Załącznik nr 2.0 Ocena zdolności przepustowej terenów zalewowych dla rzek: Odra, Nysa Kłodzka, Nysa Łużycka, Bóbr, Bystrzyca, Biała Głuchołaska

Transkrypt

1 programie działań Etap I Załącznik nr 2.0 Ocena zdolności przepustowej terenów zalewowych dla rzek: Odra, Nysa Kłodzka, Nysa Łużycka, Bóbr, Bystrzyca, Biała Głuchołaska Wykonawca: Kraków, 2013/2015

2 Kierownik projektu: mgr inż. Karolina Maciaszczyk Zespół projektowy: mgr inż. Ewa Laskosz mgr inż. Zbigniew Gabryś dr inż. Jerzy Grela mgr Jaromir Borzuchowski mgr inż. Magdalena Grzebinoga mgr inż. Michał Olszar mgr inż. Michał Jarząbek mgr inż. Ewa Nykiel mgr inż. Alicja Gołębiewska mgr inż. Klaudia Sanek mgr inż. Justyna Karkoszka mgr inż. Danuta Kabacka 2

3 Spis treści: 1. Podstawa realizacji pracy Cel i zakres opracowania Wstęp Metodologia Sposób prowadzenia prac Materiały wykorzystane podczas sporządzania opracowania Kryteria do wskazania obszarów wycinki drzew Formy i wysokość zarośli, krzewów i drzew porastających obszar opracowania Roślinność a zmiana warunków przepływu Wybór miejsc wymagających usunięcia drzew i krzewów Kryteria twarde wynikające z celu projektu Kryteria miękkie ograniczające kryteria twarde Przyrodnicze kryteria ograniczające kryteria twarde Opracowane warianty w zakresie odpowiedniego zagospodarowania doliny zalewowej Rekomendacje w zakresie odpowiedniego zagospodarowania doliny zalewowej Hydrologia Opis programu HEC-RAS - metodyka obliczeń hydraulicznych Analiza przepustowości koryta analiza hydrauliczna stanu istniejącego W Spis tabel...39 Spis rysunków

4 programie działań Etap I 1. Podstawa realizacji pracy Niniejszy dokument pn.: Program wycinki drzew i krzewów na obszarach szczególnego zagrożenia powodzią dla RZGW we Wrocławiu wraz ze strategiczną oceną oddziaływania na środowisko, dotyczącą zaplanowanych w tym programie działań etap I został wykonany zgodnie z umową nr UC-460/6/2013/EP-150 zawartą we Wrocławiu w dniu r. pomiędzy Regionalnym Zarządem Gospodarki Wodnej we Wrocławiu jako Zamawiającym, a firmą MGGP S.A. z siedzibą w Tarnowie jako Wykonawcą. 2. Cel i zakres opracowania Projekt pn.: Program wycinki drzew i krzewów na obszarach szczególnego zagrożenia powodzią dla RZGW we Wrocławiu wraz ze strategiczną oceną oddziaływania na środowisko, dotyczącą zaplanowanych w tym programie działań jest realizowany ze środków Narodowego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej. Głównym elementem opracowania jest przygotowanie programu wycinki drzew i krzewów na obszarach szczególnego zagrożenia powodzią dla RZGW we Wrocławiu, na podstawie wykonanych skróconych opisów taksacyjnych oraz przeprowadzonej oceny zdolności przepustowości terenów zalewowych dla rzek, które zostały określone przez Zamawiającego. Analizie podlegają bufory rzek: Odra, Nysa Kłodzka, Nysa Łużycka, Bóbr, Bystrzyca, Biała Głuchołaska. Zgodnie z Prawem wodnym obszarach szczególnego zagrożenia powodzią rozumie się przez to: a) obszary, na których prawdopodobieństwo wystąpienia powodzi jest średnie i wynosi raz na 100 lat, b) obszary, na których prawdopodobieństwo wystąpienia powodzi jest wysokie i wynosi raz na 10 lat, c) obszary, między linią brzegu a wałem przeciwpowodziowym lub naturalnym wysokim brzegiem, w który wbudowano trasę wału przeciwpo-wodziowego, a także wyspy i przymuliska, o których mowa w art. 18, stanowiące działki ewidencyjne, d) pas techniczny w rozumieniu art. 36 ustawy z dnia 21 marca 1991 r. o obszarach morskich Rzeczypospolitej Polskiej i administracji morskiej Bufor obszaru ONNP dla jakiego należy przeprowadzić analizę przepustowości koryta został przekazany Wykonawcy przez Zamawiającego. Obszar pochodzi z opracowania Wyznaczenie zasięgów obszarów chronionych w obrębie dolin rzek: Odry, Nysy Kłodzkiej,

5 Nysy Łużyckiej, Bobru, Bystrzycy i Białej Głuchołaskiej na obszarze działania Regionalnego Zarządu Gospodarki Wodnej we Wrocławiu z luty/marzec 2013r. opracowanego przez Biuro Prac Studialnych Andrzej M. Borowicz. Wg tego opracowania obszary ONNP zostały wyznaczone we Wstępnej Ocenie Ryzyka Powodziowego. Analiza przepustowości koryta została przeprowadzona w obszarze ONNP bufor przekazanym przez Zamawiającego. Zgodnie z powyższym opracowaniem ONNP ( bufor ), jest obszarem gdzie w głównej mierze następuje przepływ wód wezbraniowych i powodziowych (w warunkach technicznych zamówienia zdefiniowano, że jest to obszar międzywala, a tam gdzie brak jest obwałowania granica tego podobszaru przebiega w odległości ca. 50 m od granicy cieku odległość ta uzależniona jest od geometrii doliny cieku). 3. Wstęp Program wycinki drzew i krzewów na obszarach szczególnego zagrożenia powodzią dla RZGW we Wrocławiu wraz ze strategiczną oceną oddziaływania na środowisko dotyczącą zaplanowanych w tym programie działań będzie stanowił wytyczne do utrzymania właściwych warunków przepływu wód powodziowych na rzekach: Odra, Nysa Kłodzka, Nysa Łużycka, Bóbr, Bystrzyca oraz Biała Głuchołaska. W opracowaniu tym określono optymalny zasięg obszarów porostu drzew i krzewów przewidzianych do usunięcia z doliny zalewowej w celu zapewnienia bezpiecznego przepuszczania wezbrań powodziowych, a także zostały w nim wskazane działania mające na celu uformowanie i utrzymanie właściwego stanu zadrzewień i zakrzaczeń na obszarach szczególnego zagrożenia powodzią. Program ten zostanie poddany strategicznej ocenie oddziaływania na środowisko. Na podstawie ustawy Prawo wodne dyrektor RZGW we Wrocławiu będzie wydawał decyzje nakazujące usunięcie drzew i krzewów z uwzględnieniem wyników analiz przeprowadzonych w ramach opracowania oraz szczegółowych inwentaryzacji terenowych. Spowolnienie przepływu wody oraz piętrzenie poziomu zwierciadła wody może wynikać z roślinności porastającej obszary zagrożenia powodziowego. Ma to niekorzystny wpływ na pobliską infrastrukturę oraz mienie i życie ludzkie. Może również wpływać na opóźnienie odpływu wody ze zlewni, zwiększenie odporności koryta na erozję czy też rozpraszanie energii falowania. Z uwagi na powyższe część skutków można uznać za pozytywne i sprzyjające działalności gospodarczej człowieka, pozostałe zaś za szkodliwe. Warto zauważyć iż w Europie, w ciągu ostatnich lat, doszło do istotnych zmian w podejściu do spraw powodziowych. Pojęcie ochrona przed powodzią związana z dominującym wykorzystaniem metod technicznych zastępowane jest pojęciem ograniczenie skutków powodzi. W tym podejściu do osiągnięcia celu wykorzystuje się rozmaite metody, w których 5

