Falowanie

Falowanie

W kwartalniku „Węgiel Brunatny” (nr 125-124) ukazał się ciekawy tekst Jarosława Szweda, nadsztygara górniczego,  na temat rekultywacji gruntów pokopalnianych na przykładzie odkrywek węgla brunatnego w PAK KWB Adamów.

Falowanie

„Gutta cavat lapidem non vi,  sed saepe cadendo”.   Owidiusz

Nikt nie zaprzeczy, że górnicy węgla brunatnego w Polsce od dziesiątków lat ingerują w środowisko. Na ziemi konińskiej i tureckiej ma to miejsce od lat 50-tych ubiegłego stulecia. Faktem jest również, że w rejonie Turku zakończono wydobycie węgla w 2020 roku, natomiast ostatnia tona węgla brunatnego w regionie konińskim będzie prawdopodobnie wydobyta w 2024 roku. W związku z powyższym, prace rekultywacyjne realizowane przez grupę kapitałową ZE PAK S.A., nabierają rozmachu. W wyrobiskach końcowych odkrywek, w których zakończono wydobycie węgla brunatnego, powstają  zbiorniki wodne. Wraz z podnoszeniem się poziomu wody w zbiornikach pojawiają się problemy zabezpieczenia strefy brzegowej przed niszczeniem m.in. na skutek falowania.

Przedstawione przykłady z PAK Kopalni Węgla Brunatnego Adamów S.A. (obecnie PAK KWB Konin S.A.) mogą być inspiracją dla projektantów zbiorników wodnych i zachętą do uwzględnienia przez nich problematyki zmian morfologicznych wynikających  z falowania.

Dąb

Przy wschodniej skarpie odkrywki Koźmin, będącej aktualnie w fazie likwidacji, stoi okazały dąb. Już podczas zdejmowania nadkładu pierwszego piętra, podjęto celową decyzję o przesunięciu granicy eksploatacji, aby go zachować. Obecnie, dzięki odpowiedniej aranżacji terenu, samotne drzewo znacząco przyczynia się do poprawy walorów krajobrazowych nowo powstającego zbiornika wodnego [1].

W 2016 roku zakończono wydobycie węgla na odkrywce i w 2018 roku rozpoczął się proces napełniania zbiornika, żeby w 2021 roku osiągnąć zamierzony poziom zwierciadła wody. Niestety, na skutek falowania wody, skarpa w rejonie, gdzie znajduje się dąb, uległa zniszczeniu i przesunięciu o ponad 6 metrów. Odsłonięty został  system korzeniowy drzewa i pojawiło się niebezpieczeństwo zsunięcia drzewa do wody [2].

W 2022 roku podjęto decyzję o odbudowie zagrożonej skarpy oraz jej umocnieniu. W tym celu wykorzystano geowłókninę, narzut kamienny oraz betonowe płyty ażurowe. Wybrane materiały znacząco zwiększyły odporność brzegu na erozję, a przeprowadzone umocnienia skutecznie powstrzymały procesy zmian morfologicznych w zagrożonym rejonie [3].

1 – Dąb nad brzegiem zbiornika wodnego Koźmin Końcowy

2 – Zmiana linii brzegowej na skutek falowania

3 – Odbudowa i umocnienie skarpy przy użyciu elementów betonowych

Brzeg

Skarpa zachodnia i południowo-zachodnia odkrywki Koźmin powstała w wyniku prowadzonego zwałowania materiału o bardzo zmiennym składzie litologicznym, z przeważającą zawartością piasków. Za pomocą spycharek ukształtowano zbocze o nachyleniu 1:4. W trakcie napełniania wyrobiska w 2020 roku nastąpiło osuwisko o kubaturze ponad 100000 m³ i długości 600 m. Ukształtowana już skarpa uległa zniszczeniu. Analizy wskazały, że w tych warunkach użycie posiadanych maszyn do prac górniczych, mające na celu złagodzenie i odtworzenie skarpy, jest nie możliwe. Skarpa została pozostawiona do samoczynnego ukształtowania, przy pełnej kontroli służby mierniczo-geologicznej. Z czasem, w wyniku procesów abrazyjno-erozyjnych, ukształtowała się bardzo naturalna linia brzegowa [4].

Wprawdzie gwałtowne procesy związane z zmianą strefy litoralnej zakończyły się, ale na skutek falowania skarpa ulega dalszym przekształceniom. W 2022 roku fragment skarpy nad wodą wyprofilowano w nachyleniu 1:10 [5] i drugi 1:5 i zastosowano umocnienie z kiszki faszynowej. Z obserwacji wynika, że lepsze rezultaty uzyskano łagodząc skarpę w strefie falowania. Umocnienia z faszyny, w związku z wahaniem zwierciadła wody, nie zdały egzaminu.

