Technologie kontra natura. Czy nie ma mocnych na wielką wodę?

Gdyby znów szła wielka fala, czy w technologiach znaleźlibyśmy sprzymierzeńców? Okazuje się, że tak: do walki z powodzią w kosmosie mamy satelity, na Ziemi można użyć... czujników rolniczych. Ale jest bałagan

Gdyby to był klasyczny dreszczowiec, telefon Jakuba Ryzenko rozdzwoniłby się o trzeciej w nocy. Ale sytuacja 19 maja 2010 r. była na tyle poważna, że sensacyjnej oprawy nie potrzebuje.

Wielka powodziowa improwizacja

Telefon w rzeczywistości zadzwonił o 9:47. Z Komendy Głównej Państwowej Straży Pożarnej. Nie było już wątpliwości, po Wiśle i Odrze szła fala, z jaką Polska dawno się nie mierzyła. Woda przerywała wały, podtapiając większe (Wrocław, Sandomierz) i mniejsze miejscowości (Wilków, Świniary). Prośba z Komendy była krótka - zaprząc satelity do ujarzmiania powodzi.

Ryzenko to jeden z ekspertów od międzynarodowej polityki kosmicznej, pracuje w  Przemysłowym Instytucie Automatyki i Pomiarów jako koordynator wsparcia satelitarnego przy projekcie Proteus. Finansowany z unijnych funduszy projekt ma wspomagać służby np. przy zagrożeniach terrorystycznych. Tym razem miał pomóc w walce z żywiołem.

23 maja japoński astronauta Soichi Noguchi, który przebywał 400 km nad Ziemią na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, na Twitterze zamieścił zdjęcie satelitarne zalanego Sandomierza

Telefon z Komendy zadziałał jak pierwszy klocek domino. Ryzenko skontaktował się z koordynatorem unijnego programu Safer, ten wspólnie z Europejską Agencją Kosmiczną (ESA) zlecał operatorom satelitów wykonanie zdjęć z wybranego obszaru Polski.

Mniej więcej do tego momentu procedura była jasna. Przez następne trzy tygodnie niepozorny budynek, należący do Centrum Badań Kosmicznych Polskiej Akademii Nauk, położony zaledwie kilkadziesiąt metrów od Wisły, był świadkiem wielkiej improwizacji. - 95 proc. rzeczy wymyślaliśmy ad hoc - mówi Ryzenko.

Pierwszy raz w sytuacji naprawdę kryzysowej wykorzystano satelity. Gdy tylko do CBK docierały zdjęcia, siadał nad nimi zespół GMES (Globalny Monitoring dla Środowiska i Bezpieczeństwa). Na obraz satelitarny rozlewisk inżynierowie nakładali trójwymiarowe modele terenu. - Udało się przygotować takie analizy dla kilkunastu regionów Polski - mówi Martyna Stelmaszczuk, kierownik grupy GMES.

To w trakcie tej "powodziowej" improwizacji ktoś wpadł na pomysł, by mapy i analizy umieścić też na stronie internetowej GMES (w pierwszym tygodniu zanotowała 30 tys. wizyt). To wtedy ktoś rzucił hasło, by dane udostępniać w formacie .kmz, by strażacy mogli je odczytać bezpośrednio w Google Earth. To wtedy ktoś przytomnie zauważył, że dane równolegle musi udostępniać też inny podmiot (padło na PIAP). Z prozaicznego powodu - budynek, gdzie pracuje GMES, stoi na terenie zalewowym. A serwerownię ma... w piwnicy. I w końcu ktoś wpadł na pomysł akcji "Pompa GIS".

Powódź z pompą

GIS - to, najprościej, system do przetwarzania i wizualizacji danych geograficznych. Pompa wzięła się od tego, że zespół hydrologów, geologów i inżynierów GMES wydawał rekomendacje, kiedy rozpocząć osuszanie. Wspólnie z informatykami z Politechniki Poznańskiej stworzono model określający, jaka jest pojemność wody w danym rozlewisku, jak będzie spływała woda, a gdzie i przy jakim poziomie rzeki powstaną niecki, z których spłynąć nie będzie chciała. - Wytyczne pokazywały m.in., że w danym miejscu odpompowywanie ma sens, dopiero gdy poziom rzeki opadnie poniżej konkretnej wysokości - mówi Stelmaszczuk.

