujas taškų sluoksnis. 2. Linijos konvertuojamos į taškus, taško padėtis sutampa su linijų viršūne (2.8 pav.) pastarasis būdas naudotas paruošiant horizontalių duomenis interpoliavimui Kriging algoritmu bei gautu paviršių tikslumo įvertinimui. 2.8 pav. Linijų transformavimas į taškus Jei kuriamas TIN tipo reljefo modelis, ypatingą reikšmę įgauna horizontalių bei kitų reljefą formuojančių elementų pylimų, krantų linijų topologiniai ryšiai, kadangi kuriant
14 TIN, generuojamo trikampių tinklo kraštinė sutapatinama su šių linijų atkarpomis. Jei horizontales kerta taip vadinama lūžio linija, generuojami nereikalingi trikampiai, kurie iškreipia reljefo informaciją. Todėl apie bet kurį objektą, kuris, kuriant TIN tipo reljefo modelį, buvo naudojamas kaip lūžio linija, buvo generuojama 10 m pločio buferinė zona ir iš jos pašalinamos visos horizontalės (2.9 pav.). Kadangi Nemuno vagos krantų linijos buvo tikslinamos ortofotografinių žemėlapių pagrindu, papildomai buvo eliminuojamos horizontalės, patenkančios į upės vagos teritoriją. A B C 2.9 pav. Horizontalių koregavimas: A prieš koregavimą, B 10 m pločio buferinė zona apie Nemuno vagos kranto linijas, C po linijų buferinėje zonoje ir upės vagoje eliminavimo Vagos dugno reljefo modelis ir jo integravimas į bendrą reljefo modelį Nemuno vagos dugno paviršiaus informaciją pateikė Lietuvos vandens kelių direkcija. Šią informaciją sudarė: 1. Echolotu išmatuoti Nemuno vagos gyliai, bei matavimų X ir Y koordinatė. 2. Vandens paviršiaus altitudės taškuose, išdėstytuose vienodais atstumais nuo Nemuno žiočių (kas 1000 m). 3. Nemuno vagos krantų linijos.
Informacija gauta AutoCAD naudojamuose duomenų formatuose, todėl ji pirmiausia buvo transformuota į Arc/Info formatus. 15 2.4 Hidraulinis modeliavimas Vandens lygių modeliavimui panaudojome JAV armijos korpuso hidrologijos skyriaus sukurtą programą HEC-RAS. Programa turi sukurtą sąsaja su ArcView (2.10 pav), tad labai operatyviai sukuriamas hidraulinio modeliavimo geometrinių charakteristikų duomenų masyvas. Programa gali modeliuoti tiek nusistovėjusią tiek nenusistovėjusią tėkmę. Kokį ręžimą pasirinkti, priklauso nuo norimų gauti rezultatų. Nemuno žemaslėnio GDB ArcView Užliejama Zona Sąsaja HEC- Geo_RAS Hidraulinis modelis HEC-RAS 2.10 pav. Hidraulinio modeliavimo principinė schema. Kadangi mums reikalinga žinoti statistinių (atskirų tikimybių) vandens lygių pasiskirstymą išilgai tėkmės, tai šiuo atveju pakanka nusistovėjusios tėkmės modeliavimo varianto. Kad vandens lygių dinamika modeliuojamoje teritorijoje gana sudėtinga, iliustruoja ir S.Vaikaso atlikti natūriniai stebėjimai. 2.12 paveiksle matome 1970 metų atskirų parų vandens lygius, išmatuotus įvairiose vietose. Kaip matyti, net vieno potvynio metu vandens lygių svyravimo amplitudė gana didelė, tačiau maksimalus vandens lygis užfiksuotas atskirose vietose yra ne tomis pačiomis dienomis. Štai ties Rusne jis buvo didžiausias 9 dieną, tuo tarpu ties Plaškiais 12 dieną, o ties Šakūnėliais 8 dieną ir t.t. Nesigilindami į detales, šiuo pavyzdžiu norime iliustruoti tai, kad mus dominantys maksimalūs skaičiuojamos tikimybės vandens lygiai niekada nebus tos pačios tikimybės visame ruože. Tai reiškia, kad jei atitinkamais metais tarkim ties Šilininkais turime 1 procento tikimybės vandens lygį, tai tais pačiais metais jis gali būti mažesnis ties Rusne ar Panemune ir atvirkščiai. Tad mūsų apskaičiuoti vandens lygiai, kurie vėliau naudoti užliejamos zonos nustatymui yra maksimalūs visame tiriamame ruože.
