Raport Zadanie I Etap II Model hydrologiczny zlewni Uszwicy.

Transkrypt

1 Wielowariantowy program inwestycyjny wraz z opracowaniem strategicznej oceny oddziaływania na środowisko dla rzeki Uszwicy wraz z dopływami na terenie gm. Szczurowa, Borzęcin, Brzesko, Gnojnik, Lipnica Murowana. Raport Zadanie I Etap II Model hydrologiczny zlewni Uszwicy. Działanie prowadzone i finansowane jest w ramach: Programu Ochrony przed Powodzią w Dorzeczu Górnej Wisły Listopad 2015r. WYKONAWCY Grontmij Polska Sp. z o.o. ul. Ziębicka Poznań tel fax Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej Państwowy Instytut Badawczy, Oddział w Krakowie ul. P. Borowego Kraków tel fax

2 Metryka dokumentu: Tytuł: Wielowariantowy program inwestycyjny wraz z opracowaniem strategicznej oceny oddziaływania na środowisko dla rzeki Uszwicy wraz z dopływami na terenie gm. Szczurowa, Borzęcin, Brzesko, Gnojnik, Lipnica Murowana. Raport Zadanie I Etap II Model hydrologiczny zlewni Uszwicy. Numer dokumentu 2.2 Data listopad 2015r. Autorzy: Michał Łyp : michal.lyp@imgw.pl Współpraca: Centrum Modelowania Powodzi i Suszy w Krakowie Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej, Państwowy Instytut Badawczy Alicja Wilanowska : alicja.wilanowska@grontmij.pl Małgorzata Maczuga : małgorzata.maczuga@imgw.pl Zatwierdził: Piotr Szymczak : piotr.szymczak@grontmij.pl Grontmij Polska Sp. z o.o. IMGW PIB oddział w Krakowie strona 2 z 46

3 Spis treści Spis tabel...3 Spis rysunków Wprowadzenie Założenia i przyjęta metodyka Model hydrologiczny budowa i parametryzacja Struktura modelu Parametryzacja obiektów modelu Meteorologiczne dane wejściowe Pozostałe parametry modelu Wyniki obliczeń hydrologicznych Wyniki modelowania Powiązanie z projektem Zabezpieczenie powodziowe w dolinie rzeki Uszwicy [...] Literatura Spis tabel Tab. 1. Lista zlewni cieków będących podstawą podziału obszaru zlewni Uszwicy...7 Tab. 2. Zestawienie identyfikatorów obiektów w modelu hydrologicznym Tab. 3. Zestawienie parametrów morfometrycznych zlewni Tab. 4. Przypisanie typów gleb i podłoża gleb do grup glebowych SCS-CN Tab. 5. Wartości parametru CN dla II stopnia uwilgotnienia Tab. 6. Wartości parametru CN dla II PNW i odpowiadające im wartości przy III PNW Tab. 7. Parametry CN i Tlag zastosowane w modelu hydrologicznym Tab. 8. Dane meteorologiczne wykorzystane w analizie Tab. 9. Przypisane zlewni cząstkowych do regionów opadowych Tab. 10. Kolejne iteracje szacowania rozkładu teoretycznego opadów o Pp=1%. Q1% wg krzywej IMGW wynosi 330 [m 3 s -1 ] Tab. 11. Obliczenia φ r Tab. 12. Obliczenia Qp Tab. 13. Obliczenia max50% Tab. 14. Obliczenia współczynnika Cv max Tab. 15. Obliczenia współczynnika φmax oraz Qmax p Grontmij Polska Sp. z o.o. IMGW PIB oddział w Krakowie strona 3 z 46

4 Tab. 16. Zestawienie obliczonych wartości Qmax p% dla przekrojów obliczeniowych Tab. 17. Zestawienie wartości Qmax p symulowanych w modelu hydrologicznym z wartościami w lokalizacjach kontrolnych Tab. 18. Zestawienie wartości maksymalnych przepływów na zamknięciach zlewni cząstkowych w scenariuszu I rozkład DVWK Tab. 19. Zestawienie wartości maksymalnych przepływów na zamknięciach zlewni cząstkowych w scenariuszu II rozkład Beta Spis rysunków Rys. 1. Podział zlewni Uszwicy na jednostki zadaniowe...6 Rys. 2. Opady rozlewne, poprzedzające opad nawalny w dn. 9 lipca 1997 na stacjach w obszarze i sąsiadujących z obszarem zlewni Uszwicy....9 Rys. 3. Struktura modelu hydrologicznego w programie HEC-HMS Rys. 4. Długość linii spływu wód w zlewni Z03_01 Leksandrówki. Długość maksymalna spływu wynosi [m] Rys. 5 i 6. Przestrzenne zróżnicowanie wielkości zlewni cząstkowych w modelu hydrologicznym (cz. lewa) oraz średnich spadków w zlewni (cz. prawa) Rys. 7. Przestrzenne zróżnicowanie długości maksymalnej zlewni cząstkowych w modelu hydrologicznym Rys. 8 i 9. Przestrzenne zróżnicowanie parametru CN uśrednionego do poziomu zlewni cząstkowych (cz. lewa) oraz czasu koncentracji spływu (cześć prawa) Rys. 10. Rozkład przestrzenny sum opadu o prawdopodobieństwie wystąpienia Pp=1% w zlewni Uszwicy Rys. 11. Rozkład czasowy sumy dobowej opadu na 24 godz. wg metody DVWK Rys. 12 Rozkład przestrzenny sumy dobowej opadu z 9 lipca Rys. 13. Opad godzinowy z 9 lipca 1997 r. na stacjach opadowych analizowanego obszaru Rys. 14. Przypisanie zlewni cząstkowych do posterunków opadowych dla symulacji Rys. 15. Hydrogram rzędnych zw. wody w Brzeski w symulacji wezbrania 2010 r Rys. 16. Rozkład przestrzenny sumy dobowej opadu z 16 maja 2010 r Rys. 17. Przypisanie zlewni cząstkowych do posterunków opadowych dla symulacji Rys. 18. Rozkład czasowy opadów z maja 2010 r. na stacji Gnojnik Rys. 19. Hydrogram rzędnych zw. wody w Brzesku w symulacji wezbrania 2010 r Rys. 20. Lokalizacja punktów weryfikacji w zlewni Uszwicy Grontmij Polska Sp. z o.o. IMGW PIB oddział w Krakowie strona 4 z 46

5 1. Wprowadzenie Niniejszy dokument pn.: Wielowariantowy program inwestycyjny wraz z opracowaniem strategicznej oceny oddziaływania na środowisko dla rzeki Uszwicy wraz z dopływami na terenie gm. Szczurowa, Borzęcin, Brzesko, Gnojnik, Lipnica Murowana, Raport Cząstkowy dla Etapu II stanowi część dokumentacji projektu realizowanego na podstawie umowy nr II-159-ZIR-34/14 zawartej w Krakowie w dniu r. Zamawiającym jest Małopolski Zarząd Melioracji i Urządzeń Wodnych w Krakowie, który przedstawił szczegółowy opis przedmiotu zamówienia i specyfikację techniczną. Wykonawcą jest konsorcjum firm: Grontmij sp. z o.o. oraz Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej, Państwowy Instytut Badawczy, oddział w Krakowie. Przedmiotem zamówienia jest wielowariantowy program inwestycyjny mający na celu zabezpieczenie przeciwpowodziowe rzeki Uszwicy i jej dopływów oraz poddanie go strategicznej ocenie oddziaływania na środowisko. Zasobem informacji na temat planowanych działań są: Program ochrony przed powodzią w dorzeczu górnej Wisły zatwierdzony Uchwałą Rady Ministrów Nr 151/2011 z dnia 9 sierpnia 2011 r., Studium ochrony przed powodzią ze względu na ochronę ludzi i mienia województwa małopolskiego na obszarze zlewni górnej Wisły, wykonane na zlecenie Małopolskiego Zarządu Melioracji i Urządzeń Wodnych w Krakowie w 2008 roku przez Politechnikę Krakowską, Koncepcja zwiększenia poziomu bezpieczeństwa powodziowego w dolinie rzeki Uszwicy, opracowana w latach przez Cermet Bud na zlecenie Małopolskiego Zarządu Melioracji i Urządzeń Wodnych w Krakowie oraz dokumenty o charakterze programów i koncepcji opracowane przez Małopolski Zarząd Melioracji i Urządzeń Wodnych w Krakowie (MZMiUW), Regionalny Zarząd Gospodarki Wodnej w Krakowie (RZGW) oraz władze samorządowe z obszaru zlewni Uszwicy. Podstawą do analizy programu inwestycyjnego jest ocena istniejącego stanu zabezpieczenia przeciwpowodziowego w zlewni, wskazująca obszary zagrożeń dla zabudowy i infrastruktury, w których należy podjąć określone działania w zakresie ochrony przeciwpowodziowej. Głównym elementem opracowania są wariantowe analizy hydrauliczne działań inwestycyjnych z zakresu ochrony przeciwpowodziowej w obszarze zlewni głównej (zlewnia Uszwicy) w układzie tzw. jednostek zadaniowych, stanowiących podzlewnie głównej zlewni, określonych w specyfikacji przez Zleceniodawcę. Podział zlewni Uszwicy na jednostki zadaniowe przedstawia poniższa rycina (Rys. 1). Grontmij Polska Sp. z o.o. IMGW PIB oddział w Krakowie strona 5 z 46