6 hydrotechnika zajmuje ważne, ale niekoniecznie najistotniejsze miejsce. Obecnie działania sprowadzają się przede wszystkim do ochrony lub odtwarzania naturalnej retencji zlewni, ograniczania zabudowy na terenach zalewowych oraz przygotowania zagrożonych społeczności i obiektów zlokalizowanych na terenach zalewowych na wystąpienie niekorzystnych zjawisk hydrologicznych. Podjęcie tematu wycinki drzew i krzewów w skali całych zlewni jest znaczącym krokiem w przód w zarządzaniu wodami. Odzwierciedla także aktualną politykę zarządzania zlewniowego, wprowadzoną do polskiego prawa zgodnie z przepisami Ramowej Dyrektywy Wodnej i uszczegółowianą w zakresie ochrony przeciwpowodziowej Dyrektywą w sprawie oceny ryzyka powodziowego i zarządzania nim. Wskazanie ostatecznych miejsc potencjalnej wycinki drzew i krzewów przeprowadzono w kilku etapach: I. W pierwszej kolejności wstępnie zidentyfikowano obszary zatorogenne tj. miejsca w których roślinność powoduje znaczne zawężenie światła przepływu, co zwiększa ryzyko powodzi. W tym celu wykorzystano następujące informacje: położenie mostów, budowli wodnych i innych (tj. miejsc potencjalnie zatorogennych i ograniczających przepływ) internetowe serwisy mapowe II. Kolejnym etapem była inwentaryzacja terenu, podczas której wstępnie wytypowane obszary zostały uzupełnione o informację dotyczącą lokalizacji drzew i krzewów a także ocenę ich stanu. Obserwacje prowadzono w okresie lata Inwentaryzowane elementy następnie odwzorowano w środowisku GIS, gdzie otrzymały odpowiedni opis oraz w formie tabelarycznej skróconych opisów taksacyjnych (do opracowania załączono bazę danych). III. Trzeci etap prac sprowadzał się do analizy materiałów cyfrowych w środowisku GIS, dzięki której powstała obszerna baza danych. Materiałami wejściowymi były: Ortofotomapa NMT (Numeryczny Model Terenu) i NMPT (Numeryczny Model Pokrycia Terenu), które wykorzystano do opracowania profili poprzecznych dolin rzecznych dokonanych integralnie z warstwą wydzieleń Warstwa przestrzenna przedstawiająca geometrię cieków wraz z kilometrażem RZGW we Wrocławiu (przyjęto historyczny kilometraż dla Odry) Przepływy mieszczące się w międzywalu i buforze przekazanym przez Zamawiającego 6

7 Powstałe warstwy przestrzenne shp. zawierające lokalizację obiektów inwentaryzowanych w terenie roślinność a w razie potrzeby inne obiekty oraz wszelkie informacje dodatkowe zostały zebrane w postaci geobazy obsługiwanej przez oprogramowanie ESRI. Opracowaną bazę danych uzupełniono o wynikowe rekomendacje dotyczące potencjalnej wycinki drzew i krzewów, która została wyznaczona m.in. na podstawie stopnia pokrycia roślinnością oraz jakością owego pokrycia (informacje z inwentaryzacji w terenie, NMPT i ortofotomapy). 7

8 Wrocławiu wraz ze strategiczną oceną oddziaływania na środowisko, dotyczącą zaplanowanych w tym programie działań Etap I Rysunek 1. Analizowany obszar

9 programie działań Etap I 4. Metodologia 4.1. Sposób prowadzenia prac Prace rozpoczęto wytypowaniem potencjalnych miejsc, mogących utrudniać swobodny przepływ wód powodziowych oraz miejsc zatorogennych. Obszar analiz zajmował powierzchnię wzdłuż wybranych cieków mieszczącą się w międzywalu i buforze przekazanym przez Zamawiającego. Wybrane do dalszych analiz miejsca miały za zadanie zminimalizowanie zagrożenia i ograniczenie ryzyka powodziowego. Wstępne wytypowanie wyżej wspomnianych miejsc uwzględniało w szczególności podatność terenów na straty, formy ochrony przyrody oraz wynikające z niej ograniczenia prawne a także obiekty inżynieryjne (mosty, wały itp.). Analiza ta pozwoliła na weryfikację wstępnej listy miejsc mogących potencjalnie utrudnić przepływ wód powodziowych i miejsc zatorogennych oraz wpłynęła na jej zdecydowane poszerzenie Materiały wykorzystane podczas sporządzania opracowania Wśród materiałów wykorzystanych do sporządzenia niniejszego opracowania znalazły się m.in.: przebiegi cieków z ich kilometrażem pochodzące z zasobów RZGW we Wrocławiu (w przypadku Odry przyjęto historyczny kilometraż), zasięg opracowania w obszarze międzywala oraz buforu przekazanego przez Zamawiającego, przekazane przez Zamawiającego strefy pochodzące z programu ISOK dla wody Q1%, wynik inwentaryzacji terenowej z lat warstwa przestrzenna wydzieleń zawierająca informację na temat stopnia zadrzewienia badanych powierzchni Wszystkie dane zostały zebrane w postaci geobazy, obsługiwanej przez oprogramowanie z rodziny ESRI. Analiza opracowanej bazy danych umożliwiły jej uzupełnienie o wynikowe rekomendacje, co do potencjalnej wycinki drzew i krzewów. Decyzje podejmowano arbitralnie na podstawie przesłanek odnośnie warunków hydraulicznych w konkretnych sytuacjach terenowych (analiza warunków topograficznych i hydrologicznych na podstawie NMT oraz stopnia pokrycia roślinnością i jakością tego pokrycia (informacje z inwentaryzacji terenowej, NMPT, ortofotomapy).