Modelio pradinių duomenų parinkimas 1. Maksimalūs debitai imti pagal Smalininkų vandens matavimo posto sudarytą tikimybių kreivę panaudojant stebėjimo duomenis nuo 1812 metų iki dabar (2.3 lentelė). Kadangi modeliuojamas ruožas prasideda ne ties Smalininkų v.m.p. o ties Rambyno kalnu, tai debito nustatymui modeliuojamo ruožo pradžiai pasinaudojome A.Rainio ir J.Macevičiaus bei mūsų pačių atliktais tyrimais ir skaičiavimais, nustatant debitą atskirų deltos atšakų ruožų pradžiose. Galutinai modeliavimui naudotų debitų sąrašas pateiktas 2.4 lentelėje. 2. Kaip kraštinės sąlygos modeliavimui buvo reikalingi ir vandens lygiai atskirose modelio vietose, kurie buvo apskaičiuoti panaudojant istorinius duomenis apie įvairiais laikotarpiais tiriamame ruože veikusių vandens matavimo postų (2.11 pav). 3. Šiurkštumo koeficientai parinkti pagal žinynuose skelbiamas lenteles prisilaikant tokio žemės paviršiaus dangos suskirstymo: upės vaga ir upės slėnis, upės slėnis skiriamas į pieva, krūmais ir mišku apaugusius plotus ir pagal atitinkamą augaliją sudarytas skaitmeninis žemėlapis, kuriame įvesti atitinkami Maningo šiurkštumo koeficientai. 4. Modelio derinimui ir tikrinimui panaudojome faktinius vandens lygius įvairiose lygių stebėjimo vietose. 2.3 Lentelė Debitai ties Smalininkais apskaičiuoti pagal realius stebėjimo duomenis Tikimybė % Pasikartojimas metais Debitas Paklaida 0.5 200 6790 651 1 100 6155 517 2 50 5514 394 5 20 4650 255 10 10 3977 176 20 5 3271 130 50 2 2225 101 99 1 903 78 2.4 Lentelė Debitai, paskaičiuoti modelio ruožų mazgams (ruožų pradžiose) pagal debitus ties Smalininkais Ruožo pavadinimas Tikimybė procentais 0.1 1 2 5 10 Nemunas ties Smalininkais 6790 6155 5514 4650 3977 Hidrodinaminio modelio pradžia 7673 6955 6231 5255 4494 Gilijos pradžia 665 647 627 594 562 Rusnės pradžia 7008 6308 5604 4661 3932 Atmatos pradžia 3185 2867 2547 2118 1787 Skirvytės kartu su Pakalne 3861 3475 3088 2568 2167 Pakalnės pradžia 193 156 124 103 74 Skirvytė nuo Pakalnės 3668 3319 2964 2465 2093 16
17 Nemunas Ruožai Mazgai Gilija Rusnė Atnmata Skirvytė Pakalnė 2.11 pav. Modeliuojamų ruožų schema 900 Altitudės Z, cm 800 700 600 500 400 300 200 Uostadvaris Rusnė Šakūnėliai Šilininkai Karceviškiai Plaškiai Nausėdai Tilžė Šakininkai 6 d 7 d 8 d 9 d 10 d 11 d 100 12 d 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 Atstumas nuo žiočių L km 2.12 pav. Vandens lygių dinamika Nemuno žemaslėnyje 1970 pavasario potvynio metu (balandžio mėn. atskirų parų grafikai).
18 18.00 Vandens lygis m 16.00 14.00 12.00 10.00 8.00 6.00 Pasikartojimo intervalas metais 200 100 50 2 1 4.00 2.00 0.00 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 Atstumas nuo žiočių, km 2.13 pav. Statistiniai vandens lygiai Nemune Smalininkų-žiočių ruože, apskaičiuoti pagal realius stebėjimo duomenis.
3. Užliejamų teritorijų vadybos (UTV) samprata 19 Dažnai užliejamų teritorijų (turima omenyje upių slėnių ar salpų) vadyba siaura prasme suprantama kaip šių teritorijų naudojimo reguliavimas ar potvynio kontrolės įgyvendinimas. Platesniame kontekste - tai pastovus sprendimų priėmimo procesas dėl užliejamų teritorijų (UT) ir vandenų panaudojimo. UTV neapsiriboja vien tik duomenų surinkimu, bet ir efektyviu jų panaudojimu, priimant sprendimus kelio užkirtimui nesubalansuotai ekonominei plėtrai arba nepriimtinam šių teritorijų panaudojimui. Ji priima dėmesin užliejamų teritorijų gyvybingumą dabartinei, artimai ir tolimai perspektyvai kaip visumą - žmonių bendrijos ir upės baseino aplinkos. Kai naudotojų interesai konfliktuoja, kiekvieno iš jų santykinės išlaidos ir pelnas (tiesioginės ir netiesioginės) privalo būti išreikšti pinigais laike. Galutinis sprendimas privalo remtis socialiniais, gamtiniais, fiziniais, ekonominiais UT veiksniais. Bet kokie veiksmai užliejamose teritorijose privalo būti nagrinėjami bendrame jų pasekmių kontekste visame baseine, pateikiant alternatyvas. Tai atitinka integruotos baseininės vadybos principus. Yra tokie nagrinėtini sprendimo elementai: Upių baseinai - natūralios sistemos. Individualių teritorijų panaudojimas baseine privalo būti vertinamas kaip dalis natūralios sistemos ar geografinės zonos, kurios tarpusavyje susijusios. Aukščiau esamo baseino urbanizacija, apsauginių pylimų įrengimas vienoje vietovėje gali turėti negatyvių pasekmių kitoje (Vaikasas ir Rimkus, 1976) arba net ir toje pačioje vietoje. Paminėtinas pavyzdys Vabalų žiemos polderio įrengimas. Kadangi dešinėje upės pusėje jau buvo Kintų žiemos polderis, tai dabar, vandens masės tekėdamos Alkos vasaros polderiu lygiagrečiai upės vagai atsiremia į naujai įrengtą Vabalų polderio pylimą ir verčiamos sukti atgal į upės vagą. Tuo būdu suspaudžiama tėkmė ir vandens lygis žymiai pakyla. Kiek konkrečiai pakyla, galima nustatyti tik hidraulinio modeliavimo keliu. Tačiau jau keli pastarieji potvyniai parodė, kad aukščiau esantis Lankupių kaimas atsidūrė žymiai didesniame pavojuje nei iki Vabalų polderio įrengimo. Daugiatikslė vadyba: kiti teritorijų naudojimo aspektai. Kadangi užliejamos žemės patrauklios ekonominėmis, estetinėmis ir kitomis vertybėmis, atsiranda konkurencija tarp potencialių naudotojų. Tai gali teigiamai arba neigiamai paveikti kitas sritis. Tad, užtikrinant suderinamumą tarp naudotojų ir subalansuojant riziką žmogui ir gamtiniams ištekliams, užliejamų teritorijų sprendimai turi remtis daugiatikslės vadybos mechanizmu, kuris vertina ekonominį, socialinį efektyvumą, aplinkos kokybę ir socialines vertybes. Artimiausiu metu (mažiausiai 10-15 metų) kardinalių pokyčių minėtose sferose vargu ar bus Nemuno žemupyje.
