PARADOKS POVRATNIH DOB
prof. dr. Mihael Brenčič
Za nami so zgodnje avgustovske poplave, ki so se pričele v noči s 3. na 4. avgust 2023, nato pa le počasi izzvenevale. Nekaj dni je preteklo, da so se lahko pričeli prvi interventni sanacijski ukrepi in da so začeli delovati sistemi za odpravljanje posledic poplav. V dneh po teh katastrofalnih dogodkih smo ponovno veliko slišali o povratnih dobah poplav. Številni so se spraševali, kako je mogoče, da imamo tako pogosto poplave s stoletno povratno dobo, češ, kako nas zdaj stoletne vode dosežejo že skoraj vsako leto? Pri tem se takoj vzpostavijo sumničenja in različne teorije zarote. Nekateri strokovnjaki so razlagali, da se povratne dobe spreminjajo, drugi, da je prišlo do dogodkov, ki so presegali petstoletne ali pa celo tisočletne povratne dobe. Takšne ali drugačne razlage so vnašale samo zmedo in nerazumevanje.
Slika 1: Poplavljanje potoka Sušica in reke Sore pri CČN ŠKL v petek, 4. 8. 2023. (foto: Anton Ferdin)
Povratne dobe so inženirski koncept, ki predstavlja osnovo in podlago za načrtovanje zaščitnih ukrepov pred vplivi in posledicami naravnih nesreč. Srečamo ga na številnih področjih, čeprav je v javnosti najbolj znan prav na področju zaščite pred poplavami. Poleg protipoplavnih ukrepov ta koncept poznamo še pri načrtovanju protipotresne zaščite, pri načrtovanju zaščite pred vetrom, zaščite pred strelami, zaščite pred ekstremnimi plimami in cunamiji, in še bi lahko naštevali. Vendar pa si, predno se lotimo analize ustreznosti uporabe inženirskega koncepta povratnih dob, oglejmo, kaj so povratne dobe, in kako jih določamo.
Kaj nam pojem povratna doba pove?
Povratna doba nam pove, kako pogosto se nek dogodek pojavi v določenem časovnem obdobju. Če rečemo, da se bo neka rečna poplava pojavila enkrat na sto let, predpostavljamo, da se bo tak dogodek pojavil enkrat v stotih letih, zato govorimo o stoletni poplavi. Verjetnost takšnega dogodka je 1 proti 100 ali 1 %. Če rečemo, da gre za petstoletno poplavo, pričakujemo, da se bo ta pojavila enkrat na petsto let. Verjetnost takšnega dogodka je 1 proti 500 ali 0,2 %. Do sem vse lepo in prav. Toda, kako lahko ocenimo ali izračunamo pojavljanje nekega dogodka na tako dolgo obdobje, recimo na sto, petsto ali celo več let, če pa imamo na razpolago le meritve pretokov rek za nekaj zadnjih deset let? Tukaj nam priskočita na pomoč matematična statistika in verjetnostna analiza. Verjamem, da večina od vas že mršči čelo ter v nadaljevanju mojega prispevka pričakuje zapletene matematične enačbe. Nekatere od teh analiz so zares zelo kompleksne in terjajo veliko znanja, hkrati pa so danes na voljo številni računalniški programi, ki nam te izračune olajšajo. Brez skrbi, prepustimo izračune strokovnjakom in si skušajmo izračun povratnih dob razložiti na enostavnejši način.
