Wykład 10: Podstawy projektowania 1. Cel robót regulacyjnych 2

Wykład 10: Podstawy projektowania
1. Cel robót regulacyjnych
2. Przepływy miarodajne i kontrolne
3. Wymagania gospodarcze
4. Ochrona przed powodzią
1. Cel robót regulacyjnych
Regulacja rzeki polega na uformowaniu i utrwaleniu odpowiedniego kształtu koryta, aby
rzeka spełniała określone wymagania związane z celem regulacji.
Cel regulacji może wynikać:
• z wymagań gospodarczych i ochrony przed powodzią,
• ze złego stanu środowiska przyrodniczego rzeki i doliny – Dyrektywa Wodna UE
nakłada obowiązek uzyskania do roku 2015 przez rzeki europejskie „dobrego statusu
ekologicznego”, tj. poprawy:
- jakości wód
- warunków życia biologicznego
- ciągłości korytarzy ekologicznych w korytach
i dolinach rzecznych.
Cele gospodarcze i związane z ochroną przed powodzią:
• Ułatwienie nieszkodliwego przepływu wody i spływu lodów – cel związany z ochroną
przed powodzią,
• Dostosowanie poziomu wód do wymagań wilgotnościowych gruntów w dolinach
użytkowanych rolniczo lub zalesionych,
• Wytworzenie odpowiedniej trasy żeglugowej,
• Dostosowanie koryta i poziomów wód do różnych celów lokalnych (mosty, ujęcia
wody, odprowadzenia ścieków, budowle wodne).
Przyczyny podejmowania robót regulacyjnych mogą wynikać z:
• Braku stabilności koryta w układzie poziomym lub pionowym,
• Braku wymaganej przepustowości koryta dla wód wielkich (ochrona przed powodzią),
• Braku wymaganego poziomu wód (rolnictwo) lub głębokości wody i trasy rzeki
(żegluga).
• Konieczności poprawy stanu środowiska rzeki i doliny:
- renaturyzacja rzeki – przebudowa rzeki dawniej uregulowanej,
- rewitalizacja rzeki – poprawa warunków ekologicznych w zdegradowanych rzekach
naturalnych oraz uregulowanych nie wymagających przebudowy koryta.
Niezależnie od przyjętego głównego celu regulacji przebudowane koryto rzeczne musi
spełniać również inne wymagania gospodarcze i ekologiczne – stąd konieczność
projektowania regulacji w sposób kompleksowy.
W ramach prac koncepcyjnych należy wyjaśnić:
• czy cel regulacji może być osiągnięty jedynie przez prace porządkowe i
zabezpieczające w ramach robót konserwacyjnych,
• czy wystarczające byłyby tylko lokalne roboty regulacyjne, polegające na korekcie
trasy rzeki, umocnieniu brzegów, usunięciu przeszkód, przewężeń, odsypisk itp.,
• czy przeprowadzenie systematycznej regulacji jest bezwzględnie konieczne na całym
rozpatrywanym odcinku rzeki.
Przykład robót konserwacyjnych:
• Usuwanie roślinności wysokiej z koryta wód wielkich,
• Usuwanie nadmiernej roślinności z koryta głównego
oraz pochylonych drzew na skarpach.
2. Przepływy miarodajne i kontrolne
Przepływ miarodajny
– stanowi podstawę do sprawdzenia istniejących warunków przepływu w odniesieniu do
ściśle określonego celu regulacji
lub
– wyznaczenia wymiarów projektowanego przekroju poprzecznego, który zapewni
osiągnięcie celu regulacji.
Przepływ kontrolny
– przepływ ten stanowi podstawę do sprawdzenia warunków przepływu w korycie
istniejącym lub projektowanym, biorąc pod uwagę inne wymagania – zwykle niezwiązane
bezpośrednio z głównym celem regulacji (Konieczność kompleksowej analizy
warunków przepływu).
Przepływy miarodajne:
• NTQ, NTQweg (jeżeli NTQweg > NTQ), SQweg - Projektowanie przekroju
poprzecznego mniejszych rzek regulowanych dla potrzeb rolnictwa.
• SQ
- projektowanie przekroju poprzecznego większych rzek nizinnych,
- wyznaczanie rzędnej umocnień w pasie dolnym brzegu oraz korony budowli
regulacyjnych.
• Q270, Q210 – przepływy o określonym czasie trwania wraz z wyższymi
(odpowiednio: 270 dni, 210 dni) - projektowanie przekroju poprzecznego rzek
żeglownych.
• SWQ - Wyznaczanie rzędnej umocnień w pasie górnym brzegu.
• Qp% – przepływ maksymalny o określonym prawdopodobieństwie wystąpienia Projektowanie przekroju poprzecznego koryta głównego oraz koryta wód wielkich ze
względu na potrzebę ochrony doliny przed powodzią.