6 Rys. 1. Podział zlewni Uszwicy na jednostki zadaniowe Listę zlewni cieków stanowiącą podstawę podziału obszaru objętego opracowaniem na jednostki zadaniowe z przypisanymi kodami zlewni zadaniowych przedstawiono w tabeli nr 1. Grontmij Polska Sp. z o.o. IMGW PIB oddział w Krakowie strona 6 z 46

7 Tab. 1. Lista zlewni cieków będących podstawą podziału obszaru zlewni Uszwicy Lp. Ciek Długość cieku [km] Powierzchnia cieku [km 2 ] Jednostka zadaniowa 1 Uszwica Z01 2 Górzański Z02 3 Leksandrówka Z03 4 Kowalówka Z04 5 Grodna Z05 6 Niedźwiedź Z06 7 Borowy i Borowa Struga 8 Ulga Uszewska i Korytnica (7.66 i 6.23) (3.54 i 8.21) (16.62 i 14.10) (0.7 i 18.35) Z07 Z08 2. Założenia i przyjęta metodyka Analizę transformacji opad-odpływ w zlewni Uszwicy przeprowadzono w oparciu o wytyczne zapisane w Załączniku nr 1 SIWZ opracowania Wielowariantowy program inwestycyjny wraz z opracowaniem strategicznej oceny oddziaływania na środowisko dla rzeki Uszwicy wraz z dopływami na terenie gm. Szczurowa, Borzęcin, Brzesko, Gnojnik, Lipnica Murowana Specyfikacja techniczna. W analizowanym obszarze jedynie rzeka Uszwica jest kontrolowana w ramach sieci obserwacyjnej Państwowej Służby Hydrologiczno-Meteorologicznej. Wszystkie dopływy Uszwicy są dopływami niekontrolowanymi, dlatego też analiza przepływów maksymalnych o prawdopodobieństwie przewyższenia Qmaxp = 50%, 20%, 10%, 5%, 2%, 1%, 0,5% i 0.2% dla zlewni niekontrolowanych wymagała opracowania danych wejściowych w oparciu o model hydrologiczny. Dla określenia Qmaxp przeprowadzono obliczenia z wykorzystaniem modelu hydrologicznego typu opad-odpływ HEC-HMS opracowanego przez Ośrodek Inżynierii Hydrologicznej Korpusu Inżynieryjnego Armii Stanów Zjednoczonych Ameryki. Posługując się tym modelem przyjęto następujące założenia: 1. Dla poszczególnych podzlewni opad jest stały przestrzennie. 2. Zakłada się równość prawdopodobieństwa opadu i wywołanego nim przepływu. 3. Wartość opadu jest zmienna w skali doby, a jej suma dla t=24 godz. równa się sumie dobowej opadu o określonym prawdopodobieństwie przewyższenia (50%, 20%, 10%, 5%, 2%, 1%, 0,5% i 0.2%), określonego z wykorzystaniem rozkładu prawdopodobieństwa Gumbela. 4. Dla cieku kontrolowanego Uszwicy, rozkład czasowy opadu opracowano z wykorzystaniem Grontmij Polska Sp. z o.o. IMGW PIB oddział w Krakowie strona 7 z 46

8 funkcji gęstości beta. Celem właściwego odwzorowania transformacji opadu w odpływ prowadzono dopasowanie wartości parametrów α i β tak, aby uzyskać zgodność z wartościami Qp na przekroju kontrolnym. 5. Do obliczeń rozkładu czasowego opadu dla cieków niekontrolowanych wykorzystano metodę DVWK, gdzie przez pierwsze 30% czasu trwania opadu wystąpi 20% jego sumy całkowitej. Po czasie równym połowie trwania opadu pojawi się 70%, a pozostałe 30% całkowitego opadu wystąpi w drugiej połowie czasu trwania zjawiska [DVWK 1985]. 6. Dane wejściowe do modelu, tj. opad efektywny wyznaczono metodą CN-SCS, z uwzględnieniem wpływu zagospodarowania terenu, rodzaju gleb, charakteru pokrywy roślinnej oraz stanu uwilgotnienia zlewni. 7. W obliczeniach podstawowych założono II stopień uwilgotnienia gruntu. Jako dane wejściowe do modelu hydrologicznego przyjęto: 1. Mapę Podziału Hydrograficznego Polski z roku 2012 (wersja geobazowa), będącą podstawą określenia schematu sieci rzecznej oraz granic zlewni i podzlewni. Podział zmodyfikowano ze względu na zasięg odcinków modelowanych w modelu hydraulicznym. 2. Numeryczny model terenu uzyskany z połącznia NMT LiDAR, służący określeniu parametrów morfometrycznych zlewni. 3. Dane meteorologiczne sumy opadu o określonym prawdopodobieństwie wystąpienia. 4. Mapę glebowo-rolniczą w wersji cyfrowej (*.shp) pozyskaną z IUNG w Puławach, służącą określeniu grup glebowych dla obliczeń parametru CN. Skala mapy 1: Warstwę przestrzenną użytkowania terenu opracowaną na podstawie 23 klas PT (pokrycia terenu) z Bazy Danych Obiektów Topograficznych służącą określeniu rodzajów pokrycia terenu dla obliczeń parametru CN. Warstwa PT służyła także do określenia współczynnika nieprzepuszczalności w zlewni. Sposób powiązania klas PT (BDOT) z klasami pokrycia terenu stosowanymi w metodzie SCS-CN zawarto w tab. 5. Równocześnie z powyższym przeprowadzono obliczenia hydrologiczne, które miały stanowić dodatkową weryfikację uzyskanych wyników oraz jako płaszczyzna odniesienia względem danych opracowanych w równoległym projekcie Zabezpieczenie powodziowe w dolinie rzeki Uszwicy [...] realizowanym przez Cermet-Bud na zlecenie Zamawiającego. W obliczeniach wykorzystano wzory empiryczne, zależnie od skali zlewni: równania regresyjne Punzeta oraz metodę formuły opadowej (Punzet, Trylska-Siekańska, 1992; Stachy, Fal, 1986). Grontmij Polska Sp. z o.o. IMGW PIB oddział w Krakowie strona 8 z 46