Izračun povratnih dob poteka tako, da izberemo meritve pretokov na hidrološki postaji reke za neko daljše časovno obdobje, ki mu pravimo tudi časovno okno. V naši analizi težimo k temu, da je to obdobje čim daljše. Daljše bo, zanesljivejše bodo naše ocene. Nato izberemo matematično enačbo, rečemo ji verjetnostna porazdelitev, ki se najbolje prilagaja našim podatkom. Najbolj znana je normalna ali Gaussova porazdelitev, ampak za te izračune praviloma uporabljamo druge, mnogo bolj komplicirane porazdelitve, zato nas te sedaj ne zanimajo. Narava matematične enačbe je takšna, da izračun, izveden z njeno pomočjo, sega izven območja našega časovnega okna. S pomočjo te matematične enačbe podaljšamo naše obdobje opazovanj. Če imamo na primer na razpolago le 30 let opazovanj, nam ta enačba omogoča oceno, kakšni bi bili ekstremni pretoki, če bi imeli na razpolago 100 let opazovanj, ali pa 500 in tako naprej. Pravimo, da podatke naših opazovanj podaljšamo ali ekstrapoliramo v času. Tako imamo sedaj na razpolago oceno povratne dobe, ki je rezultat matematičnega izračuna.
Kako inženirji uporabljamo koncept povratne dobe?
Objekte, ki jih gradimo, ščitimo pred dogodki z določeno povratno dobo. Če zgradimo protipoplavni nasip, ki ščiti pred poplavo s povratno dobo sto let, pomeni, da načrtujemo, da bo tak nasip ščitil pred poplavo, ki se naj bi pojavila enkrat na sto let. Če je nasip takšen, da naj bi ščitil pred poplavo enkrat na petsto let, je to zaščita pred poplavo, ki se pojavi enkrat na petsto let. Seveda je poplava s povratno dobo petsto let višja od tiste s povratno dobo sto let. Pri teh ocenah se uporabljajo tudi določeni varnostni faktorji. Morda bo kdo porekel, zakaj ne ščitimo vseh objektov na dolge povratne dobe, na primer na tisoč let, in se tako rešimo vseh problemov. Odgovor je preprost, ker z naraščajočo povratno dobo stroški zaščite naraščajo eksponentno. Nobena družba nima toliko denarja, da bi si to lahko privoščila, če pri tem pustimo vnemar še okoljske vidike takšne zaščite. Zato pomembne objekte ali objekte, katerih poruštev bi lahko povzročila velike posledice, ščitimo na visoke povratne dobe, manj pomembne objekte pa na nižje povratne dobe. In kdo je tisti, ki določa, kaj je pomembno in kaj ne? Praviloma se to določi s posebnimi predpisi, torej je zakonodajalec (državni zbor, vlada, ministrstva) tisti, ki se odloči, kaj se bo ščitilo bolj in kaj manj. V teh predpisih se določijo povratne dobe, relevantne za zaščito objektov.
Slika 2: Poplavljena škofjeloška Centralna čistilna naprava. (foto: Anton Ferdin) Slika 3: CČN Škofja Loka na dan 15. avgusta 2023. (foto: Mojca Müller, SDZV)
In sedaj se vrnimo k vprašanju, ki smo ga navedli na začetku: kako je mogoče, da se stoletne poplave pojavljajo tako pogosto? Saj poznate tisto; hudič se vedno skriva v podrobnostih. Vsekakor vas z njimi ne bom moril, dotaknimo se le nekaterih pomembnejših vidikov. Tudi v tem primeru bomo podali zelo poenostavljeno razlago.
Izračuni povratnih dob so veljavni le v primeru točno določenih predpostavk, ki jih narava pogosto krši. To je najprej odvisno od tega, kako spretni smo pri izbiri ustrezne matematične enačbe. Prva in najpomembnejša predpostavka pa je, da je spremenljivost pojava, ki ga analiziramo s povratno dobo, časovno neodvisna. Tudi dogodki, ki jih analiziramo, naj bi bili med seboj neodvisni. Kaj to pomeni? Oglejmo si to na primeru padavin. Pri slednjih bi ta predpostavka pomenila, da se način pojavljanja padavin s časom ne spreminja in da predhodne padavine ne vplivajo na današnje padavine. Poenostavljeno rečeno, skozi daljše obdobje nekaj desetletij morajo padavine padati na enak način, da bodo te predpostavke držale. Ali to pri nas v Sloveniji drži? Žal ne, dovolj je, da že za nekaj let nazaj nekoliko pobrskamo po spominu in ugotovili bomo, da so padavine zadnjih nekaj let zelo drugačne od tistih, ki smo jih bili navajeni nekoč. Če je temu tako, potem se spreminjajo tudi reakcije vodotokov na padavine, in tako tudi zanje predpostavka o časovni neodvisnosti ne drži. Vse to je posledica sprememb podnebja. V pogojih spreminjajočega podnebja klasični koncept povratnih dob ni več veljaven.
