zbiorniki w ochronie p-pow

Kształtowanie odpływu wód powodziowych przez zbiorniki retencyjne
Zbiorniki retencyjne powstają poprzez przegrodzenie doliny rzeki zaporą, która piętrzy jej
wody w sposób trwały (zbiorniki o stałym piętrzeniu) lub okresowy (zbiorniki suche).
Rodzaje retencji zbiornikowej
Generalnie zbiorniki dzielą na:
Małe zbiorniki
Stosowane są one w ochronie przeciwpoŜarowej i w rolnictwie (nawodnienia gruntów
ornych, hodowla bydła, ryb i drobiu wodnego). Wykorzystywane są równieŜ dla
rekreacji i sportów wodnych.
Zbiorniki średniej wielkości
Są one połoŜone poniŜej, zamykają małe zlewnie. Odgrywają znaczącą rolę w zakresie
ochrony od powodzi i melioracji rolnych. Sieć tych zbiorników stanowi właściwą bazę
ochrony przeciwpowodziowej. Zbiorniki te słuŜą przede wszystkim do zaopatrzenia
ludności w wodę oraz do zasilania przemysłu i produkcji energii elektrycznej.
DuŜe zbiorniki
Są one stosowane dla zasilania dróg wodnych i w hydroenergetyce. Jako zbiorniki
przeciwpowodziowe mają wpływ na ochronę dolin rzecznych, zwłaszcza w dolnych
ich partiach, podlegających powodziom wywołanym roztopami i długotrwałymi
deszczami.
Ze względu na funkcję, zbiorniki moŜna podzielić na:
zbiorniki powodziowe - zatrzymywanie wszystkich przepływów powodziowych
wyŜszych od przepływu nieszkodliwego, a następnie wypuszczanie nagromadzonej
wody równieŜ w dopuszczalnej ilości.
zbiorniki powodziowo-Ŝeglugowe - zatrzymują wody powodziowe i oddają
zmagazynowaną wodę w okresach, gdy stan w rzece opada poniŜej najmniejszej
głębokości tranzytowej.
zbiorniki Ŝeglugowe - zatrzymują nie tylko wody powodziowe, lecz równieŜ
mniejsze, tak by zapewnić ruch statków w ciągu całego okresu Ŝeglugowego.
zbiorniki energetyczne szczytowe - gromadzą wodę na wiosnę i w lecie, by oddać ją
w jesieni i w zimie z uwagi na większe zapotrzebowanie energii.
zbiorniki energetyczne wyrównawcze - mają za zadanie dobowe wyrównanie
nierównomiernego odpływu z siłowni szczytowych.
zbiorniki wyrównawcze - wyrównują przepływy w dłuŜszym okresie czasu, przy
czym dąŜy się do jednostajnego odpływu ze zbiornika przez cały rok
suche zbiorniki powodziowe - łagodzą i opóźniają falę powodziową.
zbiorniki komunalno-przemysłowe - zaopatrzenie sieci wodociągowej.
zbiorniki przemysłowe - magazynują wodę do procesu produkcji.
zbiorniki rolnicze - zaopatrują rolnictwo w wodę w okresie wegetacyjnym.
Z punktu widzenia gospodarki wodnej waŜna jest moŜliwość swobodnego dysponowania
zgromadzonymi zasobami wody.
Retencja sterowana: UmoŜliwia ona kontrolę obiegu wody. Reprezentują ją zbiorniki
sztuczne o stałym piętrzeniu, wyposaŜone w odpowiednie urządzenia regulacyjne. W
ograniczonym zakresie sterować moŜna równieŜ podwyŜszoną retencją zbiorników
naturalnych.
Retencja niesterowana: Pozwala jedynie na nieregularne, krótkookresowe wyrównanie
odpływu. Częściowo wyrównuje odpływ zmniejszając pojemność, a tym samym koszt niŜej
połoŜonych zbiorników. Ułatwia bezpośrednie wykorzystanie opadów przez roślinność,
wskutek czego zmniejsza się ilość wody dyspozycyjnej w ciekach, ale teŜ zwiększa się
produkcja rolna, maleje prawdopodobieństwo odpływów powodziowych i maleje pojemność i
koszt zbiorników sztucznych.
Retencja sterowana realizowana głównie przez duŜe zbiorniki retencyjne, ma charakter
regionalny. Zbiorniki te są na ogół wielofunkcyjne i ich funkcja przeciwpowodziowa nie jest
dominująca. Dotyczy to zwłaszcza naszego kraju. Niemniej jednak, ten właśnie typ retencji
powodziowej jest skuteczny w redukcji największych wezbrań.
Podział zbiorników według liczby spełnianych zadań
Zbiorniki jednozadaniowe – są to zbiorniki suche i małe o stałym piętrzeniu,
budowane dla jednego celu.
Zbiorniki wielozadaniowe – budowane dla kilku celów jednocześnie, np. jeden
zbiornik, działając jako przeciwpowodziowy, moŜe jednocześnie zasilać drogi wodne i
rolnictwo, a zarazem być eksploatowany energetycznie.