10 4.3. Kryteria do wskazania obszarów wycinki drzew Formy i wysokość zarośli, krzewów i drzew porastających obszar opracowania. Najczęściej spotykanym podziałem roślin występujących wzdłuż rzek i porastających tereny zalewowe jest zaproponowany przez Schiechtla i Sterna, w którym zostały opisane trzy grupy wyraźnie zróżnicowane pod względem wysokości oraz kształtu bryły utworzonej przez roślinność. Po zapoznaniu się z charakterem obszarów RZGW we Wrocławiu oraz w porozumieniu z Zamawiającym wypracowano metodę dostosowaną do panujących w granicach opracowania warunków terenowych. Jako podział przyjęto wyżej wspomnianą metodę zmodyfikowaną o przedział wysokości, który po zmianie przedstawia się następująco: 1. Zbiorowiska krzewiaste zarośla, wysokość do 5 metrów. 2. Zbiorowiska krzewiaste i drzewa krzewy i drzewa, wysokość 5-15 m. 3. Drzewa, wysokość powyżej 15 m Roślinność a zmiana warunków przepływu Roślinność ma bardzo duży wpływ na kształtowanie się warunków hydraulicznych przepływu wody w cieku. Według Dąbkowskiego i Pachuty 1, podstawowymi skutkami zarastania cieków i obszarów tworzących koryto wielkiej wody są: zmiana szorstkości koryta, spadku zwierciadła wody, rozkładu prędkości wody, zmniejszenie czynnej powierzchni przekroju poprzecznego koryta, podniesienie poziomu wody w korycie i na terenach przyległych, opóźnienie odpływu wody ze zlewni, zwiększenie odporności koryta na erozję, zamulanie koryta w okresach wegetacji i zmywanie namułów w okresie spoczynku roślin, rozpraszanie energii falowania. 1 Dąbkowski Sz., Pachuta K. (1996): Roślinność i hydraulika koryt zarośniętych. Wydawnistwo IMUZ. Falenty 10

11 Część z nich można zaliczyć do pozytywnych, a nawet sprzyjających działalności gospodarczej człowieka. Część zaś uznaje się za szkodliwe, a co za tym idzie uzasadnionym jest prowadzenie działań w celu ich ograniczenia lub eliminacji ich negatywnego wpływu. W obliczeniach hydraulicznych koryt otwartych znajomość oddziaływania roślinności, jako ważnej determinanty wielkości oporów przepływu, jest rzeczą podstawową. Pomimo szeregu badań na modelach i w korytach naturalnych stan wiedzy na temat tego zjawiska ciągle jest niezadowalający. Uwidacznia się to szczególnie w ostatnich latach, kiedy to nowe zasady regulacji i renaturyzacji koryt rzecznych traktują roślinność jako element przyrodniczy kształtujący warunki hydrauliczne i hydrologiczne oraz jako element oddziaływania technicznego. Pojawiają się zalecenia, które mówią o racjonalnym ubezpieczeniu i ochronie brzegów, które powinny zmierzać w kierunku wykorzystania naturalnej biologicznej obudowy jako elementu technicznego, celowo włączonego w ogólne rozwiązanie. W związku z tym problem zarastania roślinnością międzywala oraz koryta głównego i ich wpływu na warunki przepływu w korycie nabiera szczególnego znaczenia, a stosowanie zabiegów konserwacyjnych w świetle wymogów ochrony środowiska jest dyskusyjne. Takie współczesne nastawienie w stosunku do roślinności uzasadnia dążenie do lepszego poznania metod obliczeniowych koryt zarośniętych ze szczególnym uwzględnieniem rodzaju i właściwości zbiorowisk roślinnych oraz ich wpływu na wielkość współczynnika oporu. Znajdujemy wiele prób modelowania hydraulicznego przepływu wielkich wód w korytach pokrytych roślinnością. Większość obliczeń stosuje jednak modele jednowymiarowe, bazujące jedynie na przekrojach geometrycznych, gdzie główną determinantą warunków przepływu jest przyjęty w sposób autorytatywny przez operatora modelu współczynnik szorstkości. Powoduje to w oczywisty sposób powstanie błędu szacunkowego. Żadne napotkane modele nie podchodziły też do obliczeń kompleksowo co oznacza, że nie badano jak zwiększenie przepustowości w jednym przekroju wpływa na zmiany warunków przepływu w obszarach położonych poniżej modelowanego odcinka rzeki. Obliczenie zdolności przepustowej koryt nasuwają ekspertom duże trudności. Powszechnie uważa się, że trudności powoduje przede wszystkim duża zmienność geometrii przekrojów. Jednak znacznie większą trudnością w odwzorowaniu warunków rzeczywistych jest w dalszym ciągu niepełne rozpoznanie warunków przepływu przez zarośnięte części przekroju czynnego. Natężenie przepływu przez porośniętą część koryta najczęściej oblicza się przyjmując dla niej duży współczynnik szorstkości. Przy takim podejściu roślinność porastającą brzegi i międzywale traktuje się jako przeszkody mechaniczne kształtujące układ strug, kierunki przepływu, decydujące o rozdziale, zwężaniu i rozszerzaniu się strumieni. Jednakże ruch wody w wielodzielnym korycie pokrytym roślinnością ma zawsze charakter ruchu 11

12 przestrzennego, stąd niedoskonałość opisu przez powszechnie stosowane modele jednowymiarowe. Zazwyczaj przyjmuje się, że na opory ruchu podczas przepływu wody w korycie składa się wiele czynników, m.in.: tarcie zewnętrzne, nieregularność dna i brzegów koryta, przeszkody lokalne, transport rumowiska, zjawiska lodowe roślinność. Wykorzystuje się tu podstawową formułę hydrauliki dla koryt otwartych, jaką stanowi wzór Chezy: gdzie: v średnia prędkość wody (m s -1 ), R promień hydrauliczny (m), J spadek hydrauliczny (-), C współczynnik prędkości Chezy (m1/2 s -1 ). Powszechnie stosuje się empiryczny wzór do obliczenia średniej prędkości przepływu w postaci zaproponowanej przez Manninga: gdzie: n współczynnik szorstkości (-), R promień hydrauliczny (m), J spadek hydrauliczny (-). Do wzoru Manninga współczynniki szorstkości przyjmuje się z różnego rodzaju zestawień tabelarycznych. Największą popularnością cieszą się tabele opracowane przez Chow 2, w których dobór współczynnika szorstkości n uzależniony jest od rodzaju i stanu koryta. 2 Chow V.T. (1959): Open channel hydraulics, Mc Graw Hill Book, New York 12

13 Bardziej rozbudowaną metodę na określenie współczynnika szorstkości do wzoru Manninga, uwzględniającą szereg czynników morfologicznych, występowanie przeszkód utrudniających przepływ oraz zabudowę roślinną zaproponował Cowan 3 przedstawiając wzór, w którym suma cząstkowych wartości oporów przepływu dobranych z tabel daje całkowitą wartość współczynnika szorstkości: gdzie: n 0 podstawowa wartość współczynnika szorstkości dla regularnego i prostego koryta, n 1 współczynnik ujmujący nieregularność brzegów i dna, n 2 współczynnik wyrażający zmiany kształtu i wielkości przekrojów poprzecznych, n 3 współczynnik reprezentujący lokalne przeszkody w korycie, n 4 współczynnik uwzględniający stopień zarośnięcia koryta, m współczynnik uwzględniający wpływ układu poziomego trasy. Dobór współczynnika szorstkości z różnego rodzaju tabel jest sposobem prostym, ale daje możliwości popełniania błędów. Niewątpliwym mankamentem tych metod jest subiektywizm wyboru i konieczność posiadania sporego doświadczenia. Roślinność porastająca tereny zalewowe stanowi naturalną barierę dla przemieszczania fal wezbraniowych poprzez zmniejszenie przekroju czynnego koryta. Jest także istotnym elementem wpływającym na redukcję prędkości przepływu wody na odcinku zarośniętym oraz powyżej, wywołując przy tym spiętrzenie wody. Roślinność wywiera znaczący wpływ na warunki ruchu wody w korycie i na terenach zalewowych. Największe znaczenie odgrywa w ciekach, w których średnia głębokość nie przekracza 2 m. Należy przy tym nadmienić, iż roślinność krzewiasta przy niskich i średnich stanach wody zwiększa opory przepływu, natomiast przy wysokich stanach pod naporem wody kładzie się i wyściela dno koryta zmniejszając dość znacznie jego szorstkość. Badania Pachuty i Dąbkowskiego 4 wykazały, iż do najważniejszych cech gatunkowych roślin kształtujących opory przepływu należą: ciężar właściwy masy roślinnej, decydujący o wzajemnej relacji sił działających na część rośliny zanurzoną w wodzie, elastyczność (sztywność) pędów, która sprawia, że rośliny są w różnym stopniu pochylane przez napierającą wodę, 3 Cowan W.L. (1956): Estimatig hydraulic roughness coefficients. Agricultural Engineering, 37(7) 4 Dąbkowski Sz., Pachuta K. (1996): Roślinność i hydraulika koryt zarośniętych. Wydawnistwo IMUZ. Falenty 13

