Opracowanie koncepcji budowy suchego zbiornika

Transkrypt

1 Opracowanie koncepcji budowy suchego zbiornika Temat + materiały pomocnicze (opis projektu, tabele współczynników) są dostępne na stronie: Zbigniew Popek/Ochrona przed powodzią

2 RAPORT Z WYKONANIA WSTĘPNEJ OCENY RYZYKA POWODZIOWEGO Mapa obszarów narażonych na niebezpieczeństwo powodzi 44 % rzek w Polsce o całkowitej długości km posiada doliny narażone na ryzyko powodzi, Całkowita powierzchnia obszarów narażonych na ryzyko powodzi wynosi ok. 2,0 millionów ha, co stanowi ok. 7 % pow. kraju, Obszar ten zamieszkuje ok. 1,5 milliona osób.

3 Temat ćwiczeń projektowych: Opracowanie koncepcji budowy suchego zbiornika przeciwpowodziowego Dane: Zlewnia Rzeka Miejscowość Drzewiczka Brzuśnia Brzustowiec 1. Na podstawie - Geoportal 2 zlokalizować rzekę i miejscowość, w pobliżu której znajduje się dogodne miejsce do budowy suchego zbiornika: korzystając z zakładki ortofotomapa wpisać w oknie szukaj jedną z podanych w temacie projektu nazw: - danej rzeki, - lub miejscowości - lub zlewni rzeki głównej

4 Geoportal 2 Mapy topograficzne i ortofotomapy w różnych skalach oraz inne dane geodezyjno-kartograficzne Wybieramy Ortofotomapa

5 Wpisujemy nazwę rzeki (np. Bełdówka ) lub miejscowości

6 Zakres opracowania: 1. Pokazać orientacyjnie położenie analizowanej rzeki Załącznik 1 Rzeka Bełdówka Rzeka Bełdówka

7 Geoportal 2: Ustawiamy suwakiem z lewej strony skalę mapy i wybieramy Raster otworzy się mapa warstwicowa

8 2. Mapa w skali 1:2000 (1:5000) Załącznik 2: - Rzędne warstwic w czaszy i pobliżu zbiornika, - Lokalizacja przekroju obliczeniowego - oś zapory zbiornika Przekrój obliczeniowy oś zapory suchego zbiornika

9 3. Charakterystyka zlewni i analizowanej rzeki do przekroju obliczeniowego: Powierzchnia zlewni A =... km 2 (podana w temacie projektu) Długość drogi spływu L +l =... km, gdzie: L = km długość cieku do przekroju obliczeniowego do źródła, l = km długość suchej doliny na przedłużeniu osi doliny rzeki, mierzona od źródła do wododziału Średni spadek cieku =... o / oo Wg Wd J gdzie: L l W g =. m n.p.m. wysokość terenu na wododziale w punkcie przecięcia z osią suchej doliny, W d =. m n.p.m. wysokość terenu w przekroju obliczeniowym, Określić dominujące w zlewni utwory glebowe - wg Mapy gleb Polski

10 Długość drogi spływu L +l =... km, gdzie: L = km długość cieku do przekroju obliczeniowego do źródła, l = km długość suchej doliny na przedłużeniu osi doliny rzeki, mierzona od źródła do wododziału Pomiar długości odcinka (linii łamanej) Granica zlewni W g = 192,70 m n.p.m. Bełdówka

11 Długość drogi spływu L +l =... km, gdzie: L = km długość cieku do przekroju obliczeniowego do źródła, l = km długość suchej doliny na przedłużeniu osi doliny rzeki, mierzona od źródła do wododziału 160,00 Białka 167,50 Granica zlewni W g = 169,00 m n.p.m. 168,75

12 Widok strony Geoportal 2 Pomiar długości Pomiar powierzchni Wybrać widok pełny Suwak do ustawienia skali mapy

13 4. Wykonać profil podłużny rzeki dane do profilu odczytujemy z mapy (rzędne brzegów, odległości, rzędna zwierciadła wody jeżeli jest podana). Pomiar odległości Punkty przecięcia warstwic z korytem rzeki wyznaczają rzędne brzegu rzeki hm ,75 hm ,85 rzędna brzegu w osi zapory, odczytana z profilu podłużnego hm 2+50 hm 0+95 hm ,30 rzędna zw. wody średniej Wykonujemy hektometraż rzeki przyjmując położenie hm 0+00 w punkcie przecięcia warstwicy leżącej poniżej przekroju zapory

