Rozwój miast zmienił zupełnie charakter zlewni, czyli powierzchni, po której woda deszczowa spływa. Pokrywając ziemię betonem, a wycinając zieleń, zmniejszamy jej zdolności do transpiracji. Cała woda opadowa wlewa się zatem w krótkim czasie do sieci ściekowej, a ta, zbudowana sto lat temu, jest za mało wydolna.

CIASNO POD ZIEMIĄ

Rozmowa z prof. dr. hab. inż. Cezarym Madryasem, specjalistą w dziedzinie inżynierii miejskiej, laureatem konkursu Subsydia Profesorskie FNP 2005

Prof. dr hab. inż. Cezary Madryas (ur. 1952), specjalista w dziedzinie inżynierii miejskiej i miejskiego budownictwa podziemnego. Kierownik Zakładu Inżynierii Miejskiej PWr. Autor lub współautor 87 publikacji, w tym 2 monografii i 2 skryptów. Wypromował 6 doktorów. Członek licznych organizacji i stowarzyszeń, m.in.: członek założyciel i prezes Polskiego Stowarzyszenia Technologii Bezwykopowych, zastępca przewodniczącego Dolnośląskiej Izby Inżynierów Budownictwa ds. szkoleń i kontaktów z wyższymi uczelniami, członek Komisji Budownictwa i Mechaniki PAN oraz International Tunnelling Association. Laureat prestiżowej nagrody Komitetu Nauki PZITB im. Wacława Żenczykowskiego za osiągnięcia naukowo-techniczne.

– Zanim odpowiem dokładniej na to pytanie, dodam jeszcze, że nasz zakład powstał pod koniec lat sześćdziesiątych z inicjatywy prof. Jędrzeja Kuczyńskiego, później mojego mistrza, i był wtedy jedną z dwu placówek zajmujących się problemami konstrukcji i eksploatacji infrastruktury sieciowej miast. Podobną problematyką zajmowano się w Politechnice Śląskiej w Gliwicach. Z tych ośrodków wyrosło dość wąskie grono specjalistów, których pasją są wspomniane kwestie.

– Tak. Kiedy zaczynałem terminowanie w zakładzie, wszystkie działania związane z przystosowaniem infrastruktury sieciowej do nowych warunków eksploatacyjnych odbywały się w wykopach otwartych. Od początku lat siedemdziesiątych, z uwagi na rosnący gwałtownie ruch komunikacyjny w miastach, świat zaczął poszukiwać tak zwanych bezwykopowych technologii odnawiania tego wszystkiego, co jest pod ziemią.

– Tkanka ogromna. Kanalizację można porównać do krwiobiegu żylnego, wodociągi do tętniczego, sieci informatyczne do układu nerwowego. Te układy są ze sobą połączone wedle ścisłych reguł dotyczących całej sieci. Nie można ich dowolnie zmieniać, przekładać. Bezwykopowe technologie wiązały się z nowymi rozwiązaniami materiałowymi. Zaczęto wprowadzać kompozyty materiałowe, tworzywa sztuczne, żeliwa nowej generacji (zamiast, na przykład, cegły używanej dawniej do budowy kolektorów kanalizacyjnych), które nie wymagają prac w wykopach. A w sferze badań rewolucyjną zmianą było zastosowanie nowych modeli matematycznych do obliczeń potrzebnych w tych nowych warunkach. Sytuacja zmieniła się diametralnie na przełomie lat osiemdziesiątych i dziewięćdziesiątych (w krajach wysoko rozwiniętych trochę wcześniej), kiedy to wystąpiło ogromne zapotrzebowanie na przestrzeń podziemną w miastach do celów budownictwa komunikacyjnego – tuneli, garaży, przejść podziemnych dla pieszych itp. Te nowe budowle kolidują z istniejącymi od początków XIX wieku strukturami sieci transportu mediów, takich jak woda, gaz, ścieki, których, jak mówiłem, nie można swobodnie przemieszczać. Największy kłopot jest z siecią kanalizacyjną.

– Dlatego, że ona jest w ponad 90 procentach bezciśnieniowa. Ścieki płyną dzięki odpowiednio pochylonym dnom kanałów. Zmiana trasy sieci wymaga budowy przepompowni, co jest kosztowne. W dodatku ta sieć jest zazwyczaj lokalizowana w osiach ulic, na głębokości od 2 do 10 metrów. Jest to obszar najodpowiedniejszy do większości miejskich budowli komunikacyjnych. Przypuszczam, że to aktualność tematu moich badań – przystosowanie sieci kanalizacyjnej w miastach do nowych warunków – zwróciła uwagę jury konkursu o subsydium.

