Ochrona przed powodzią

Transkrypt

1 Wykład 6 - Wały przeciwpowodziowe Najstarszy i podstawowy środek ochrony przed powodzią dolin na obszarach nizinnych Zalety: prosta konstrukcja Ochrona przed powodzią stosunkowo niskie koszty wykonania bezpośrednia skuteczność (ograniczona wysokości cią wału u i jego szczelności cią) łatwość włączenia do kompleksu urządze dzeń wodno gospodarczych

2 Wały przeciwpowodziowe Wady: utrudniona regulacja stosunków w wodnych na obszarze doliny odciętym wałami ami; zwęż ężenie koryta WW, podniesienie poziomu wody, wzrost prędko dkości,, możliwo liwość erozja koryta głównegog wnego; akumulacja rumowiska unoszonego w międzywalu tym intensywniejsza im międzywale jest bardziej zarośnięte roślinnością wysoką (drzewami i krzewami); odcięta retencja dolinowa, wzrost prędko dkości przemieszczania się fali wezbraniowej, wzrost zagrożenia dla niżej leżą żących terenów; odcięcie cie siedlisk dolinowych od rzeki, zanikanie mokradeł, zarastanie starorzeczy i oczek wodnych (zubażanie środowiska przyrodniczego);

3 Wały przeciwpowodziowe Wady: zmiana użytkowania u gospodarczego doliny (bardziej intensywne wykorzystanie rolnicze, obiekty infrastruktury, zabudowa, co powoduje wzrost strat powodziowych w przypadku przerwania wału); fałszywe przekonanie mieszkańców o całkowitym bezpieczeństw stwie.

4 Prawdopodobieństwo pojawiania się przepływów miarodajnych i kontrolnych dla stałych budowli hydrotechnicznych p [%] Rozp. Min. Ochrony Środ., Zasobów Naturalnych i Leśnictwa z 20 XII 1996 r. W sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budowle gospodarki wodnej i ich usytuowanie Klasy wałów Funkcja budowli Wskaźnik Klasa I Klasa II Klasa III Klasa IV Budowle przeznaczone do ochrony przeciwpowodziowej Obszar chroniony F [km 2 ] * F > < F < F 150 F 10 * Obszar, którym przed obwałowaniem ulegał zatopieniu wodami o prawdopodobieństwie p = 1 %.

5 Prawdopodobieństwo pojawiania się przepływów miarodajnych i kontrolnych dla stałych budowli hydrotechnicznych p [%] Rozp. Min. Ochrony Środ., Zasobów Naturalnych i Leśnictwa z 20 XII 1996 r. W sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budowle gospodarki wodnej i ich usytuowanie Rodzaj budowli Przepływ Klasa I Klasa II Klasa III Klasa IV Budowle ulegające zniszczeniu przy przelaniu się przez nie wody * miarodajny Q m kontrolny Q k 0,1 0,02 0,3 0,05 0,5 0,2 1,0 0,5 Budowle nie ulegające zniszczeniu przy przelaniu się przez nie wody ** miarodajny Q m kontrolny Q k 0,5 0,1 1,0 0,3 2,0 0,5 3,0 1,0 * Budowle hydrotechniczne ziemne na podłożu łatwo rozmywalnym ** Budowle betonowe i wały przeciwpowodziowe

6 Konstrukcja wału i jego główne wymiary Międzywale Korona wału b k Zawale WW Skarpa odwodna H 1:m δ H w = H + δ 1:n Skarpa odpowietrzna b p Klasa wału I II III IV Bezpieczne wzniesienie korony δ [m] 1,3 1,0 0,7 0,5

7 Konstrukcja wału i jego główne wymiary Międzywale Korona wału b k Zawale WW Skarpa odwodna H 1:m δ H w = H + δ 1:n Skarpa odpowietrzna b p Minimalne wymiary wałów Wysokość wału H w [m] 1,0 2,0 3,0 > 4,0 Skarpa odwodna- nachylenie 1:m 1:2 1:2 1:2 1:2 Skarpa odpowietrzna nachylenie 1:n 1:1,5 1:1,5 1:2 1:2 Korona wału szerokość b k [m] 1,0 1,5 2,0 3,0 Podstawa wału szerokość b p [m] 4,5 8,5 14,0 19,0

8 Wymiary wału mogą ulec zmianie na podstawie wyników obliczeń: filtracji wody przez wał stateczności wału Charakter przepływu filtracyjnego: filtracja ustalona filtracja nieustalona Filtracja ustalona występuje gdy czas trwania wezbrania T w jest: dłuższy od czasu przesiąkania T p wody przez wał dłuższy od czasu ustalenia T u krzywej filtracji T w > T p i T w > T u

9 Filtracja nieustalona występuje gdy czas trwania wezbrania T jest: w krótszy od czasu przesiąkania T p i krótszy od czasu ustalenia T u krzywej filtracji: oraz T w < T p i T w < T u dłuższy od czasu przesiąkania T p, ale jednocześnie nie krótszy od czasu ustalenia T u krzywej filtracji T w > T p i T w < T u

10 Obliczenia wykonuje się przy założeniu nagłego wzrostu stanów wody od poziomu podstawy wału do poziomu WW - wody miarodajnej