14 pokrój rośliny, uwzględniający jej kształt, rozmieszczenie pędów i liści oraz ich powierzchnię, co determinuje wielkość oporów hydraulicznych, system korzeniowy, mocujący roślinę i jednocześnie stabilizujący podłoże, odporność na duże zmiany poziomów wody, co decyduje o przydatności roślin jako materiału zabezpieczającego brzegi i dno koryta, pokrycie powierzchni przez rośliny (zagęszczenie), czyli liczba źdźbeł (łodyg, gałęzi) przypadających na jednostkę powierzchni, długość zanurzonych części roślin decydująca o zachowaniu się roślinności w wodzie na różnych głębokościach i przy różnych prędkościach, średnica i kształt przekroju poprzecznego łodyg, które wpływają na wielkość parcia hydrodynamicznego. Roślinność porastająca koryto cieku istotnie oddziałuje na warunki przepływu. Wynika to z faktu, że redukcji ulega czynny przekrój przepływowy. Zaburzone jest pole prędkości i poprzez drastyczną zmianę współczynnika szorstkości rosną opory przepływu. Oczywistą konsekwencją tego jest wzrost poziomu zwierciadła wody w porównaniu do przepływu w korycie bez roślin dla tych samych warunków przepływu. Poziom wody wzrasta nie tylko w samym korycie lecz również na terenach przyległych. Roślinność z jednej strony sprzyja depozycji materiału (mineralnego i organicznego) ograniczając swobodny przepływ wody, z drugiej strony szpalery drzew nadbrzeżnych i ich rozbudowane systemy korzeniowe (głównie olsz czarnych i szarych) zmniejszają tempo erozji bocznej i wpływają na stabilność poziomą koryta rzecznego. Największe znaczenie dla intensyfikacji procesów akumulacyjnych mają skupiska krzewów i zarośla. Gęste ulistnienie oraz rozbudowany system pędów sprzyja "wyłapywaniu" transportowanego materiału rzecznego w czasie wezbrań. Inaczej zachowuje się ta sama roślinność w warunkach przepływu od niej samej niższych, a inaczej po wypełnieniu koryta wodą i jej całkowitym przykryciu. Tym samym prawidłowe modelowanie powinno uwzględniać różne wartości współczynnika szorstkości w zależności od napełnienia koryta i prędkości przepływu, a rozpoznanie charakterystyk hydraulicznych roślinności staje się zadaniem priorytetowym. Należy również zwrócić uwagę na wpływ pory roku, w której dochodzi do wezbrania i rolę, jaką odgrywa pokrywa roślinna w wystąpieniu spiętrzenia wegetacyjnego. W analizowanym przekroju rzeki Odry w km uzyskane wielkości dodatkowego podpiętrzenia powstałego w trakcie trwania wezbrania z lipca 1997 roku osiągnęły wartość ok. 50 cm 5. Z punktu widzenia ochrony przeciwpowodziowej jest to wielkość bardzo istotna, która dobitnie wskazuje na znaczącą rolę roślinności w formowaniu się fali wezbraniowej. Należy jednak jeszcze raz podkreślić, że większość badań modelowych 5 Tymiński T. (2004): Spiętrzenie wegetacyjne w międzywalu Odry na przykładzie powodzi w 1997 roku. Zeszyty Naukowe Akademii Rolniczej we Wrocławiu nr 483. Seria Monografie XXXVI. 14

15 traktuje roślinność jako elementy sztywne, które nie ulegają uginaniu. Założenie dużej sztywności roślinności niskiej jest poprawne w modelach dla niewielkich wartości przepływów. Jednak po przekroczeniu pewnej prędkości granicznej konieczne jest już uwzględnianie sprężystości roślin. Zagadnienie to nie obejmuje dojrzałych drzew, które traktuje się jako przeszkody idealnie sztywne. Jak wykazano powyżej prawidłowa ocena szorstkości koryta ma dominujący wpływ na prawidłowe określenie wartości przepływu. To właśnie współczynnik szorstkości staje się elementem za pomocą którego można kształtować wyniki modelowania w niektórych wypadkach bowiem dla tego samego zagospodarowania terenu różnica pomiędzy wartością współczynnika szorstkości może dochodzić do 100%. Analizując wpływ roślinności na warunki przepływu należy zwrócić uwagę na niezaprzeczalny efekt powodowany przez porastającą roślinność, jakim jest opóźnienie odpływu wody, a tym samym spłaszczenie fali powodziowej. Podczas przeglądu literatury nie trafiono na prace, które odnosiłyby się do tej kwestii w skali całych zlewni. Roślinność obszaru międzywala poza opisanym efektem zmiany warunków przepływu w zadanym przekroju ma także oddziaływania korzystne z punktu widzenia ochrony przeciwpowodziowej: zapobieganie gwałtownym przyborom wody w ciekach i obniżanie kulminacji fal powodziowych, hamowanie ruchu wody w korycie oraz zmniejszenie działalności erozyjnej przepływów wielkich wód (między innymi falowania i ciśnienia dynamicznego), systemy korzeniowe roślin stanowią bardzo dobre umocnienie skarpy brzegowej, magazynowanie zapasów wilgoci, poprzez silną retencję gruntową W wielu wypadkach rośliny magazynują część wód spływających z obszarów przyległych do koryta. Dotyczy to szczególnie zbiorowisk łęgowych, które w łatwy sposób rozwijają się w obniżeniach terenów i elementów starorzecza obszarów międzywala. Niezmiernie istotne jest także kryterium przyrodnicze roślinności nadrzecznej. Roślinność będąca istotnym składnikiem krajobrazu rzecznego i siedliskiem organizmów zwierzęcych odgrywa w życiu rzeki szczególną rolę. Wpływa na obieg wody w przyrodzie, a w stosunku do koryta spełnia funkcję ochronną i budującą, lecz również i niszczącą. Zabudowa roślinna koryt otwartych powinna stanowić ważny element ochrony środowiska przyrodniczego w powiązaniu z potrzebami społecznymi i gospodarki wodnej, a także zapewnić dobrą funkcjonalność obiektów gospodarki wodnej. 15