14 Tabela 1. Dane do profilu podłużnego Hektometr Rzędna brzegu Rzędna zw.wody Rzędna dna 0,00 246,25 2,50 247,50 5,10 248,75 7,90 250,00 11,00 251,25 UWAGA Rzędne zw. wody i dna uzupełnimy później na podstawie obliczeń hydraulicznych w p. 7

15 Załącznik 3 - Profil podłużny rzeki... (Narysować w programie Excel) Z profilu odczytujemy rzędną brzegu rzeki w osi zapory - hm ,00 251,00 250,00 249,00 248,00 246,85 - rzędna brzegu w osi zapory 247,00 246,00 245,00 244,00 0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 8,00 9,00 10,00 11,00 Rzędna brzegów Rzędna zw. wody Rzedna dna 0ś zapory

16 5. Parametry suchego zbiornika Dla wybranej lokalizacji suchego zbiornika dolinowego na podstawie analizy mapy topograficznej określić: krzywą powierzchni zalewu F z = f (Rz.zw.w.), tj. zależność powierzchni zalewu F z w [ha] od rzędnej zwierciadła wody spiętrzonej w zbiorniku; krzywą pojemności zbiornika V z = f (Rz.zw.w.) - na wykresie przedstawić V zb w [tys.m 3 ].

17 Określić powierzchnię i pojemność zbiornika przy rzędnych wody spiętrzonej równym rzędnym warstwic terenu. 250,00 248,75 247,50 246,85 - rzędna brzegu rzeki w osi zapory

18 Rzędna (m n.p.m.) Obliczenie pojemności zbiornika Grubość warstwy (m) Pow. zalewu (m 2 ) Objętość warstwy (m 3 ) Objętość całkowita (m 3 ) 246, ,50 0, ,75 1, ,00 1, ,85 - rzędna terenu w osi zapory Objętość warstwy: V i F i 1 2 F i h i F F V 0 1 Objętość 1 warstwy: 1 h1. 0, =

19 Narysować krzywe powierzchni i pojemności zbiornika Rzędna (m n.p.m.) Grubość warstwy (m) Pow. zalewu (m 2 ) Objętość warstwy (m 3 ) Objętość całkowita (m 3 ) 246, ,50 0, ,75 1, ,00 1, Rzędna [m n.p.m.] 250,00 248,75 V z [tys.m 3 ] 247,50 246,85 F z [ha]

20 6. Przepływy charakterystyczne W analizowanej zlewni nie prowadzone są obserwacje wodowskazowe - jest to tzw. zlewnia niekontrolowana, w której wartości przepływów określono według wzorów empirycznych: Przepływ średni roczny wzór Byczkowskiego i Mandes (Byczkowski 1996): SSQ = 10-3 Sq A [m 3 s -1 ] (1) gdzie: A powierzchnia zlewni [km2] Sq średni roczny odpływ jednostkowy [dm 3 s -1 km -2 ] dany wzorem: Sq = 2, P 2,3 (Jez + 1) 2,6 ψ 0,11 (2) gdzie: P normalny opad roczny w zlewni [mm] przyjmowany dla najbliższej stacji opadowej IMGW według Tabeli 1A, Jez jeziorność zlewni [-] obliczona ze wzoru:

21 6. Przepływy charakterystyczne c.d. Jez= F j / A (3) gdzie: F j powierzchnia jezior w zlewni [km 2 ] A powierzchnia zlewni [km 2 ] ψ stoczystość zlewni, określona wzorem: ψ=(h max - H min ) / A 0,5 (4) gdzie: H max wysokość najwyższego punktu terenu na wododziale, na przedłużeniu suchej doliny rozpatrywanego cieku [ m n.p.m.] H min wysokość najniższego punktu terenu w przekroju zamykającym zlewnię (w przekroju obliczeniowym) [ m n.p.m.] A powierzchnia zlewni [km 2 ]

22 6. Przepływy charakterystyczne c.d. przepływ średni niski SNQ wzór Stachy (1990), stosowany dla obszaru kraju z wyłączeniem Karpat: SNQ = 4, A 1,045 SSq g 0,96 J 0,11 (Jez + 1) 0,23 (5) gdzie: SSq g średni z wielolecia odpływ jednostkowy pochodzący z zasilania podziemnego [dm 3 s -1 km -2 ] przyjmowany jako 0,4 0,5 Sq J spadek cieku [ ] Pozostałe oznaczenia jak we wzorach (1) i (2).