– Prawdopodobnie trzeba będzie pójść w kierunku tworzenia systemów zintegrowanych, to znaczy łączyć poszczególne sieci w tak zwane tunele wieloprzewodowe albo kanały zbiorcze. Są to specjalne konstrukcje−obudowy, do których wprowadza się wszelkie sieci podziemne.

– Tak. Wiąże się to jeszcze z koniecznością rozpoznania stanu całej infrastruktury, co praktycznie nie jest możliwe jednorazowo, ze względu na czas i koszty – sieć kanalizacyjna w takim mieście jak Wrocław, to ponad tysiąc kilometrów kanałów. Dlatego musimy posługiwać się modelami kontroli umożliwiającymi wnioskowanie o stanie sieci na podstawie badań fragmentów systemu reprezentatywnych dla całości. Na tej podstawie typujemy sieci do odnowy. Każdy remont, rekonstrukcja, wymiana czy modernizacja powoduje w mniejszym lub większym zakresie zamykanie ulic, ograniczenia w dostawie wody, ciepła itp. W związku z tym, zawsze przy tym potrzebny jest rachunek kosztów – nowe technologie są dość drogie – a przede wszystkim bilans kosztów społecznych. Do opisywania językiem matematycznym takich niemierzalnych elementów nadaje się dobrze teoria zbiorów rozmytych. Te zagadnienia były tematem mojej pracy habilitacyjnej, a potem moi doktoranci opracowywali doskonalsze algorytmy. Nie ukrywam, że przyznane mi subsydium zmobilizowało cały nasz zespół do zintensyfikowania badań. Mam nadzieję, że powstanie publikacja, która pozwoli zdecydowanie poprawić działania praktyczne w zakresie przystosowania infrastruktury miejskiej do nowych potrzeb.

– Jeżeli spojrzymy na miasto monocentryczne, jakich jest większość w Europie, to widzimy, że to jedno centrum charakteryzuje się intensywniejszą zabudową (wyższą i bardziej zwartą), zmniejszającą intensywność w stronę peryferii. Ale tym peryferiom także trzeba dostarczyć wodę, energię elektryczną, gaz i odprowadzać z nich ścieki, i to się nie może rozciągać w nieskończoność. W odleglejszych od centrum strefach będą powstawały lokalne stacje uzdatniania wody, oczyszczalnie, może i źródła energii elektrycznej. Od razu powiem, że w większości miast polskich mamy jeszcze spore rezerwy, choć trzeba uwzględnić i taki czynnik, jak oczekiwania potencjalnych inwestorów budownictwa – mieszkaniowego, przemysłowego, usługowego – na tereny uzbrojone w całą infrastrukturę. Takie miasta jak Londyn czy Monachium (i wiele innych) mają już dzisiaj trudną sytuację w centrum, gdzie wysokiej zabudowie na powierzchni towarzyszy głęboka zabudowa pod ziemią. Koncentrują się tam linie podziemnej kolei ze stacjami, tunele samochodowe, garaże. To dodawanie wymiaru w głąb Amerykanie nazwali stereoizacją

– Na razie nieprzekraczalnych granic nie widać. W miastach, gdzie te wszystkie problemy wystąpiły wcześniej, powstają struktury gospodarki wodno−ściekowej umieszczone poniżej wszystkiego, co wybudowano dotychczas. W Chicago dwa lata temu zakończono budowę systemu tuneli gromadzących wody opadowe, o łącznej długości kilkudziesięciu kilometrów. Największe z nich mają średnicę ponad ośmiu metrów, czyli większą niż tunele metra. Trzeba wiedzieć, że deszcze często zalewały Chicago, powodując duże szkody. Podobnie rozwiązano problem zagrożenia powodziowego i zalewania dzielnic miejskich przez ścieki opadowe w Osace. Te rozwiązania zostały niejako wymuszone przez warunki pogodowe, które i u nas ulegają zmianie. Mamy coraz więcej nawałnicowych deszczów powodujących powodzie.