9 3. Model hydrologiczny budowa i parametryzacja Model opracowany został na bazie analizy 2 wariantów: 1. podstawowy, odpowiadający II poziomowi uwilgotnienia zlewni, 2. wysokiego poziomu uwilgotnienia zlewni, tj. III PNW. Warianty analizowano w powiązaniu z transformacją przepływu w korycie rzecznym przeprowadzoną przy wykorzystaniu modeli HD MIKE11. Porównywano wartości Qmax o zadanych prawdopodobieństwach przewyższenia obliczone dla profilu wodowskazowego Borzęcin z parametrami fali hipotetycznej generowanej opadem o zadanym prawdopodobieństwie przewyższenia. Wypracowanie drugiego wariantu uwilgotnienia zlewni wynikało z lepszego dopasowania wartości symulowanej do wysokości przepływu maksymalnego o określonym prawdopodobieństwie przewyższenia, a także analizy danych historycznych związanych z największą notowaną w ostatnich latach falą wezbraniową (Rys. 2). Rys. 2. Opady rozlewne, poprzedzające opad nawalny w dn. 9 lipca 1997 na stacjach w obszarze i sąsiadujących z obszarem zlewni Uszwicy. Grontmij Polska Sp. z o.o. IMGW PIB oddział w Krakowie strona 9 z 46

10 3.1. Struktura modelu Wykorzystując Mapę Podziału Hydrograficznego Polski, w tym jej składowe zlewnie elementarne oraz sieć rzeczną, określono strukturę modelu hydrologicznego (Rys. 3). Rys. 3. Struktura modelu hydrologicznego w programie HEC-HMS. Ze względu na skomplikowanie układu hydrograficznego zlewni, zastosowano wprowadzenie symboli w układzie hierarchicznym. Ich przełożenie na jednostki zadaniowe oraz przypisanie do konkretnych cieków zamieszczono w tabeli 2. Tab. 2. Zestawienie identyfikatorów obiektów w modelu hydrologicznym Identyfikator obiektu Typ obiektu Opis obiektu modelu Z1_00 Zlewnia cząstkowa Uszwica - 0 Z1_01 Zlewnia cząstkowa Uszwica do Dopływu spod Kobylej Góry Z1_02 Zlewnia cząstkowa Uszwica od Dopływu spod Kobylej Góry do Księży Z1_03 Zlewnia cząstkowa Uszwica od Księży do Górzańskiego Z1_04 Zlewnia cząstkowa Uszwica od Górzańskiego do Piekarskiego Z1_05 Zlewnia cząstkowa Uszwica od Piekarskiego do Dopływu spod Ostrej Góry Z1_06 Zlewnia cząstkowa Uszwica od Dopływu spod Ostrej Góry do Potok w Gosprzydowej Grontmij Polska Sp. z o.o. IMGW PIB oddział w Krakowie strona 10 z 46

11 Identyfikator obiektu Typ obiektu Opis obiektu modelu Z1_07 Zlewnia cząstkowa Uszwica od Potoku w Gosprzydowej do Dopływu w Gnojniku Z1_08 Zlewnia cząstkowa Uszwica od Doplyw w Gnojniku do Zawadka Z1_09 Zlewnia cząstkowa Uszwica od Zawadka do Zagrody Z1_10 Zlewnia cząstkowa Uszwica od Zagrody do Leksandrówki Z1_11 Zlewnia cząstkowa Uszwica od Leksandrówki do Kowalówki Z1_12 Zlewnia cząstkowa Uszwica od Kowalówki do Potok z Okocimia Z1_13 Zlewnia cząstkowa Uszwica od Potok z Okocimia do Grodnej Z1_14 Zlewnia cząstkowa Uszwica od Grodnej do Jastwianka Z1_15 Zlewnia cząstkowa Uszwica od Jastwianka do Niedźwiedzia Z1_16 Zlewnia cząstkowa Uszwica od Niedźwiedź do Dopływ spod Podlesia Z1_17 Zlewnia cząstkowa Uszwica od Dopływ spod Podlesia do Wróblówka Z1_18 Zlewnia cząstkowa Uszwica od Wróblówka do Borowy Z1_19 Zlewnia cząstkowa Uszwica od Borowy do Ulgi Borowa Struga Z1_20 Zlewnia cząstkowa Uszwica od Borowa Struga do Ulgi Uszewskiej Z1_21 Zlewnia cząstkowa Uszwica od Ulgi Uszewskiej do ujścia Z1_A Zlewnia cząstkowa Dopływ spod Kobylej Góry Z1_B Zlewnia cząstkowa Ksiezy Z1_C Zlewnia cząstkowa Piekarski Z1_D Zlewnia cząstkowa Dopływ spod Ostrej Góry Z1_E Zlewnia cząstkowa Potok w Gosprzydowej Z1_F Zlewnia cząstkowa Dopływ w Gnojniku Z1_G Zlewnia cząstkowa Zawadka Z1_H Zlewnia cząstkowa Zagrody Z1_I Zlewnia cząstkowa Potok z Okocimia Z1_J Zlewnia cząstkowa Jastwianka Z1_K Zlewnia cząstkowa Dopływ spod Podlesia Z1_L Zlewnia cząstkowa Wroblowka Z2_00 Zlewnia cząstkowa Górzański - 0 Z2_01 Zlewnia cząstkowa Górzański do Łuzwica Z2_02 Zlewnia cząstkowa Górzański do ujścia Z2_A Zlewnia cząstkowa Luzwica Z3_00 Zlewnia cząstkowa Leksandrowka - 0 Z3_01 Zlewnia cząstkowa Leksandrówka do Kopaliny Z3_02 Zlewnia cząstkowa Leksandrówka od Kopaliny do Potok Kobylecki Z3_03 Zlewnia cząstkowa Leksandrówka od Potok Kobylecki do Borowianka Z3_04 Zlewnia cząstkowa Leksandrówka od Borowianka do Stara Rzeka Z3_05 Zlewnia cząstkowa Leksandrówka od Stara Rzeka do ujścia Z3_A Zlewnia cząstkowa Kopaliny Z3_B Zlewnia cząstkowa Potok Kobylecki Z3_C Zlewnia cząstkowa Borowianka Z3_D Zlewnia cząstkowa Stara Rzeka Z4_00 Zlewnia cząstkowa Kowalówka - 0 Grontmij Polska Sp. z o.o. IMGW PIB oddział w Krakowie strona 11 z 46

12 Identyfikator obiektu Typ obiektu Opis obiektu modelu Z4_01 Zlewnia cząstkowa Kowalówka Z5_00 Zlewnia cząstkowa Grodna - 0 Z5_01 Zlewnia cząstkowa Grodna Z6_00 Zlewnia cząstkowa Niedźwiedź - 0 Z6_01 Zlewnia cząstkowa Niedźwiedź Z6_02 Zlewnia cząstkowa Niedźwiedź od Dopływ spod Zerkowa do Dopływ spod Przymiarek Z6_03 Zlewnia cząstkowa Niedźwiedź od Doplyw spod Przymiarek do Dopływ w Dołach Z6_04 Zlewnia cząstkowa Niedźwiedź od Dopływ w Dolach do Dopływ spod góry Kamionka Z6_05 Zlewnia cząstkowa Niedźwiedź do ujścia Z6_A Zlewnia cząstkowa Dopływ spod Zerkowa Z6_B Zlewnia cząstkowa Dopływ spod Przymiarek Z6_C Zlewnia cząstkowa Dopływ w Dołach Z6_D Zlewnia cząstkowa Dopływ spod góry Kamionka Z7_00 Zlewnia cząstkowa Borowy - 0 Z7_01 Zlewnia cząstkowa Borowy Z8_00 Zlewnia cząstkowa Borowa Struga - 0 Z8_01 Zlewnia cząstkowa Borowa Struga Z9_00 Zlewnia cząstkowa Ulga Uszewska - 0 Z9_01 Zlewnia cząstkowa Ulga Uszewska do Korytnicy Z9_02 Zlewnia cząstkowa Ulga Uszewska od Korytnicy do ujścia Z10_00 Zlewnia cząstkowa Korytnica - 0 Z10_01 Zlewnia cząstkowa Korytnica do Dopływ spod Skotnik Z10_02 Zlewnia cząstkowa Korytnica od Dopływ spod Skotnik do ujścia Z10_A Zlewnia cząstkowa Dopływ spod Skotnik Reach-1 Odcinek transformacji w korycie Uszwica do Dopływu spod Kobylej Góry Reach-2 Odcinek transformacji w korycie Uszwica od Dopływu spod Kobylej Góry do Księzego Reach-3 Odcinek transformacji w korycie Uszwica od Księzego do Gorzanskiego Reach-4 Odcinek transformacji w korycie Uszwica od Górzańskiego do Piekarski Reach-5 Odcinek transformacji w korycie Uszwica od Piekarski do Dopływ spod Ostrej Góry Reach-6 Odcinek transformacji w korycie Uszwica od Dopływ spod Ostrej Góry do Potok w Gosprzydowej Reach-7 Odcinek transformacji w korycie Uszwica od Potok w Gosprzydowej do Dopływ w Gnojniku Reach-8 Odcinek transformacji w korycie Uszwica od Doplyw w Gnojniku do Zawadka Reach-9 Odcinek transformacji w korycie Uszwica od Zawadkado Zagrody Reach-10 Odcinek transformacji w korycie Uszwica od Zagrody do Leksandrówki Reach-11 Odcinek transformacji w korycie Uszwica od Leksandrówki do Kowalówki Reach-12 Odcinek transformacji w korycie Uszwica od Kowalówki do Potok z Okocimia Reach-13 Odcinek transformacji w korycie Uszwica od Potok z Okocimia do Grodnej Reach-14 Odcinek transformacji w korycie Uszwica od Grodnej do Jastwianka Reach-15 Odcinek transformacji w korycie Uszwica od Jastwianka do Niedźwiedzia Reach-16 Odcinek transformacji w korycie Uszwica od Niedźwiedź do Dopływ spod Podlesia Reach-17 Odcinek transformacji w korycie Uszwica od Dopływ spod Podlesia do Wróblówka Reach-18 Odcinek transformacji w korycie Uszwica od Wróblówka do Borowy Grontmij Polska Sp. z o.o. IMGW PIB oddział w Krakowie strona 12 z 46

