Wielofunkcyjne zbiorniki retencyjne Goczałkowice i Kozłowa Góra. Andrzej Siudy

Transkrypt

1 Wielofunkcyjne zbiorniki retencyjne Goczałkowice i Kozłowa Góra Andrzej Siudy Górnośląskie Przedsiębiorstwo Wodociągów w SA

2 . Górnośląskie Przedsiębiorstwo Wodociągów S.A. z siedzibą w Katowicach administruje dwa duŝe wielofunkcyjne zbiorniki retencyjne: Zbiornik Wodny Goczałkowice na Małej Wiśle. Zbiornik Wodny Kozłowa Góra na Brynicy. Zbiornik Wodny Goczałkowice oddany do eksploatacji w 1955 r. stanowi do dzisiaj podstawowe źródło zasobów wodnych dla Zakładu Uzdatniania Wody w Goczałkowicach oraz Stacji Uzdatniania Wody w Strumieniu. Zbiornik Kozłowa oddany do uŝytku w 1938 r. stanowi zaś jedyny rezerwuar wody surowej dla Stacji Uzdatniania Kozłowa Góra. Ze względu na swe rozmiary juŝ na etapie projektowania przewidziano, Ŝe pełnić będą równieŝ istotną funkcję przeciwpowodziowa w regionie. Koszty związane z utrzymaniem i eksploatacją zbiorników ponosi w całości Administrator, czyli Górnośląskie Przedsiębiorstwo Wodociągów SA w Katowicach. 2

3 3

4 4

5 r. Zbiornik Goczałkowice (Inwestycja w ramach Planu 6 letniego)

6 Wykonany w ramach robót publicznych dla wojska 6

7 Zbiorniki wodne Goczałkowice i Kozłowa Góra są zbiornikami wielozadaniowym, wśród najistotniejszych ich funkcji wymienić naleŝy: 1.Zaopatrzenie w wodę aglomeracji śląskiej. 2.Ochrona przeciwpowodziowa terenów poniŝej zbiorników. 3.Wyrównanie odpływów niŝówkowych w okresie suszy. 4.Gospodarka rybacka. 5.Ochrona przyrody (Sieć NATURA 2000) 6. Rekreacja? 7

8 Funkcje zbiorników retencyjnych Ochrona przed powodzią Zaopatrzenie w wodę do picia Gospodarka rybacka Wyrównanie przepływów niŝówkowych

9 Obszar objęty programem NATURA 2000 DOLINA GÓRNEJ WISŁY

10 NATURA 2000

11 11

12 Zapora czołowa w Goczałkowicach

13 Zbiornik Wodny Goczałkowice

14 Przelew burzowy

15 Ujście Wisły do Zbiornika

16 Zapora Goczałkowice urządzenia upustowe

17 Zbiornik Wodny Goczałkowice - tereny przed zalaniem

18

19 Przekrój poprzeczny zapory Goczałkowice, odcinek z rdzeniem glinowym Korona zapory Podsypka Ŝwirowa Płyty betonow e Ekran iłowy Nasyp statyczny z piasku Filtr odwrotny Grunt rodzimy Ścianka szczelna

20 Przekrój poprzeczny zapory Goczałkowice, odcinek z rdzeniem Ŝelbetowym Płyty betonowe Rdzeń Ŝelbetowy piasek trawa Filtr odwrotny Ścianka szczelna Pierwsza warstwa wodonośna gliny + iły Druga warstwa wodonośna

21 Zapora Goczałkowice Przekrój poprzeczny przez spust denny

22 Gospodarkę wodną na zbiorniku prowadzi się w następujących warunkach eksploatacji: w okresie normalnej eksploatacji zbiornika w okresie powodzi w przypadku wystąpienia awarii

23 Obsługa zbiornika codziennie o godz dokonuje obliczeń dopływu do zbiornika za ostatnią dobę. Obliczeń dokonuje się metodą objętościową według wzoru : Qdopł. = V / Qodpł. [m3/s] Gdzie : Qdopł. dopływ do zbiornika [m3/s] V [m3] róŝnica pojemności zbiornika na początku i na końcu 24 godzinnego przedziału czasu ilość sekund w ciągu doby Qodpł. [m3/s] średni w 24 godzinnym przedziale czasu odpływ ze zbiornika powiększony o wielkość poboru wody do SUW Strumień i ZUW Goczałkowice.

