osa - opis opracowania - regionalny zarząd gospodarki wodnej w

INSTYTUT METEOROLOGII I GOSPODARKI WODNEJ
Oddział Morski w Gdyni
ul. Waszyngtona 42
81-342 Gdynia
WYZNACZENIE GRANIC OBSZARÓW BEZPOŚREDNIEGO ZAGROśENIA
POWODZIĄ W CELU UZASADNIONEGO ODTWORZENIA TERENÓW
ZALEWOWYCH etap II
OSA
CZĘŚĆ OPISOWA
Opracowanie i mapy wykonano w Oddziale Morskim IMGW w Gdyni na zlecenie Regionalnego
Zarządu Gospodarki Wodnej w Gdańsku
mgr inŜ. Barbara Cygan
mgr Krzysztof Lubomirski
dr inŜ. Marzenna Sztobryn
mgr Waldemar Stepko
mgr Anna Śledzka
mgr inŜ. Leszek Kostrzębski
Jarosław Płonka
mgr inŜ. Urszula Józwiak
mgr Bartosz Zakrzewski
Zbigniew Wystyrk
Jakub Ordon
Rafał Szewczyk
Adam Kowalewski
Autorzy:
IMGW Oddział Morski w Gdyni
mgr Alicja Kańska
mgr inŜ. Beata Kowalska
mgr Katarzyna Krzysztofik
mgr inŜ. Beata Letkiewicz
mgr Monika Mykita
mgr Ida Stanisławczyk
mgr inŜ. Marek Wodnicki
Kierownik tematu
IMGW Oddział Morski Gdynia
2004/2005
Spis treści
1. Podstawa opracowania ........................................................................................................ 4
2. Zakres opracowania ............................................................................................................. 5
3. Hydrologia rzeki Osy ........................................................................................................... 7
3.1.Opis hydrograficzny rzeki Osy ........................................................................................ 7
3.2 Charakterystyczne przepływy (SSQ i SNQ) i stany wody (SSW i SNW) na
posterunkach wodowskazowych............................................................................................ 8
3.3 Przepływy i stany wody o prawdopodobieństwie występowania (przewyŜszenia) p=1% i
10% na posterunkach wodowskazowych ............................................................................ 10
3.4. Przepływy o prawdopodobieństwie występowania (przewyŜszenia) p=1% i p=10% na
profilach niekontrolowanych .............................................................................................. 11
3.5. Obliczenia rzędnych zwierciadła wody ........................................................................ 13
4. Wyznaczenie przekrojów poprzecznych koryta rzecznego i przekrojów dolinowych w
miejscach charakterystycznych........................................................................................... 166
4.1. Metodyka pomiarów ................................................................................................... 166
4.2. Forma przekazania danych........................................................................................ 177
5. Wyznaczanie terenów bezpośredniego zagroŜenia powodzią od wody o
prawdopodobieństwie występowania (przewyŜszenia) p=1% i 10% na mapach
topograficznych w skali 1:10 000. ....................................................................................... 188
5.1 Opracowanie podkładów rastrowych map topograficznych w skali 1:10 000........... 188
5.2 Opracowanie warstw tematycznych ............................................................................ 199
5.3 KilometraŜ.................................................................................................................... 199
5.4 Strefy zagroŜenia powodziowego A1 i A10 ................................................................. 199
5.5 Wodowskazy................................................................................................................... 20
5.6 Budowle hydrotechniczne – budowle piętrzące............................................................ 20
5.7 Mosty.............................................................................................................................. 20
5.8 Wały przeciwpowodziowe .............................................................................................. 20
5.9 Gminy............................................................................................................................. 20
5.10 Wydruki........................................................................................................................ 21
6. Literatura ............................................................................................................................ 23
7. Załączniki………………………………………………………………………………… 24
2
Spis tabel i rysunków
Tabela 1. Główne dopływy rzeki Osy……….………..…………………………..……..…....7
Tabela 2. Posterunki wodowskazowe w sieci pomiarowej IMGW na Osie……..……………9
Tabela 3. Charakterystyczne stany wody SSW i SNW na posterunkach Rogóźno i
Lisnowo……………………………………………………………………..……..9
Tabela 4. Przepływy charakterystyczne SSQ i SNQ na posterunkach wodowskazowych
Rogóźno i Lisnowo ……………………………………………………………….9
Tabela 5. Stany wody o prawdopodobieństwie występowania (przewyŜszenia) p=1% i
p=10% na posterunkach Rogóźno i Lisnowo.…………………………...…...…..10
Tabela 6. Obliczone przepływy o prawdopodobieństwie wystąpienia (przewyŜszenia) p=1%
i p=10% na posterunkach Rogóźno i Lisnowo..………………………….……...10
Tabela 7. Przepływy o 1% i 10% prawdopodobieństwie występowania (przewyŜszenia) i
przepływy charakterystyczne SSQ i SNQ obliczone dla przekrojów poprzecznych
rzeki Osy…………………………………………………………………………12
Tabela 8.