Pojemność całkowita zbiornika jest dzielona na części i obejmuje (Depczyński W.,
Szamowski A., 1999):
pojemność uŜytkową – objętość wody zretencjonowanej w celu jej wykorzystania w
ramach ustalonych zadań gospodarczych, np. zaopatrzenia w wodę,
pojemność powodziową – pojemność zbiornika przeznaczona na przechwytywanie
szczytów fal powodziowych,
pojemność martwą – objętość nieuŜyteczna z punktu widzenia gospodarowania
wodą, ale zwiększającą korzystnie wysokość spadu elektrowni wodnych poprzez
odpowiadającą jej wysokość piętrzenia,
Wyodrębnia się ponadto:
pojemność rezerwy awaryjnej – cześć objętości martwej, moŜliwa do wykorzystania
w warunkach awaryjnych do zaopatrzenia w wodę, np. w okresie suszy,
pojemność forsowaną – dodatkowa objętość powodziowa, moŜliwa do
wykorzystania w okresach przejścia szczytów wielkich fal powodziowych, w
zbiornikach w których przewidziano tzw. dopuszczalne nadpiętrzenie,
pojemność całkowitą forsowaną – suma pojemności całkowitej i forsowanej
(nazywana teŜ niekiedy pojemnością maksymalną).
Z powyŜszym podziałem, a takŜe z pracą urządzeń odprowadzających wodę do dolnego
stanowiska, wiąŜą się następujące, charakterystyczne poziomy piętrzenia:
najniŜszy – absolutnie minimalny poziom piętrzenia (abs. Min PP) – jest to
najczęściej poziom spustów dennych;
minimalny poziom piętrzenia (Min PP) – jest granicą pomiędzy pojemnością
martwą a pojemnością uŜytkową;
normalny poziom piętrzenia (NPP) – poziom odgraniczający pojemność uŜytkową
od pojemności powodziowej; jest to maksymalny poziom eksploatacyjny przy
gospodarowaniu zmagazynowaną wodą;
maksymalny poziom piętrzenia (Max PP) – najwyŜsze połoŜenie zwierciadła wody
w okresie uŜytkowania; jest to górne ograniczenie pojemności powodziowej. Woda
osiąga ten poziom podczas przechwytywania fali powodziowej. Na podstawie tego
poziomu ustala się np. wzniesienia górnych krawędzi zamknięć na przelewach;
nadzwyczajny poziom piętrzenia (Nad PP) – poziom określający dopuszczalne
nadpiętrzenie, które moŜe zaistnieć przy przejściu szczytów wielkich fal
powodziowych.
Gospodarowanie rezerwą przeciwpowodziową
W przypadku zbiorników sterowanych, realizacja funkcji ochrony przeciwpowodziowej
zaleŜy zasadniczo od sposobu gospodarowania wodą w czasie wezbrania za pomocą
zamknięć, w które powinny być wyposaŜone urządzenia zrzutowe takiego zbiornika.
Dysponowanie zrzutów w czasie wezbrania odbywa się na podstawie planu gospodarki
wodnej i odpowiednich instrukcji gospodarki pojemnością (rezerwą) powodziową zbiornika
zawartych w instrukcji gospodarki wodnej zbiornika retencyjnego.
Według (Lambor 1962), instrukcja gospodarki wodnej zbiornika retencyjnego powinna
spełnić następujące wymagania:
Przewidzieć i ustalić organizację sieci obserwacyjno-sygnalizacyjnej, celem
dostarczenia elementów potrzebnych do prognozy,
Podać wskazówki odnośnie obsługi sieci obserwacyjnej oraz ustalić środki łączności
dla szybkiego przekazywania wiadomości o stanie aktualnym,
Podać metody prognozy, przedstawione w sposób jasny i umoŜliwiający postawienie
prognozy na podstawie otrzymanych elementów w jak najkrótszym czasie,
Ustalić generalne zasady gospodarowania wodą w warunkach normalnych jak równieŜ
w warunkach nadzwyczajnych, jak np. w czasie przejścia fali powodziowej. Podobnie
w czasie długotrwałych niskich stanów wody oraz w okresie specjalnych wymagań
odnośnie zapotrzebowania wody,
Ustalić zasady współpracy z innymi zbiornikami,
Przewidzieć ściśle tryb postępowania i wytyczne przy pierwszym napełnieniu
zbiornika (rozruch zbiornika),
Ustalić metody prognozy na okres budowy oraz przewidzieć zabezpieczenie przed
wielką wodą w tym okresie.
(Lambor 1962 Wytyczne i wskazówki dla opracowywania...) WyróŜnia trzy rodzaje instrukcji
zaleŜnie od tego jakiemu celowi mają one słuŜyć:
Instrukcja ochrony przeciwpowodziowej w czasie budowy,
Instrukcja gospodarowania wodą w okresie rozruchu zbiornika,
Instrukcja gospodarki wodnej w czasie eksploatacji zbiornika.