11

12 Obliczanie czasu przesiąkania T p według wzoru Thiema Założenie: wał posadowiony na podłożu słaboprzepuszczalnym T = p n p L 3 kh ρ np = n ρ d w W n p objętość porów wypełnionych powietrzem, (-)( n porowatość gruntu w korpusie wału, (-)( ρ d, ρ w gęstość szkieletu gruntowego i wody, (kg/m 3 ) W wilgotność gruntu, (-)( L 1 zastępcza długość podstawy wału, (m) k współczynnik filtracji, (m/s) H 1 maksymalna głębokość wody przy wale, (m)

13 Wał posadowiony na podłożu słaboprzepuszczalnym schemat obliczeniowy

14 Obliczanie czasu T u według wzoru Erba 2 npl Tp = 2 H h o = kh 2L0 L długość obliczeniowa równa: L = L o - mh o Wał posadowiony na podłożu słaboprzepuszczalnym

15 Obliczenie jednostkowego przepływu filtracyjnego [m 3 /s*m] przez wał posadowiony na podłożu słaboprzepuszczalnym q = L n L kh 2 n 2 ( m H) 2 1 L n = m 2 H w + L n = βh b k + ( Hw H) m1 + Ln β = m 2

16 Obliczenie rzędnych krzywej filtracji w korpusie wału 2q y = + k q 2 ( x m 2 h o ) h o ( 4m + 2) 2 ho = 2k (x, y) - współrzędne krzywej filtracji h o wysokość przecięcia się krzywej filtracji ze skarpą odpowietrzną

17 Ochrona korpusu wału przed skutkami filtracji w przypadku wypływu wody na skarpę odpowietrzną Drenaż rurowy w obsypce żwirowej z odprowadzeniem wody do rowu przywałowego Drenaż żwirowy płaski na skarpie połączony z rowem przywałowym

18 Minimalna odległość krzywej filtracji od skarpy wału Zmiana wymiarów przekroju wału

19 Zmiana wymiarów przekroju wału Zwiększenie wymiarów przekroju poprzecznego wału powoduje wzrost kosztów budowy i wymaga większej powierzchni terenu. Tym niemniej koszt wykonania drenażu lub uszczelnienia wału może być znacznie większy.

20 Uszczelnienie wału zmniejszenie nadmiernej filtracji przez korpus wału posadowionego na gruncie słaboprzepuszczalnym Ekran uszczelniający obecnie wykonywany z geomembrany lub maty bentonitowej (rodzaj iłu) Rdzeń uszczelniający obecnie wykonywany z geomembrany bentonitu lub mieszanki bentonitu z cementem

21 Uszczelnienie wału posadowionego na gruncie przepuszczalnym Ekran połączony z tzw. fartuchem uszczelniającym podłoże wydłużającym drogę filtracji pod wałem. Fartuch obecnie najczęściej wykonywany jest z maty bentonitowej.

22 Urządzenia wbudowane lub połączone z wałem Obwałowania powodują utrudnienia w komunikacji oraz regulacji stosunków wodnych na zawalu. W celu złagodzenia tych niedogodności wały muszą być wyposażone w: przepusty wałowe pompownie przelewy (na obszarach polderów) przejazdy, schody

23 Przepusty wałowe służą do grawitacyjnego odprowadzania wody z rowów odwadniających dolinę oraz z mniejszych rzek - dopływów rzeki głównej. Pompownie wałowe w okresie przepływu wód wielkich służą do przerzutu wód z zawala (z sieci rowów odwadniających dolinę oraz z rzek - dopływów rzeki głównej). Przy niskich stanach woda odprowadzana jest rurociągiem grawitacyjnym. Śluzy wałowe służą do wprowadzania i odprowadzania wód wielkich na teren polderów. Mogą być również stosowane na ciągach komunikacyjnych do zamykania przejazdu przez wał. Przejazd przez koronę wału utwardzony odcinek drogi, zjazd na międzywale w kierunku zgodnym z kierunkiem przepływu w rzece.

24 Przyczyny uszkodzenia wałów: Przelanie się wody przez koronę 34 % przypadków (zbyt mała wysokość wału lub miejscowe osiadanie gruntu podłoża). Pozostałe 66 % przypadków: Sufozja gruntu i przecieki w podłożu, Przecieki przy budowlach wałowych, Upłynnienie gruntu w korpusie wału, Uszkodzenia wału w wyniku zatorów lodowych, zwalonych drzew, itp.

25 Uszczelnienie korpusu starych wałów za pomocą przesłon pionowych (rdzeni) wykonywanych z korony wału na głębokość do m, często do warstwy nieprzepuszczalnej. Zabezpieczenie korpusu wału przed zwierzętami ryjącymi - przykrycie skarpy odwodnej siatką stalową. Doraźne zabezpieczanie wyrw w wałach: Zastosowanie koszy gabionowych i elementów typu big bag wypełnione piaskiem lub innym gruntem sypkim. Kosze gabionowe są zabezpieczone geowłókniną i nie są wypełniane kamieniem jak w umocnieniach brzegowych i innych konstrukcjach hydrotechnicznych. Stosowanie ścianki szczelnej ej i zagęszczanie podłoża a metodą wibroflotacji.

26 Doraźne podwyższanie wałów i wykonywanie tymczasowych przegród Stosowane są: Elementy big bag wypełnione piaskiem; Worki z piaskiem (metoda bardzo pracochłonna, przegrody są mniej wytrzymałe, wymaga dużej ilości ludzi do napełniania, przenoszenia i układania worków z piaskiem); prefabrykowane, przenośne systemy grodzy (z elementów stalowych, aluminiowych, z tworzyw sztucznych); przegrody z tworzyw sztucznych napełnianych wodą.