Przykład? Miejscowość Kępa Polska (opodal Świniar). Straż dostała mapy hipsometryczne z oznaczeniami - jeśli poziom wody będzie poniżej 4,5 metra, pompować w punkcie P1. Jeśli jednak Wisła opadnie poniżej 420 cm, przenieść pompy kilka kilometrów dalej, do punktu P2.

Naukowcy sugerowali też, gdzie należy zapewnić drożność odpływu wody, ewentualnie przekopać rowy melioracyjne. Na podstawie map decydowano, gdzie posłać wysokowydajne pompy, które przyszło jako pomoc z zagranicy.

W sumie z danych GMES - poza strażą i Rządowym Centrum Bezpieczeństwa - korzystały wojewódzkie centra zarządzania kryzysowego, wojsko kierujące akcją ratowniczą czy nadleśnictwa, próbujące oszacować szkody w drzewostanie.

Z satelitami są tylko dwa problemy. Pierwszy natury polityczno-organizacyjnej. Polska nie jest członkiem ESA, nie ma też na orbicie żadnego satelity, choć takie ma już Brazylia czy Nigeria. Jakie to ma przełożenie na powódź? W zeszłym roku na zdjęcie trzeba było przeciętnie czekać dobę. - Mając własnego satelitę, można by ten czas skrócić do kilku godzin - mówi Ryzenko.

Problem numer dwa - z góry nie widać, czy pęknie wał.

Facebook, wały, monitoring

- Wał po pewnym czasie jest jak bułka wrzucona do wody. Dlatego warto na bieżąco, a już na pewno podczas powodzi, monitorować, co się z nim dzieje - mówi Tomasz Gdala, opiekun merytoryczny studenckiego zespołu Terrarium z Uniwersytetu Adama Mickiewicza w Poznaniu. W ramach konkursu Microsoft Imagine Cup studenci od podstaw zbudowali system monitoringu wałów przeciwpowodziowych. Znalazł uznanie w oczach jurorów, w lipcu poznaniacy pokażą go w Nowym Jorku, w ogólnoświatowym finale Imagine Cup.

- Tworzyliśmy go przez osiem miesięcy, niektórzy przełożyli pisanie prac magisterskich, by go skończyć. Chcieliśmy udowodnić, że taki system da się zrobić - mówi Gdala.

System o nazwie Trident oparli o... niepozorne słupki o nazwie PR2. To czujniki nawilżenia gleby, które spółka Delta-T sprzedaje rolnikom. - Nieco je zmodyfikowaliśmy - przyznaje Szymon Majewski, jeden z członków zespołu. Dodając niego sensory umożliwiające pomiar ciśnienia wody na różnych głębokościach. - Takie czujniki można nieinwazyjnie wprowadzić w wał, nie naruszając jego konstrukcji - mówi Gdala. Dane z czujników po sieci komórkowej trafiają do systemu monitoringu - tam na słupkach widać, czy z wałem dzieje się coś niepokojącego.

Trident składa się de facto z trzech elementów - monitoringu stanu wałów (eLevee), symulacji, jak zachowa się woda, gdy pęknie wał (Trips) oraz z serwisu People's Quest.
Symulator zalewania terenów studenci napisali m.in. na bazie map z NASA. Program pokazuje, co się stanie gdy woda przerwie czy przeleje wały. Wszystko na interaktywnej mapie ze znacznikami czasu - np. widać, po ilu minutach i jaką część Włocławka zaleje, gdyby pękła tama.

Wszystkie obliczenia do Tridenta były przetwarzane w chmurze (w tym przypadku Windows Azure). - Dzięki temu system byłby tańszy w utrzymaniu, chmura pozwala skalować te obliczenia w zależności od zapotrzebowania - mówi Gdala. I dodaje, że chciałby, by taki symulator był publiczny. - Każdy mógłby sprawdzić, czy kupuje działki na terenie zagrożonym zalaniem, wiedziałby, ile czasu ma na ewakuację w razie przerwania wału - dodaje.

