Informacja na temat uczestnictwa IBW PAN
w zintegrowanym projekcie w ramach FP6 EU

Tytuł projektu w języku polskim: Zintegrowana Analiza oraz Metodologie Zarządzania Ryzykiem Wystąpienia Powodzi

Tytuł projektu w języku angielskim: Integrated Flood Risk Analysis and Management Methodologies

Akronim projektu: FLOODsite, nr kontraktu: GOCE—CT—2004—505420

Witryna internetowa projektu: www.floodsite.net

Wykaz partnerów współrealizujących projekt:

1. HR Wallingford UK,
2. Delft Hydraulics NL,
3. Technische Universitaet Braunschweig D,
4. Leibniz Institute for Ecological and Regional Development D,
5. Ecole Nationale des Ponts et Chaussees F,
6. GEO Group a.s. CZ,
7. H-EURAqua Water-Environmental Consulting, Engineering, Developing and Trading Ltd. H,
8. Institut National Polytechnique de Grenoble F,
9. European Commission — Joint Research Centre (Institute for Environment and Sustainability) I,
10. Middlesex University Higher Education Corporation UK,
11. Universitaet Potsdam D,
12. Delft University of Technology NL,
13. Universitat Politecnica de Catalunya E,
14. University of Bristol UK,
15. Dipartimento Territorio e Sistemi Agroforestali — Universita di Padova I,
16. University of Twente NL,
17. Wageningen University NL,
18. Lunds Universiteit S,
19. Christian Albrecht Universitaet zu Kiel D,
20. Water Resources Research Centre Plc. H,
21. Stichting IHE Delft NL,
22. Universita Roma Tre I,
23. SOGREAH Consultants SAS F,
24. European Commission - Joint Research Centre (Institute for the Protection and Security of the Citizen I,
25. Instituto Superior Tecnico P,
26. Aristotle University of Thessaloniki GR,
27. Instytut Budownictwa Wodnego PAN w Gdańsku, PL,
28. University of Plymouth UK,
29. CEMAGREF F,
30. Istituto di Sociologia Internazionale di Gorizia I,
31. Universite Catholique de Louvain B,
32. Ingram International bv NL,
33. Universita di Bologna I,
34. Czech Technical University in Prague CZ,
35. Grup de Recerca Aplicada en Hidrometeorologia E,
36. Dresden University of Technology D,
37. UFZ Umweltforschungszentrum Leipzig D.

Cele i zadania projektu: Powodzie rzeczne stanowią zagrożenie dla milionów ludzi w Europie. Ryzyko powodzi ma najszerszy zasięg wśród naturalnych zjawisk katastrofalnych w całej Europie, wywołując stany zagrożenia i zniszczenia gdziekolwiek się pojawią. Pomimo iż poprzednie badania pogłębiły zrozumienie roli indywidualnych czynników, ich kompleksowe współoddziaływanie musi zostać uwzględnione w praktycznych działaniach przeciwdziałających występowaniu powodzi. Z tego powodu w pierwszej rundzie szóstego programu ramowego EU będzie finansowany zintegrowany projekt FLOODsite zajmujący się szeroko pojętym zarządzaniem ryzykiem powodziowym. Osiągnięcie tego celu ma umożliwić połączenie wysiłków badaczy, menedżerów oraz praktyków pracujących w agendach rządowych, placówkach badawczych oraz w firmach komercyjnych, nakierowanych na różne lecz komplementarne aspekty działań w warunkach zagrożenia powodziowego. Projekt FLOODsite zajmuje się fizycznymi, środowiskowymi, ekologicznymi i socjo - ekonomicznymi aspektami powodzi na skutek wylewów rzek oraz powodzi w ich estuariach oraz w obszarach stref brzegowych mórz. Jest on zorganizowany w siedem grup tematycznych dotyczących:

• analizy ryzyka źródeł zagrożenia powodziowego — ich przyczynowo-skutkowych ścieżek występowania oraz powstawania stref narażonych na ich oddziaływanie,
• zarządzania ryzykiem — środki stosowane przed wystąpieniem powodzi oraz zarządzanie w warunkach bezpośredniego zagrożenia powodzią,
• integracja technologiczna — systemy wspomagania decyzji oraz uwzględnienie występowania niepewności (luk informacyjnych),
• studia pilotażowe dla obszarów rzecznych, estuariów i stref brzegowych,
• szkolenie i propagowanie wiedzy — wskazówki dla profesjonalistów, informacja dla szerokich kręgów społeczeństwa, materiały edukacyjne,
• integracja (tworzenie sieci specjalistów), przegląd wyników i ich ocena,
• koordynacja i zarządzanie projektem.