20 Galių įtakos padalinimas. Būtina aiškiai atskirti funkcijas: centrinės, regioninės ir vietinės valdžios. Toks galių atskyrimas reikalauja koordinacinės sistemos, kad pasiūlytų UTV sprendimų rizika yra subalansuota ir nebūtų švaistomi esami ištekliai. Tai Upės baseino valdybos funkcijos (žiūr. 3.1 ). Žiūrint iš istorinės perspektyvos, UTV primena hidrografinį tinklą, kur du pagrindiniai intakai suformuoja vieną pagrindinę tėkmę (3.1 pav.). Aplinkos apsauga Potvynių kontrolė ANKSČIAU Gamtinių išteklių vadyba Pagalba Žmogiškųjų išteklių vadyba DABAR Integruota vadyba 3.1 pav. Užliejamų teritorijų vadybos evoliucija (modifikuota pagal Thomas, 1995) Anksčiau užliejamų teritorijų vadyba vystėsi atskirai. Potvynių kontrolė, kuri susiformavo anksčiau, dažniausiai pasireiškė struktūrinių priemonių įgyvendinimu. Atsiradus pagalbai potvynio nelaimės metu, ji susiliejo su žmogiškųjų išteklių vadyba. Užliejamų teritorijų integruota vadyba suprantama, kaip sprendimų priėmimo procesas užtikrinantis tausojantį vandenų ir užliejamos teritorijos panaudojimą, subalansuojant riziką žmogui ir gamtos ištekliams. Užliejamų teritorijų vadyba apibrėžiama kaip žmonių veikla, kuri apsprendžia jų panaudojimą optimizuojant ekonominius ir aplinkos parametrus (Thomas, 1995, Yevjevich, 1995). Tausojantys, subalansuoti vandenų naudojimo ir apsaugos principai išdėstyti (Water in..,1993, Sustainable..,1997 ir kt.). Dabartiniai technologijų ir socialinės plėtros aspektai leidžia žymiai sumažinti potvynių pavojų žmogaus gyvybei ir turtui, tuo pačiu apsaugant ir atstatant vertingus užliejamų slėnių išteklius. Tačiau visiškai eliminuoti potvynių rizikos neįmanoma. Užliejamos teritorijos užtikrina natūralias funkcijas, kaip potvynio vandens sulaikymą, vandens kokybės, šlapžemių palaikymą, žuvų, laukinės gyvūnijos, augalijos vystymąsi, natūralių ir žemės ūkio produktų gavybos, rekreacines galimybes. Šios funkcijos dalinai buvo degraduotos vykdant užliejamų teritorijų plėtrą, daugiausiai žemės ūkio tikslams
21 Nemuno žemaslėnyje. Žiūrint iš nacionalinės perspektyvos gamtinių ir žmogiškųjų išteklių netektys priimant sprendimus dėl užliejamų teritorijų panaudojimo privalo būti minimizuotos. Tai begalė interesų, kurie dažnai siekia prieštaraujančių rezultatų, panaudojant užliejamų teritorijų vertybes. Tačiau būtina siekti, kad laisvosios rinkos sąlygomis, gerbiant privačių valdų teises, šių teritorijų išteklių kaina nebūtų negarbingai perkeliama kitiems naudotojams arba valstybės institucijoms. Nemuno žemaslėnio vadybos rezultatai, t. y. potvynio daromos žalos sumažėjimas gali būti pasiektas tik po ilgos ir nuoseklios veiklos, kurią koordinuotų planuojamos įsteigti Nemuno baseino valdybos. 3.1 Nemuno žemupio užliejamos teritorijos vadybos strateginiai tikslai ir veiksmai Nemuno žemupio apsaugos nuo potvynių strateginiai tikslai ir veiksmai kai kuriais atvejais tarpusavyje persipina, tačiau sisteminis požiūris egzistuoja. Šiame pirmame etape neišryškinami tikslų ar veiksmų prioritetai ar reikalingi materialiniai ištekliai jiems įgyvendinti. Be to būtinas platus įvairių sričių specialistų ratas, kuris nuspręstų Nemuno žemupio plėtros arba jos sulaikymo perspektyvas. 3.2 Strateginiai tikslai mažinantys žalą žmogui ir turtui. Galimi trys strateginiai tikslai potvynio atnešamos žalos mažinimui, kurie įgyvendinami iki potvynio, jo metu ir potvyniui praėjus. Kiekviename galių lygyje šie strateginiai tikslai ir veiksmai gali susilieti su platesniais vandenų, ekstremalių situacijų, aplinkosaugos vadybos, regioninės ir vietinės plėtros tikslais. Fizinis potvynio vandenų mažinimas. Ši strategija numato struktūrines priemones, mažinančias užliejamo vandens tūrį, užliejimo trukmę, dydį ir išplitimą, vandens greitį ir gylį. Šios struktūrinės priemonės efektyvios, saugant žmogaus turtą, gyvybę. Tai įrodo esantys Nemuno kairiojo kranto pylimai. Visuomenė yra gerai susipažinusi su struktūrinėmis priemonėmis. Tačiau jai šių projektų įgyvendinimas keltų didelį nerimą dėl jų neigiamo poveikio gamtinei aplinkai (vandenų bendrijoms, vandenų kokybei ir t.t.), galimos avarijos ir pan. Jų realizavimo kaina didelė, prioritetai teikiami labiau urbanizuotoms nei kaimo vietovėms. Laikui bėgant struktūrinių priemonių eksploatacijos savikaina išauga, jų tarnavimo amžius baigiasi. Be to jos negali visiškai apsaugoti nuo potvynių, nes nenuspėjama rizika visuomet išlieka. Užtvankos, sugebančios sulaikyti potvynio vandenis yra labai efektyvi priemonė, sumažinanti potvynio vandens greitį, užliejimo plotą ir t.t. Tačiau užtvankų paskirtis