24 2000,0 1900,0 Rzeka Wisła Przekrój zapory Goczałkowice 1800,0 1700,0 1600,0 1500,0 1400,0 Przedział ufności Prawdopodobieństwo teoretyczne 1300,0 1200,0 1100,0 1000,0 900,0 800,0 700,0 Przepływ Qmax p% [m 3 /s] 600,0 Prawdopodobieństwo empiryczne 500,0 400,0 300,0 200,0 100,0 0, ,8 0,6 0,4 0,3 0,2 0,1 Prawdopodobieństwo p [%] Rys. 4. Wykres prawdopodobieństwa przepływów maksymalnych rocznych - metoda statystyczna

25 Przepływ Q [m 3 /s] 400,0 350,0 300,0 250,0 200,0 150,0 Rzeka Wisła Przekrój zapory Goczałkowice Q 1965 r. Q 1966 r. Q 1966 r. Q 1968 r. Q 1968 r. Q 1970 r. Q 1977 r. Q 1972 r. Q 1974 r. Q 1974 r. Q 1980 r. Q 1985 r. Q 1991 r. Q 1996 r. Q 1997 r. Q 1999 r. Q 2000 r. Q 2001 r. Q 2002 r. 100,0 50,0 0, Czas t [doba] Rys. 10. Historyczne fale powodziowe

26 1,2 1 0, Przepływ Q' 0,6 0,4 0, czas t [h]

27 Przepływ Q [m3/s] Empir Teor Czas t [h]

28 1997 Przepływ Q [m3/s] Empir Teor Czas t [h]

29 1600,0 1500,0 1400,0 1300,0 1200,0 1100,0 1000,0 Q max p=0,1% Q max p=0,2% Q max p=0,5% Q max p=1% Q max p=2% Q max p=5% Q max p=10% Q max p=20% Q max p=50% Przepływ Q [m 3 /s] 900,0 800,0 700,0 600,0 500,0 400,0 300,0 200,0 100,0 0, Czas t [h]

30 Postępowanie przeciwpowodziowe na zbiorniku obejmuje gospodarkę wodną w obrębie rezerwy powodziowej, zawartej miedzy poziomami piętrzenia NPP= 255,5,00 m npm i Max PP = 257,00 m npm. Okres postępowania przeciwpowodziowego rozpoczyna się w momencie, kiedy wypełniona jest pojemność wyrównawcza zbiornika ( poziom 255,50 m npm ) oraz gdy dopływ do zbiornika przekracza 55 m3/s i trwa do całkowitego odtworzenia rezerwy powodziowej. Schemat gospodarki wodnej w warunkach powodziowych uzaleŝnia dyspozycję odpływu ze zbiornika od dopływu i wypełnienia rezerwy powodziowej. Okres postępowania powodziowego moŝe nastąpić równieŝ w trakcie forsowania rezerwy przypadkowej po osiągnięciu stanu alarmowego na wodowskazie Skoczów. W toku postępowania przeciwpowodziowego obowiązują następujące reguły. Dyspozycje odpływu nie mogą przekraczać dopływu Po przekroczeniu stanu alarmowego na wodowskazie Skoczów w ramach rezerwy przypadkowej naleŝy zadysponować zrzut o wielkości 60 m3/s. JeŜeli dopływ do zbiornika osiąga wartość 200 m3/s naleŝy zrzut powiększyć do 100 m3/s Kolejne dyspozycje odpływu wydawane są co 3 godziny JeŜeli dopływ do zbiornika osiąga wartość 400 m3/s naleŝy zrzut powiększyć do 200 m3/s JeŜeli dopływ do zbiornika osiąga wartość 600 m3/s naleŝy zrzut powiększyć do 300 m3/s JeŜeli dopływ do zbiornika osiąga wartość 800 m3/s naleŝy zrzut powiększyć do 350 m3/s JeŜeli dopływ do zbiornika przekracza 900 m3/s a prognozy świadczą o tendencji wzrostowej dyspozycję zrzutów ustalać na poziomie 50% dopływu. Po osiągnięciu piętrzenia do rzędnej 256,70 m npm naleŝy tak regulować odpływ przez spust denny i przelew aby nie przekroczyć rzędnej maksymalnego piętrzenia przy 257,00 m npm. Napełnienie rezerwy powodziowej trwa do momentu gdy dopływ będzie mniejszy od dysponowanego poprzednio odpływu. Po ustaniu wezbrania naleŝy niezwłocznie odtworzyć rezerwę powodziową odpływem nieszkodliwym (QN=60.0 m3/s).