Zestawienie rzędnych zwierciadła wody dla przepływów o prawdopodobieństwie
występowania (przewyŜszenia) p=1% i p=10% i przepływów charakterystycznych
SSQ i SNQ w przekrojach poprzecznych rzeki Osy………………………..…..15
Tabela 9. Wykaz wydrukowanych arkuszy map dla rzeki Osa…………………………….21
Rys. 1.
Schematyczny układ arkuszy map rzeki Osy…………………………………….22
Zgodnie
z
i
art.
kartograficzne
18
ustawy
(t.j.
Dz.
z
U.
dnia
17.05.1989
2000
r.
Nr
100,
rozpowszechnianie,
rozprowadzanie
oraz
rozpowszechniania,
rozprowadzania
niniejszych
zezwolenia Marszałka Województwa.
3
r.
–
Prawo
poz.
geodezyjne
1086,
reprodukowanie
materiałów
ze
zm.)
w
celu
wymaga
1. Podstawa opracowania
Opracowanie zostało wykonane na zlecenie Regionalnego Zarządu Gospodarki
Wodnej w Gdańsku nr 35/2003 z dnia 11.07.2003 roku pt: „Wyznaczenie granic obszarów
bezpośredniego zagroŜenia powodzią w celu uzasadnionego odtworzenia terenów
zalewowych”. Głównym celem pracy było wyznaczenie granic obszarów bezpośredniego
zagroŜenia powodzią dla rzeki Osy od wody o prawdopodobieństwie występowania
(przewyŜszenia) p=1% i p=10%.
4
2. Zakres opracowania
Zgodnie z Ustawą Prawo Wodne z dnia 18 lipca 2001r. Art. 82 pkt.1 obszary
bezpośredniego zagroŜenia powodzią obejmują tereny między wałem przeciwpowodziowym
a linią brzegową rzeki, strefę wybrzeŜa morskiego oraz strefę przepływów wezbrań
powodziowych.
Jako podstawę określenia granic stref zagroŜenia powodziowego uznaje się granice
tzw. strefy A1 i A10, określającej zasięg obszaru zalewowego odpowiadającego wysokiemu
powodziowemu przepływowi o objętości przepływu Q, którego prawdopodobieństwo
przewyŜszenia wynosi 1% i 10%.
Zastosowana metodyka wyznaczenia stref zagroŜenia powodziowego zgodna jest z
zasadami określania strefy A1 i A10. Obliczenia zostały wykonywane przy wykorzystaniu
matematycznego modelu jednowymiarowego ruchu wody oraz innych metod hydrologii
stosowanej.
Przeprowadzone prace obejmowały następujące zadania:
1. wyznaczenia charakterystycznych przepływów (SSQ i SNQ) i stanów wody (SSW i
SNW) na posterunkach wodowskazowych,
2. wyznaczenia wartości przepływów i stanów wody o prawdopodobieństwie
przewyŜszenia p=1% i p=10% na posterunkach wodowskazowych,
3. przyjęcie wielkości powierzchni zlewni w profilach charakterystycznych rzeki
(według Mapy Podziału Hydrograficznego Polski” z 2003 roku i „Podziału
Hydrograficznego Polski” z 1983 roku),
4. wyznaczenie wartości przepływów o prawdopodobieństwie przewyŜszenia 1% i 10%
w przekrojach pomiarowych,
5. zaplanowanie, wykonanie (pomiary geodezyjne) i opracowanie kilometraŜu i
przekrojów poprzecznych koryta i doliny rzeki Osy,
6. przeprowadzenie kalibracji modelu i metod hydrologii stosowanej,
7. wykonanie
obliczeń
rzędnych
zwierciadła
wody
dla
przepływów
o
prawdopodobieństwie przewyŜszenia 1% i 10%,
8. naniesienie na podkładowe mapy topograficzne w skali 1:10000 stref zalewu
odpowiadających wyznaczonym rzędnym zwierciadła wody.
5
Część graficzna opracowania składa się z 11 map granic stref zagroŜenia
powodziowego, profilu podłuŜnego oraz 44 przekrojów poprzecznych.
Mapy zasięgu stref zagroŜenia powodziowego wykonano w programie Arc
View. Podkład mapowy stanowiły mapy topograficzne 1:10000 w układzie 1965 przeliczone
do układu 1992. Zgodnie z wymaganiami Zamawiającego opracowane zostały dodatkowe
wektorowe warstwy tematyczne kilometraŜu, wałów przeciwpowodziowych, budowli
mostowych, wodowskazów i granic gmin.
6
3. Hydrologia rzeki Osy
3.1.Opis hydrograficzny rzeki Osy
Zlewnia rzeki Osy leŜy na obszarze województwa warmińsko – mazurskiego i
kujawsko - pomorskiego.
Powierzchnia dorzecza Osy wynosi 1605,03 km2. Całkowita długość rzeki wynosi
112,87 km, w tym w granicach województwa kujawsko – pomorskiego 51 km.