Jest jeszcze trzeci element. Mniej skupiony na symulacjach, przetwarzaniu skomplikowanych danych. Właściwie wygląda jak najbardziej oczywista rzecz pod słońcem. Jednocześnie udowadnia, że studencki projekt wychodzi daleko poza utarte schematy.

Ten trzeci element to aplikacja People's Quest, oparta na mapach Bing (Microsoft) i połączona z Facebookiem. Jak działa? Kilka kliknięć i osoba z terenu dotkniętego powodzią można zamieścić apel o pomoc, np. "potrzebuję noclegu dla dwójki dzieci na dwa tygodnie". Jeśli wolontariusz przegląda akurat mapkę z apelami, może łatwo skontaktować się z potrzebującym. Sam też może zamieszczać ogłoszenia. - Na przykład ktoś z Łodzi może napisać, że danego dnia jedzie pomagać w remontowaniu zalanych budynków i ma dwa wolne miejsca w samochodzie - mówi Szymon Majewski.

Tokarczuk na długich falach

Systemy tego typu leżą nie tylko w obszarze zainteresowania studentów.

Rozmowa z Jackiem Łęgiewiczem, dyrektorem ds. rozwoju rynku w IBM Polska, niespodziewanie zaczyna się od powieści Olgi Tokarczuk, "Bieguni". Bohaterka, stojąc na przeciwpowodziowym wale, patrzy w nurt i uświadamia sobie, że to, co "jest w spoczynku, nieruchome, w końcu się rozpadnie". A to, co ruchome - "przetrwa wiecznie".

Dopiero po spotkaniu dowiem się, że cytat z "Biegunów" to jeden z pierwszych slajdów w prezentacji monitoringu wałów powodziowych. - Istotne jest, by zrozumieć, że wał to żywa, dynamiczna struktura. I tak też, dynamicznie, należy podchodzić do zarządzania przeciwpowodziową infrastrukturą - tłumaczy Łęgiewicz. Jego zdaniem bez technologii, a w szczególności analityki, tego żywiołu okiełznać się nie da. Co dobitnie pokazała zeszłoroczna powódź w Polsce.

- Polityka retencyjna zdała egzamin, udało się skoordynować spuszczanie wody ze zbiorników i falę powodziową spłaszczyć - ocenia Łęgiewicz. - Ale kosztem tego, że została wydłużona - dodaje. A na taką próbę - by przez siedem dni dawać odpór wodzie - wały nigdy wcześniej nie były wystawione. I pękły. W dodatku tam, gdzie nikt się tego nie spodziewał. - Wilków, Świniary, a i Warszawa miała sporo szczęścia, że woda, która wlała się w pęknięty wał przy Porcie Praskim uciekła gdzieś pod Legionowo nikomu nieznaną kanalizacją- wylicza Łęgiewicz.

Czy pęknięciu wałów dałoby się zapobiec? IBM przekonuje, że tak. O ile wały naszpikuje się różnego rodzaju sensorami czy czujnikami. - Jestem pełen pokory dla wiedzy i doświadczenia osób, które w zarządach melioracji odpowiadają za kontrole wałów. Ale to są często kontrole niemal organoleptyczne. Ktoś po prostu idzie i te wały ogląda, podczas powodzi tupnie, sprawdzając, gdzie z wału robi się galareta - mówi Łęgiewicz. Te same rzeczy, znacznie bardziej precyzyjnie można sprawdzać czujnikami.

Bóbr i światłowód

Np. mierniki siły nurtu rzeki sprawdzą, jak duży jest nacisk wody na wały. Czujniki akustyczne (detektory dźwięku) zmierzą decybele (to też dobry sposób na wykrywanie bobrów czy gryzoni, które potrafią zniszczyć strukturę wału). Z kamer wizyjnych można podejrzeć obraz ciepła generowany przez wał, ocenić, jak mocno otoczenie wału zarosło roślinnością (przybrzeżne krzaki sprzyjają tworzeniu mielizn, a korzenie także nie sprzyjają wałom). A czujniki ciśnienia czy wilgotności dostarczą danych na temat warunków atmosferyczno-pogodowych.