– Sami to spowodowaliśmy i nawet trudno kogokolwiek czynić odpowiedzialnym. Rozwój miast zmienił zupełnie charakter zlewni, czyli powierzchni, po której woda deszczowa spływa. Coraz bardziej ją uszczelniamy. Pokrywając ziemię betonem, a wycinając zieleń, zmniejszamy jej zdolności do transpiracji. To ogranicza drastycznie naturalne zdolności zatrzymania wody w zlewni. Cała woda opadowa wlewa się zatem w krótkim czasie do sieci ściekowej, a ta, zbudowana sto lat temu, jest za mało wydolna. Miasta przedwojenne były tak projektowane, że nawet w ich środku utrzymywano skwery i te skwery miały zagłębienia, w których zbierała się woda opadowa i powoli wsiąkała. We Wrocławiu, paradoksalnie, po wojnie, kiedy już usunięto gruzy, wiele pustych przestrzeni z częściowo zasypanymi piwnicami stanowiło zbiorniki retencyjne. Teraz wszystkie zostały zabudowane, powstało wiele dużych parkingów i zlewnia miejska diametralnie się zmieniła. Żadne miasto na świecie nie jest dzisiaj w stanie przebudować sieci kanalizacyjnej od początku do końca, stąd takie koncepcje, jak w Chicago i Osace. Tam wody zgromadzone w wielkich kanałach i zbiornikach, na najniższym poziomie podziemnej infrastruktury, są odpompowywane i sukcesywnie zrzucane do naturalnych zbiorników, czyli rzek, często po ich oczyszczeniu, gdyż zawierają bardzo dużo zanieczyszczeń, na przykład olejów i benzyny zmywanych z powierzchni ulic. Cała ta chemia ścieków, także zresztą sanitarnych, odkąd używamy coraz więcej detergentów, groźna dla konstrukcji, stanowi osobny problem wśród zagadnień infrastruktury podziemnej miast. Są tu wielkie zadania dla specjalistów w zakresie inżynierii materiałowej i dla chemików. Współpracujemy z jednymi i drugimi.

– Część już przeznaczyłem na stypendia dla dwóch moich wychowanków, doktorów, którzy dzięki temu – ufam – szybko zrobią habilitacje. Może dam jeszcze jedno stypendium młodemu doktorantowi. Będę musiał wspomóc ich wydawnictwa książkowe przygotowywane pod moim kierunkiem i z moim udziałem. Sam kończę dwie publikacje – w części podręczniki akademickie, w części monografie naukowe – które też będę musiał wspomóc, jako że uczelnia ma mało środków na wydawnictwa. No i będę finansował z subsydium wyjazdy na konferencje zagraniczne, bo to w naszej dziedzinie jest niezmiernie ważne. Kontakty z dobrymi ośrodkami światowymi rzeczywiście stanowią podstawę rozwoju.

– Nasze modele matematyczne są tej samej miary co modele powstające w przodujących ośrodkach. To umożliwia partnerską współpracę.

– W Europie Niemcy i Anglia. Poza naszym kontynentem silny ośrodek mają Kanadyjczycy i, oczywiście, Amerykanie. Pochwalę się troszkę. W ramach Europejskiej Platformy Technologicznej Budownictwa powstał zespół opracowujący priorytety badawcze dotyczące infrastruktury podziemnej, generalnie – budownictwa podziemnego. Za problematykę infrastruktury sieciowej w tym zespole, w znacznej mierze, odpowiadają moi stypendyści i ja. Wszystko dzieje się w ramach przygotowań do 7. Programu Ramowego UE. W listopadzie zeszłego roku grupa ta, na nasze zaproszenie, pracowała w Politechnice Wrocławskiej. Podobną funkcję pełnimy w Polskiej Platformie Technologicznej Budownictwa.

– Tak. Na naszym wydziale nie mamy nigdy kłopotów z chętnymi do specjalizowania się w inżynierii miejskiej. Zgłasza się zawsze od 30 do 40 osób, co jest dla tej wąskiej specjalności optymalne. I nasi absolwenci znajdują pracę, bo rzeczywiście na modernizację infrastruktury kierowany jest teraz znaczny strumień pieniędzy, głównie unijnych. W Szczecinie ruszył duży program odnowy sieci, wartości setek milionów złotych, przewidziany na kilka lat. Uczestniczyliśmy w pracach przygotowawczych do uzyskania środków unijnych. Muszę powiedzieć, że zrobił na mnie wielkie wrażenie zakres tego przedsięwzięcia. Temat ten omawiałem w Narodowym Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej w Warszawie oraz w Dublinie, na zaproszenie Irlandzkiego Związku Inżynierów.

– Trafnie to Pani ujęła. Dla inżyniera ważne jest, czy produkt jego myślenia został przez kogoś wykorzystany. Nie dalej jak wiosną bieżącego roku ukazała się, napisana pod moim kierunkiem, książka Mikrotunelowanie. Jako przykład nowoczesnego rozwiązania opisałem tam tunel wieloprzewodowy wykonany w technologii bezwykopowej w Zurychu. Proszę sobie wyobrazić moją satysfakcję i radość, gdy w czerwcu otrzymałem do zaopiniowania koncepcję projektu budowy identycznego pod względem konstrukcyjnym i funkcjonalnym tunelu wieloprzewodowego, który jest planowany pod Wisłą w Warszawie.

– Myślę, że on musi nastąpić. Nie tylko ze względów technicznych, ale, powiedziałbym, socjologicznych. Miasta – molochy stają się nieludzkie, dysfunkcjonalne i... bardzo drogie.