Rzeka Osa bierze początek z jeziora Perkun na Pojezierzu Iławskim. Przepływa przez
Pojezierze Iławskie i Chełmińskie oraz przez wiele jezior (Gardzień, Szymborskie, Dąbrowo,
Trupel), wpada do Wisły w km 842,1 poniŜej Grudziądza. Średni przepływ rzeki przy ujściu
wynosi około 5 m3/s. W swym biegu Osa przyjmuje liczne dopływy, z których największymi
są: Lutryna, Osa i Pręczawa.
W górnej części zlewni Osy przewaŜają utwory sandrowe. Z jeziora Trupel Osa
wypływa dwoma ramionami, przy czym prawe ramię (Młynówka) prowadzi więcej wody niŜ
lewe. Do Szumina rzeka płynie w dolinie o zatorfionym dnie głęboko wciętej w sandr. Od
Bobolic do jeziora PłowęŜ sieć rzeczna jest dobrze rozwinięta a dno doliny Osy fragmentami
zmeliorowane. Na tym odcinku w sąsiedztwie rzeki występuje morena denna z licznymi
zagłębieniami wypełnionymi torfem. Od Lisnowa do ujścia Lutryny Osa płynie w głęboko
wciętej dolinie. Około 10 km przed ujściem Osa jest spiętrzona jazem i oddaje część wód do
Kanału Trynki, przepływającego przez Grudziądz.
Główne dopływy Osy wraz z powierzchniami zlewni zostały przedstawione w tabeli 1.
Tabela 1. Główne dopływy rzeki Osy
Dopływ
Prawy/le
Powierzchnia zlewni
[km2]
wy
rzeka Gardęga
P
309,6
rzeka Lutryna
L
442,6
rzeka Młynówka
P
86,8
rzeka Osówka
P
44,0
7
3.2 Charakterystyczne przepływy (SSQ i SNQ) i stany wody (SSW i SNW) na
posterunkach wodowskazowych
Charakterystyki stanów i przepływów dla rzeki Osy opracowano na podstawie danych
z posterunków sieci pomiarowej Instytutu Meteorologii i Gospodarki Wodnej.
Dla rzeki Osy obliczenia hydrologiczne zostały przeprowadzone dla następujących
profilów wodowskazowych (tabela 2):
Rogóźno,
Lisnowo
Dla kaŜdego z profilów wodowskazowych określono następujące wielkości:
-
stany charakterystyczne SSW i SNW (tabela 3),
-
przepływy charakterystyczne SSQ i SNQ (tabela 4),
-
stany charakterystyczne SSW, SNW oraz o prawdopodobieństwie przewyŜszenia
1% i 10% (tabela 5),
-
przepływy maksymalne roczne o prawdopodobieństwie przewyŜszenia 1% i 10%
(tabela 6).
Wartości
stanów
charakterystycznych
SSW
i
SNW
oraz
o
określonym
prawdopodobieństwie przewyŜszenia obliczono dla dwóch posterunków:
•
Rogóźno (1986-2003)
•
Lisnowo(1986 – 2003)
Wartości przepływów charakterystycznych, a więc średniego SSQ z wielolecia i
średniego niskiego SNQ z wielolecia oraz o określonym prawdopodobieństwie przewyŜszenia
obliczono równieŜ dla dwóch posterunków:
•
Rogóźno (1966 -2003)
•
Lisnowo(1961 - 2003)
PoniŜej przedstawiono posterunki wodowskazowe w sieci pomiarowej IMGW na Osie
wykorzystane do charakterystyki hydrologicznej rzeki.
8
Tabela 2. Posterunki wodowskazowe w sieci pomiarowej IMGW na Osie.
Kilometr
Powierzchnia
zlewni
biegu
rzeki
Rzeka
Rzędna zera
wodowskazu
Wodowskaz
Kr86
2
[km]
[km ]
[m npm]
Osa
18,01
Rogóźno
1134,7
31,34
Osa
39,5
Lisnowo
550,5
54,73
W tabeli 3 i 4 przedstawiono charakterystyczne stany wody oraz charakterystyczne przepływy
na posterunkach wodowskazowych Rogóźno i Lisnowo.
Tabela 3. Charakterystyczne stany wody SSW i SNW na posterunkach wodowskazowych
Rogóźno i Lisnowo
L.p.
Wodowskaz
Okres
SSW
[cm]
Rzędna
wody
SSW
SNW
[cm]
[m npm]
Rzędna
wody
SNW
[m npm]
1
Rogóźno
1986-2003
78
32,12
41
31,75
2
Lisnowo
1986-2003
95
55,68
43
55,46
Tabela 4. Przepływy charakterystyczne SSQ i SNQ na posterunkach wodowskazowych Nowe
Rogóźno i Lisnowo
L.p.
1
2
Wodowskaz
Rogóźno
Lisnowo
Okres
SSQ
[m3/s]
SNQ
[m3/s]
1966-2003
1961-2003
4,68
2,45
1,35
0,66
9
3.3 Przepływy i stany wody o prawdopodobieństwie występowania (przewyŜszenia)
p=1% i 10% na posterunkach wodowskazowych
Przepływy
maksymalne
o
określonym
prawdopodobieństwie
przewyŜszenia
wyznaczono w oparciu o „Zasady obliczania przepływów rocznych o określonym
prawdopodobieństwie przewyŜszenia” autorstwa prof. M. Ozgi-Zielińskiej i zespołu.
