Jeszcze kilkadziesiąt lat temu występująca na przedpolu Tatr powódź zalałaby najprawdopodobniej głównie zielone pastwiska i pola. Dziś, w związku ze znaczącymi zmianami w sposobie zagospodarowania wspomnianego terenu, to samo zdarzenie hydrometeorologiczne może zniszczyć domy mieszkalne, ośrodki wczasowe oraz infrastrukturę – mówi dr Ryszard J. Kaczka, pracownik Katedry Rekonstrukcji Środowiska Geograficznego UŚ. Jak dodaje, różnica sprowadza się nie tylko do możliwości wystąpienia znacznie większych strat materialnych, lecz przede wszystkim dotyczy ochrony życia mieszkających tam ludzi.

Dr Ryszard J. Kaczka, adiunkt w Katedrze Rekonstrukcji Środowiska Geograficznego UŚ

W związku ze wzrostem zagrożenia powodziowego międzynarodowy zespół naukowców realizuje projekt w ramach Polsko-Szwajcarskiego Programu Badawczego FLORIST, którego celem jest ocena ryzyka powodziowego na północnym przedpolu Tatr.

Work packages

Realizowany przez badaczy temat jest dosyć mocno rozbudowany. Ocena ryzyka powodziowego na przedpolu Tatr, będąca głównym celem projektu, opiera się przede wszystkim na próbie scharakteryzowania tego zjawiska hydrologicznego. Ich działania koncentrują się zatem na trudnym do przewidzenia zdarzeniu, które wciąż jest ogromnym wyzwaniem dla naukowców na całym świecie.

Pierwszym krokiem ku próbom dokonania takiej oceny było wskazanie szeregu czynników, z którymi wiąże się ryzyko wystąpienia powodzi na danym terenie. – Musieliśmy wziąć pod uwagę nie tylko różne modele klimatyczne wskazujące wyraźnie wzrost zagrożenia powodziowego, lecz również zmiany charakteru użytkowania ziemi, retencji magazynowania wody w zlewni czy zmiany samych rzek. Jednym z kluczowych zagadnień jest odpowiednie interpretowanie współczesnych zjawisk w zestawieniu z ich historią – wyjaśnia dr Ryszard J. Kaczka.

Realizacja celu badawczego wymagała zatem uwzględnienia wyników badań z zakresu wielu dziedzin naukowych, takich jak klimatologia, hydrologia, geomorfologia czy geografia historyczna. Naukowcy pracują w ramach kilku pakietów tematycznych zwanych work packagami.

– Są to dokładnie sprecyzowane zadania badawcze realizowane przez grono specjalistów z danej dziedziny – wyjaśnia geograf. – Zadaniem mojego zespołu jest rekonstrukcja zdarzeń powodziowych na przestrzeni kilkuset lat przy użyciu różnych metod badawczych – dodaje. Na Wydziale Nauk o Ziemi w ramach projektu FLORIST realizowane są również dwa inne pakiety tematyczne. Grupa prof. zw. dr. hab. Tadeusza Niedźwiedzia zajmuje się opracowaniem klimatycznych charakterystyk powodzi, natomiast zespół dr. hab. Bartłomieja Wyżgi – specjalistycznym tematem udziału transportu drzew przez wody powodziowe.

Wyniki uzyskane przez poszczególne grupy są łączone i porównywane, a powstająca dzięki temu wartość dodana umożliwia pełniejszą ocenę współczesnych i przyszłych zmian ryzyka wystąpienia powodzi na terenie północnego pogórza Tatr.

