Wały przeciwpowodziowe.

Transkrypt

1 Piotr Jermołowicz Inżynieria Środowiska Szczecin Wały przeciwpowodziowe. Wzbieranie wody w ciekach, zbiornikach i morzu jest to takie podniesienie poziomu wody, które nie powoduje zniszczeń i strat w terenach przyległych. Może być ono spowodowane zwiększonym zasilaniem np. przez opad, tajanie śniegu lub zahamowanie odpływu w wyniku zatoru, wiatru przeciwnego do kierunku ruchu wody - cofki itp. Powodziami nazywamy takie wezbrania wody, podczas których woda po przekroczeniu stanu brzegowego lub poziomu korony wałów ochronnych zalewa doliny rzeczne lub tereny depresyjne, a przez to powoduje zniszczenia i straty. Ze względu na to, że powódź jest zjawiskiem losowym, nie ma możliwości ścisłego określenia czasu oraz miejsca występowania oraz jej wielkości. Z pojęciem powodzi wiążą się charakterystyczne stany, poziomy oraz przepływy wody. Wyróżniamy stany i przepływy charakterystyczne (naturalne) oraz umowne (konwencjonalne). Różnica pomiędzy stanami a poziomami wody polega na tym, że te pierwsze są wartościami odczytywanymi na wodowskazach (najczęściej w cm), natomiast poziomy są wyrażone rzędnymi tj. wysokością w metrach nad przyjętym poziomem odniesienia. Określenie poziomu na podstawie odczytu stanu na wodowskazie polega na dodaniu tego stanu do rzędnej zera wodowskazu. W zagadnieniach powodziowych najczęściej wykorzystuje się stany charakterystyczne: maksymalny roczny (WW), maksymalny z maksymalnych rocznych (WWW), średni roczny (SW) i średni ze średnich rocznych (SSW), minimalny roczny (NW) i średni z minimalnych (SNW) oraz ekstremalne z wielolecia absolutnie maksymalne (abs. max) i absolutnie minimalne (abs. min). Mogą też być stosowane stany odpowiadające przepływom o określonym prawdopodobieństwie występowania, zarówno w strefie wód wielkich jak i niskich. Do stanów umownych (konwencjonalnych) stosowanych w ochronie przed powodziami zaliczamy stany ostrzegawcze i alarmowe leżące w strefie wód przyborowych. Ustala się je na podstawie obserwowanych na wodowskazach stanów wody oraz profilów koryta rzeki i stopnia zagospodarowania jej doliny. Stan alarmowy oznacza groźbę powodzi. Najczęściej przekracza on o kilka cm poziom wody brzegowej a przy jego ustaleniu uwzględnia się stopień zagospodarowania terenu. Fala powodziowa jest to fala wezbraniowa, która wywoła w dolinie rzeki określone szkody i straty materialne.

2 Rys.1. Elementy fali powodziowej; 1- krzywa wznoszenie, 2 krzywa opadania Q doz przepływ dozwolony, Q dop - przepływ dopuszczalny, V a objętość fali powodziowej, V b objętość części fali wezbraniowej od podstawy do Q doz, V a + V b = V całkowita objętość fali, 3 stany powodziowe, 4 stany przyborowe Rozmiary i częstotliwość awarii obwałowań uświadomić powinny administracji, projektantom wałów, ich budowniczym i zajmującym się ich kontrolą, konserwacją i naprawami oraz uczestnikom akcji przeciwpowodziowej ciążącą na nich odpowiedzialność. Obwałowania stwarzają dla chronionych przez nie dolin potencjalne zagrożenie występowania katastrofy, która zdarzyć się może w przypadku ich przerwania. W kraju przerwania obwałowań są liczne, w odczuciu niektórych fachowców zbyt liczne. Korpus wału powinien być tak zaprojektowany, wykonany i utrzymywany, by zapewnione były: jego stateczność ogólna i miejscowa oraz nieprzekroczenie dopuszczalnych osiadań we wszystkich przewidywanych warunkach tzn. stanach wody i ich zmianach, obciążenia itp., utrzymywanie nie niższe niż wymagana rzędnej korony, możliwość dotarcia w każdym czasie i we wszystkich warunkach do każdego miejsca w wale i przeprowadzenie tam czynności przewidzianych w toku akcji przeciwpowodziowej, kontroli stanu budowli, napraw i konserwacji, przejazdy, przejścia i przepędy dla ludzi i zwierząt w tym i dla żyjących na wolności, spełnienie wymagań ochrony środowiska, w tym harmonijnego włączenia obwałowania w krajobraz. Najmniejsze dopuszczalne wymiary korpusu określone są przez: głębokość przy wale wody obliczeniowej (miarodajnej lub kontrolnej) oraz bezpieczne wzniesienie (przyjęte wg przepisów lub większe) korony zapory nad zwierciadło wody, szerokość korony wału, która w obwałowaniach o wysokości ponad 2,0 m wynieść powinna, gdy koronę wykorzystuje się dla komunikacji, co najmniej 4,5 m, a gdy komunikacji się nie przewiduje co najmniej 3,0 m.