Najlepiej dopasowaną funkcją i najbardziej wiarygodną dla odwzorowania rozkładu
maksymalnych przepływów rocznych o prawdopodobieństwie występowania (przewyŜszenia)
p=1% i 10% jest funkcję rozkładu Weibulla.
Przy
wyznaczaniu
stanów
wody
o
prawdopodobieństwie
występowania
(przewyŜszenia) p=1% i 10% jako najbardziej wiarygodny rozkład przyjęto funkcję wartości
ekstremalnych.
Wyniki obliczeń zostały przedstawione w tabelach 5 i 6.
Tabela 5. Stany o prawdopodobieństwie występowania (przewyŜszenia) p=1% i p=10% na
posterunkach Rogóźno i Lisnowo
Rzędna zera
Wodowskaz
Stan
Rzędna
wody
Stan
Rzędna
wody
p=1%
p=1%
p=10%
p=10%
[cm]
[m npm]
[cm]
[m npm]
wodowskazu
Kr86
Okres
[m npm]
Rogóźno
31,34
1986-2003
312
34,46
251
33,85
Lisnowo
54,73
1986-1998
240
57,13
210
56,83
Tabela 6. Obliczone przepływy o prawdopodobieństwie wystąpienia (przewyŜszenia) p=1% i
p=10% na posterunkach Nowe Sadłuki i Baranówka
L.p.
Przepływ
Wodowskaz
Q p=1%
[m3/s]
1
2
Rogóźno
Lisnowo
34,81
16,43
10
Przepływ
Q p=10%
[m3/s]
25,54
12,13
3.4. Przepływy o prawdopodobieństwie występowania (przewyŜszenia) p=1% i p=10%
na profilach niekontrolowanych
W praktyce inŜynierskiej w zaleŜności od połoŜenia przekroju obliczeniowego w stosunku
do przekrojów wodowskazowych stosowana jest metoda interpolacji lub metoda
ekstrapolacji, przy załoŜeniu, Ŝe przyrost zlewni między przekrojem wodowskazowym i
obliczeniowym nie przekracza ±20% w stosunku do powierzchni zlewni w przekroju
obliczeniowym.
Dla
profili
niekontrolowanych
poszczególne
wartości
przepływów
charakterystycznych (Qmaxp1%, SSQ i SNQ) w profilach kontrolowanych obliczono poprzez
interpolację bądź ekstrapolację wg wzorów:
 A 
Q o = Q w ∗  o 
 Aw 
Qo = Qw1 +
n
(1)
Qw 2 − Qw1
( Ao − Aw1 )
Aw 2 − Aw1
(2)
gdzie
Qo - wartość charakterystyki przepływu w przekroju obliczeniowym,
Qw - wartość charakterystyki przepływu w przekroju wodowskazowym,
Ao - wielkość powierzchni zlewni zamkniętej przekrojem obliczeniowym,
Aw - wielkość powierzchni zlewni zamkniętej przekrojem wodowskazowym
n - parametr empiryczny.
Do
obliczenia
wartości
przepływów
minimalnych
i
średnich
(przekroje
obliczeniowe)przyjęto wartość n = 1, natomiast do obliczenia przepływów maksymalnych i
maksymalnych o określonym prawdopodobieństwie przewyŜszenia przyjęto n = 2/3. Wartość
n<1 przy przepływach maksymalnych wynika z faktu spłaszczania się fali wezbraniowej
przemieszczającej się wzdłuŜ rzeki.
Wyniki obliczeń zostały przedstawione w tabeli 7.
11
Tabela 7. Przepływy o 1% i 10% prawdopodobieństwie występowania (przewyŜszenia) i
przepływy charakterystyczne SSQ i SNQ obliczone dla przekrojów poprzecznych dla rzeki
Osy.
Miejsce przekroju
Rzeka Młynówka dopływ prawy
Rzeka Lutryna dopływ lewy
Rzeka Gardęga dopływ prawy
Qmaxp1%
[m3/s]
Qmaxp10%
[m3/s]
SSQ
[m3/s]
SNQ
[m3/s]
12,81
24,54
34,8
9,46
18,11
25,54
1,91
3,66
4,68
0,51
0,99
1,35
12
3.5. Obliczenia rzędnych zwierciadła wody
Obliczenia hydrauliczne zostały wykonane przy wykorzystaniu modelu MIKE-11
(Danish Hydraulic Institute) – jednowymiarowy model hydrodynamiczny dla koryt rzecznych
i terenów zalewowych oraz metod hydrologii stosowanej.
MIKE 11 jest inŜynierskim pakietem oprogramowania dla badań symulacyjnych min.
w hydrologii i hydraulice. Model moŜe uwzględniać takŜe wpływ dodatkowych obiektów jak:
zbiorniki retencyjne, budowle wodne, wały przeciwpowodziowe.