22 dažniausiai daugiatikslė - skirta greičiau atsiperkančioms vandens ūkio šakoms: hidroenergetikai, vandentiekai, laivybai. Visa tai mažina potvynio kontrolės galimybes, nes būtina derinti skirtingus interesus. Panašus pylimų, potvynio dambų poveikis potvynio užliejamam plotui. Lokalus paviršinio vandens tvarkymas ir žemių tvarkymo priemonės, skirtos nuvesti arba laikinai užlaikyti vandenį urbanistinėse arba žemės ūkio teritorijose prieš patenkant į upės vagas, yra efektyvios, mažinančios potvynio aukštį. Jautrumo potvynio vandenims mažinimas. Ši strategija siekia sumažinti galimą žalą užliejimo metu, išvengiant pavojingų, neekonomiškų ir nepageidautinų užliejamų teritorijų panaudojimą. Jų įgyvendinimas: teritorijų naudojimo reguliavimas, plėtros ir jos nutraukimo politika, pasiruošimas nelaimių likvidavimui, statinių paruošimas potvyniui, potvynių prognozės, perspėjimo sistemos, nelaimės likvidavimo planai. Didėjant žinių srautui apie potvynius ir patirčiai šie veiksmai tapo labai efektyvūs ir plačiai taikomi. Užliejamų teritorijų zonavimas. Užstatymo, gyvenamų namų, sanitarijos ir kiti reglamentai paliečia išdėstymą, projektavimą, medžiagas, naujos statybos patyrimą. Jie gali būti patys efektyviausi veiksmai skirti potvynio žalai sumažinti. Tačiau jie turi mažą įtaką esamai padėčiai, be to nesaugo natūralių ir kultūrinių užliejamų teritorijų išteklių. Be abejo, tai neliečia užliejamų žemių saugotinų teritorijų. Iš kitos pusės, tokios priemonės kaip veiklos iškėlimas iš žemės plotų gali būti neteisėti konstituciniu požiūriu. Šiuo metu pradiniame Nemuno potvynių vadybos etape labiausiai reikalingi yra užliejamų teritorijų, atspindinčių įvairių pasikartojimų potvynius, skaitmeniniai žemėlapiai. Tik pagal juos bus galima zonuoti užliejamą teritoriją, kurti efektyvią draudimo sistemą. Ekonominės plėtros suvaržymo ar net jos nutraukimas paliečia infrastuktūros projektavimą ir išdėstymą ir tokiu būdu išvengiama pavojingos potvyniui zonos ir apsaugomi gamtiniai ištekliai. Patirtis rodo, kad jie dažnai turi mažą poveikį nusistovėjusiai plėtrai, tačiau po žalingo potvynio iškėlimai iš rizikingų zonų gali būti lengvai įvykdomi. Pasiruošimas nelaimės likvidavimui reikalauja valstybinių, vietinių planų sudarymo, kurių tikslas sušvelninti potvynio pavojų, informuoti visuomenę, paskelbti pavojaus žinią ir gelbėjimo veiksmus, atlikti mokymus, peržiūrėti ir koordinuoti nelaimės likvidavimo planus ir programas, įvertinti gautas pamokas. Šie planai turėtų sudaryti bendrąją ekstremalių situacijų vadybos dalį ir aprėpti visą upės baseiną. Tačiau šie būtini individualūs pasiruošimo ir potvynio nelaimės pasekmių likvidavimo planai dažnai ignoruojami.
23 Potvynio prognozė, perspėjimo ir pavojaus planai labai paplitę, jie efektyvūs apsaugant žmogaus gyvybę ir turtą. Kaip rodo patirtis, prognozės ir perspėjimo sistemų kainų mažėjimas skatina šių priemonių įgyvendinimą. Statinių ar kitos infrastruktūros paruošimas potvyniui rišasi su statybos reglamentais. Praktika rodo, kad užkertant kelią vandeniui patekti į statinių, sodybų vidų išvengiama didelių nuostolių. Paruošiant statinius potvyniui naudojamos vandeniui nelaidžios medžiagos, barjerai, uždangos arba net tokios paprastos priemonės kaip gėrybių išnešimas iš galimų užliejamų vietų. Paaukštinimams taikomi poliai, įvairios sampylos. Naujoms statyboms jų kaina santykinai maža, tačiau žymiai išauga esamoms. Užliejamų vandenų įtakos mažinimas individams ir visuomenei. Pasiruošimas veiksmams po potvynio, siekiant atstatyti individualią ir visuomeninę žalą, vaidina svarbų vaidmenį mažinant būsimų potvynių riziką. Tai informacijos paskleidimas ir mokymai, priešlaikinis žalos padengimo finansavimas ir jo paskirstymas laike, individualios žalos kaštų dalies perdavimas valstybei. Informacija ir švietimas plačiai priklauso nuo esamos medžiagos (publikacijos, susirinkimai, video, informacija telefonu ir t.t.), kurią turi paruošti valstybinės tarnybos. Pagrindinis tikslas: a) įtikinti valdų savininkus ir vietos pareigūnus apie potvynių atnešamo pavojaus atsitiktinę prigimtį, vietos daromą poveikį gretimoms vietovėms ir potvynių gamtines funkcijas; b) įtikinti veiksmų būtinumą ir legalumą, kurie siekia apsaugoti turtą ir gyvybę. Draudimo sistema potvynio zonose - mechanizmas skirtas potvynio žalos padengimui, padalinat išlaidas dideliam skaičiui panašios rizikos asmenims. Tačiau kaip rodo praktika, draudimo paslaugomis naudojasi tik tie kurie gerai žino rizikos galimybes. Ir tai, pavyzdžiui JAV, sudaro apie 20-30%. Privatūs draudimo fondai beveik neegzistuoja. Tad valstybė turi du atvejus: panaudoti draudimo sistemą arba vietoje jos teikti finansinę pagalbą nelaimės atveju. Patirtis rodo, kad pirmas atvejis yra žymiai efektyvesnis, kai reikia įgyvendinti potvynio žalos sumažinimo reikalavimus kaip užstatymo reglamentus ar teikti valstybės siūlomas paskatas užliejamose teritorijose. JAV įsteigta Nacionalinė potvynių draudimo programa reikalauja pavojingų užliejamų teritorijų žemėlapių, visuotinai naudoti bazinį potvynių standartą (apsisaugant nuo 100-io potvynio), nustato potvyniui nepavojingas zonas, apibrėžia ekonominės plėtros reikalavimus, nustato draudimo įmokas, teikia finansinę paramą iškeliant potvyniui pastatus (Thomas, 1995, Risk - based analysis.., 1996). Mokesčių politikos svertai apima paskatas kreditų ar kitokia forma įgyvendinat rekonstrukcijas, iškeliant ekonominę veiklą į saugią zoną ir t.t. Mokesčių paskatos neteikiamos rizikingose potvyniui zonose.