Oglejmo si to še nekoliko drugače. Predhodno smo ugotovili, da je izračun povratnih dob odvisen od širine časovnega okna, skozi katerega opazujemo podatke in jim prilagajamo matematično enačbo. Že zelo preprost premislek pove, da nam različno dolga časovna okna podajo različne ocene povratnih dob. Ali pa si zamislimo primer, ki izhaja iz poplav, ki so pravkar za nami. Na Savinji imamo na razpolago nize podatkov, ki so dolgi skoraj osemdeset let. Če izračunamo povratne dobe pretokov Savinje na meritvah, ki so bile izmerjene pred poplavami, bomo dobili ocene povratnih dob, ki so krepko pod pretoki, do katerih je prišlo v začetku avgusta. Toda, zakaj ne bi sedaj v naše časovno okno in izračune zajeli tudi tokratnih ekstremnih pretokov, ki so bili izmerjeni med temi poplavami? Ali razumete, kaj želim povedati? Ker imamo na razpolago »le« osemdeset let meritev, znotraj tega časovnega okna pa je prišlo do ekstremne poplave, je povratna doba tega dogodka kakšna? »Samo« osemdeset let.
Kakšen statistični purist bo rekel, da pretirano poenostavljam in da izkrivljam koncept povratnih dob, da sem pozabil na številne zakonitosti verjetnostnega računa. Strinjam se, da gre za veliko poenostavitev, vendar sem za namen tega zapisa namenoma vnemar pustil nekaj učbenikov verjetnostnega računa. A želim povedati nekaj drugega. Naše ocene povratnih dob poplav in drugih ekstremnih dogodkov so odvisne od tega, kakšne podatke imamo na razpolago, in so le odraz tega, kar smo izmerili v preteklosti. Ocene za prihodnost temeljimo na preteklih razmerah. Sedaj pa iz leta v leto merimo drugačne pretoke rek in padavin, kot smo jih merili še ne dolgo tega. Povišane temperature zraka spreminjajo vodni krog, pospešujejo ga. V razmerah spreminjajočega podnebja klasičen koncept povratnih dob, s katerimi analiziramo od vremena odvisne pojave, odpove. In je tudi napačen. Veliko napako bomo naredili, če bomo prihodnjo zaščito pred poplavami izvajali le na podlagi veljavnega koncepta povratnih dob, po možnosti pa bomo nedavne dogodke še izbrisali, ker nam »ne bodo šli v račun«.
Slika 4: Naraščanje reke Kamniške Bistrice v petek, 4. avgusta, Študa, Centralna čistilna naprava Domžale-Kamnik. (foto: Marjetka Levstek)
Kako naprej?
Odgovor na to vprašanje ni enostaven. Zamenjava klasičnega koncepta povratnih dob kot osnove za dimenzioniranje zaščite pred poplavami ni enostavna. Predvsem zaradi tega ne, ker so povratne dobe globoko vsajene v prevladujočo inženirsko logiko, to je v koncept, ki je star že več kot 100 let. Poskrbeti je treba za spremembo v razumevanju dinamike vodotokov v odvisnosti od spreminajočega se podnebja. Vodotoke je treba razumeti kot dinamične sisteme, ki se neprestano spreminjajo. Spreminjajo se po naravni poti in zaradi vplivov človeških dejavnikov. Vpeljati je treba koncepte zaščite, ki temeljijo na oceni tveganj, škod in dogodkov maksimalnih možnih moči. Izhajati je treba iz geomorfoloških analiz poplavno ogroženih območij in iz obstoječe rabe prostora. Predvsem pa moramo imeti v mislih dejstvo, da absolutna poplavna varnost ne obstaja.