Matematyczną aplikację HD charakteryzują głównie równania Saint Venant’a:
∂Q
∂z
+B
− qB = 0
∂x
∂t
∂ Q QB ∂ z α Q ∂ Q α Q 2 ∂ A
∂z Q Q
(
+
)=0
−
+
−
+
gA
∂t
A ∂t
A ∂x
A2 ∂x
∂x
K2
(3)
(4)
Równanie (3) opisuje prawo zachowania masy, a równanie (4) prawo zachowania
pędu.
Przyjęto następujące oznaczenia:
Q - natęŜenie przepływu [m3/s],
t - czas [s],
z - rzędna zwierciadła wody [m],
B - szerokość zwierciadła wody [m],
q - dopływ boczny rozłoŜony na jednostkę długości [m2/s],
A - powierzchnia przekroju czynnego [m2],
& - współczynnik korygujący dla niejednostajnego rozkładu prędkości w przekroju,
g - przyspieszenie ziemskie [m/s2],
K - przepustowość koryta przy jednostkowym spadku [m3/s],
W tabeli 8 zostało przedstawione zestawienie rzędnych zwierciadła wody dla
przepływów o prawdopodobieństwie występowania (przewyŜszenia) p=1% i p=10% i
przepływów charakterystycznych SSQ i SNQ w przekrojach poprzecznych rzeki Osy.
13
Rzędne zwierciadła wody górnej na budowlach piętrzących ogólnie wyznaczano według
uzgodnień z RZGW:
1. rzędna zwierciadła wody dla przepływu o prawdopodobieństwie przewyŜszenia 1% i 10%
równa maksymalnemu piętrzeniu z pozwolenia wodnoprawnego;
rzędna zwierciadła wody dla przepływu SSQ i SNQ równa rzędnej zwierciadła wody w
dniu pomiaru,
2. w przypadku gdy rzędna pomierzonej wody górnej jest wyŜsza od rzędnej maksymalnego
piętrzenia podanego w pozwoleniu wodoprawnym, przyjmowano:
rz zww dla Q1% = rz zww dla Q10% = rz zww dla SNQ = rz zww dla SSQ = rzędna zww
pomierzona w danym dniu,
3. gdy brak pozwolenia wodnoprawnego i rzędnej maksymalnego piętrzenia przyjmowano
rz zww dla Q1% = rz zww dla Q10% = rz zww dla SNQ = rz zww dla SSQ = rzędna zww
pomierzona w danym dniu.
14
Tabela 8. Zestawienie rzędnych zwierciadła wody dla przepływów o prawdopodobieństwie
występowania (przewyŜszenia) p=1% i p=10% i przepływów charakterystycznych SSQ i
SNQ w przekrojach poprzecznych rzeki Osy
Nr
przekroju
KilometraŜ
[km]
Rzędna zww
dla Q1%
[m n.p.m.]
Rzędna zww
dla Q10%
[m n.p.m.]
Rzędna zww
dla SSQ
[m n.p.m.]
Rzędna zww
dla SNQ
[m n.p.m.]
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
0.480
1.010
3.960
4.700
7.290
8.780
9.610
10.350
15.560
18.430
19.320
22.000
28.700
29.360
32.140
38.860
42.490
42.810
46.540
50.700
52.030
56.290
59.740
60.480
63.260
64.440
67.300
69.810
71.130
71.570
75.600
81.780
84.100
85.010
87.300
90.610
92.090
97.470
98.490
101.650
105.490
109.880
110.840
112.850
22.61
22.61
22.61
22.86
22.99
25.23
25.31
26.76
31.56
33.75
34.46
36.00
41.00
42.58
44.44
48.87
50.05
52.52
57.13
62.03
62.60
64.36
65.68
67.38
73.33
77.00
79.19
81.19
82.77
83.89
87.58
88.05
88.21
88.43
89.66
90.50
90.82
97.35
97.38
98.06
102.66
103.06
103.94
108.56
20.80
20.80
20.80
20.97
22.35
24.21
24.85
26.70
31.36
33.18
33.85
35.45
40.85
42.51
44.26
48.48
49.92
52.50
56.83
61.78
62.30
64.01
65.33
67.13
73.00
76.82
79.06
81.06
82.59
83.78
87.41
87.83
87.98
88.21
89.49
90.26
90.60
97.20
97.23
98.06
102.66
103.06
103.94
108.56
15.810
15.915
16.973
18.304
19.892
21.959
23.276
26.652
28.715
30.733
32.12
33.156
39.201
42.357
42.951
46.712
49.836
52.491
55.68
60.659
61.437
63.047
64.824
66.483
72.295
76.601
78.710
80.548
82.401
83.358
86.40
86.728
87.034
87.259
88.643
89.365
89.823
96.677
96.809
97.342
102.463
103.024
103.937
108.564
14.733
14.983
16.62
18.12
19.652
21.80
23.13
26.53
28.475
30.235
31.75
32.69
39.15
42.31
42.515
46.148
49.75
52.49
55.46
60.25
60.944
62.493
64.35
66.05
71.95
76.41
78.43
80.33
82.15
83.165
85.87
86.361
86.683
87.09
88.503
89.174
89.540
96.447
96.722
97.330
102.433
103.008
103.895
108.564
15
4. Wyznaczenie przekrojów poprzecznych koryta rzecznego i
przekrojów dolinowych w miejscach charakterystycznych.