13 Identyfikator obiektu Typ obiektu Opis obiektu modelu Reach-19 Odcinek transformacji w korycie Uszwica od Borowy do Ulgi Borowa Struga Reach-20 Odcinek transformacji w korycie Uszwica od Borowa Struga do Ulgi Uszewskiej Reach-21 Odcinek transformacji w korycie Uszwica od Ulgi Uszewskiej do ujścia Reach-22 Odcinek transformacji w korycie Górzański do Łuzwica Reach-23 Odcinek transformacji w korycie Górzański do ujścia Reach-24 Odcinek transformacji w korycie Leksandrówka do Kopaliny Reach-25 Odcinek transformacji w korycie Leksandrówka od Kopaliny do Potok Kobylecki Reach-26 Odcinek transformacji w korycie Leksandrówka od Potok Kobylecki do Borowianka Reach-27 Odcinek transformacji w korycie Leksandrówka od Borowianka do Stara Rzeka Reach-28 Odcinek transformacji w korycie Leksandrówka od Stara Rzeka do ujścia Reach-29 Odcinek transformacji w korycie Kowalówka Reach-30 Odcinek transformacji w korycie Grodna Reach-31 Odcinek transformacji w korycie Niedźwiedź do ujścia Reach-32 Odcinek transformacji w korycie Niedźwiedź od Dopływ w Dolach do Dopływ spod góry Kamionka Reach-33 Odcinek transformacji w korycie Niedźwiedź od Doplyw spod Przymiarek do Dopływ w Dołach Reach-34 Odcinek transformacji w korycie Niedźwiedź od Dopływ spod Zerkowa do Dopływ spod Przymiarek Reach-35 Odcinek transformacji w korycie Niedźwiedź górny Reach-36 Odcinek transformacji w korycie Borowy Reach-37 Odcinek transformacji w korycie Borowa Struga Reach-38 Odcinek transformacji w korycie Korytnica do ujścia Reach-39 Odcinek transformacji w korycie Ulga Uszewska od Korytnicy do ujścia Reach-40 Odcinek transformacji w korycie Ulga Uszewska Reach-41 Odcinek transformacji w korycie Korytnica Junction-Z1_1 Węzeł hydrograficzny Uszwica w ujściu Dopływu spod Kobylej Góry Junction-Z1_2 Węzeł hydrograficzny Uszwica w ujściu dopływ Księzego Junction-Z1_3 Węzeł hydrograficzny Uszwica w ujściu Górzańskiego Junction-Z1_4 Węzeł hydrograficzny Uszwica w ujściu Piekarskiego Junction-Z1_5 Węzeł hydrograficzny Uszwica w ujściu dopływu spod Ostrej Góry Junction-Z1_6 Węzeł hydrograficzny Uszwica w ujściu Potoku w Gosprzydowej Junction-Z1_7 Węzeł hydrograficzny Uszwica w ujściu Dopływu w Gnojniku Junction-Z1_8 Węzeł hydrograficzny Uszwica w ujściu Zawadki Junction-Z1_9 Węzeł hydrograficzny Uszwica w ujściu dopływu Zagrody Junction-Z1_10 Węzeł hydrograficzny Uszwica w ujściu Leksandrówki Junction-Z1_11 Węzeł hydrograficzny Uszwica w ujściu Kowalówki Junction-Z1_12 Węzeł hydrograficzny Uszwica w ujściu Potoku z Okocimia Junction-Z1_13 Węzeł hydrograficzny Uszwica w ujściu Grodnej Junction-Z1_14 Węzeł hydrograficzny Uszwica w ujściu Jastwianki Junction-Z1_15 Węzeł hydrograficzny Uszwica w ujściu Niedźwiedzia Junction-Z1_16 Węzeł hydrograficzny Uszwica w ujściu Dopływu spod Podlesia Junction-Z1_17 Węzeł hydrograficzny Uszwica w ujściu Wróblówki Junction-Z1_18 Węzeł hydrograficzny Uszwica w ujściu Borowego Junction-Z1_19 Węzeł hydrograficzny Uszwica w ujściu Borowej Strugi Grontmij Polska Sp. z o.o. IMGW PIB oddział w Krakowie strona 13 z 46

14 Identyfikator obiektu Typ obiektu Opis obiektu modelu Junction-Z1_20 Węzeł hydrograficzny Uszwica w ujściu Ulgi Uszewskiej Junction-Z2_1 Węzeł hydrograficzny Górzański w ujściu Łużwicy Junction-Z3_1 Węzeł hydrograficzny Leksandrówka w ujściu Kopaliny Junction-Z3_2 Węzeł hydrograficzny Leksandrówka w ujściu Potoku Kobyleckiego Junction-Z3_3 Węzeł hydrograficzny Leksandrówka w ujściu Borowianki Junction-Z3_4 Węzeł hydrograficzny Leksandrówka w ujściu Starej Rzeki Junction-Z6_1 Węzeł hydrograficzny Niedźwiedź w ujściu Doplyw spod Zerkowa Junction-Z6_2 Węzeł hydrograficzny Niedźwiedź w ujściu Doplywu spod Przymiarek Junction-Z6_3 Węzeł hydrograficzny Niedźwiedź w ujściu Doplyw w Dołach Junction-Z6_4 Węzeł hydrograficzny Uszwica w ujściu Doplyw spod Góry Kamionki Junction-Z9_1 Węzeł hydrograficzny Ulga Uszewska w ujściu Korytnicy Junction-Z10_1 Węzeł hydrograficzny Korytnica w ujściu Dopływu spod Skotnik Sink-1 Ujście Uszwica ujście do Wisły 3.2. Parametryzacja obiektów modelu Parametry morfometryczne zlewni Parametry charakteryzujące poszczególne obiekty określone zostały na podstawie Mapy Podziału Hydrograficznego Polski oraz Numerycznego Modelu Terenu (Tab. 8). Powierzchnie zlewni odczytano z tabeli atrybutowej warstw przestrzennych w środowisku GIS. W przypadku zlewni obszarów źródłowych powierzchnia została określona w oparciu o Numeryczny Model Terenu o rozdzielczości przestrzennej 1x1m. Spadki zlewni określono wykorzystując warstwę rastrową spadków, wygenerowaną przez narzędzie SLOPE w oprogramowaniu ArcGIS, bazując na Numerycznym Modelu Terenu. Długość zlewni została zmierzona również w oprogramowaniu ArcGIS, za pomocą funkcji Flow Lenght, reprezentując długość linii spływu wód z najdalej odsuniętego miejsca w zlewni do zamknięcia tej zlewni/ujścia. Aby uniknąć błędów metodycznych w analizie spływu w zlewni, przeprowadzono wypełnianie zagłębień bezodpływowych (funkcja Fill) oraz agregacje rastra do rozdzielczości przestrzennej 5x5m. Odczytano wartość maksymalną dla każdej zlewni (Rys. 4). Pliki rastrów długości spływu dołączono do raportu w wersji cyfrowej. Przestrzenne zróżnicowanie zlewni pod względem powierzchni, spadków oraz długości przedstawiają rysunki 5, 6 i 7. Rys. 4. Długość linii spływu wód w zlewni Z03_01 Leksandrówki. Długość maksymalna spływu wynosi [m]. Grontmij Polska Sp. z o.o. IMGW PIB oddział w Krakowie strona 14 z 46