31 W 2005 roku opracowano na zlecenie Górnośląskiego Przedsiębiorstwa Wodociągów S.A. dokumentację hydrologiczną zlewni Małej Wisły powyżej Zbiornika Goczałkowickiego. Wynikiem tych obliczeń jest znaczny wzrost wielkości wód miarodajnych i kontrolnych w przekroju zaporowym Goczałkowice. Woda miarodajna wzrosła z wielkości Q max0.1% 962 m 3 /s (poprzednia instrukcja) do Q max0.1% 1460,8m 3 /s. Powyższe obliczenia były kilkakrotnie weryfikowane i potwierdzone przez uprawnionych hydrologów. Zmiana wielkości wód miarodajnych i kontrolnych dla tak dużego zbiornika jest sprawą fundamentalną przy opracowywaniu procedur związanych z gospodarowaniem wodą na zbiorniku w okresie powodziowym. Zmiany obliczeniowych wielkości przepływów maksymalnych powodują teoretyczny wzrost zagrożenia powodziowego dla zbiornika i terenu poniżej poprzez: wzrost objętości teoretycznych fal powodziowych ograniczenie możliwości zrzutowych zbiornika w przypadku przepełnienia zbiornika (maksymalny wydatek urządzeń spustowych zapory wynosi 935 m 3 /s przy Q max0.1% 1460,8m 3 /s) konieczność dysponowania większych niż dotychczas zrzutów już na początku wezbrania powodziowego. Symulacje pracy zbiornika podczas powodzi wobec nowych przepływów charakterystycznych dają mniejsze możliwości poprawnej ochrony przeciwpowodziowej terenów Doliny Małej Wisły. Możliwości takie pojawiają się w momencie zwiększenia rezerwy powodziowej w zbiorniku i podwyższenia wałów przeciwpowodziowych poniżej zbiornika. 31

32 REDUKCJA FALI POWODZIOWEJ O P=2% , Max PP 257,00 [m npm] 257,00 Przepływ Q [m 3 /s] Dopływ do zbiornika Odpływ spustem dennym odpływ przez przelew ruchomy odpływ całkowity odpływ przez przelew stały Rzędna zwierciadła wody Poziom początkowy piętrzenia 256,50 256,00 255,50 Rzędna w zbiorniku H [m n.p.m.] , RobPP 254,50 m npm 254, , Czas t [h]

33 REDUKCJA FALI POWODZIOWEJ O P=1% , Max PP 257,00 [m npm] 257, Dopływ do zbiornika Odpływ spustem dennym odpływ przez przelew ruchomy 256,50 Przepływ Q [m 3 /s] odpływ całkowity odpływ przez przelew stały Rzędna zwierciadła wody Poziom początkowy piętrzenia 256,00 255,50 Rzędna w zbiorniku H [m n.p.m.] , RobPP 254,50 m npm 254, , Czas t [h]