23 7. Przepustowość koryta rzeki Parametry trapezowego przekroju poprzecznego koryta: Głębokość koryta t =.. [m] Szerokość dna b =.. [m] Nachylenie skarp 1: Wsp. szorstkości n =. Lokalny spadek zw. wody J =. [-] należy przyjąć jako równy spadkowi terenu na podstawie profilu podłużnego koryta na odcinku zbiornika 252,00 251,00 250,00 249,00 J = Δh / X Δh 246,85 - rzędna brzegu w osi zapory 248,00 247,00 246,00 245,00 X 244,00 0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 8,00 9,00 10,00 11,00

24 7. Przepustowość koryta rzeki c.d. Wyniki obliczeń przepustowości koryta Napełnienie koryta t [m] Szerokość zw. wody B [m] Pole powierzchni F [m 2 ] Obwód zwilżony U [m] Promień hydrauliczny R [m] Prędkość średnia V [m/s] Natężenie przepływu Q [m 3 /s] t t SNQ SNQ Q b Q

25 Tabela 1. Dane do profilu podłużnego Hektometr Rzędna brzegu Rzędna zw.wody Rzędna dna 0,00 246,25 245,35 245,05 2,50 247,50 246,60 246,30 5,10 248,75 247,85 247,55 7,90 250,00 249,10 248,80 11,00 251,25 250,35 250,05 Rzędne terenu odczytane z mapy kolor czarny Rzędne obliczone kolor czerwony Parametry przekroju poprzecznego koryta Rzędna brzegu Rzędna zw. wody SNQ t = 1,2 m Rzędna dna t SNQ b d Obliczone rzędne: hm 0+00: Rz. dna = 246,25 1,2 = 245,05 m n.p.m. Głębokość wody h SNQ = 0,3 m Rz. zw. wody SNQ = 246,05 + 0,3 = 245,35 m n.p.m. hm 2+50 Rz. dna = 247,50 1,2 = 246,30m Rz. zw. wody SNQ = 246,30 + 0,30 = 246,60 m n.p.m.

26 8. Wysokość dobowego opadu maksymalnego Według metody IMGW wyznaczyć wysokość maksymalnego opadu o prawdopodobieństwie 1 % i czasie trwania 24 godz. (opad dobowy) Wzór (6) Bogdanowicz i Stachy (1997): P max t, p 1,42 t 0,33 R,t ln p 0, 584 gdzie: P max (t,p) wysokość opadu maksymalnego [w mm] o określonym czasie trwania (t) i prawdopodobieństwie wystąpienia (p), t czas opadu [min], p prawdopodobieństwo opadu [-], współczynnik zależny od regionu Polski (R) i czasu opadu (t). W obliczeniach przyjmujemy: t = 24 h = 1440 minut p = 1 % ( p = 0,01)

27 Wyznaczanie wysokości opadów prawdopodobnych: Regiony maksymalnych opadów w czasie: a) 5 30 minut, b) 1 12 godzin, c) godziny Rzeka Bełdówka P max =1,42 t 0,33 + (R,t)(-ln p) 0,584 t czas trwania opadu [min], (R,t) parametr zależny od regionu (R) i czasu opadu (t), p prawdopodobieństwo opadu (dla 1 % p = 0,01).

28 Równania do określenia wartości parametru (R, t)

29 9. Określić maksymalne natężenie przepływu (przepływ kulminacyjny) w czasie wezbrania opadowego, stosując formułę Stachy i Fal (1989): Q p f F Pp A max % 1 1% p j gdzie: Q max p% przepływ maksymalny o określonym prawdopodobieństwie wystąpienia [m 3 /s] f bezwymiarowy wsp. kształtu fali, równy 0,45 na pojezierzach i 0,60 na pozostałych obszarach kraju; F 1 maksymalny moduł odpływu jednostkowego, określony wg Tabeli 2; współczynnik odpływu przyjmowany w zależności od utworów glebowych - według Tabeli 4; P p=1% - wysokość opadu dobowego o prawdopodobieństwie 1 % [mm]; A powierzchnia zlewni w przekroju obliczeniowym [km 2 ]; λ p kwantyl rozkładu zmiennej dla przepływu o danym prawdopodobieństwie pojawienia się - według Tabeli 5; δ j współczynnik zależny od wskaźnika jeziorności Tabela 6. (7)