15 Tab. 3. Zestawienie parametrów morfometrycznych zlewni Identyfikator obiektu Powierzchnia [km 2 ] Spadek zlewni [%] Długość zlewni [km] Z1_ Z1_ Z1_ Z1_ Z1_ Z1_ Z1_ Z1_ Z1_ Z1_ Z1_ Z1_ Z1_ Z1_ Z1_ Z1_ Z1_ Z1_ Z1_ Z1_ Z1_ Z1_ Z1_A Z1_B Z1_C Z1_D Z1_E Z1_F Z1_G Z1_H Z1_I Z1_J Z1_K Z1_L Z2_ Z2_ Z2_ Z2_A Z3_ Z3_ Z3_ Z3_ Z3_ Z3_ Z3_A Z3_B Z3_C Z3_D Z4_ Z4_ Z5_ Z5_ Z6_ Z6_ Z6_ Z6_ Z6_ Grontmij Polska Sp. z o.o. IMGW PIB oddział w Krakowie strona 15 z 46

16 Identyfikator obiektu Powierzchnia [km 2 ] Spadek zlewni [%] Długość zlewni [km] Z6_ Z6_A Z6_B Z6_C Z6_D Z7_ Z7_ Z8_ Z8_ Z9_ Z9_ Z9_ Z10_ Z10_ Z10_ Z10_A Grontmij Polska Sp. z o.o. IMGW PIB oddział w Krakowie strona 16 z 46

17 Rys. 5 i 6. Przestrzenne zróżnicowanie wielkości zlewni cząstkowych w modelu hydrologicznym (cz. lewa) oraz średnich spadków w zlewni (cz. prawa) Rys. 7. Przestrzenne zróżnicowanie długości maksymalnej zlewni cząstkowych w modelu hydrologicznym. Grontmij Polska Sp. z o.o. IMGW PIB oddział w Krakowie strona 17 z 46

18 Określenie współczynnika CN i LagTime dla zlewni Metoda SCS jest jedną z częściej stosowanych i wyróżniających się dużą szczegółowością sposobu doboru parametrów, w której opad efektywny uzależniony jest od rodzaju gleb, struktury użytkowania terenu, charakteru pokrywy roślinnej oraz stanu uwilgotnienia zlewni. Dla potrzeb metody CN-SCS gleby podzielono na cztery grupy w zależności od możliwości powstawania odpływu powierzchniowego. Do poszczególnych grup zaliczono: A. Gleby o małej możliwości powstania odpływu powierzchniowego. Charakteryzują się dobrą przepuszczalnością, dużymi współczynnikami filtracji (k>7.6 mm/h). Do grupy tej zalicza się głębokie piaski, piaski z niewielką domieszką gliny, żwiry, głębokie lessy. B. Gleby o przepuszczalności powyżej średniej (3.8<k 7.6 mm/h). Należą tu: gleby piaszczyste średnio głębokie, płytkie lessy oraz iły piaszczyste. C. Gleby o przepuszczalności poniżej średniej (1.3<k 3.8 mm/h). Należą tu: gleby uwarstwione, posiadające wkładki słabo przepuszczalne oraz iły gliniaste, płytkie iły piaszczyste, gleby o niskiej zawartości części organicznych, gliny o dużej zawartości części ilastych. D. Gleby o dużej możliwości powstawania odpływu powierzchniowego. Przepuszczalność gleby jest bardzo mała (k<1.3 mm/h). Do grupy tej należą gleby gliniaste, gliny pylaste, gliny zasolone, gleby uwarstwione z warstewkami nieprzepuszczalnymi. Do powyższych grup zaklasyfikowano gleby z mapy glebowo-rolniczej bazując na tabeli nr 4. W przypadku zlewni zróżnicowanych pod względem rodzaju gleb i użytkowania parametr CN, związany z maksymalną potencjalną retencją zlewni określany jest jako średnia ważona z obszarów jednorodnych, według wzoru: gdzie: A - pole powierzchni zlewni [km 2 ], Ai - pole powierzchni obszaru jednorodnego pod względem współczynnika CN [km 2 ], CNi - wartość współczynnika CN dla obszarów jednorodnych Ai [-], n- liczba obszarów jednorodnych. Grontmij Polska Sp. z o.o. IMGW PIB oddział w Krakowie strona 18 z 46

19 Tab. 4. Przypisanie typów gleb i podłoża gleb do grup glebowych SCS-CN Symbol Symbol Typ gleby Podłoże typu podłoża Grupa glebowa SCS-CN Płowe A pyły lessopodobne ls C Płowe Gleby piaskowe różnych typów Gleby piaskowe różnych typów Brunatne A piaski gliniaste lekkie, piaski gliniaste mocne, piaski gliniaste mocne pylaste pgl, pgm, pgmp AB pyły lessopodobne ls C AB B piaski gliniaste lekkie, piaski lekkie, piaski średnie pyły lessopodobne, lessy deluwialne pgl, pl, ps, Brunatne B gliny lekkie gl B Brunatne B gliny średnie, gliny ciężkie, gliny średnie pylaste ls gs, gc, gsp Brunatne B piaski gliniaste lekkie pgl A Brunatne Brunatne wyługowane B3 Bw gliny ciężkie, gliny ciężkie pylaste, gliny średnie gliny ciężkie, gliny średnie, gliny średnie pylaste, iły gc, gcp, gs gc, gs, gsp, i Brunatne wyługowane Bw gliny lekkie gl B Brunatne wyługowane Bw pyły lessopodobne ls C Brunatne wyługowane Brunatne wyługowane Bw Bw2 piaski gliniaste lekkie, piaski gliniaste lekkie pylaste, piaski gliniaste mocne, piaski lekkie ilaste, piaski średnie, piaski średnie pylaste gliny ciężkie, gliny średnie, gliny średnie pylaste pgl, pglp, pgm, pli, ps, psp, gc, gs, gsp Brunatne wyługowane Bw2 gliny lekkie gl, glp, B gliny ciężkie pylaste, gliny gcp, gc, Brunatne wyługowane Bw3 ciężkie, gliny średnie pylaste gsp D Czarnoziemy C less Ls C piaski gliniaste lekkie, piaski pgl, pgm, gliniaste mocne, piaski ps Czarne ziemie D średnie A Czarne ziemie D gliny lekkie gl B Czarne ziemie D pyły lessopodobne ls C Gleby mułowo-torfowe E muł i torf B Mady F mady lekkie, bardzo lekkie l, bl A Mady F mady średnie, mady ciężkie s, c B Gleby murszowo-mineralne M A Gleby glejowe G gliny lekkie pylaste glp B Gleby torfowe T torfy niskie n D Gleby pod lasami Ls B A A C D D D A D Grontmij Polska Sp. z o.o. IMGW PIB oddział w Krakowie strona 19 z 46