Potvynio metu gelbėjimo priemonės apima žmonių laikiną evakuaciją, apgyvendinimą, maitinimą, turto apsaugą, paiešką ir kt. Tai atlieka specialios tarnybos, individualūs asmenys, savanoriai. Kai reikia įjungiama kariuomenė. Greitiems ir lėtiems potvyniams (Nemuno žemupio atvejis) potvynio gelbėjimo priemonės kardinaliai skiriasi. Potvynio nelaimės padarinių likvidavimui skiriama finansinė ir kito pobūdžio pagalba žalai likviduoti. Finansinė negražinama pagalba dažnai sudėtinė, kartu su vietos organizacijomis arba nedidelių procentų paskolos. Valstybė gali suteikti nelaimės padariniams likviduoti inžinerinę pagalbą. Gamtinių, ekonominių ir socialinių išteklių išsaugojimo strategijos tikslai. Įrodyta, kad užliejamose teritorijose sausumos ir vandens ekosistemos žmogui užtikrina svarbias gyvybines funkcijas. Tik Nemuno dešinioji deltos pusė yra efektyvi nusodinant nešmenis, filtruojant biogenines medžiagas ir nešvarumus, transformuojant potvynio hidrografą (Vaikasas ir Rimkus, 2000). Vandens išteklių funkcijos apima potvynių ir erozijos kontrolę, paviršinio ir požeminio vandens apsaugą. Bioįvairovės išteklių funkcijos apima tiek floros, tiek faunos apsaugą. Puoselėjami ekonominiai-socialiniai-kultūriniai šių teritorijų ištekliai. Pagrindinai strateginiai tikslai yra juos apsaugoti ir atstatyti. Tenka pasakyti, kad praktikoje pripažįstama šių gamtinių išteklių vertė, tačiau juos sunku įvertinti pinigine išraiška. Dažniausiai jas nustelbia ekonominės plėtros prioritetai, jei minėti strateginiai tikslai nėra aiškiai išdėstyti. Tiek gamtinių vertybių apsauga, tiek jų atstatymas įgyvendinami tais pačiais veiksmais. Jie gali būti netiesiogiai įgyvendinami atliekant potvynio žalos mažinimo priemones. Visiškai aišku, kad geriausiai apsauga pasiekiama vengiant užliejamų teritorijų ekonominės plėtros. Erdvinio planavimo ir miestų plėtros uždaviniai: vykdyti prevencinę apsaugos nuo potvynių politiką, skiriant žemes plėtrai ir atliekant erdvinį planavimą; saugoti esamas ir potencialias paviršinio vandens susidarymo ir jo akumuliavimo vietas; išvengti būsimos žalos, varžant pavojingų užliejimams teritorijų naudojimą ir pateikti aiškias žinias apie esamą grėsmę; integruoti upių tinklą su miestų plėtra, tvenkinių ir kritulių infiltracijos plotus su gyvenviečių plėtra; mažinti maksimalius debitus apsaugant ir plėtojant atvirus užliejimams plotus. Gamtos apsaugos uždaviniai mažinti maksimalius debitus atstatant užliejamas teritorijas, renatūralizuojant vandens telkinius; 24
25 mažinti maksimalius debitus, saugant ir atstatant pelkes, siekiant padidinti vandens akumuliaciją visame baseine; Žemės ir miškų ūkio uždaviniai mažinti maksimalius debitus didinant žemės ūkio plotų infiltracines savybes; išplečiant užliejamų žemių plotus; mažinti eroziją, naudojant tinkamas agrotechnikos priemones; mažinti maksimalius debitus plėtojant mišku. 3.3 Potvynių prognozės ir perspėjimo sistemos Pagrindinis prognozės tikslas - apsaugoti žmogaus gyvybę ir sumažinti ekonominius nuostolius. Tačiau tai gali būti užtikrinta, kai prognozė tiksli ir kai patikima perspėjimo sistema, pasiekianti žmones, esančius potvynio rizikos zonoje. Jų reikalingumas Nemuno žemupiui nekelia jokių abejonių, tačiau būtina parinkti patikimą, pigią, galinčią panaudoti esamus duomenis sistemą. Iš kitos pusės žiūrint, didelių upių baseinų, kaip Nemunas, potvyniai nėra staigūs, jie ištęsti ir tai žymiai palengvina potvynių prognozės ir perspėjimo sistemų veiklą. Žemupyje potvynio maksimumas pasiekiamas po 6-10 dienų nuo jo pradžios. Palyginimui, kai kuriuose Prancūzijos ar Anglijos vietovėse prognozė turi būti išleista ir pasiekti užliejamų slėnių gyventojus iki potvynio pradžios mažiausiais prieš 24-36 valandas. O potvynio maksimali reikšmė artima minėtam laikotarpiui. Tad kitais žodžiais sakant, atsako laikas Nemuno žemupyje žymiai ilgesnis, mažesnės problemos iškyla prognozuojant laike potvynio hidrografą. Nemunas yra