Źródła danych

Wybierając przestrzeń badawczą, naukowcy kierowali się przede wszystkim dużym zagrożeniem powodziowym na przedpolu Tatr oraz jego dużym zaludnieniem w miejscu, które jest cenne kulturowo, gospodarczo i turystycznie. Wyznaczony obszar obejmuje zlewnie Dunajca, sięgając aż do zapory w Czorsztynie. – To jest nasz „poligon badawczy”. Chcemy stwierdzić, jak zmieniło się zagrożenie powodziowe w ciągu kilkuset lat, i spróbujemy odpowiedzieć na pytanie, jak może wyglądać w przyszłości. Od razu dodam, że nie będzie to łatwe zadanie ze względu na dynamikę i nieprzewidywalność zachodzących obecnie zmian klimatycznych – komentuje dr Kaczka. Chodzi zatem nie tylko o intensywność występującego zjawiska, lecz również o jego charakter. Aby ocenić, czy występujące obecnie zagrożenie jest mniejsze czy większe, naukowcy musieli zyskać szerszy punkt odniesienia, stąd kilkusetletnia perspektywa czasowa.

Badacze z grupy dr. Kaczki zaczęli od poszukiwań historycznego materiału zgromadzonego głównie w archiwach oraz kronikach parafialnych.

– Interesowały nas na przykład codzienne pomiary wody czy informacje na temat występujących nietypowych zdarzeń, gwałtownych ulew, burz, wystąpienia wody z koryta rzeki itp. – mówi dr Kaczka. Zapiski prowadzone były już w XIX wieku, ale znaczna część danych zaginęła podczas obu wojen światowych, licznych zmian politycznych i administracyjnych. – Dane, na które tak liczyliśmy, okazały się mało wiarygodne. Przykładem mogą być wynikające z różnych przyczyn zmiany miejsca pomiarów hydrologicznych, których dokumentacja zaginęła, co z kolei sprawiło, że istniejące ciągi pomiarowe nie mogły być ze sobą porównywane. Na początku mieliśmy zatem więcej pytań niż odpowiedzi – mówi geograf. Trzeba było zmienić sposób poszukiwania śladów zdarzeń powodziowych. Najstarsze informacje zachowały się w księgach parafialnych, pamiętnikach czy spisach podatkowych (gorsza pogoda oznaczała niższe plony i czasami obniżone podatki). Niezwykle ciekawym, chociaż pośrednim źródłem wiedzy, okazały się także rosnące na terenie przedpola Tatr... drzewa.

Dendrochronologia

Metoda badawcza traktująca roczne przyrosty drzew jako nośnik informacji o środowisku jest specjalnością zespołu badawczego dr. Kaczki. Została wynaleziona w XIX wieku przez amerykańskiego astronoma Andrew E. Douglassa. Studiował u boku Percivala Lowella i Williama Henry’ego Pickeringa, którzy badali istnienie tak zwanych „kanałów” na Marsie. – Dziś wiemy, że ich istnienie było złudzeniem optycznym związanym ze zmęczeniem obserwatora. Niestety dla Douglassa, ale z dużą korzyścią dla nauki, młody entuzjasta astronomii ich nie dostrzegał, został zatem odsunięty od prac i zdegradowany do funkcji... nadzorcy budowlanego przy budowie obserwatorium. Sprowadzał drewno z lasu i tam zwrócił uwagę na różnicę w strukturze pni drzew – wyjaśnia geograf. Przyrosty niektórych z nich były szerokie, innych wąskie. Jak dodaje badacz, różnice zaciekawiły Douglassa tak bardzo, że zaczął szukać ich źródła. Próbował połączyć zależności między szerokością przyrostów a cyklem zmienności liczby plam na Słońcu i chociaż pomysł okazał się nie do końca trafiony, zbudował kalendarz zmian owych przyrostów umożliwiający chociażby datowanie drewna archeologicznego. Takie były początki dendrochronologii, najdokładniejszej metody datowania stosowanej w naukach przyrodniczych.

Każdemu słojowi można zatem przypisać rok kalendarzowy i porównywać sekwencje przyrostów. Dzięki temu wiadomo również, kiedy drzewo zostało uszkodzone, co jest szeroko wykorzystywane w pracach zespołu. Jak przyznaje dr Kaczka, Uniwersytet Śląski jest czołowym ośrodkiem w Polsce, jeśli chodzi o tego typu analizy.