20 Dla określenia wartości parametru CN w zależności od charakteru pokrycia powierzchni zlewni, grupy gleb oraz II stopnia uwilgotnienia wykorzystano tabelę 5. Tab. 5. Wartości parametru CN dla II stopnia uwilgotnienia Pokrycie terenu Warunki hydrologiczne Klasa PT wg BDOT Wartości CN dla grup glebowych A B C D Złe (trawa > 50% pow.) Średnie (pokrycie 50-75%) PTUT Tereny otwarte: trawniki, parki, PTWZ01, cmentarze, itp. Dobre (pokrycie > 75%) PTUT02, PTUT03 Tereny nieprzepuszczalne: utwardzone parkingi, dachy, jezdnie BUBD, PTPL nieprzepuszczalne z poboczami i rowami PTKM Ulice i drogi otwartymi żwirowe PTKM gruntowe ok. 85% pow. PTNZ Tereny handlowe i przemysłowe nieprzepuszczalnej ok. 72% pow. PTNZ nieprzepuszczalnej < 500 m 2, lub 65% pow. PTZB Tereny zamieszkałe przy przeciętnej powierzchni działki: nieprzepuszczalnej >500 m 2, zagrody PTZB Nieużytki PTRK02, PTGN04 Grunty orne warunki przeciętne PTTR02, Łąki i pastwiska warunki przeciętne PTTR Lasy PTLZ01, PTLZ02, PTLZ gdzie: PTGN04 - Grunty nieużytkowe, pozostałe; PTKM01 - tereny pod drogą kołową; PTKM02 - tereny pod torowiskiem; PTLZ01 - lasy;ptlz02 - zagajniki; PTLZ03 - zadrzewienia; PTNZ01 - tereny pod urządzeniami technicznymi lub budowlami; PTNZ02 - tereny przemysłowo-składowe; PTPL01 - place; PTRK02 - krzewy; PTTR01 - roślinność trawiasta; PTTR02 - uprawy na gruntach rolnych; PTUT01 - uprawy trwałe, ogródki działkowe; PTUT02 - uprawy trwałe, plantacje; PTUT03 - uprawy trwałe, sady; PTWP02 - wody powierzchniowe, płynące; PTWP03 - wody powierzchniowe, stojące; PTWZ01 - wyrobiska; PTZB01 - zabudowa wielorodzinna; PTZB02 - zabudowa jednorodzinna; PTZB03 - zabudowa przemysłowo-składowa; PTZB04 - zabudowa handlowo-usługowa; PTZB05 - pozostała zabudowa; Po wprowadzeniu wartości parametru CN zgodnie z powyższą tabelą przeprowadzono symulację, która nie dostarczyła satysfakcjonujących wyników. Celem poprawy dopasowania modelu do warunków zlewni konieczne było przyjęcie III stopnia poziomu uwilgotnienia zlewni (PNW) (Tab. 5). Argumentem za wykorzystaniem PNWIII była szczegółowa analiza hietogramów historycznych z dwóch zdarzeń hydro-meteorologicznych z lat 1997 oraz 2010, w których opady nawalne które spowodowały wezbranie w korytach cieków zlewni Uszwicy poprzedzone były kilkudniowym okresem opadów o mniejszych sumach dobowych, które jednak decydująco wpłynęły na mechanizm generowania fali wezbraniowej. Kilkudniowe opady poprzedzające spowodowały Grontmij Polska Sp. z o.o. IMGW PIB oddział w Krakowie strona 20 z 46

21 przepojenie pokryw zwietrzelinowych oraz napełnienie zbiorników wód podpowierzchniowych, prowadząc do zwiększenia stanów w ciekach (patrz Rys. 2). Istotne zmniejszenie retencji zlewni w powiązaniu z ostatecznymi opadami nawalnymi spowodowało natychmiastową odpowiedź zlewni w postaci dużego wezbrania. Tab. 6. Wartości parametru CN dla II PNW i odpowiadające im wartości przy III PNW. CN PNW II CN PNW III CN PNW II CN PNW III CN PNW II CN PNW III Do transformacji opadu w odpływ wybrano metodę fali jednostkowej - SCS UH, która pozwala na określenie wartości przepływu kulminacyjnego, całkowitej objętości odpływu, kształtu hydrogramu i jego przebiegu w czasie. Dla określenia czasu opóźnienia, tj. czasu, jaki upłynie od wystąpienia opadu do pojawienia się kulminacji przepływu, należy posłużyć się formułą SCS: gdzie: Tlag czas opóźnienia [godz.] L długość maks. zlewni [km] CN parametr CN, l nachylenie zlewni [%]. Wynikowy rozkład wartości parametru CN, T lag zawarto w tabeli 7, a rozkład przestrzenny wybranych parametrów pokazują rysunki 8 i 9. Grontmij Polska Sp. z o.o. IMGW PIB oddział w Krakowie strona 21 z 46

22 Tab. 7. Parametry CN i Tlag zastosowane w modelu hydrologicznym ID_nr CN II Tlag II CN III Tlag III Identyfikator zlewni Parametr CN dla II st. uwilgotnienia zlewni Czas opóźnienia dla II st. uwilgotnienia zlewni Parametr CN dla III st. uwilgotnienia zlewni Czas opóźnienia dla III st. uwilgotnienia zlewni Wsp. uszczelnienia zlewni [ ] [min.] [] [min.] [%] Z1_ Z1_ Z1_ Z1_ Z1_ Z1_ Z1_ Z1_ Z1_ Z1_ Z1_ Z1_ Z1_ Z1_ Z1_ Z1_ Z1_ Z1_ Z1_ Z1_ Z1_ Z1_ Z1_A Z1_B Z1_C Z1_D Z1_E Z1_F Z1_G Z1_H Z1_I Z1_J Z1_K Z1_L Z2_ Z2_ Z2_ Z2_A Z3_ Z3_ Z3_ Grontmij Polska Sp. z o.o. IMGW PIB oddział w Krakowie strona 22 z 46

23 ID_nr CN II Tlag II CN III Tlag III Wsp. uszczelnienia zlewni Z3_ Z3_ Z3_ Z3_A Z3_B Z3_C Z3_D Z4_ Z4_ Z5_ Z5_ Z6_ Z6_ Z6_ Z6_ Z6_ Z6_ Z6_A Z6_B Z6_C Z6_D Z7_ Z7_ Z8_ Z8_ Z9_ Z9_ Z9_ Z10_ Z10_ Z10_ Z10_A Grontmij Polska Sp. z o.o. IMGW PIB oddział w Krakowie strona 23 z 46

24 Rys. 8 i 9. Przestrzenne zróżnicowanie parametru CN uśrednionego do poziomu zlewni cząstkowych (cz. lewa) oraz czasu koncentracji spływu (cześć prawa). Grontmij Polska Sp. z o.o. IMGW PIB oddział w Krakowie strona 24 z 46

25 3.3. Meteorologiczne dane wejściowe Z uwagi na brak danych kalibracyjnych analizy wezbrania przeprowadzono w ujęciu scenariuszowym: 1. Rozkład czasowy opadów o określonym prawdopodobieństwie wystąpienia wg metody DVWK z przyjętym III poziomem nawilżenia zlewni, 2. Rozkład czasowy opadów o określonym prawdopodobieństwie wystąpienia wg funkcji gęstości beta, 3. Rozkład czasowy, przestrzenny oraz sum opadów zgodny ze zdarzeniem z lipca 1997 r. 4. Rozkład czasowy, przestrzenny i sum opadów zgodny ze zdarzeniem z maja 2010 r. Aktualne dane wejściowe do modelu hydrologicznego przekazane zostały do projektu przez Zamawiającego. Uzyskane dane zawierały informację o przestrzennym rozkładzie pola opadu w zlewni dla określonych prawdopodobieństw wystąpienia (Tab. 8, 9 i Rys. 10). Określenie średniej sumy opadu dobowego o prawdopodobieństwie wystąpienia 50, 20, 10, 5, 2, i 0.2% dla poszczególnych zlewni cząstkowych zostało przeprowadzone z wykorzystaniem Mapy Podziału Hydrograficznego Polski w oprogramowaniu ArcGIS. Tab. 8. Dane meteorologiczne wykorzystane w analizie Nazwa regionu opadowego Pp 0.2% [mm] Pp 0.5% [mm] Pp 1% [mm] Pp 2% [mm] Uszwica do ujścia rz. Leksandrówka (bez rz. Leksandrówka), Leksandrówka Uszwica od ujścia rz. Leksandrówka (bez rz. Leksandrówka) do ujścia rz. Niedźwiedź (wraz z rz. Niedźwiedź), Uszwica od ujścia rz. Niedźwiedź (bez rz. Niedźwiedź) do ujścia Uszwicy do Wisły. Pp 5% [mm] Pp 10% [mm] Pp 20% [mm] Pp 50% [mm] Grontmij Polska Sp. z o.o. IMGW PIB oddział w Krakowie strona 25 z 46