tarptautinė upė, tad hidrologinės, meteorologinės informacijos pasikeitimas, jos integracija tikrai bus sunki. Panašios problemos kyla ir Vakarų šalyse (pvz. Maso upė, kertanti Prancūziją, Belgiją ir kitas šalis), tačiau jos šalinamos. Visa tai privalo būti įvertinta pasirenkant prognozavimo sistemą. Pagrindiniai potvynių prognozės metodologijos elementai yra šie: 1. Kritulių ar sniego tirpsmo vandens kiekio (bruto) baseine skaičiavimai, 2. Upės vagų sistemos nuotėkio tūrio (neto) skaičiavimai pagal kritulius ar sniego tirpsmo vandenį, 3. Nuotėkio tūrio konversija į hidrografą (nuotėkio priklausomybė nuo laiko), 4. Nuotėkio transformacijos procedūra, kuri įvertina hidrografo formos pokytį (tuo pačiu debito, lygio maksimumą, užliejimo trukmę ir t.t.) potvynio bangai judant vaga žemyn.
Minėti elementai priklauso inžinerinės hidrologijos (1-3) ir hidraulikos (4) sferai ir čia nedetalizuojami. Įvairiose šalyse, tame tarpe ir Lietuvoje, sukurti hidrologiniai modeliai, panaudojant kompiuterinę įrangą, leidžia lengvai ir patikimai aprašyti potvynio procesus. Tačiau jiems būtina specifinė hidrologinė-meteorologinė informacija realiame laike (krituliai, nuotėkis, temperatūra ir kt.), kuri būtų gaunama iš telemetrinių stočių, išdėstytų ne tik Lietuvoje, bet ir Baltarusijoje, Kaliningrade ir kt. Didžiausią naudą Nemuno žemupyje atneštų potvynio prognozės realiame laike sistemos įdiegimas. Šių sistemų pagrindinės charakteristikos pateiktos 3.1 lent. Lietuvos hidrometeorologijos tarnyba Nemuno žemupyje naudoja 1-os kategorijos prognozės sistemą. 3.1 lent. Potvynio prognozės realiame laike sistemos (Smith ir Ward,1998) Kategorija Sistemos aprašymas sudėtingumo Kaina Prognozės Prognozės laikas Neapibrėžtumo lygis laipsnis 1 Debito matavimai realiame laike, Labai Labai paprastas Labai maža Labai juos pernešant į norimas vietoves trumpas mažas (transformacija /koreliacija) 2 Tas pats kaip ir 1-as, tačiau Trumpas Paprastas Maža Mažas įtraukiant Kritulių matavimus 3 Kritulių, debito, temperatūros ir Ilgas Sudėtingesnis Didesnė Didelis kt. matavimai realiame laike, arba labai arba didelė įtraukiant Baseino nuotėkio sudėtingas modelį 4 Tas pats kaip ir 3-ias, tačiau įtraukiant Meteorologijos modelį 5 Tas pats kaip ir 4 -tas, tačiau įtraukiant Oro prognozės modelį Ilgesnis Labai sudėtingas Didelė Didelis Ilgiausias Sudėtingiausias Didžiausia Didžiausias 1 ir 2-ros kategorijos prognozės sistemos gali būti diegiamos izoliuotai arba būti baseino modelio sudėtine dalimi (3-ia kategorija). 4 ir 5 -ta kategorijos reikalauja aukšto lygio programinės įrangos, panaudojant radarų ir palydovinės informacijos, skaitmeninio reljefo modelio, GIS duomenis. Šios sistemos privalo būti pilnai integruotos, automatinės ir perduodančios, kad patenkintų tiek prognozės, tiek perspėjimo sistemos reikalavimus. Būtina atskirti potvynių prognozę, kuri yra reiškinio mokslinis įvertinimas realiame laike ir kuri gali būti panaudota potvynio pavojingumui apibūdinti ir potvynio perspėjimą, kuris suteikia papildomą informaciją ir rekomendacijas kaip saugotis nuo potvynio. Pastarasis yra integruotos nuoseklios sistemos pabaigoje. Jo dizainas yra sudėtingas, tačiau teorinė koncepcija yra galima. Čia galimos trys atskiros, tačiau susijusios procedūros ar dalys: perspėjimo paruošimas, perspėjimo paskleidimas ir atsakas į perspėjimą. Jos turi būti įvykdytos prieš potvynį. Geriausia, kai prognozės ir perspėjimo sistemos yra 26