16 Wybór miejsc wymagających usunięcia drzew i krzewów Kryteria twarde wynikające z celu projektu Tabela 1 Zestawienie kryteriów twardych Kryterium Drzewa uszkodzone, chore, podgryzione przez bobry, puste w środku, pochylone, ze znacznie odsłoniętym systemem korzeniowym Uzasadnienie Uznano, że istnieje bardzo wysokie prawodpodobieństwo wywrotu i uniesienia takich drzew w wyniku przepływu wielkich wód i tym samym zwiększenia ryzyka zatorów wywołanych przez materiał nienisiony przez rzekę. Wszystkie tego typu drzewa przewidziano do wycinki. obiektów inżynieryjnych w szczególności porastających przyczółki mostów, jazów, filary, mury brzegowe etc. Odległość od obiektów inżynieryjnych wymagająca wprowadzenia utrzymania w czystości będzie przyjmowana indywidualnie z uwzględnieniem światła mostu, wielkości przepływu, szerokości koryta rzeki. Roślinność (drzewa, krzewy) porastające kanały ulgi. Brzeg rzeki mogą porastać zdrowe drzewa, natomiast należy usuwać nadmierne zakrzaczenia ograniczające możliwość przepływu kryterium dotyczy selektywnej wycinki doprowadzającej do przerzedzenia krzewów, a tym samym zwiększenia przepustowości międzywala. Przerzedzanie lub usuwanie szpalerów drzew i krzewów rosnących poprzecznie do kierunku przepływu w miejscach zagrożonych predysponowane do wycinki będą osobniki chore lub najsłabsze. Obiekty inżynieryjne ze względu na swoje funkcję stanowią obszar, który powinien być objęty szczególnym dozorem. Nie powinno się dopuszczać do porastania obszarów przy mostach drzewami i krzewami, gdyż w połączeniu z ograniczonym samym mostem światłem wpływa to zdecydowanie na podpiętrzenie wód. Uznano tym samym konieczność utrzymania odcinków przed i za mostami w czystości minimum na odcinku o długości najwyższego drzewa, które może rosnąć w pobliżu takiego obiektu od strony wody górnej. Od storny wody dolnej przyjmuje się tą samą wartość celem stworzenia obszaru do szybszego odpływu wód poprzez obiekt mostowy. Uznano, że kanały ulgi powinny być w pełni drożne. Sytuację, gdy światło przeplywu w kanale ulgi ograiczone jest do 80% wskutek pokrycia roślinnością średnią i wysoką uznaje się za wybitne zagrożenie powodziowe, które jest sprzeczne z nadrzędą funkcją pełnioną przez tego typu obiekty. Z analizy danych literaturowych, jak i prowadzonych badań w instytucjach naukowych wynika, ze krzewy w przypadku wód powodziowych o prawdopodobieństwie przewyższenia 1% i więcej stanowią istotne ograniczenie przepływu. Te same analizy wskazują jednak, że drzewa w znacznie mniejszym stopniu wpływają na ograniczenia przeplywu. Charaktersytyki te zmieniają się po przekroczeniu przepływów o p=1%, gdy generalizuąc można założyć, ze woda przykrywa krzewy, tworzące płaszczyznę poślizgu. Biorąc pod uwagę powyższe uznano, że dla zwiększenia przepustowości znacznie większe znaczenie będzie miec przerzedzenie krzewów w wybranych miejcach niż wycinka drzew. Uznano, ze gęste szpalery ustawione poprzecznie do kierunku przepływu w sposób istotny ograniczają przepływ, tworząc przeszkodę powodującą powstanie strat energii przepływającej strugi i podpiętrzenie. Źródło: Program wycinki drzew i krzewów na obszarach szczególnego zagrożenia powodzią dla RZGW w Poznaniu wraz ze strategiczną oceną oddziaływania na środowisko dotyczącą zaplanowanych tym programie działań Etap I 16

17 Kryteria miękkie ograniczające kryteria twarde Tabela 2 Zestawienie kryteriów miękkich ograniczających kryteria twarde Kryterium Usuwanie roślinności powinno dotyczyć tych odcinków dolin, które są narażone na straty a tym samym, gdzie może wystąpić powódź, jako zjawisko definiowane w ustawie Prawo wodne. Zwrócenie uwagi na obszary, na których szpalery drzew nadrzecznych wpływają na stabilność skarpy brzegowej. Uzasadnienie Pod pojęciem powodzi rozumie się czasowe pokrycie przez wodę terenu, który w normalnych warunkach nie jest pokryty wodą, powstałe na skutek wezbrania wody w ciekach naturalnych, zbiornikach wodnych, kanałach oraz od strony morza, powodujące zagrożenie dla życia i zdrowia ludzi, środowiska, dziedzictwa kulturowego oraz działalności gospodarczej. Zgodnie z podanymi powyżej definicjami wycinkę rekomendowano głównie w tych miejscach, w których jej dokonanie zmniejsza zagrożenia dla życia i zdrowia ludzi, środowiska, dziedzictwa kulturowego oraz działalności gospodarczej. Na innych obszarach wezbrania rzeczne uznano za zjawisko naturalne, normalne i pożądane dla funkcjonowania ekosystemów nadwodnych. W miejscach, w których roślinność wpływa na stabilność skarp usuwać jedynie drzewa z wyraźnymi uszkodzeniami pnia i/lub korony oraz z odsłoniętym systemem korzeniowym (co najmniej w 50%), puste w środku etc. Usuwanie drzew zdrowych wpływałoby na zwiększenie podatności na erozję brzegów. Ograniczyć do niezbędnego minimum usuwanie zarośli i krzewów oraz skupisk drzew z brzegów wklęsłych zakoli (także w miejscach zatorogennych). Ograniczenie wycinki drzew (nie krzewów) na obszarach miejskich dotyczy szpalerów starodrzewia, drzew w obszarach rekreacyjnych etc. w tych miejscach dopuszcza się wycinkę nadmiernego zakrzaczenia, które może ograniczać przepływy. Usuwanie drzew wpływałoby na zwiększenie podatności na erozję brzegów i w wielu przypadkach powodowało konieczność natychmiastowego zastosowania umocnień technicznych. Uznano, że w obszarach miejskich drzewa pełnią poza przyrodniczymi także funkcję rekreacyjną. Biorąc pod uwagę dodatkowo ich znacznie mniejszy wpływ na wzrost zagrożenia powodziowego uznano, że dla obszarów miejskich wycinka ta będzie dążyć do minimalizacji. Źródło: Program wycinki drzew i krzewów na obszarach szczególnego zagrożenia powodzią dla RZGW w Poznaniu wraz ze strategiczną oceną oddziaływania na środowisko dotyczącą zaplanowanych tym programie działań Etap I Przyrodnicze kryteria ograniczające kryteria twarde Niniejszy Program będzie wdrażany przy uwzględnieniu następujących uwarunkowań przyrodniczych: Wycinka musi być planowana poza okresem rozrodczym ptaków, płazów i nietoperzy oraz poza sezonem migracyjnym płazów, czyli w miesiącach od października do lutego. 17