- To wcale nie muszą być zaawansowane czujniki - zastrzega Łęgiewicz. Bo np. przesunięcia wałów można badać choćby dzięki... światłowodom (wpuszczono je w wały w niektórych miejscowościach). W rurce światłowodu można zbadać, jak rozchodzi się fala światła, zmierzyć jej długość, kąt odbicia. I wyjdzie, w których miejscach rurka się wygina. A jeśli wygina się rurka, to znak, że przesuwa się wał.

Poligon w kraju depresji

Co się dzieje z danymi z czujników? Trafiają do centralnego systemu. - Mając je w jednym miejscu łatwiej tworzyć raporty o wybranych odcinkach wałów, efektywniej zarządzać ich utrzymaniem, konserwacją, inwentaryzacją, bieżącymi naprawami. A w trakcie powodzi system analizuje punkty, w których grozi przerwanie wału. I tam można pokierować służby, by wzmacniały wały - mówi ekspert IBM.

Koncern w ramach większego konsorcjum (łącznie jest w nim około 50 spółek i instytucji) testuje systemy monitoringu na przeciwpowodziowym poligonie. Bo tak należy nazwać projekt pod nazwą IJkdijk, prowadzony przy niemieckiej granicy nieopodal holenderskiej wioski Booneschans.

Pierwszy duży eksperyment przeprowadzono tam w 2008 r. Zbudowano wał o długości stu metrów, szeroki na 30 metrów i wysoki na metrów sześć, naszpikowano czujnikami i puszczono wodę. Po kilkunastu godzinach wał się poddał. Ale dzięki niemu naukowcy mieli ponad terabajt danych, jak zachowują się wały podczas naporu wody.

Wał na "powodziowym" poligonie w Holandii

W zeszłym roku Holendrzy postanowili pójść o krok dalej - w ramach programu Livedijk rozstawili czujniki na wale przy brzegu morza, na długości 600 metrów.

- W Holandii jest metamodel, ale do niego trzeba dopasować lokalne zmienne i to różne dla danego odcinka wałów - mówi Łęgiewicz. Według jego oceny, w Polsce dane do takiego modelu trzeba by zbierać przez przynajmniej rok (by uwzględnić wszystkie pory roku, bowiem podobne efekty może wywołać wysoki poziom wody, jak i ulewne deszcze, a zatem dane wału trzeba badać w kontekście różnego rodzaju warunków zewnętrznych.

Technologie czy drzewo

Technologie antypowodziowe, czy mówimy o teledetekcji satelitarnej czy monitorowaniu wałów, są. Problem tkwi gdzie indziej.

- Z powodzi w 1997 r., która kosztowała Polskę ponad 3,5 mld zł, nie wyciągnęliśmy zbyt wielu wniosków. Zarządzanie wałami leży w kompetencjach kilku różnych podmiotów. Gdzieniegdzie jest tak, że za wał płaci wojewoda, ale nie może organizować przetargów - mówi jeden z rozmówców Next. - Dziś mamy pozwy zbiorowe, z jakimi dziś występują mieszkańcy Sandomierza. Powodzi nie da się zatrzymać, ale można minimalizować straty i prawdopodobnie zapobiec wielu tragediom - dodaje.

Czy będzie wola polityków i samorządowców, by wprowadzić je w życie? Zapowiedzi jest sporo - np. przed Euro 2012 ma być, przynajmniej w niektórych województwach, system ostrzegania SMS-ami przed powodzią. Przy udziale m.in. Instytutu Meteorologii i Gospodarki Wodnej i Instytutu Łączności trwają prace nad ISOK, czyli finansowanym z programu unijnego "informatycznym systemem osłony kraju przed nadzwyczajnymi zagrożeniami".

- Jeden z ministrów zainteresował się naszym rozwiązaniem, zobaczymy - mówi krótko Gdala. I zaraz dodaje, że monitoring to tylko jedna z rzeczy, którą trzeba wyprostować w polskim systemie przeciwpowodziowym.

- Mówimy o technologiach, a na części wałów najzwyczajniej w świecie rosną drzewa. Mam "piękne" zdjęcia z okolic Zagórowa - cierpko komentuje.