26 Rys. 10. Rozkład przestrzenny sum opadu o prawdopodobieństwie wystąpienia Pp=1% w zlewni Uszwicy. Tab. 9. Przypisane zlewni cząstkowych do regionów opadowych Nazwa regionu opadowego Uszwica do ujścia rz. Leksandrówka (bez rz. Leksandrówka), ID zlewni Z1_00, Z1_01, Z1_02, Z1_03, Z1_04, Z1_05, Z1_06, Z1_07, Z1_08, Z1_09, Z1_10, Z1_A, Z1_B, Z1_C, Z1_D, Z1_E, Z1_F, Z1_G, Z1_H, Z2_00, Z2_01, Z2_02, Z2_A Leksandrówka Uszwica od ujścia rz. Leksandrówka (bez rz. Leksandrówka) do ujścia rz. Niedźwiedź (wraz z rz. Niedźwiedź), Uszwica od ujścia rz. Niedźwiedź (bez rz. Niedźwiedź) do ujścia Uszwicy do Wisły. Z3_00, Z3_01, Z3_02, Z3_03, Z3_04, Z3_05, Z3_A, Z3_B, Z3_C, Z3_D Z1_11, Z1_12, Z1_13, Z1_14, Z1_15, Z1_I, Z1_J, Z4_00, Z4_01, Z5_00, Z5_01, Z6_00, Z6_01, Z6_02, Z6_03, Z6_04, Z6_05, Z6_A, Z6_B, Z6_C, Z6_D Z1_16, Z1_17, Z1_18, Z1_19, Z1_20, Z1_21, Z1_K, Z1_L, Z7_00, Z7_01, Z8_00, Z8_01, Z9_00, Z9_01, Z9_02, Z10_00, Z10_01, Z10_02, Z10_A, Grontmij Polska Sp. z o.o. IMGW PIB oddział w Krakowie strona 26 z 46

27 W pierwszym scenariuszu uzyskane sumy opadu rozłożono w czasie zgodnie z zapisem specyfikacji technicznej zamówienia tj. zgodnie z rozkładem teoretycznym DVWK, przy czym zastosowano podany rozkład dla wszystkich obiektów modelu hydrologicznego. Jest to zatem pierwsza metoda ustalania warunków modelu hydrologicznego dla zlewni niekontrolowanych, gdy przy znanych wartościach sum opadu atmosferycznego przypisujemy zadany rozkład teoretyczny, stanowiący dane wejściowe funkcji transformacji opadu w odpływ. Wartości pomiędzy punktami charakterystycznymi rozkładu zostały interpolowane funkcją spline (linearyzacja punktów charakterystycznych rozkładu) (Rys. 11). Hietogramy dla każdego z regionów opadowych wydzielonych przez Zamawiającego (nazwane w toku prac R1, R2, R3, R4) zostały dołączone w osobnym pliku excela. Rys. 11. Rozkład czasowy sumy dobowej opadu na 24 godz. wg metody DVWK. W drugim scenariuszu również uzyskane sumy opadu rozłożono w czasie zgodnie z zapisem specyfikacji technicznej zamówienia tj. zgodnie z rozkładem teoretycznym funkcji gęstości beta. W tym przypadku określane są wartości parametrów funkcji beta (alfa i beta) mając na celu uzyskanie w profilu kontrolnym właściwego odwzorowania wartości Qmax p%, przy czym znana jest tylko odpowiedź funkcji transformacji opadu w odpływ, a kształt rozkładu teoretycznego dobierany jest iteracyjnie. W tej metodzie dane były weryfikowane na przekroju wodowskazowym Borzęcin (Qmax 1% = 330 [m 3 s -1 ]). Układem pierwotnym był hietogram o czasie trwania 5 godz. co wynikało z charakterystyki czasowej opadów historycznych, które generowały najwyższe w ostatnich latach wezbrania. Dla każdego z 4 regionów opadowych (określonych przez Zamawiającego) opracowany Grontmij Polska Sp. z o.o. IMGW PIB oddział w Krakowie strona 27 z 46

28 został hietogram teoretyczny dla każdego prawdopodobieństwa. W tabeli 10 przedstawiono kolejne kroki przybliżające hietogram docelowy dla Qmax p=1%. Pozostałe prawdopodobieństwa zostały opracowane wg takiego samego podejścia. Parametry alfa i beta poszczególnych hietogramów wraz z seriami czasowymi dołączono do niniejszego opracowania w pliku excela. Tab. 10. Kolejne iteracje szacowania rozkładu teoretycznego opadów o Pp=1%. Q1% wg krzywej IMGW wynosi 330 [m 3 s -1 ] Parametry Symulowane Qmax 1% Hietogram wynikowy rozkładu [m 3 s -1 ] Beta = 150 Lipnica: Alfa = 120 Gosprzydowa: Okocim: Borzęcin: Beta = 100 Alfa = 80 Lipnica: 94.3 Gosprzydowa: Okocim: Borzęcin: 412 Beta = 50 Alfa = 20 Lipnica: 75.8 Gosprzydowa: 169,2 Okocim: 314,9 Borzęcin: 372 Grontmij Polska Sp. z o.o. IMGW PIB oddział w Krakowie strona 28 z 46

29 Beta = 30 Alfa = 22 Lipnica: 66,7 Gosprzydowa: 149 Okocim: 294,8 Borzęcin: 334,8 Beta = 25 Alfa = 20 Lipnica: 62,5 Gosprzydowa: 144 Okocim: 286 Borzęcin: 334,8 Beta = 20 Alfa = 16 Lipnica: 57.6 Gosprzydowa: 135 Okocim: Borzęcin: 318,7 Beta = 22 Alfa = 17 Lipnica: 59.5 Gosprzydowa: 138 Okocim: 298 Borzęcin: Grontmij Polska Sp. z o.o. IMGW PIB oddział w Krakowie strona 29 z 46

30 Beta = 22 Alfa = 20 Lipnica: 61.2 Gosprzydowa: Okocim: 283 Borzęcin: 330 Przyjęte do dalszych prac zostały symulacje przeprowadzone z przyjętym II stopniem nawilżenia zlewni. Wynika to z faktu najlepszego dopasowania uzyskanych wyników do wartości wód prawdopodobnych na przekroju kontrolnym Borzęcin. Trzeci scenariusz analizowany Rys. 12 Rozkład przestrzenny sumy dobowej opadu z 9 lipca 1997 w niniejszym opracowaniu dotyczył wezbrania z 9 lipca 1997 r. Danymi wejściowymi były serie czasowe opadu pozyskane z posterunków opadowych IMGW-PIB. Na ich podstawi e określono rozkład przestrzenny opadu, który wygenerował bardzo wysokie wezbranie w dniu 9 lipca 1997 r. oraz był poprzedzony 5 dniowymi opadami o narastających sumach dobowych (patrz rys. 2). Najwyższe sumy dobowe opadu zostały zanotowane na stacjach Rozdziele, Limanowa i Gnojnik (Rys. 12). Zauważalna jest koncentracja opadu uwarunkowana orograficznie w obszarze progu Pogórza Wiśnickiego, z południkową orientacją wartości najwyższych, przebiegającą wzdłuż osi zlewni Uszwicy i kulminującą tuż za jej południową granicą. Cechą charakterystyczną analizowanego zdarzenia opadowego była jego intensywność oraz krótkotrwałość. Grontmij Polska Sp. z o.o. IMGW PIB oddział w Krakowie strona 30 z 46