34 REDUKCJA FALI POWODZIOWEJ O P=0,5% , Max PP 257,00 [m npm] 257,00 Dopływ do zbiornika Odpływ spustem dennym 256,50 Przepływ Q [m 3 /s] odpływ przez przelew ruchomy odpływ całkowity odpływ przez przelew stały Rzędna zwierciadła wody Poziom początkowy piętrzenia 256,00 255,50 Rzędna w zbiorniku H [m n.p.m.] 255, Rob PP 254,50 m npm 254, , Czas t [h]

35 REDUKCJA FALI POWODZIOWEJ O p=0,1% , Max PP 257,00 [m npm] 257,00 Przepływ Q [m 3 /s] Dopływ do zbiornika Odpływ spustem dennym odpływ przez przelew ruchomy odpływ całkowity odpływ przez przelew stały Rzędna zwierciadła wody Poziom początkowy piętrzenia 256,50 256,00 255,50 Rzędna w zbiorniku H [m n.p.m.] , Rob PP 254,50 mnpm 254, , Czas t [h]

36

37 APARATURA KONTROLNO POMIAROWA Aparaturę kontrolno pomiarową zbiornika wodnego Goczałkowice stanowią: Sieć kontrolna zapory czołowej do pomiaru pionowych przemieszczeń obejmuje 133 reperów kontrolowanych rozmieszczonych na: - korpusie zapory - urządzeniach przelewowych zapory: przelew powierzchniowy, upust denny /pomiar w wodzie/, szykany, wieŝa zasuw oraz 40 reperów odniesienia. Sieć kontrolna zapory bocznej obejmuje 55 reperów kontrolowanych posadowionych na koronie wału oraz u jego podnóŝa, oraz 9 reperów odniesienia Szczelinomierze na elementach Ŝelbetowych spustu dennego ( sztolnia i mury oporowe) Siec piezometrów: 40 piezometrów w korpusie zapory ( 8 przekrojów po 5 piezometrów), w których dokonywany jest pomiar automatyczny 42 piezometry przedpola zapory, z których 8 jest kontrolowanych automatycznie. 12 studni odciąŝąjących drugi poziom wodonośny, z których 11 wydatek mierzony jest automatycznie Pomiar poziomu wody górnej za pomocą dwóch sond hydrostatycznych usytuowanych na północnej ścianie wieŝy zamknięć spustu dennego. Pomiar poziomu wody dolnej i górnej przy pomocy łat wodowskazowych. Pomiar temperatury powietrza i wody w zbiorniku za pomocą elektronicznej aparatury kontrolno pomiarowej. Pomiar połoŝenia zasuw spustu dennego i przelewu burzowego. Pomiar wydatku urządzeń spustowych. System monitoringu obiektów zapory poprzez telewizję przemysłową. 37

38

39

40 260 Jaz stały i ruchomy Upusts denny Korona zapory Rzędna - [m npm] Ścianka szczelna - wykonana Wykop ostrogi iłowej I-szy poziom wodonośny (wg danych ) Gleba Warstwa II-go poziomu wodonośnego- (wg danych ) Opracował dr inŝ B. Dembski Piaski Pyły Gliny i iły Torfy Odległość lokalna - związana z hektometraŝem zapory 1300 Synteza dokumentacji geologiczno inŝynierskich, budowa geologiczna i warunki hydrogeologiczne w podłoŝu zbiornika i zapory

41

42

43

44 KORPUS ZAPORY ZIEMNEJ Ia Ib Ic Goczałkowice przekrój piezometryczny I - I Zestawienie wyników pomiarów piezometrycznych w okresie w przekroju I-I; hm przekrój w osłonie ścianki szczelnej, Id Ie I.1961 I.1970 I.1980 I.1990 I.2000 I I.1961 I.1970 I.1980 I.1990 I.2000 I.2005 I.1961 I.1970 I.1980 I.1990 I.2000 I.2005 I.1961 I.1970 I.1980 I.1990 I.2000 I.2005 I.1961 I.1970 I.1980 I.1990 I.2000 I.2005 I.1961 I.1970 I.1980 I.1990 I.2000 I Odległość lokalna - m Obwiednia poziomów piezometrycznych w przekroju piezometrycznym I-I