30 9. Określić maksymalne natężenie przepływu (przepływ kulminacyjny) w czasie wezbrania opadowego, stosując formułę Stachy i Fal (1989): Q max p% f F 1 Pp 1% A F 1 maksymalny moduł odpływu jednostkowego, określony wg Tabeli 2 na podstawie czasu spływu wody po stokach t s wg Tabeli 1 oraz wskaźnika hydromorfologicznej charakterystyki koryta rzeki obliczonego ze wzoru (5): p j (7) r r m J ,33 A 0,25 L l P 0, 25 1 (8)

31 Wskaźnik hydromorfologicznej charakterystyki koryta rzeki : r m J 0, L l 0,25 A P 0, 25 p 1% (8) Oznaczenia we wzorze (5): L +l długość drogi spływu [km], m współczynnik szorstkości koryta cieku, przyjmowany według Tabeli 3; J uśredniony spadek cieku [ o / oo ]; A powierzchnia zlewni [km 2 ]; współczynnik odpływu przyjmowany w zależności od utworów glebowych według Tabeli 4; P p=1% maksymalny opad dobowy o prawdopodobieństwie wystąpienia p = 1 % [mm].

32 Tabela 1 Czas spływu po stokach t s w zlewniach większych od 10 km 2 Lp. Region Polski Czas t s [min] 1 Sudety Karpaty Wyżyny Niziny Pojezierza

33 Tabela 2. Maksymalny moduł odpływu jednostkowego F 1 w funkcji hydromorfologicznej charakterystyki koryt i czasu spływu po stokach t s. Wartości pośrednie interpolujemy liniowo np. dla Φ r = 165 i t s = 60 min wartość F 1 = 0,0141

34 Tabela 3. Współczynnik szorstkości m koryt rzecznych do wzoru (5) Ogólna charakterystyka koryta rzeki Lp. na całej długości od źródeł do przekroju obliczeniowego 1 Koryta stałych i okresowych rzek nizinnych o stosunkowo wyrównanym dnie 2 Koryta stałych i okresowych rzek wyżynnych meandrujących o częściowo nierównym dnie 3 Koryta stałych i okresowych rzek górskich o bardzo nierównym otoczakowo-kamienistym dnie Współczynnik m

35 Tabela 4. Współczynniki odpływu φ i odpowiadające numery wydzieleń glebowych na Mapie gleb Polski w skali 1:

36 Q max p% f F 1 P A p j (7) λ p kwantyl rozkładu zmiennej dla przepływu o danym prawdopodobieństwie pojawienia się według Tabeli 5; δ j współczynnik zależny od wskaźnika jeziorności Tabela 6. Obliczenia przepływu maksymalnego wykonać: dla IV klasy ważności obiektu Q m = Q p=1%, Q k = Q p=0,5% dla III klasy ważności obiektu Q m = Q p=0,5%, Q k = Q p=0,2% oraz niezależnie od klasy obiektu Q dop = Q p=50% Q dop = Q p=50% - przyjęto jako dopuszczalny (nie powodujący strat) przepływ brzegowy w przekroju obliczeniowym.

37 λ p Wartość kwantyla rozkładu zmiennej dla danego prawdopodobieństwa, zależy od położenia zlewni w regionie Polski: Q max p% f F 1 P A p j (7) Rzeka Bełdówka obszar 4a

38 Tabela 5. Wartości kwantyli rozkładu λ p dla określonego prawdopodobieństwa pojawienia się p %. Dla IV klasy budowli: Q k i Q m Q dop = Q p=50%

39 Tabela 6. Współczynniki redukcji jeziornej δ j Wskaźnik jeziorności JEZ = A jezior / A zlewni

40 Charakterystyka geologicznych utworów powierzchniowych na podstawie bazy danych Państwowego Instytutu Geologicznego

41 Charakterystyka geologicznych utworów powierzchniowych na podstawie bazy danych Państwowego Instytutu Geologicznego

42 Charakterystyka geologicznych utworów powierzchniowych na podstawie bazy danych Państwowego Instytutu Geologicznego

43 Charakterystyka geologicznych utworów powierzchniowych na podstawie bazy danych Państwowego Instytutu Geologicznego

44 Charakterystyka geologicznych utworów powierzchniowych na podstawie bazy danych Państwowego Instytutu Geologicznego