Jednym z pierwszych etapów realizacji projektu było wykonanie przekrojów
poprzecznych koryta rzeki w miejscach charakterystycznych wraz z charakterystycznymi
przekrojami dolinowymi oraz, w oparciu o przekroje poprzeczne koryta rzeki, wykonanie
przekroju podłuŜnego rzeki Osy.
Na rzece wprowadzono nowy kilometraŜ, który został naniesiony na mapy
topograficzne w układzie „1965” w skali 1:10 000.
4.1. Metodyka pomiarów
Wszystkie pomiary hipsometryczne wykonywano w geodezyjnym poziomym układzie
współrzędnych PUWG 1992 i pionowym poziomie odniesienia Kronsztad 86’. Na podstawie
map topograficznych 1:10 000 oraz wizji lokalnej wytyczano w terenie profile przekrojów
hipsometrycznych poprzez stabilizację palikami dwóch punktów wyznaczających profil.
Do pomiarów geodezyjnych wykorzystano stację tachimetryczną NIKON DTM-501 oraz
aparaturę opartą o technikę GPS (Globalny System Pozycyjny). UŜyto odbiorników GPS
Trimble 5700 z anteną Zephyr – odbiornik ruchomy i Zephyr Geodetic – odbiornik bazowy z
radiową transmisją „sygnału korekcyjnego” w czasie rzeczywistym oraz rejestratora GPS
Trimble TSC [ 2, 3, 4, 5 ]. Część pomiarów wykonano pracując w opcji RTK (pomiary w
czasie rzeczywistym), a część wykonując pomiary statyczne w opcji FastStatic
(postprocessing). Zastosowany sprzęt umoŜliwia wykonanie pomiarów z dokładnością
wymaganą przez Instrukcję Techniczną GUGiK G-1-10 oraz pozwala na wykonywanie
pomiarów bez konieczności zakładania sieci poligonów. Współrzędne zastabilizowanych w
terenie punktów określano metodą statyczną GPS. Do pomiarów były uŜywane dwa
odbiorniki TRIMBLE 5700 pracujące w trybie FastStatic. Stacje bazowe ustawiano na
punktach naleŜących do sieci punktów POLREF, których współrzędne w układzie WGS-84 i
„1992” wraz z wysokościami elipsoidalnymi otrzymano z Centralnego Ośrodka
Dokumentacji Geodezyjno-Kartograficznej w Warszawie. Obliczenia na elipsoidzie WGS-84
wykonano przy pomocy oprogramowania TRIMBLE GEOMATICS OFFICE Version 1.61.
RóŜnice wysokości geoidy niwelacyjnej i elipsoidy odniesienia obliczono z modelu „Geoidy
niwelacyjnej 2002” wprowadzonej do stosowania przez Głównego Geodetę Kraju.
16
Wyznaczenie tych róŜnic jest konieczne do przeliczeń wysokości elipsoidalnych do
obowiązującego układu wysokości. Pomiary na przekrojach wykonano przy pomocy stacji
tachimetrycznej NIKON serii DTM-501. Przeliczenia współrzędnych pomiędzy układami
„1965” i „1992” wykonano posługując się oprogramowaniem GEONET_unitrans wersja 8.2.
Obliczenia pikiet wykonano programem WinKalk wersja 3.7.
Pomiary przepływu na wytypowanych profilach zostały wykonane za pomocą
prądomierza akustycznego Workhorse Rio Grande ADCP firmy RD Instruments. Przetwornik
prądomierza doplerowskiego wraz z zintegrowaną z nim anteną GPS holowany był za łodzią
motorową wzdłuŜ profilu.
Do wyznaczenia przepływów uŜywano standardowego oprogramowania WinRiver
firmy RD Instruments.
W kaŜdej sesji pomiarowej wyznaczano aktualną rzędną zwierciadła wody dowiązując
ją stacją tachimetryczną do punktów bazowych o wyznaczonej wysokości.
4.2. Forma przekazania danych
Rezultaty prac pomiarowych wykonanych przez Oddział Morski IMGW w Gdyni
przedstawiono
w
załącznikach
zawierających
przekroje
poprzeczne
i
podłuŜne
poszczególnych rzek.
Wszystkie tabele, materiał zdjęciowy oraz przekroje poprzeczne i profile podłuŜne
zostały zapisane na dysku CD będącym integralną częścią tego opracowania.
17
5. Wyznaczanie terenów bezpośredniego zagroŜenia powodzią od
wody
o
prawdopodobieństwie
występowania
(przewyŜszenia)
p=1% i 10% na mapach topograficznych w skali 1:10 000.
Do tworzenia map stref zagroŜenia powodziowego został wykorzystany program Arc
View GIS. Pozwoliło to na stworzenie mapy tematycznej, w której poszczególne elementy
składowe mapy zapisane są w oddzielnych warstwach tematycznych.