3 Rys.2. Przykład zastosowania włókniny w wałach wiślanych: 1-humusowanie, 2- darnina,3- drenaż podstawy skarpy, 4- włóknina, 5- droga wałowa, 6- materac faszynowy [1] Rys.3. Zastosowanie geomembrany w wale (rz. Narew) 1- dno wyrwy, 2- grunt narefulowany, 3- korpus wału, 4- brzegosłon, 5- geomembrana, 6- brzegosłon faszynowy [1] Rys.4. Schematy uszkodzeń korpusu wałów: a) zsuw, b) sufozja z deformacją skarpy, a) upłynnienie gruntu i zsuw, d) przebicie hydrauliczne, e) zsuwy poprzez pęknięcia, f) zsuw poprzez filtrację [1]

4 Wał ppow., aby mógł prawidłowo pełnić swoją funkcję, musi spełniać wymagania stawiane tego typu budowlom. Najmniejsze dopuszczalne wymiary korpusu wału zależą od : - zakwalifikowania wału do odpowiedniej klasy budowli hydrotechnicznych, - bezpiecznego wzniesienia korony wału ponad zw. wody obliczeniowej, - niezbędnej minimalnej szerokości korony wału i - wymagań dotyczących nachylenia skarp. Wały ppow. zgodnie z Rozporządzeniem [3] są zaliczane do jednej z 4 klas budowli hydrotechnicznych w zależności od wielkości obszaru chronionego. Tab. 1. Klasyfikacja obwałowań przeciwpowodziowych Opis i miano Wartość wskaźnika dla klasy wskaźnika I II III IV Obszar chroniony F > < F < < F 150 F 10 F [km 2 ] Uwagi Obszar, który przed obwałowaniem ulegał zatopieniu wodami o prawdopodobieństwie p=1% Rys.5. Przekrój wału przeciwpowodziowego h- stan wody obliczeniowej W związku z niebezpieczeństwem wystąpienia zjawiska sufozji lub przebicia hydraulicznego w skarpach odpowietrznych obwałowaniach ppow., szczególnie przy dłuższym okresie utrzymywania wysokich stanów wód w ciekach, należy wyznaczać położenie krzywych depresji w wale. To z kolei ma również ogromne znaczenie dla obliczeń stateczności skarpy odpowietrznej. Przybliżone położenie granicznej linii przepływu dla grobli ziemnej można wyznaczyć zgodnie z rys. 6.

5 Rys. 6. Linia przepływu [2] Hydrodynamiczna siatka przepływu składa się z linii ekwipotencjalnych i linii prądu (przepływu) - rys.7. Rys.7 [2] Szczegółowe obliczenia położenia krzywych depresji można przeprowadzić na podstawie poniższych schematów : Rys.8. Schemat do obliczania filtracji przez wał na podłożu nieprzepuszczalnym [4] y " = %& ' x

6 Rys. 9. Schemat do obliczania filtracji przez wał na podłożu nieprzepuszczalnym [4] y " = (%+,)& "' x Przedstawione schematy nie rozwiązują w oczywisty sposób wszystkich możliwych przypadków, a jedynie mają za zadanie przybliżyć umiejętność ich wykorzystywania. W przypadku stwierdzenia, że krzywa depresji po stronie odpowietrznej znajduje się powyżej podstawy skarpy, należy obliczyć lub wyznaczyć grubość warstwy filtracyjnej układanej dodatkowo na skarpie. Kryteria dla właściwego zaprojektowania filtru (wymiarów i filtracji)

7 Rys 10. Nomogram do wyznaczania grubości warstwy filtracyjnej [2] Dodatkowo dla warstwy filtru należy sprawdzić poniższe kryteria aby nie wystąpił znaczny napływ gruntu z wału do filtru:. / < 5, 4 <. / < 20,. 0? < / ? Przy zastosowaniu i wyborze geosyntetyków również należy sprawdzić odpowiednie kryteria.

8 Tab.2. Bezpieczne wzniesienie korony stałych budowli hydrotechnicznych Bezpieczne wzniesienie korony budowli Warunki eksploatacji hydrotechnicznych (w m) dla klas I IV nad statycznym poziomem wody nad poziomem wywołanym falowaniem I II III IV I II III IV Maksymalne poziomy wód 2,0 1,5 1,0 0,7 0,7 0,5 0,5 0,5 Miarodajne przepływy wezbraniowe 1,3 1,0 0,7 0,5 0,5 0,3 0,3 0,3 Wyjątkowe warunki pracy budowli 0,3 0,3 0,3 0,3 nie uwzględnia się falowania Rodzaj gruntu w korpusie wału Tab.3. Minimalne nachylenia skarp wałów Nachylenie skarpy odpowietrznej odwodnej z drenażem bez drenażu Niespoisty Spoisty 1 : 2,5 1 : 2,0 1 : 2,0 1 : 2,0 1 : 2,25 1 : 2,0 Rys.11. Zapobieganie sufozji i wydłużanie drogi filtracji [5]

9 Literatura : 1. Bobiński E. [i in.] : Ochrona przed powodzią. IMUZ, Falenty 1992, 2. Bolt A. [i in.] : Mechanika gruntów w zadaniach. P.G., Gdańsk Rozp. Rady Min. w sprawie klasyfikacji śródlądowych dróg wodnych. (Dz.U. z dn r.) 4. Czyżewski K. [i in.] : Zapory ziemne. Arkady, W-wa Stability of geotubes and geocontainers. Report on model investigation. Delft Hydraulics 1994