27 integruojamos. JAV potvynio perspėjimo sistemos sudaro integruotą dalį Nacionalinėje Potvynių draudimo programoje. Anglijoje (Velse ir Škotijoje) potvynio perspėjimais užsiima Aplinkos agentūra, kuri juos perduoda visuomenei per policiją ir vietos savivaldybes. JAV nacionalinė orų tarnyba (NWS), kaip ir Lietuvoje atlieka oro ir upių nuotėkio prognozę ir perspėja visuomenę apie galimus pavojus. Be to NWS teikia prognozę Inžinierių korpusui, kuris savo ruožtu paruošia savas prognozes vandens saugyklų eksploatacijai. Pagrindinis dalykas - aiškiai pasidalinti funkcijomis tarp įvairių institucijų. Įvairių nesutarimų šioje srityje pasitaikė Anglijoje, Australijoje. Aukščiau pateikta užsienio šalių patirties apžvalga leidžia visas priemones skirstyti į dvi pagrindines grupes: struktūrines ir nestruktūrines (3.1 pav.). ATSAKAS POTV Y NIŲ GRĖSM EI STRU K TŪRI NĖS PRIEMONĖS NESTRUKTŪRI NĖS PRIEMONĖS INŽINERINIAI METODAI Vagos reguliavimas Pylimai,dambos Didelio tūrio tvenkiniai Sodybų ir kitų statinių paruošimas potvyniui NUOSTOLIŲ PADENGIMO BŪDAI Pagalba nelaimėje Draudimas POTVYNIO MAŽINIMO METODAI Reljefo keitimas Augalijos keitimas Teritorijos naudojimo keitimas NUOSTOLIŲ MAŽINIMO BŪDAI Pasiruošimas Prognozė ir perspėjimas Teritorijos naudojimo planavimas 3.1. pav. Priemonės potvynių grėsmei sumažinti (pagal Smith ir Ward,1998) Paprastai išsireiškiant, struktūrinės priemonės reiškia fizinį potvynio vandenų ar jų užliejimų mažinimą. Tuo tarpu nestruktūrinės priemonės - žmogaus prisitaikymą prie potvynių, siekiant minimizuoti neišvengiamą žalą. Nemuno žemupyje nuo seno daugiausia taikytos struktūrinės priemonės (inžineriniai metodai - vagos reguliavimas ir krantų pylimavimas). Pastaruoju laiku šioje teritorijoje įsigalėjo nestruktūrinės priemonės, kaip pasiruošimas potvyniui ir pagalba nelaimėje. Iš tikro, dabartinės potvynių apsaugos tendencijos labiau linksta prie nestruktūrinių priemonių, geriausiai atitinkančią tvarios plėtros esmę (Water for food.., 1999, Water in.., 1993). Ypač šis klausimas akcentuojamas paskutiniais metais, kai Europa patyrė eilę katastrofinių potvynių.
4. Zonavimo schemos principų nustatymas ir jos sudarymas 28 Kaip rodo kitų valstybių patirtis, išlaidos skirtos pagalbai nukentėjusiems nuo potvynių nenumaldomai auga, todėl stengiamasi vienaip ar kitaip išvengti tokios pagalbos, apribojant užliejamos teritorijos naudojimą. Tai yra viena iš efektyvesnių priemonių, draudžianti arba ribojanti statybas ar kitokią ekonominę plėtrą (4.1 pav.). Šį pavyzdį pateikiame neatsitiktinai, kadangi jis paimtas iš Jungtinių Valstijų valstybės, kuri bene daugiausia pasaulyje dėmesio skiria potvynių problemoms, sukūrė net draudimo sistemą. Tad panagrinėsime šią schemą kiek detaliau. Užliejama teritorija (tik statiniai atlaikantys potvynius) Potvynio vaga (statyba draudžiama) Statiniai ant polių, apsaugoti nuo potvynių 1% tikimybė 5% tikimybė kas 100 m pasitaikantis potvynis kas 20 m pasitaikantis potvynis sausmečio vidutinis vandens lygis Įprastinė upės vaga 4.1 pav. JAV užliejamos teritorijos naudojimo zonavimo principai (pagal FEMA) 4.1 paveiksle parodytas 1% tikimybės projektinio vandens lygio standartas atitinka Nemuno žemupio kairiojo kranto (Kaliningrado sritis) apsauginių pylimų aukštį. Tuo tarpu Lietuvai priklausanti dešinė upės pusė visiškai neapsaugota nuo potvynių (išskyrus Rusnės gyvenvietę, apsaugotą nuo šimtmetinių ir Šilutės miestą dar nuo retesnių potvynių). Tačiau net Rusnės pylimų aukštis kai kuriose vietose yra per mažas. Likusi žemaslėnio dalis, kartu su visais vasaros polderiais (4.2 pav.) užliejama esant 85-95% tikimybės pavasario potvyniui (atitinkamai pasikartojimas 1,18-1,05 metų). Tai reiškia, kad ši teritorija pavasario potvynio vandenų užliejama beveik kasmet. Gal tai nėra blogai, nes naudinga turėti užliejamas žemes, kurios naudojamos ž.ū. poreikiams. Be to užliejamoje teritorijoje vykstantis vandenų apsivalymas leidžia apsaugoti Kuršių marias nuo pernelyg didelio teršimo. Tačiau visiškai kita kalba eina apie esamas šioje užliejamoje teritorijoje gyvenvietes, pavienes sodybas ir įvairią infrastruktūrą. Turime pripažinti, kad žemupio užliejamuose slėniuose žymių urbanizacijos ar ekonominės plėtros elementų nėra. Kitaip tariant iki šiol nėra žmogaus plačios invazijos į šią teritoriją. Priešingu atveju šis unikali gamtiniu, socialiniu ir kultūriniu požiūriu teritorija jau būtų apsaugota bent nuo 100-ių potvynių.