5.1 Opracowanie podkładów rastrowych map topograficznych w skali 1:10 000
Ze względu na brak wektorowych map z terenu zlewni Osy jako podkłady mapowe
wykorzystane do tworzenia warstw tematycznych map zagroŜenia powodziowego rzeki Osy
wykorzystano rastrowe mapy topograficzne w skali 1:10 000 w układzie "PUWG - 1965.
Obrazy rastrowe zostały zapisane jako monochromatyczne w formacie TIFF z rozdzielczością
300dpi. Schematyczny układ arkuszy map wykorzystanych w opracowaniu przedstawiono na
rys 1.
Obrazy rastrowe zostały przeliczone do układu PUWG-1992 zgodnie z algorytmami
przeliczeniowymi zawartymi w instrukcji "Wytyczne techniczne. G-1.10. Formuły
odwzorowawcze i parametry układów współrzędnych."
Przejścia transformacyjne realizowane były na podstawie następującego schematu:
18
Przy tworzeniu nowych przeliczonych plików wykorzystano metodę interpolacji
najbliŜszego sąsiedztwa. W metodzie tej wartość nowego piksela zostaje przypisana na
podstawie wartości piksela najbliŜszego do transformowanego.
5.2 Opracowanie warstw tematycznych
Na podstawie uzyskanych informacji z róŜnych ośrodków administracji, pomiarów
terenowych, obliczeń hydraulicznych i opracowanych podkładów rastrowych opracowano dla
Osy następujące warstwy tematyczne:
-
kilometraŜ rzeki,
-
wodowskazy,
-
mosty,
-
budowle hydrotechniczne – budowle piętrzące,
-
wały przeciwpowodziowe,
-
granice gmin,
-
strefy bezpośredniego zagroŜenia powodziowego od wody 1% i 10%.
5.3 KilometraŜ
Warstwa kilometraŜu została opracowana w celu właściwego odwzorowania
odległości pomiędzy poszczególnymi przekrojami poprzecznymi. Wyznaczony został poprzez
pomiar odległości w linii nurtu koryta rzeki na podkładach mapowych w skali 1:10 000.
Próby określenia lokalizacji przekroi na podstawie kilometraŜu według ”Podziału
hydrograficznego Polski” IMGW 1983 prowadziły do występowania niewłaściwych
odległości pomiędzy przekrojami. Przyczyny takiego stanu rzeczy upatrywać naleŜy w tym, iŜ
kilometraŜ przedstawiony w „Podziale hydrograficznym Polski” opracowany był na
podstawie map w skali 1:50000.
5.4 Strefy zagroŜenia powodziowego A1 i A10
Rodzaj warstwy – poligon.
Podstawą do wyznaczenia granic stref były punkty pomiarowe przekrojów
poprzecznych oraz podkład mapowy ze szczególnym uwzględnieniem informacji o rzeźbie
terenu doliny rzeki tj. warstwic i pikiet wysokościowych.
PoniewaŜ za podstawę wykreślenia granic przyjęto dane wysokościowe z map
topograficznych w skali 1:10 000, moŜe powodować to niedokładności zasięgu zalewu w
19
stosunku do map bardziej dokładnych (np. map do celów projektowych). W przypadku
wystąpienia w/w niedokładności decyduje rzędna zwierciadła wody. Rzędną moŜna odczytać
z tabeli Osa-przekrój podłuŜny.xls w katalogu „Osa opracowanie” na płycie CD. Rzędne
pomiędzy punktami załamania moŜna obliczać korzystając z metody aproksymacji liniowej
(jest to linia prosta).
5.5 Wodowskazy
Typ warstwy – punkty.
Warstwa lokalizacji posterunków wodowskazowych Instytutu Meteorologii i
Gospodarki Wodnej została opracowana na podstawie danych historycznych IMGW
zweryfikowanych pomiarami terenowymi.
5.6 Budowle hydrotechniczne – budowle piętrzące
Typ warstwy – punkty.
Warstwę lokalizacji budowli piętrzących opracowano na podstawie materiałów
przekazanych przez RZGW Gdańsk, pomiarów terenowych jak równieŜ informacji
pozyskanych w powiatach oraz gminach na terenie, których znajdowały się budowle.
5.7 Budowle mostowe
Typ warstwy – punkty.
Warstwa lokalizacji budowli mostowych opracowana została na podstawie materiałów
przekazanych przez RZGW Gdańsk oraz pomiarów terenowych.
5.8 Wały przeciwpowodziowe
Typ warstwy – linia.
Warstwa lokalizacji wałów przeciwpowodziowych opracowana została na podstawie
„Zestawienia oceny stanu technicznego wałów przeciwpowodziowych” uzyskanych z
WZMiUW województwa warmińsko-mazurskiego.
5.9 Gminy
Typ warstwy – linia.