18 Dyrektor RZGW wydaje decyzję nakazującą usunięcie drzew lub krzewów (art. 88 l ust. 7 ustawy Prawo wodne). Decyzja ta wymaga uzgodnienia z właściwym regionalnym dyrektorem ochrony środowiska (art. 88 l ust. 11 ustawy Prawo wodne). Organy te będą zobowiązane rozważyć, czy decyzja nie będzie miała wpływu na obszary chronione w szczególności na obszary parków narodowych, rezerwatów i Natury 2000). Na fakt ten nie ma wpływu wymienienie danego obszaru w niniejszym Programie oraz przeprowadzonej dla niego strategicznej oceny oddziaływania na środowisko. Prace związane z wycinką drzew i krzewów będą uwzględniać uzgodnione z Regionalnym Dyrektorem Ochrony Środowiska warunki ich realizacji. 5. Opracowane warianty w zakresie odpowiedniego zagospodarowania doliny zalewowej Efektem finalnym opracowania jest sporządzenie wariantów w zakresie zagospodarowania dolin zalewowych wzdłuż wybranych cieków. Warianty te przedstawiają się w sposób następujący: I. Wariant W0: przedstawia stan istniejący opracowany w buforze zamówienia na podstawie Numerycznego Modelu Terenu uzupełnionym o współczynniki Maninnga na podstawie przeprowadzonych opisów taksacyjnych opisujących stopień pokrycia terenu. Warstwa przestrzenna przedstawiająca stopień pokrycia terenu została opracowana w latach , jednakże ze względu na dynamicznie zmieniające się otoczenie skorygowano ją o najnowsze dane z terenu. Zastosowano przelicznik zgodnie z poniższą tabelą: Tabela 3 Przyjęte wartości współczynnika Manninga dla zadrzewienia zadrzewienie 18 średni wsp. Manninga do

19 zadrzewienie średni wsp. Manninga powyżej Tabela 4 Przyjęte wartości współczynnika Manninga dla pozostałego pokrycia terenu pozostałe pokrycia terenu średni wsp. Manninga w - koryto cieku r - grunty rolne, łaki, pastwiska r1-nieużytki z-zabudowa Model hydrauliczny dla rzeki został opracowany w programie HEC-RAS. Wyniki modelowania przedstawiono w postaci tabelarycznej, profilu oraz przekroju w cieku. Obliczenia z programu HEC-RAS dołączono w formie cyfrowej. II. III. Wariant W1: został opracowany w celu pokazania maksymalnego efektu wycinki. Została tu zaproponowana wycinka na obszarach, gdzie stopień pokrycia roślinnością jest powyżej lub równy 0.4, co odpowiada współczynnikowi Manninga Ponieważ jest to wariant hipotetyczny uwzględnia on również wycinkę na terenach Natura 2000, rezerwatach przyrody, obszarach chronionych, terenach należących do lasów oraz osób prywatnych. Ze względów środowiskowych oraz prawnych nie jest to wariant rekomendowany. Jest to jedynie wariant pokazujący możliwy maksymalny efekt wycinki, pokazany za pomocą rzędnych odzwierciedlających obniżenie zwierciadła wody w stosunku do stanu istniejącego. Model hydrauliczny dla rzeki został opracowany w programie HEC-RAS. Wyniki modelowania przedstawiono w postaci tabelarycznej, profilu oraz przekroju w cieku. Obliczenia z programu HEC-RAS dołączono w formie cyfrowej. Wariant W2: został opracowany w celu pokazania optymalnego efektu wycinki jaki należy wykonać, aby poprawić przepustowość koryta, ograniczyć zmiejsca zatorogennee, a tym samym obniżyć zwierciadło wody. Wycinka została rozpatrzona bez względu na własność terenu, w granicach optymalnego zakresu pod względem środowiskowym oraz powodziowym, który wyznaczono z uwzględnieniem następujących kryteriów: 19

20 W miejscu wyznaczonych przekrojów zatorogennych odległość 100 m w dół oraz 200 m w górę rzeki W miejscu występowania obiektów inżynierskich (mosty, jazy, stopnie, progi) odległość 70 m w dół oraz 100 m w górę rzeki. Wyjątek stanowią miejsca dobrze utrzymane nie wymagające ingerencji pod względem wycinki oraz w szczególności Odra, gdzie został zrealizowany projekt Modernizacja jazów odrzańskich na odcinku w zarządzie RZGW Wrocław województwo dolnośląskie w związku z czym potencjalne obszary wycinki będące wokół jazów zostały pominięte. Szerokość optymalnego zakresu wycinki dla rzek: Nysa Kłodzka, Nysa Łużycka, Bóbr oraz Bystrzyca z prawej i lewej strony brzegu przyjęto w odległości do 15 m od krawędzi cieku, dla Odry i Białej Głuchołaskiej zkres ten miejscami siega do 80 m (również po obu stronach rzeki). Wyżej opisany optymalny zakres wycinki pomniejszono o obszary znajdujące się poza zakresem opracowania. Starano się również unikać terebów oznaczonych jako łęgi (kod 91E0) są to obszary o szczególnym znaczeniu środowiskowym, który należy chronić. W tak wyznaczonych obszarach została zaproponowana wycinka w miejscach, gdzie stopień pokrycia roślinnością jest powyżej lub równy 0.4, co odpowiada współczynnikowi manninga od 0.06 do Warstwa przestrzenna przedstawiająca stopień pokrycia terenu została opracowana w latach , jednakże ze względu na dynamicznie zmieniające się otoczenie skorygowano ją o najnowsze dane z terenu. Owe zmiany uwzględniono w wycince, warstwy przestrzennej natomiast nie zmieniono. Ostatnim krokiem było sprawdzenie zaproponowanych obszarów do wycinki z inwestycjami zaplanowanymi w ramach projektu Opracowanie planów zarządzania ryzykiem powodziowym dla obszarów dorzeczy i regionów wodnych, w tym planów zarządzania ryzykiem powodziowym od strony morza, w tym morskich wód wewnętrznych. Inwestycje te stanowią alternatywę dla wycinki niwelując problem w miejscu ich występowania. W związku z tym w miejscach gdzie należało by przeprowadzić wycinkę, a istnieją inne alternatywy inwestycji rozpatrywana wycinka została pominięta. Model hydrauliczny dla rzeki został opracowany w programie HEC-RAS. Wyniki modelowania przedstawiono w postaci tabelarycznej, profilu oraz przekroju w cieku. Obliczenia z programu HEC- RAS dołączono w formie cyfrowej. Wariant wycinki W2 jest wariantem preferowanym pod względem kryteriów powodziowych, społecznych, środowiskowych oraz ekonomicznych. Dla działek 20