Różnice szerokości przyrostów

Badania zespołu dr. Kaczki prowadzone są częściowo na obszarze Tatrzańskiego Parku Narodowego. Pobieranie prób jest nieszkodliwe dla drzew, a naukowcy uzyskali pozwolenie na gromadzenie interesującego ich materiału. – Próbki są tak niewielkie (średnicy rzędu 5 mm), że nie stanowią praktycznie żadnego zagrożenia dla badanego drzewa. Zachowując proporcje związane z wielkością drzewa, można to porównać do nakłucia związanego z pobieraniem krwi. Trochę boli, ale szybko się o tym zapomina – mówi naukowiec.

Głównym źródłem informacji są szerokości przyrostów. Jak wyjaśnia dr Kaczka, jeśli w danym roku drzewo ma odpowiednią ilość światła, ciepła i wilgotności, przyrost jest szeroki, jeżeli natomiast warunki klimatyczne są gorsze, wówczas jest wąski. Drzewa stanowią więc doskonałe archiwum informacji o warunkach, w których żyły. Te rosnące w górach stanowią naturalny termometr obdarzony czasem kilkusetletnią pamięcią, a te rosnące na brzegu – naturalny wodowskaz. Obydwie cechy wykorzystywane są na potrzeby FLORIST-a. Zespół dr. Kaczki odtwarza zmiany klimatu i rekonstruuje wezbrania, dostarczając informacji o przeszłych zdarzeniach dla kolegów zajmujących się modelowaniem.

Na zamieszczonym wyżej zdjęciu widać przekrój pnia drzewa uszkodzonego w wyniku powodzi. W górnej części znajduje się częściowo zabliźnione zranienie, które powstało kilkanaście lat przed śmiercią drzewa.

Naukowcy próbują odpowiedzieć na pytanie, kiedy pojawiają się tego typu zmiany oraz czym są one spowodowane. Przyczyn może być wiele: niedźwiedź pozostawiający ślady swoich pazurów, inne drzewo, które się przewróciło, turysta, lawina śnieżna czy wreszcie powódź niosąca różne materiały z ogromną siłą. Jak to rozróżnić? – Przydaje się doświadczenie. Z jednej strony ważny jest kształt uszkodzenia, z drugiej – lokalizacja drzewa i powtarzalność jego występowania. W ten sposób gromadzone są informacje, które służą następnie do rekonstrukcji zdarzeń powodziowych w przeszłości – wyjaśnia badacz.

Zestawienie danych dendrochronologicznych, hydrologicznych oraz morfometrycznych typu LIDAR pozwoliło określić model powstawania wezbrań w tatrzańskich potokach i przemieszczania się fali wezbraniowej w dół. Nadal trwają prace nad charakterystyką wezbrań na rzekach na przedpolu Tatr, takich jak Czarny Dunajec. Naukowcy analizują różne scenariusze powodzi i związane z tym dodatkowe zagrożenia, takie jak blokowanie mostów przez płynące rzeką fragmenty drzew.

Naukowiec przyznaje, że jest wiele sposobów radzenia sobie z potencjalnym zagrożeniem powodziowym. – Analizy klimatologiczne pokazały, że gwałtowne zdarzenia pogodowe są coraz bardziej nieprzewidywalne. Nigdy nie możemy być pewni, czy „powódź tysiąclecia” nie powtórzy się już za dwa lata. Wiele podejmowanych prób radzenia sobie z zagrożeniem powodziowym daje złudne poczucie bezpieczeństwa – ostrzega geograf. Zarówno wały przeciwpowodziowe, jak również powszechne regulacje rzek nie rozwiązują tego problemu. Naukowcy pokazali między innymi korzyści płynące z odtworzenia naturalnego koryta rzek. – Najlepszym rozwiązaniem okazuje się także sensowne planowanie zagospodarowania terenów zalewowych – podsumowuje dr Kaczka.

Koordynatorem Polsko-Szwajcarskiego Projektu Badawczego FLORIST (Flood risk on the northern foothhills of the Tatra Mountains) jest Instytut Środowiska Rolniczego i Leśnego PAN w Poznaniu, partnerami – Wydział Nauk o Ziemi Uniwersytetu Śląskiego oraz Institute of Geological Sciences (University of Berne). Zakończenie projektu przewidziane jest na czerwiec 2016 roku.