31 Wprowadza to inną od typowej interpretację przebiegu procesu kształtowania się fali wezbraniowej w zlewni Uszwicy. Uzyskane dane przedstawiające sumy godzinowe opadu na stacjach opadowych wskazują, że ok % sumy dobowej opadu wystąpiło w przeciągu 3,5 3 godzin. Zapis z pluwiografu dostępny jest ze stacji Łazy k. Bochni oraz Limanowa. Na tej podstawie określono, że komórka burzowa nie przemieszczała się, a czas wystąpienia opadu na stacjach był porównywalny 3-godzinny. Na podstawie rozkładu czasowego, godzinowego, ze stacji Łazy oraz Limanowa dokonano rozkładu czasowego sumy dobowej opadu na stacjach Rozdziele, Gnojnik i Borzęcin, skutkiem czego opracowano serie czasowe 1-godzinowe, będące danymi wejściowymi do modelu hydrologicznego symulującego zdarzenie opadowe z 9 lipca 1997 r. W porównaniu rozkładu opadów z 9 lipca 1997 r. do rozkładu przestrzennego opadów o prawdopodobieństwie wystąpienia 1% występują znaczne różnice. Porównywalna wartość występuje w najwyższej części zlewni Uszwicy, opad 1% wynosi mm, a opad historyczny ze zdarzenia 120 mm. Zatem był wyższy w ujęciu dobowym o prawie 10 mm. Należy pamiętać, że opad historyczny wystąpił w przeciągu 3 godzin, co wskazuje, na jeszcze mniejsze prawdopodobieństwo zdarzenia. Opad na stacji Gnojnik wyniósł 69,7 mm, a odpowiadający mu przestrzennie opad o tej sumie występuje z prawdopodobieństwem między 10 a 20% tj mm (wg danych z regionów opadowych dostarczonych przez zamawiającego). Opady z 9 lipca 1997 r. dla pozostałych stacji mieściły się w zakresach prawdopodobieństwa: - Łazy k. Bochni P 97 =27.1 mm <P max50% - Borzęcin P max20% < P 97 =45.6 mm <P max50% Rozkład czasowy opadów godzinowych dla analizowanych stacji przedstawiono poniżej (Rys. 13). Rys. 13. Opad godzinowy z 9 lipca 1997 r. na stacjach opadowych analizowanego obszaru. Grontmij Polska Sp. z o.o. IMGW PIB oddział w Krakowie strona 31 z 46

32 Do modelu hydrologicznego wprowadzono serie czasowe odpowiadające posterunkom opadowym: Rozdziele, Łazy, Gnojnik oraz Borzęcin oraz przypisano te serie poszczególnym zlewniom cząstkowym zgodnie z rys. 14. Serie czasowe hietogramów zamieszczono w osobnym pliku excela. Z uwagi na brak punktów kalibracyjnych w zlewni Uszwicy odpowiadających strukturze modelu, weryfikacja modelu odbywała się w oparciu o wyniki modelu HD (Rys. 15). Rys. 14. Przypisanie zlewni cząstkowych do posterunków opadowych dla symulacji Rys. 15. Hydrogram rzędnych zw. wody w Brzeski w symulacji wezbrania 2010 r. Grontmij Polska Sp. z o.o. IMGW PIB oddział w Krakowie strona 32 z 46

33 Czwarty analizowany scenariusz dotyczył wezbrania z lipca 2010 r. Analizowane zdarzenie opadowe bazuje na seriach czasowych opadu godzinowego ze stacji Rozdziele, Łazy, Gnojnik oraz Borzęcin. Rozkład przestrzenny opadu był odmienny niż rozkład, który wystąpił w roku W 1997 miał on przebieg naśladujący układ doliny głównej Uszwicy, tj. SW-NE. W roku 2010 wartości dobowe były porównywalne, natomiast czas ich trwania był znacznie dłuższy dając mniej skoncentrowany rozkład czasowy (Ryc. 16 i 18). To w głównej mierze spowodowało mniejszą skalę wezbrania. Symulację przeprowadzono w oparciu o dane godzinowe dla okresu maja 2010 r. Serie czasowe z posterunków opadowych przypisano zgodnie z rysunkiem 17. Weryfikacja modelu hydrologicznego odbywała się tak jak w przypadku symulacji wezbrania z 1997 r., w oparciu o wyniki modelu HD (Rys. 19). Rys. 16. Rozkład przestrzenny sumy dobowej opadu z 16 maja 2010 r. Rys. 17. Przypisanie zlewni cząstkowych do posterunków opadowych dla symulacji Grontmij Polska Sp. z o.o. IMGW PIB oddział w Krakowie strona 33 z 46

34 Rys. 18. Rozkład czasowy opadów z maja 2010 r. na stacji Gnojnik. Rys. 19. Hydrogram rzędnych zw. wody w Brzesku w symulacji wezbrania 2010 r. Grontmij Polska Sp. z o.o. IMGW PIB oddział w Krakowie strona 34 z 46

35 3.4. Pozostałe parametry modelu Przepływ bazowy oszacowano na podstawie średniego niskiego odpływu jednostkowego, bazując na SNQ dla wodowskazu Borzęcin. Przyjęto, że odpowiada on średniemu niskiemu odpływowi jednostkowemu podzielonemu przez powierzchnię zlewni. SNQ = 0.44 m 3 /s, Azl = km 2 Średni niski odpływ jednostkowy = m 3 /s / km 2 Parametrem odcinków wprowadzonych celem uzyskania przybliżenia transformacji w korycie jest opóźnienie czasowe "Lag [MIN]". Należy podkreślić, że analiza transformacji fali nie powinna być przeprowadzana w oparciu o model hydrologiczny. Model ten stanowi narzędzie do określenia transformacji opadu w odpływu, którym zasilony jest model hydrodynamiczny. Wspomniany parametr określono jedynie celem uzyskania poprawności definicji struktury modelu hydrologicznego. Symulację przeprowadzono z krokiem obliczeniowym 5 min w okresie od 11/04/ :00 do 14/04/ : Wyniki obliczeń hydrologicznych Wybrano 4 punkty weryfikacji danych, odpowiadające lokalizacji wodowskazu oraz 3 przekrojów zaporowych, projektowanych zbiorników na rz. Uszwicy (Rys. 20). Ze względu na zróżnicowanie wielkości zlewni w obliczeniach zastosowano porównanie 3 metod empirycznych obliczenia przepływów o określonym prawdopodobieństwie przewyższenia: formułę opadową, wzory Punzeta oraz obszarowe równanie regresji, w następującym układzie: 1. Przekrój zaporowy Lipnica Murowana formuła opadowa 2. Przekrój zaporowy Gosprzydowa wzór empiryczny Punzeta, obszarowe równanie regresji, 3. Przekrój zaporowy Brzesko-Okocim - wzór empiryczny Punzeta, obszarowe równanie regresji, 4. Przekrój wodowskazowy Borzęcin wzór empiryczny Punzeta, obszarowe równanie regresji. Grontmij Polska Sp. z o.o. IMGW PIB oddział w Krakowie strona 35 z 46

36 Rys. 20. Lokalizacja punktów weryfikacji w zlewni Uszwicy. Obliczenia na przekroju zaporowym Lipnica Murowana Ze względu na wielkość zlewni A=19,26 km 2, zastosowano metodę formuły opadowej wg poniżej przedstawionego wzoru: Q p = f * F 1 * ϕ* H 1 *A * λ p * δ J [m 3 s -1 ] Gdzie: Q p natężenie przepływu o określonym prawdopodobieństwie przewyższenia [m 3 s -1 ], f bezwymiarowy współczynnik kształtu fali [-], F 1 maksymalny moduł odpływu jednostkowego [-], ϕ współczynnik odpływu [-], H 1 maksymalny opad dobowy o prawdopodobieństwie pojawienia się 1% [mm], A powierzchnia zlewni [km 2 ], λ p kwantyl rozkładu zmiennej λ p dla zadanego prawdopodobieństwa [-], δ J współczynnik redukcji jeziornej [-]. Grontmij Polska Sp. z o.o. IMGW PIB oddział w Krakowie strona 36 z 46