21 należących do RZGW we Wrocławiu zostały przygotowane operaty dendrologiczne dla wariantu W2, w celu uzyskania decyzji o wycince. 6. Rekomendacje w zakresie odpowiedniego zagospodarowania doliny zalewowej. Jako wariant rekomendowany wytypowano wariant W2. Rekomendacje w zakresie zagospodarowania doliny zalewowej uwzględniały przyjęte kryteria oraz konieczność udrożnienia doliny zalewowej, kierowania (sterowania) nurtem i usuwania miejsc potencjalnie zatorogennych. Konieczność dokonania wycinki drzew i krzewów lub usunięcia elementu zatorogennego wskazywano w tych obszarach, w których było to niezbędne dla zagwarantowania właściwych warunków przepływu wód powodziowych. Tym samym przedstawione propozycje należy traktować jako sugerowany sposób zagospodarowania doliny zalewowej mający na celu w obniżenie zwierciadła wód powodziowych. Wykonanie tych prac ma swoje uzasadnienie w realizowaniu celów ochrony przeciwpowodziowej. Dla rekomendowanej wycinki, dla działek RZGW, zostały przygotowane operaty dendrologiczne. W programie zostały również podane zalecenia pielęgnacyjne obszarów zadrzewionych przybrzeżnych. Zostały również wyłonione miejsca zatorogenne w postaci łach żwirowych, miejscami już porośniętych krzewami powstała osobna warstwa przestrzenna. Wariant W2 jest wariantem preferowanym pod względem kryteriów powodziowych, społecznych i środowiskowych, dlatego wycinki ograniczono tylko do miejsc, gdzie nie było alternatywnych rozwiazań. Pod względem kryteriów powodziowych i społecznych wybrany wariant jest wykonany z nastawieniem na obniżenie zwierciadła wody, szczególnie w miejscach zabudowanych oraz w miejscach lokalizacji obiektów inżynierskich, dla których połamane drzewa stanowią zagrożenie i mogą stworzyć zablokowanie właściwego przepływu wód. Tworzace się miejsca zatorogenne mogą mieć czasami katastrofalne skutki społeczne. W kryteriach powodziowych i społecznych dopuszczono podniesienie zwierciadła wody w miejscach niezabudowanych, obniżając tym samym zwierciadło wody na terenach mogących stanowić zagrożenie dla mieszkańców. Kryterium środowiskowe odnosi się do przewidywanego stopnia zagrożenia dla siedlisk przyrodniczych i populacji gatunków chronionych, analizując istotność tych zagrożeń i zasięg przestrzenny. W opracowaniu starano się unikać konfliktów środowiskowych, a w przypadku ingerencji w siedliska chronione przeanalizowano procentowy udział planowanej wycinki W2 na danym typie siedliska. Kryterium to odnosi się również do przewidywanego stopnia zagrożenia dla drożności krajowych i regionalnych korytarzy ekologicznych. Wariant W2 został wybrany jako wariant preferowany ze względu na najbardziej optymalne obniżenie zwierciadła wody w stosunku do ingerencji w środowisko. Uwzględnia on również działania alternatywne, jakie są planowane do realizacji w PZRP. 21

22 Wrocławiu wraz ze strategiczną oceną oddziaływania na środowisko, dotyczącą zaplanowanych w tym programie działań Etap I Rysunek 2. Analizowany obszar

23 programie działań Etap I 7. Hydrologia Dla przeprowadzenia analizy przepustowości koryta wraz z dolinami rzek Wykonawca przyjmie założenie że przepustowość koryta będzie oceniana na podstawie przepływu fikcyjnego który mieści się w międzywalu lub w dolinie zalewowej. Wpływ wycinki drzew będzie odzwierciedlony poprzez zmianę układu lustra wody poprzez zmianę współczynnika szorstkości. Tabela 5 Zestawienie wodowskazów Nazwa posterunku Kod posterunku wodowskazowego Rok założenia posterunku Rzeka RACIBÓRZ-MIEDONIA Odra KOŹLE Odra KRAPKOWICE Odra OPOLE-GROSZOWICE Odra UJŚCIE NYSY KŁODZKIEJ Odra BRZEG Odra OŁAWA (MOST) Odra TRESTNO Odra BRZEG DOLNY s Odra MALCZYCE Odra ŚCINAWA Odra GŁOGÓW Odra NOWA SÓL Odra CIGACICE Odra NIETKÓW Odra POŁĘCKO Odra BIAŁA GÓRA Odra SŁUBICE Odra MIĘDZYLESIE Nysa Kłodzka BYSTRZYCA KŁODZKA Nysa Kłodzka KŁODZKO Nysa Kłodzka BARDO Nysa Kłodzka NYSA Nysa Kłodzka KOPICE Nysa Kłodzka SKOROGOSZCZ Nysa Kłodzka GŁUCHOŁAZY Biała Głuchołaska JUGOWICE Bystrzyca LUBACHÓW Bystrzyca KRASKÓW Bystrzyca

24 Nazwa posterunku Kod posterunku wodowskazowego Rok założenia posterunku Rzeka MIETKÓW Bystrzyca JARNOŁTÓW Bystrzyca BUKÓWKA Bóbr BŁAŻKOWA Bóbr KAMIENNA GÓRA Bóbr WOJANÓW Bóbr JELENIA GÓRA Bóbr PILCHOWICE Bóbr DĄBROWA BOLESŁAWIECKA Bóbr SZPROTAWA Bóbr ŻAGAŃ Bóbr PORAJÓW Nysa Łużycka SIENIAWKA Nysa Łużycka ZGORZELEC Nysa Łużycka PRZEWÓZ Nysa Łużycka GUBIN Nysa Łużycka 24

25 Rysunek 3 Lokalizacja wodowskazów dla Odry. Arkusz1. 25

26 Rysunek 4 Lokalizacja wodowskazów dla Odry. Arkusz2. 26

27 Rysunek 5Lokalizacja wodowskazów dla Nysy Kłodzkiej. 27

28 Rysunek 6Lokalizacja wodowskazów dla Nysy Łużyckiej. 28

29 Rysunek 7 Lokalizacja wodowskazów dla Bobru. Rysunek 8Lokalizacja wodowskazów dla Bystrzycy. 29

30 Rysunek 9 Lokalizacja wodowskazów dla Białej Gluchołaskiej. 30

31 8. Opis programu HEC-RAS - metodyka obliczeń hydraulicznych Obliczenia hydrauliczne przepustowości koryta, w tym również wyznaczenie rzędnych zwierciadła wody, wykonano za pomocą jednowymiarowego modelu HEC-RAS, przyjmując przepływ jaki mieści się w przekrojach. Oprogramowanie HEC RAS należy do rodziny HEC (HEC1, HEC2 HEC-RAS) i jest powszechnie stosowane w Europie. Merytorycznie jest oparte na najwyższym standardzie, a ponadto należy do kategorii public-domain Ważnym zagadnieniem w ochronie przeciwpowodziowej jest wyznaczenie stref zalewu. Jest on powszechnie używany w Stanach Zjednoczonych oraz Europie jako jedno z narzędzi do analizy przepływów w kanałach otwartych. Umożliwia on odwzorowanie obiektów inżynieryjnych w układzie sieci rzecznych oraz parametrów przepływu zachodzących w ich obrębie w warunkach ruchu spokojnego i rwącego. HEC RAS jest modelem opracowanym przez US Corps of Engineers i przetestowanym w latach osiemdziesiątych w bardzo szerokim zakresie. Został on sfinansowany przez władze USA. Model ten odwzorowuje ustalony przepływ we wszystkich możliwych przypadkach: a) zabudowa koryt: wały przeciwpowodziowe, jazy i stopnie, mosty wysokie i niskie, przepusty, b) zmienny kształt doliny rzecznej i koryta głównego, opisywany przekrojami poprzecznymi, które można dowolnie zagęszczać na żądanie użytkownika, c) zróżnicowane długości drogi przepływu na terasach zalewowych i w korycie głównym, d) transport rumowiska wleczonego i unoszonego. Rzędne zwierciadła wody wyznaczane są pomiędzy poszczególnymi przekrojami w oparciu o równanie Bernoullego (równanie zachowania energii): Z H g Z 2 H g h e gdzie: Z rzędna dna koryta [m n.p.m.], H napełnienie w korycie [m], α współczynnik de Saint-Venanta [-], ν średnia prędkość w przekroju koryta [m/s], g przyspieszenie ziemskie [m/s 2 ], h e wysokość strat energii mechanicznej [m]. 31