4 – Urozmaicona linia brzegowa powstała na skutek falowania

5 – Profilowanie skarpy w strefie nadwodnej

Klif

Przykłady urwisk powstałych w wyniku niszczycielskiego działania wody można zobaczyć na zbiorniku wodnym, który powstał w wyrobisku końcowym odkrywki Władysławów [6]. Na odkrywce tej formowanie skarp zakończono w 2012 roku. Od tego czasu powoli podnosi się stopniowo zwierciadło wody w zbiorniku. Ponieważ w okolicy brakuje cieków wodnych, które mogłyby zasilić powstający zbiornik, proces napełniania odbywa się powoli, a uzyskanie historycznego poziomu zwierciadła wody staje się problematyczne. W wyniku przemian geomorfologicznych wywołanych falowaniem wody, na skarpach zbiornika ukształtowały się klify mające miejscami wysokość ca 4 m. Procesy brzegowe nie zostały jeszcze zakończone, a ich skala będzie zależała od wahań zwierciadła wody. Należy dodać, że na zboczu zachodnim zbiornika, które zostało uformowane o nachyleniu 1:20 nie stwierdzono abradowania brzegu.

 

Plaża

W związku z likwidacją odkrywki Adamów powstał pomysł zagospodarowania terenu zaplecza administracyjno-warsztatowego odkrywki tzw. „Projekt Warenka” [7]. Projekt przewiduje rozbiórkę istniejących budynków i budowli, i budowę około 270 domów wraz z infrastrukturą techniczną, ciągami drogowymi, pieszymi, rowerowymi, zielenią urządzoną, obiektami rekreacyjno–sportowymi i usługowymi oraz produkcji energii ze źródeł odnawialnych. Nowoczesne osiedle ma powstać nad brzegiem zbiornika, który powstaje w wyrobisku końcowym odkrywki, i będzie największym zbiornikiem w powiecie tureckim (ponad 300 ha powierzchni zwierciadła wody). Projekt zagospodarowania terenu przewiduje powstanie plaży i portu jachtowego. W tym celu ukształtowana ma zostać skarpa o nachyleniu umożliwiającym bezpieczne korzystanie z wody tj. 1:20 (1:15), co pozwoli na łagodne zejście do wody do głębokości np. około 3 m pod przewidywanym poziomem zwierciadła wody. Zagrożeniem dla tak ukształtowanego terenu będzie falowanie, które w trakcie napełniania zbiornika może spowodować  degradację skarpy, oraz zmniejszenie i (lub) utratę powierzchni przeznaczonej pod kąpielisko. Brane jest pod uwagę, że także tempo napełniania zbiornika będzie miało wpływ na degradację skarp w rejonie realizowanego projektu. W związku z powyższym przewiduje się zastosowanie inżynierskich metod ochrony skarp  o nachyleniu 1:20, jak i 1:5 (1:4):  rozwiązania w postaci narzutów kamiennych, gabionów lub/i falochronów pływających.

6 – Klify – zbiornik wodny Władysławów

7 – Projekt Warenka

Podsumowanie

Problematyka ochrony brzegów zbiorników wodnych powstających w wyrobiskach końcowych kopalń powinna być przemyślana już na etapie ich projektowania. Profilując skarpy wyrobiska końcowego przyszłego zbiornika należy uwzględnić przebieg, zasięg i intensywność procesów brzegowych, które zależą od wielu czynników jak np. litologii, głębokości zbiornika, ukształtowania i ekspozycji brzegu, roślinności, zjawisk lodowych. Zjawiska falowania mogą w niektórych przypadkach znacząco wpłynąć na zmiany morfologii zwłaszcza w trakcie napełniania jak i pierwszych latach eksploatacji zbiornika. (…)

Trzeba mieć jednak świadomość, że erozja brzegów na skutek falowania w głębokich zbiornikach pochodzenia antropologicznego to proces naturalny, a działania człowieka mogą jedynie wpłynąć na osłabienie tego procesu. Po osiągnięciu przez wodę poziomu docelowego procesy abrazyjne nie powinny być hamowane. Stabilizacja linii brzegowej powinna następować samoczynnie. Taki proces sprzyja alokacji osadów litoralnych, utrwaleniu odsypisk, a przybrzeżne formy akumulacyjne nabierają trwałych cech rzeźby terenu. Z doświadczeń zdobytych podczas budowy zbiorników wodnych podczas eksploatacji węgla w PAK Kopalni Węgla Brunatnego Adamów S.A. (zbiorników: Przykona, Koźmin, Głowy, Władysławów, Koźmin Końcowy) wynika, że próby sztucznego powstrzymywania cofania się lądu w jednym miejscu skutkują zwykle erozją miejsc sąsiednich. Cytując Owidiusza (kropla drąży skałę) na początku artykułu pragnąłem podkreślić nie tylko fakt, że długotrwałe działanie wody może zniweczyć wysiłki zmierzające do zabezpieczania brzegów przed falowaniem, ale także potrzebę cierpliwości i pokory człowieka wobec zmian, które zachodzą w przyrodzie. W „tworzeniu” naturalnego środowiska wodnego (budowie zbiorników wodnych) trzeba zostawić przestrzeń dla natury. Projektując zbiorniki w wyrobiskach po zakończonej eksploatacji węgla brunatnego wymagane jest z jednej strony zastosowanie metod i technik umożliwiających człowiekowi korzystanie z zasobów środowiska naturalnego, z drugiej zaś ingerencja ta nie powinna zaburzać równowagi w przyrodzie. Zachowanie linii brzegowej w konkretnym kształcie może czasami okazać się błędnym założeniem.

Jarosław Szwed

Nadsztygar górniczy PAK KWB Konin S.A.