20
Warstwa granic poszczególnych gmin opracowana zgodnie z obecnie panującym
podziałem administracyjnym. RóŜnica pomiędzy przebiegiem granic gmin na mapach
topograficznych, a wektorową warstwą podziału administracyjnego wynika z wykorzystania
jako źródła danych dla warstwy wektorowej map topograficznych w mniejszej skali tzn. 1:
100 000. Stąd teŜ granice w formie wektorowej nie są tak dokładne jak granice jednostek
administracyjnych przedstawione na podkładowych mapach topograficznych 1:10 000.
Część geometryczna wektorowych warstw tematycznych została uzupełniona o tabele
danych atrybutowych dla poszczególnych obiektów.
Wszystkie warstwy wektorowe zostały zapisane w formacie *.shp (programu
ArcView)
5.10 Wydruki map
Kompozycje map zawierających obrazy rastrowe map topograficznych oraz zestawy
danych wektorowych zostały wydrukowane barwnie. Obszar wydruku map jest zgodny z
obszarem podkładowych map topograficznych w skali 1:10 000.
Tabela 9. Wykaz wydrukowanych arkuszy map dla rzeki Osa.
Numer mapy
KilometraŜ
Rzeki Osa
1
0+000 ÷ 7+000
2
7+000 ÷ 20+000
3
20+000 ÷ 33+000
4
33+000 ÷ 50+000
5
50+000 ÷ 58+000
6
58+000 ÷ 68+000
7
68+000 ÷ 80+000
8
80+000 ÷ 90+000
9
90+000 ÷ 98+000
10
98+000 ÷ 106+000
11
106+000 ÷ 112+000
21
22
6. Literatura
1.
Bajkiewicz-Grabowska E., Magnuszewski A., Mikulski Z., Hydrometria, PWN,
Warszawa 1993
2.
IMPEXGEO, Instrukcja Obsługi Rejestratora GPS Trimble TSCe.
3.
IMPEXGEO, Odbiorniki GPS 5700.
4.
IMPEXGEO, Oprogramowanie Rejestratora GPS Trimble TSCe Survey Conntroller
v.10.6. Podstawowe informacje uŜytkownika.
5.
IMPEXGEO, Oprogramowanie TRIMBLE GEOMATICS OFFICE.
6.
IMPEXGEO, TOTAL STATION Seria DTM – 501, Instrukcja obsługi.
7.
Kietlińska Z., Walczak S., Miernictwo w Budownictwie Lądowym i Wodnym, WSziP,
Warszawa 1997.
8.
Kosiński W., Geodezja, Wyd. SGGW, Warszawa 2002.
9.
Nachlik E., Kostecki S., Gądek W., Stochmal R. „Strefy zagroŜenia Powodziowego“
Biuro Koordynacji Projektu Banku Światowego, Wrocław 2000
10.
Ozga-Zielińska M., Brzeziński J., Hydrologia stosowana, PWN, Warszawa 1994.
11.
Pasławski Z., Metody Hydrometrii Rzecznej, IMGW, WKiŁ, Warszawa 1973.
12.
Praca zbiorowa pod kier. Juliusza Stachy, Podział Hydrologiczny Polski, IMGW,
Warszawa 1986.
13.
Instrukcja modelu HEC-RAS Hydraulic Reference Manual
23
7. Załączniki
•
Profile:
o podłuŜny
o poprzeczne
•
Mapy stref bezpośredniego zagroŜenia powodzią na rzece Osie
•
Opracowanie w formie elektronicznej na płycie CD
Zawartość płyty:
1. Katalog "Osa opracowanie" zawiera podkatalogi:
-Osa poprzeczne a-cad,
-Osa podłuŜne a-cad,
-zdjęcia budowle hydrotechniczne,
oraz pliki w formacie *.xls:
-Osa zestawienie (opis rzeki, kilometraŜ, m. przekrojów, dopływy i odpływy, budowle
hydrotechniczne, budowle opis, wodowskazy, pozwolenia wodnoprawne),
- Osa przekrój podłuŜny,
- Osa profile poprzeczne,
oraz plik w formacie *.doc z opisową częścią projektu
2. Katalog "Warstwy_map" zawiera warstwy wektorowe w formacie *.shp:
- ″gminy92_1_region″ - podział na gminy,
- "mosty" - lokalizacja mostów,
- "budowle piętrzące"- lokalizacja budowli hydrotechnicznych,
- "kilometraŜ 2004" - warstwa punktowa kilometraŜu rzeki,
- "wały przeciwpowodziowe" - lokalizacja obwałowań,
- "posterunki wodowskazowe" - lokalizacja posterunków wodowskazowych,
- "przekroje wykonane" - lokalizacja punktów pomiarowych przekrojów poprzecznych,
- "osa-10%" - tereny o prawdopodobieństwie wystąpienia wody 10%,
- "osa-1%" - tereny o prawdopodobieństwie wystąpienia wody 1%.
3. Katalog "Wydruki" zawiera w podkatalogach ("eps", "jpg") przygotowane do wydruku
kompozycje map w formatach *.eps i *.jpg.
4. Katalog "Rastry" zawiera warstwy rastrowe podkładów topograficznych w formacie *tif.
24