Przepływy kontrolne:
• SNQ - Sprawdzenie warunków przepływu ze względu na zamulanie koryta (prędkość
przepływu V > Vn)
• Qn – przepływ nienaruszalny (Qn ≤ SNQ) - Sprawdzenie warunków przepływu ze
względu na wymagania ochrony środowiska (zachowanie życia hydrobiologicznego)
• Qp% – przepływ maksymalny o określonym prawdopodobieństwie wystąpienia Sprawdzenie przepustowości koryta wód wielkich ze względu na potrzebę ochrony
doliny przed powodzią.
3. Wymagania gospodarcze
•
•
Regulacja rzek dla potrzeb rolnictwa
Zapewnienie optymalnego uwilgotnienia gruntów w dolinie (bezpośrednio lub poprzez systemy
melioracyjne)
Zapewnienie odpowiedniej przepustowości koryta głównego (ze względu na ochronę
przeciwpowodziową doliny)
Zalecane parametry koryta o szerokości dna Bd = 4 ÷ 20 m
Rodzaj gleb
Parametry koryta (m)
w dolinie
głębokość t
napełnienie h
odległość z
mineralne średnio
zwięzłe,
1,7 ÷ 2,3
0,5 ÷ 1,0
1,2 ÷ 1,3
głębokie torfy
mineralne lekkie,
1,5 ÷ 2,0
0,5 ÷ 0,75
1,0 ÷ 1,25
płytkie torfy
Przepływy brzegowe Qbrzeg – maksymalne przepływy
mieszczące się w korycie głównym
Użytkowanie
Charakterystyka
doliny
doliny
użytki zielone
grunty orne
płaska, intensywnie
zagospodarowana
większe spadki
poprzeczne, słabiej
zagospodarowana
płaska, intensywnie
zagospodarowana
większe spadki
poprzeczne, słabiej
zagospodarowana
Przepływ brzegowy
Qbrzeg = Qmax (m3s-1)
z okresu
prawdopodobieństwo p %
25 ÷ 15
letniego
50
15 ÷ 10
rocznego
25
Regulacja rzek dla potrzeb żeglugi
• Trasa rzeki:
• długie odcinki proste
• łuki o dużych promieniach
• Przekrój poprzeczny:
• odpowiednia głębokość
• odpowiednia szerokość
• Parametry drogi wodnej zależą od jej klasy:
Głębokość w okresie
MiniMininawigacji (m)
malna
malny
Dop.
Klasa
szerokość
promień łuku
ładowność
Średnia
Minimalna
szlaku
(m)
statku
(m)
(t)
I
1,0
0,8
30
250
300
II
1,6
1,3
40
400
500
III
2,0
1,8
50
500
1000
IV
2,5
2,1
60
650
1500
V
3,5
3,0
90
750
3000
• Infrastruktura:
• wymiary dostosowane do klasy drogi wodnej:
- szerokość światła mostów
- prześwit pod konstrukcją
- prześwit pod liniami energetycznymi
- śluzy
• nabrzeża, porty
• Drogi wodne dla celów turystycznych i rekreacyjnych - minimalna głębokość wody 0,3 ÷
0,5 m
Regulacja rzek dla potrzeb ochrony doliny przed powodzią
• zapewnienie odpowiedniej przepustowości koryta głównego – wymagania jak dla potrzeb
rolnictwa
• likwidacja miejsc sprzyjających powstawaniu zatorów lodowych (wyspy, odsypiska, odcinki
meandrujące)
Inne środki techniczne związane z regulacją rzeki:
• obwałowania (im międzywale szersze tym lepiej dla środowiska naturalnego)
• kanały ulgi (środek w miarę przyjazny dla środowiska)
• poldery (środek przyjazny dla środowiska)
Uzasadnieniem regulacji rzek dla potrzeb ochrony przeciwpowodziowej jest występowanie w
dolinach:
- terenów zurbanizowanych
- terenów o wysokiej produktywności rolniczej
- ważnych obiektów przemysłowych oraz infrastruktury: drogi, linie kolejowe, ujęcia wody,
oczyszczalnie ścieków itp.
•
Obwałowania – klasa wału zależy od:
- wielkości powierzchni chronionej
Klasa
wału
I
II
III
IV
-
Powierzchnia
(tys. ha)
> 50
20 ÷ 50
1 ÷ 20
<1
można podwyższyć klasę ważności jeżeli w dolinie występują:
- miasta, większe miejscowości
- ważne obiekty przemysłowe i infrastruktury
- tereny o wysokiej wartości rolniczej
Parametry obliczeniowe dla wałów
Parametr
Qmiar.= Qmax p%
Qkontr. = Qmax p%
Zapas bezp. δ (m)
Klasa wałów
I
0,5%
0,1%
1,3
II
1,0%
0,3%
1,0
III
2,0%
0,5%
0,7
Regulacja rzek dla innych potrzeb:
• ujęć wody
• budowli wodnych
• mostów
• rurociągów (biegnących pod dnem rzeki)
• przepraw wojskowych
Ma na celu:
• zapewnienie stabilności koryta (brak erozji i akumulacji rumowiska)
• zapewnienie bezpiecznej pracy obiektów
IV
3,0%
1,0%
0,5