• zintegrowana metodologia analizy i zarządzania ryzykiem wystąpienia powodzi,
• uniwersalna metodyka dotycząca przyczyn wystąpienia powodzi rzecznych, w estuariach oraz w morskich strefach brzegowych, kierowania przebiegiem wezbrań powodziowych oraz oceny ich skutków,
• opanowanie technik oraz wiedzy, które będą wspomagać zintegrowane zarządzanie ryzykiem wystąpienia powodzi w formie
  • działań przed wystąpieniem powodzi (planowanie przestrzenne, infrastruktura przeciwpowodziowa, oraz działania redukujące stopień narażenia na zniszczenia powodziowe),
  • zarządzanie zdarzeniami powodziowymi (wczesne ostrzeganie, ewakuacja oraz odpowiedź na powstające zagrożenia),
  • działania po wystąpieniu powodzi (przegląd i odbudowa),
• popularyzacja zdobytej wiedzy,
• integracja z innymi badaniami wewnątrz EU jak też z narodowymi i międzynarodowymi planami badawczymi.

FLOODsite będzie największym projektem dotyczącym powodzi, finansowanym przez EU. Ma trwać 5 lat i objąć uczonych, a także praktyków i menedżerów z sektora prywatnego. Powstałe konsorcjum grupuje 36 Instytucji z 13 krajów EU.

Udział IBW PAN w projekcie: IBW PAN będzie uczestniczył w realizacji tematu 1-go, który dotyczy analizy źródeł oraz ścieżek występowania zjawisk powodziowych. Pierwszym zadaniem będzie wykorzystanie kanonicznej analizy korelacyjnej (CCA), za pomocą której dokonana zostanie ocena możliwości wystąpienia łącznych zdarzeń ekstremalnych w rejonie morskiej strefy brzegowej w sąsiedztwie estuarium Wisły w formie jednoczesnego wystąpienia wysokiego poziomu morza oraz wysokiego stanu wody w ujściu Wisły. Do realizacji tego zadania użyte zostaną szeregi czasowe poziomów wody w Zatoce Gdańskiej oraz szeregi stanów wody w ujściowym odcinku Wisły. Zadanie to wynikło z wielu obserwacji, które potwierdzają, że jednoczesne wystąpienie wysokiego stanu wody w rzece, spowodowane dużym przepływem bądź zatorem lodowym, w połączeniu z wysokim poziomem morza na skutek spiętrzenia sztormowego powoduje wysokie ryzyko katastrofalnych powodzi w rejonach przybrzeżnych. Metoda CCA pomoże w wyjaśnieniu czy takie koincydencje mają charakter czysto losowy, czy też są one w istotny sposób dodatnio skorelowane. Wykrycie takiej korelacji umożliwi bardziej precyzyjne przewidywanie efektów wystąpienia łącznych zdarzeń ekstremalnych.

Drugim zadaniem będzie zbudowanie modelu sieci neuronowych do predykcji powodzi w strefie brzegowej Południowego Bałtyku i ujściach rzecznych. Jest ono ściśle związane z zadaniem pierwszym; w jego ramach zostanie powiązane występowanie powodzi z procesami zachodzącymi w morzu. Zadanie to bazuje na metodach sztucznej inteligencji, które uważane są za dobre narzędzie do przewidywania takich złożonych, nieliniowych, dynamicznych zjawisk. Do tego celu zostanie wykonana szczegółowa analiza powodzi w okresie ostatnich 40 lat. Przeanalizowane zostanie również archiwum wieloletnich danych atmosferycznych, falowych i poziomów wody. Znalezione przestrzenne i czasowe zależności pomiędzy różnymi czynnikami i procesami powodującymi powodzie zostaną wykorzystane w modelu sieci neuronowych. Model taki zostanie zbudowany i zweryfikowany. Realizacja zadania zostanie przeprowadzona zgodnie z następującym wyszczególnieniem:

• adaptacja na potrzeby projektu FLOODsite unikalnej bazy danych modelowych o warunkach atmosferycznych i falowych występujących na Bałtyku w okresu 44 lat (1958-2001), będącej w posiadaniu IBW PAN,
• analiza długookresowych tendencji w posiadanych danych,
• wykonanie archiwum o występowaniu powodzi w latach 1958-2001, spowodowanych jednoczesnym wystąpieniem wielu czynników (opady, wysoki stan wody w rzekach, zalodzenie, itp.) w tym również sztormów,
• analiza danych archiwalnych, przygotowanych w ramach dwóch poprzednich zadań, w celu znalezienia przestrzennych i czasowych zależności pomiędzy różnymi czynnikami i procesami odpowiedzialnymi za powstawanie powodzi,
• implementacja wyników analizy do zbudowania modelu sieci neuronowych pozwalającego na predykcję wystąpienia powodzi, część bazy danych obejmująca okres 34 lat zostanie wykorzystana w procesie uczenia sieci,
• walidacja modelu sieci neuronowych do predykcji wystąpienia powodzi w wybranych rejonach wybrzeża Południowego Bałtyku i ujściach rzek.

Do weryfikacji modelu zostanie wykorzystana część bazy danych, obejmująca ostatnie 10 lat.