29 4.2 pav. Šilutės rajono vasaros polderiai. Taigi ar galime taikyti šią schemą Nemuno žemaslėnyje? Prieš atsakydami į šį klausimą turime aptarti dar keletą ypatybių, kurios yra labai svarbios būtent Nemuno žemaslėnio teritorijai. Pirmiausia tai upės salpos plotis (L s ) lyginant su upės vagos pločiu (L u ). Pagal santykį K= L s /L u siūlome skirstyti upes į dvi grupes: K<=5 ir K>5, ir aukščiau pateikiamą schemą taikyti tik upėms kurių K<=5. Analizuojant situaciją Nemuno žemaslėnyje, randame, kad 95 procentams teritorijos, įskaitant ir Minijos bei Jūros upių žemupių dalis, K yra didesnis nei 5. Iliustravimui žemiau pateikiame keletą slėnio skersinių pjūvių Nemuno žemaslėnyje (4.3 4.6 pav.). Visais atvejais matyti tipingas prievaginis volas, aprašytas daugelyje S.Vaikaso publikacijų, kuris suformuotas potvyniu metu iškrentančių stambesnės frakcijos nešmenų. Tad upės krantai paprastai aukštesni už likusią salpos dalį. Todėl potvynio metu, vandeniui tik išsiliejus iš krantų, momentaliai užliejama didžioji salpos dalis. Visuose paveiksluose matyti kad skirtumas tarp skirtingų (1, 5 ir 10 procentų) tikimybių vandens lygių nėra labai didelis, o tai vėl lemia nedaug besiskiriančią užliejamą zoną. Visais atvejais vandens lygis jau siekia slėnio krantą, kur šlaitas ganėtinai status, tad dar papildomai kylant vandens lygiui, užliejamos zonos riba horizontaliai pasislenka santykinai labai mažai. Norint įsitikinti ar tai nėra atskirų skerspjūvių ypatybė, atlikome skaičiavimus pasirinkę keletą 5 km ilgio ruožų.
30 Nemuno zemupys Plan: Zovavimas 12/3/2003 Altitudë (m) 8 6 4 2 0-2 -4-6 Legend WS 100 met WS 20 met WS 10 met Ground Levee Bank Sta 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 Atstumas (m) 4.3 pav. Atmatos slėnis žemiau Rusnės tilto Šyšos polderiu link Šilutės 4.4 pav. Rusnės slėnis prieš Atmatos ir Skirvytės atsišakojimą 4.5 pav. Nemuno slėnis žemiau Panemunės gyvenvietės Panaudodami GIS priemones nustatėme ryšį tarp vandens lygio altitudės ir salpos užlietos dalies, išreiškiant užlietą plotą vieneto dalimis nuo viso analizuojamo ploto. 4.6 paveiksle toks ryšys pateiktas Rusnės upės ruože (Sausgalvių polderio teritorija). Minėtame ruože 1 % tikimybės potvynio vandens lygis imtas 3 m. Taigi kaip matyti, jau ties 1 m altitude turime apie 70 procentų užlietos teritorijos.
31 VL altitudė m 3.00 2.50 2.00 1.50 1.00 0.50 0.00 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00 Užlieta slėnio dalis (išreikšta vieneto dalimis) 4.6 pav. Ryšys tarp vandens lygio altitudės ir užlietos slėnio dalies (Nemunas-Rusnė ) Taigi amerikiečių schemoje siūloma zona tarp 1 ir 5 procentų tikimybės šiuo atveju būtų gana siaura, ką parodė ir vėlesni modeliavimo rezultatai (4.8 pav.). Gali būti tik viena ar kita išimtis vietose, kur salpos viduryje pasitaiko atskiros kalvos ir potvynio metu susiformuoja salos. Tačiau ir ten kalvų šlaitai palyginti statūs, o zonos plotis tarp 1 ir 5 procentų tikimybių vandens lygių gana nedidelis. Todėl mes rekomenduojame neskaidyti Nemuno žemaslėnio užliejamų teritorijų į smulkesnes zonas, pagal potvynių vandens lygio tikimybes, kaip to prašoma techninėje užduotyje, o nužymėti tik 1 procento tikimybės vandens lygio užliejamą zoną. Atlikus visas reikalingas hidraulinio modeliavimo ir skaičiavimo procedūras ir panaudojant ArcView priemones galutinai sudarytas užliejamų plotų žemėlapis (4.7 pav). Pagal juos Nemuno deltos dešinės pusės (kartu su Minijos ir Jūros upės žemupių dalimis) užliejamas plotas yra 544 km 2, (106 km 2 iš šio ploto yra apsaugota žiemos polderių ir gyvenviečių apsauginiais pylimais). Čia dar išskiriame tris pazones: A (tiksliausia Nemunas nuo Rambyno iki Rusnės m.) nustatyta tiksliausiai naudojant hidraulinį modelį ir pakankamai tikslų reljefo modelį (horizontali zonos paklaida nuo 200 iki 500 m priklausomai nuo nuolydžio); B (netiksliausia Minijos, Veiviržo ir Tenenio zona) nustatyta naudojant skaitmeninį reljefo modelį, tačiau potvynio vandens lygiai išilgai ruožo apskaičiuoti gana netiksliai, nes trūksta batimetrinių duomenų hidrauliniam modeliavimui, o stebėjimai vykdomi tik vienoje vietoje (A zonoje net 12); C (vidutinio tikslumo Jūros upės žemupio dalis ir Nemunas nuo Jūros iki Rambyno) nustatyta naudojant skaitmeninį reljefo modelį ir vandens lygius interpoliuojant tarp Tilžės ir Ragainės vandens matavimo postų.
Ateityje reikėtų atlikti hidraulinį modeliavimą visoms zonoms, o ypač Minijos. 32 4.7 pav. Nemuno žemaslėnio užliejamų plotų zona (p=1%) 4.8 pav. Skirtumai tarp 1 ir 10 procentų tikimybės vandens lygių užliejam ų plotų