45 KORPUS ZAPORY ZIEMNEJ Va Vb Goczałkowice przekrój piezometryczny V-V Zestawienie wyników pomiarów piezometrycznych w okresie w przekroju V-V; hm przekrój poza ścianką szczelną, która kończy się w hm Vc Vd Ve I.1961 I.1970 I.1980 I.1990 I.2000 I.2005 I.1961 I.1970 I.1980 I.1990 I.2000 I.2005 I.1961 I.1970 I.1980 I.1990 I.2000 I.2005 I.1961 I.1970 I.1980 I.1990 I.2000 I.2005 I.1961 I.1970 I.1980 I.1990 I.2000 I odległość lokalna Obwiednia poziomów piezometrycznych w przekroju piezometrycznym V-V

46 Zapora GOCZAŁKOWICE - Powódź 13 sierpnia 1985 Poziomy piezometryczne w drugiej warstwie wodonośnej H zbior = m npm; H kan = m npm

47 Zapora Goczałkowice Przekrój poprzeczny przez spust denny

48 250 S-9-bis S-22-bis a' Rejon przebicia 120/120a S-4-bis S-3-bis S-2-bis 122a 106' S-8-bis S-7-bis S-6-bis 121/121a Kierunki badań radiometrycznych Badania ekspedycyjne badania radiometryczne Wyniki badań nie pozwoliły ocenić ewentualnych skutków rozluźnienia struktury gruntów podłoŝa przez przebicie hydrauliczne warstwy słabo przepuszczalnej

49 Mapa poziomów piezometrycznych - strona prawa od do stan Kierunek przepływu wód gruntowych 60 Strefa opływu ścianki szczelnej w podłoŝu zapory Strefa filtracji przez podłoŝe, wokól ostrogi 40 IIIe IVe 20 IIId IIIc IVd IVc Vc Vd Ve VIc VId VIe VIIc VIId VIIe IIIb IVb Vb VIb VIIb IIIa IVa Va VIa VIIa /108a S-I 111/1 11a Mapa poziomów piezometrycznych - strona lewa od do stan Kierunek przepływu wód gruntowych 121/121a

50 Bariera z rur stalowych 50cm i s?upków?elebetowych 20x20cm co 3,0m Parapet odbojowy prefabrykowany 280,65 1:3 Studzienka kontrolna 60cm Dar? 1 :2,5 279,87-280,07 Jezdnia asfaltowa 2,8 % 2,8 % 279,13 Ekran uszczelniaj?cy z i?u i gliny 1 :2,5 1 :2,5 1 :2,25 278,99 Nad.P.P. 278,58 Max.P.P. 278,08 N.P.P. Bruk z kamienia?amanego 275,29 MIN.P.P. ZPW Mur opor o wy z k a mi e ni a? a ma n e go na zapr a wi e ce ment o wej 275,03 MIN.P.P. 1:1,5 Ró w 1 :1,5 Istn. teren Dren kamionkowy D = 150 mm Dren ceramiczny D = 200 mm Obudowa wylotu?cianka szczelna P R Z E K R Ó J P O P R Z E C Z N Y Z A P O R Y C Z O? O W E J 50

51 I.03 I.04 I.03 I.04 I.03 I.04 I.03 I.04 I.03 I.04 I.03 I.04 0-A B 0-C 0-E 0-D Przekrój 0-0 wg danych I. Łukaczyńskiego-2001 Wyniki pomiarów z 2002 i 2003 roku m npm Stopień zagęszczenia I D Stopień zagęszczenia I D

52 52

53 1954 r. Powstaje SUW Strumień 2000 r. Linia ozonu i węgla aktywnego Bazuje na ujęciach brzegowych Małej Wisły oraz Zbiornika Goczałkowickiego

54 1956 r. Powstaje ZUW Goczałkowice 1978 r. Rozbudowa Go-Cza II 2005 r. Linia ozonu i węgla aktywnego Bazuje na ujęciach brzegowych Zbiornika Goczałkowickiego oraz Zbiorników Kaskady Soły