Zadanie trzecie będzie realizowane przez IBW PAN w ramach podtematu 4 - Rozpoznanie i przewidywanie mechanizmów zniszczenia (Task 4, Understanding and predicting failure modes). Właściwe określenie wielkości ryzyka awarii systemu ochrony przeciwpowodziowej zależy od dokładnego rozpoznania mechanizmów zniszczenia poszczególnych jego elementów oraz od warunków, w których te mechanizmy mogą się uaktywnić. Jednym ze słabiej rozpoznanych mechanizmów jest zniszczenie ziemnych konstrukcji przeciwpowodziowych, wywołane zjawiskiem "zamykania" powietrza w porach gruntu w trakcie jego intensywnego nawadniania ("air trapping"). Realizacja zadania będzie polegała na:

• przeanalizowaniu i syntetycznym opracowaniu materiału doświadczalnego, zgromadzonego w IBW PAN w trakcie badań modelowych,
• wykorzystaniu tego materiału w analizie numerycznej problemu stateczności konstrukcji przeciwpowodziowej (wału, zapory ziemnej),
• weryfikacji analizy w oparciu o zgromadzone w trakcie realizacji projektu dane literaturowe,
• opracowaniu założeń inżynierskiej metody określenia ryzyka awarii konstrukcji z uwzględnieniem zjawiska zamykania powietrza, w oparciu o analizę stanów granicznych,
• opracowaniu koncepcji uzupełniających badań modelowych,
• sporządzeniu raportu podsumowującego otrzymane wyniki oraz wnioski dotyczące praktyki geotechnicznej.

Personel realizujący zadania projektu w IBW PAN: W realizacji projektu brać będzie udział Zakład Mechaniki i Inżynierii Brzegów, Zakład Mechaniki Falowania i Dynamiki Budowli oraz Zakład Geotechniki IBW PAN. Posiadają one duże doświadczenie w uczestnictwie i organizowaniu współpracy międzynarodowej.

Zakład Mechaniki i Inżynierii Brzegów uczestniczył w realizacji następujących projektów finansowanych przez EU:

• MAST III Baltic System Study (BASYS), nr kontraktu: MAS3—CT96—0058 oraz IC20—CT96—0080,
• MAST III Prediction of Aggregated Scale Coastal Evolution (PACE), nr kontraktu: MAS3—CT95—0002,
• FP5 Human Interaction with Large Scale Coastal Morphological Evolution (HUMOR), nr kontraktu EVK3—CT—2000—00037.

Jest także aktywnym członkiem działań w ramach Centrum Doskonałości IBW PAN, FP5 Centre for Environmental Engineering and Mechanics (CEM), które działa na podstawie kontraktu nr EVK3—CT—2002—80009. Pracami Zakładu w ramach projektu FLOODsite będzie kierował doc. dr hab. inż. Grzegorz Różyński, który ma bogate doświadczenie zarówno w pracy badawczej (prace publikowane w recenzowanych czasopismach fachowych o zasięgu światowym — Elsevier Coastal Engineering, ASCE Journal of Waterway, Port, Coastal and Ocean Engineering) jak też we współpracy międzynarodowej (uczestnictwo w w/w projektach).

Zakład Mechaniki Falowania i Dynamiki Budowli, kierowany przez doc. dr hab. inż. Wojciecha Sulisza uczestniczy w następujących programach europejskich:

• MAXWAVE - Rogue waves - Forecast and impact on marine structures (EVK3—CT—2000—00026) oraz
• LIMAS- Liquefaction Around Marine Structures (EVK3—CT—2000—00038).

Doc. Sulisz jest też członkiem zarządu Centrum Doskonałości Centre for Environmental Engineering and Mechanics CEM (EVK3—CT—2002—80009); będzie on również kierował zadaniami projektu FLOODsite, wykonywanymi przez swój Zakład. Jest autorem i współautorem ponad 30 publikacji w tym większość w recenzowanych czasopismach międzynarodowych. Od 1993 jest docentem na Politechnice w Göteborgu, Szwecja. Posiada liczące się doświadczenie we współpracy międzynarodowej powiązane z ponad 8 letnim pobytem za granicą w ramach działalności badawczej i dydaktycznej. W projekcie będzie też uczestniczyć szereg młodszych pracowników naukowych (asystenci i adiunkci), dla których będzie on okazją do powiększenia swojego dorobku, co przyczyni się do uzyskania przez nich wyższych stopni naukowych.

Zakład Geotechniki, kierowany jest przez prof. dr hab. inż. Henryka Zaradnego. Aktualnie Zakład bierze udział w realizacji programu europejskiego

• ALARM - Assessment of Landslide Risk and Mitigation in Mountain Areas (EVG1—CT—2001—000—38).

Zakład uczestniczy również w pracach Centrum Doskonałości IBW PAN, FP5 Centre for Environmental Engineering and Mechanics (CEM, kontrakt EVK3—CT—2002—80009). Pracami Zakładu w ramach projektu FLOODsite będzie kierowała doc. dr hab. inż. Danuta Leśniewska, autorka i współautorka około 40 publikacji naukowych, posiadająca również doświadczenie we współpracy międzynarodowej (Uniwersytet w Oxfordzie, Uniwersytet w Cambridge).