KaŜda z wymienionych trzech instrukcji będzie się składać z czterech części:
Część I: Charakterystyka i parametry obiektu,
Część II: Instrukcja obserwacji i sygnalizacji,
Część III: Instrukcja prognozy dopływu wody,
Część IV: Instrukcja gospodarowania wodą.
o gospodarka normalna,
o postępowanie przeciwpowodziowe,
o gospodarka poniŜej NPP.
Zbiornikowa retencja powodziowa a dorzeczu górnej Wisły
Zainteresowanie retencją zbiornikową dorzeczu górnej Wisły sięga początków ubiegłego
wieku. Opracowywane wówczas projekty (Pomianowski, Baecker, Narutowicz) dotyczyły
zbiorników przeznaczonych głównie do ochrony przeciwpowodziowej lecz przewidywano
takŜe wykorzystanie ich do wyrównywania odpływu i produkcji energii. Były to zatem
projekty zbiorników wielozadaniowych. Pierwszym zbiornikiem w dorzeczu górnej Wisły był
budowany w latach 1919÷1936 zbiornik w Porąbce na Sole. Latem 1935 roku rozpoczęto
budowę zbiornika w RoŜnowie a wiosną 1936 zapory w Czchowie na Dunajcu. Kolejne
zbiorniki powstały w latach powojennych. Obecnie w dorzeczu górnej Wisły funkcjonuje 20
duŜych zbiorników wodnych (bez uwzględnienia Diećkowic i Bogorii – jako zbiorników
zlokalizowanych w wyrobiskach). Trwa realizacja kolejnego – w Świnnej Porębie na Skawie.
Większość z tych obiektów jest wielozadaniowa i pełni róŜne funkcje. Ochrona
przeciwpowodziowa jest istotną funkcją na 13 obiektach, jednak na Ŝadnym ze zbiorników
nie jest dominująca i pozostaje w konflikcie z innymi zadaniami. Funkcja
przeciwpowodziowa wymaga bowiem utrzymywania częściowo pustego zbiornika w
oczekiwaniu na przyjęcie spodziewanej fali powodziowej, co w istotny sposób zmniejsza
gwarancję zaopatrzenia w wodę i ilość produkowanej energii elektrycznej.
Tabela 1. Efekty działania zbiorników retencyjnych dorzecza górnej Wisły w czasie powodzi
w roku 1997 i 2001
Odpływ
Redukcja
Redukcja
Dopływ
kulminacyjny
kulminacji
kulminacji
kulminacyjny
Zbiornik
[m3/s]
[m3/s]
[m3/s]
[%]
1997
2001
1997
2001
1997
2001
1997
2001
Wisła Czarne 45
11
Goczałkowice 436
169
270
Przeczyce
63
39
Kozłowa Góra 24
5
Tresna1290
640
750
Porąbka
Dobczyce
884
484
300
Czorsztyn1400
849
586
Sromowce
RoŜnów2703
1650
2000
Czchów
Chańcza
65,6
419?? 19,4
Klimkówka
54,7
87
49
Solina736
295
Myczkowce
Besko
103
94,3
94
- dopływ nie przekroczył odpływu nieszkodliwego
60
-
34
166
24
19
109
-
75
38
38
79
64,5
-
335
540
305
42
47,7
250
584
234
66
48,3
476
814
373
58
43,9
1500
703
150
26
9,1
114,5
70
46,2
5,7
304,5
17
70
10
72,5
19,5
-
441
-
60
-
52,5
9
41,8
9
44,3
W dorzeczu górnej Wisły nie rozwinął się system niesterowanych suchych zbiorników
przeciwpowodziowych.
Modelowanie retencji zbiornikowej
Prawidłowe odwzorowanie działania systemu rzecznego w modelu hydraulicznym wymaga
uwzględnienia tych obiektów, które znacząco wpływają na proces transformacji fali
wezbraniowej w korycie. Zbiorniki retencyjne naleŜą do obiektów, które najsilniej
oddziaływają na ten proces – szczególnie zbiorniki o sterowanym odpływie.
Zbiornik retencyjny jest elementem systemu rzecznego, który w znaczący sposób wpływa na
przebieg transformacji fali powodziowej. Wejście do zbiornika stanowi hydrogram dopływu
Qdop(t). Efektem działania jest hydrogram odpływu Qodp(t) Wyjście ze zbiornika jest
jednocześnie wejściem do systemu rzecznego znajdującego się bezpośrednio poniŜej
zbiornika (rys. 2.1.).
Qdop(t)
Qodp(t)
V(h)
Rys. 2.1. Zbiornik retencyjny jako element systemu rzecznego
Fala wezbraniowa przy przejściu przez zbiornik ulega transformacji. Celem modelowania jest
wyznaczenie hydrogramu fali wypływającej ze zbiornika Qodp(t).
Q
retencja
zbiornika
Qdop
Qodp
t
Rys. 2.4. Transformacja fali wezbraniwej przez zbiornik retencyjny.