32 h e S f L C 2g 2g gdzie: L średnia ważona odległość między przekrojami [m], spadek tarcia pomiędzy dwoma przekrojami [-], C - współczynnik kontrakcji lub dyfuzji w zależności od kształtu strumienia w planie [-], L LL Q LG Q LP Q Q Q 1 2 L 1 2 G 1 2 L G P Q P gdzie: LL - odległości pomiędzy kolejnymi przekrojami liczone wzdłuż 1 2, LG1 2, LP1 2 lewej tarasy, koryta głównego i prawej tarasy [m], Q, Q, Q - średnie wartości przepływów w przekroju dla lewej tarasy, koryta L G P głównego i prawej tarasy [m 3 /s]. 32

33 Rysunek 10. Schemat hydrauliczny Do początkowego położenia zwierciadła wody niezbędne jest określenie warunków brzegowych w końcowych przekrojach systemu rzecznego w dolnym dla ruchu spokojnego i w górnym dla ruchu rwącego. W tym przypadku jako warunek brzegowy wykorzystano głębokość krytyczną dla ruchu mieszanego ze względu na specyfikę rzek. Zwykle do określania wpływu roślinności w obliczaniu przepływów używa się współczynnika szorstkości Manninga n. Dla wymiernego opracowania hydraulicznej charakterystyki porastania drzew i krzewów proponuje się przyjęcie odpowiednich wartości wyjściowych współczynnika szorstkości Manninga n odpowiadających obszarom pokrycia roślinnością na podstawie obszarów taksacyjnych. Wartości współczynnika Manninga n przyjęto na podstawie przeprowadzonych opisów taksacyjnych. 33

34 Tabela 6 Przyjęte wartości współczynnika Manninga dla zadrzewienia zadrzewienie średni wsp. Manninga do powyżej Tabela 7 Przyjęte wartości współczynnika Manninga dla pozostałego pokrycia terenu pozostałe pokrycia terenu średni wsp. Manninga w - koryto cieku r - grunty rolne, łaki, pastwiska r1-nieużytki z-zabudowa Wartości modułu przepływu obliczane są dla części koryta jako sumy modułów dla podobszarów o zróżnicowanym współczynniku szorstkości wg. poniższego rysunku. Rysunek 11 Obliczanie wartości modułu przepływu 34

35 a) rekomendowany sposób wyznaczania modułów przepływu dla lewej i prawej terasy zalewowej Rysunek 12Rekomendowany sposób wyznaczania modułów przepływu b) dopuszczalny sposób wyznaczania modułów przepływu dla lewej i prawej terasy zalewowej Do obliczeń hydraulicznych stworzono numeryczny model terenu na postawie danych LIDAR dostarczonych przez Zamawiajacego w postaci sklasyfikowanej chmury punktów. Na podstawie numerycznego modelu terenu (NMT) zbudowano model hydrauliczny w programie Hec-ras. Ponieważ zajmujemy się modelowaniem na terenach zalewowych przyjęto uproszczenie polegające na przyjęciu danych z NMT z pominięciem części koryta pod wodą w dniu pomiaru, która odpowiada wodzie średniej, czyli wodzie normalnie utrzymującej się w korycie głównym. Podejście takie nie ma istotnego wpływu na ocenę przepustowości koryta ponieważ wycinka drzew dotyczy teras zalewowych, a więc obszarów poza korytem głównym. Przeprowadzono analizę sprawdzającą na próbnym odcinku. Zbudowano model z przekroi z NMT z uwzględnieniem dna model 1_ISOK oraz drugi model zbudowany z przekroi tylko na podstawie NMT model 1_NMT. Wyniki przedstawiono poniżej. 35

36 Elevation (m) Test Plan: 1) 1_ISOK ) 2_NMT Odra 1 Legend WS PF 1-1_ISOK WS PF 1-2_NMT Ground LOB ROB Left Levee Right Levee Ground Main Channel Distance (m) Rysunek 13 Porównanie profilu z układem lustra wody dla obu modeli Na powyższym rysunku pokazano układ lustra wody dla obu modeli. Wyższa linia jasno niebieska odpowiada modelowi 1_NMT zbudowanemu na podstawie tylko NMT. Dno modelu z uwzględnieniem przekroi pod lustrem wody przedstawia czarna linia, natomiast dno w modelu zbudowanego na podstawie NMT przedstawia linia brązowa. Porównanie liczbowe przedstawia poniższa tabela. Tabela 8 Porównanie liczbowe lustra wody dla obu modeli Przekrój Model Przepływ Rz.dna Rz.wody Rz.l.energii Spadek energii Prędkość L.Froude (m) (m3/s) (m) (m) (m) (m/m) (m/s) _ISOK _NMT _ISOK _NMT _ISOK _NMT _ISOK _NMT _ISOK

37 Przekrój Model Przepływ Rz.dna Rz.wody Rz.l.energii Spadek energii Prędkość L.Froude (m) (m3/s) (m) (m) (m) (m/m) (m/s) _NMT Analiza polegała na ustaleniu przepływów dla obu modeli takich, aby na dolnym przekroju uzyskać identyczną rzędną lustra wody. Różnica między przepływami wyniosła 205 m 3 /s co stanowi 20.5%. Można przyjąć w hydrologii akceptowalną rozbieżność między przepływami do 30%. Model składał się z pięciu przekroi. Różnice na kolejnych przekrojach w rzędnych lustra wody wyniosły: 2 cm, 16 cm, 15 cm, 4 cm. Natomiast różnice w prędkościach są następujące: 0.19 m/s, 0.10 m/s, 0.25 m/s, 0.29 m/s, 0.25 m/s. Dla potrzeb analizy przepustowości można przyjąć że są to nie istotne różnice. 9. Analiza przepustowości koryta analiza hydrauliczna stanu istniejącego W0 Analiza przepustowości koryta została dokonana na wodach mieszczących się w buforze Zamawiającego. Przepustowośc koryta została zbadana w stworzonym modelu rzek w programie Hec-Ras. Zostały wygenerowane Profile i przekroje cieków oraz tabele z wynikami. Poniżej zamieszczono przykład jak prawidłowo odczytywać oznakowania. WS PF1 - zw. wody Ground teren istniejący Bank Sta punkt brzegowy 37

38 Odra w. 0 - nazwa wariant stanu istniejącego Geom: odra w. 0 - nazwa geometri wariantu stanu istniejącego RS = nr km modelowego oraz numer przekroju Km RZGW km wg. RZGW przekroju Współczynniki szorstości Manninga, umieszczone są w górnym pasku, jak na przykładzie: 0.15, 0.35, 0.15, 0.028, 0.035, 0.16 Rysunek 14 Przykład typowego przekroju wygenerowanego z programu Hec-Ras 38