Józef Jeleński1 Dorota Gatkowska-Jeleńska2 Zastosowanie równań równowagi cieków żwirodennych dla zachowania naturalnego otoczenia dróg 1. WPROWADZENIE Bardzo często drogi trasowane są w dnach dolin wzdłuż potoków i rzek, gdzie przecinają liczne dopływy a często także główny ciek. Wprowadzają w ten sposób sztuczne konstrukcje w postaci przepustów i ostów w syste rzeczny, który uprzednio nie był skrępowany. Ta, gdzie spadki koryt są bardzo niewielkie, a w związku z ty cieki posiadają niewielką jednostkową oc struienia (co odzwierciedlone jest obecnością piaszczystego lub ulistego dna cieku, patrz Załącznik 1), zabudowa koryt lub przekształcanie istniejących koryt w planie nie usi prowadzić do zaburzenia równowagi cieków. Natoiast ta, gdzie występują potoki o skalny, kaienisty i żwirowy dnie, a doliny bywają wąskie i ciasno zabudowane istnieje tendencja aby uprościć i ustabilizować przebieg koryt cieków w sposób dostosowany do przebiegu drogi. W procesie projektowania drogowego liczne są więc przypadki żądania przez inwestora lub projektantów uregulowania rzek i potoków dla uniknięcia lub uproszczenia przejść drogowo-ostowych. Z drugiej strony istnieją naciski wyuszające regulowanie cieków w sąsiedztwie dróg, ostów i przepustów ze strony zarządów wodnych i zarządów elioracji. Arguente jest wtedy konieczność tradycyjnego zabezpieczenia przeciwpowodziowego i przeciwerozyjnego drogi i jej sąsiedztwa. Projekty regulacyjne polegają na zianie profilu i przekroju cieku na uproszczony stały profil i przekrój kanału regulacyjnego o zazwyczaj skróconej trasie. Ich realizacja nie tylko całkowicie niszczy otoczenie przyrodnicze rzeki, ale ponadto zniejsza odporność na erozję denną w okresie budowy oraz wprowadza nierównowagę w dynaice transportu ruowiska wleczonego w okresie późniejszy poprzez likwidację naturalnego opancerzenia dna. W konsekwencji zwiększonej erozji dennej przy uocnionych brzegach koryta, rzeka wcina się w dno doliny osuszając warstwę wodonośną w aluwiach doliny. Ponadto koryto przenosi wtedy przepływy o większej energii niż uprzednie przekroje rzeki nieuregulowanej i większe niż stosowane przez projektanta do obliczenia kanału regulacyjnego. Powoduje to konieczność stałych reontów, a także skłonność do stosowania przez projektantów nadiernie trwałych uocnień nie tylko brzegów, ale także dna tego kanału. Zarówno nadierna erozja denna jak i zbędna zabudowa dna i brzegów trwałyi budowlai betonowyi, urowanyi czy gabionai pogłębia nieprzydatność cieków do bytowania organizów roślinnych i zwierzęcych. Wyłącza to znaczne obszary wód z procesów przyrodniczych i powoduje brak łączności wód wzdłuż cieku oraz poiędzy ciekie a terenai nadbrzeżnyi (Mokwa, Wiśniewolski 2008), Rys. 1. 1 2 Mgr inż. Józef Jeleński, Ove Arup & Partners Ltd, Oddział w Polsce, jot.yslenice@interia.pl Mgr inż. Dorota Gatkowska Jeleńska, WS Atkins Polska, Sp. z o.o., dorgat@interia.pl
Rys. 1. Zanik przepływu dopływu Raby w osiatkowany dnie rowu przydrożnego, do którego dopływ ten został skierowany bez wyraźnej potrzeby 2
Nie brakuje przykładów zarówno dobrych jak i niekorzystnych rozwiązań sąsiedztwa drogi i cieku. Można powiedzieć, że najlepszy sposobe ochrony naturalności cieku równoległego do drogi jest oddalenie ich od siebie na odpowiednią odległość (Jeleński 2004). Przy przekraczaniu cieku przepust i ost powinien ieścić nie tylko koryto cieku, ale także jak najszersze pasy nadbrzeżne dla zachowania kounikacji ludzi oraz zwierząt wodnych i lądowych3. W wielu jednak przypadkach powstaje wątpliwość, co należy uznać za odpowiednią odległość cieku od drogi, zarówno w aspekcie ochrony środowiska jak i w aspekcie ewentualnego zagrożenia budowli drogowej wezbranie tego cieku. Z braku innych wskazówek ożna dla górskich potoków i rzek stosować regułę 3x20: iniu 20 roślinnego pasa nadbrzeżnego, teperatura wody aksiu 20oC, co oznacza iniu 50% zacienienia lustra wody w letnie południe, ilość zawiesiny ogólnej aksiu 20 g/l, co ożna uzyskać poprzez konsekwentną nieingerencję w ciek i pasy nadbrzeżne). Uważa się też, że dla zachowania naturalnego eandrowania cieku konieczny jest pas terenu szerokości 3 do 5-krotnie przekraczającej szerokość koryta rozpatrywanego cieku (Petts, Calow 1996). Dla uzasadnienia braku ingerencji w naturalny przebieg cieku lub dla właściwego jego przekształcenia konieczne jest posłużenie się odpowiednią etodologią, która pozwoli na paraetryczne udowodnienie inwestorowi i władzo wodny poprawność przyjętych rozwiązań. Taką ożliwość dają równania równowagi cieku. 2. DYNAMICZNA RÓWNOWAGA CIEKU Jak dowodzi porównanie historycznych ap, wiele koryt rzek i potoków nie przeieszcza się poza określony pas terenu io okresowej ziany swego przebiegu w planie i profilu. Proste i eandrujące koryta żwirowe ogą być trwałe w inżynierskiej perspektywie czasowej (kilkudziesięciu lat) dzięki trwający od tysiącleci proceso korytowy w dolinach. Naturalne koryta pozostawione bez inżynierskiej ingerencji potrafią być trwałe dzięki równowadze określonej przez stabilny profil, przekrój i plan, które są zależne od zazwyczaj ustalonego rozkładu zienności przepływów i transportu ruowiska, ateriału dna i brzegów, zasięgu zarośli i lasów nadbrzeżnych oraz spadku dna doliny. Ta równowaga objawia się dostosowywanie się naturalnego koryta do chwilowych i długoterinowych zian dostawy ruowiska lub do zian rozkładu przepływów poprzez dostosowanie paraetrów koryta do zienionych warunków. Jaskrawy przykłade dostosowywania się koryt do zniejszonej dostawy ruowiska jest opancerzenie dna cieku żwire i kaieniai o średni uziarnieniu grubszy niż osady w dnie doliny. Zniejszenie częstości występowania przepływów powodziowych spotykane czase poniżej zbiorników zaporowych objawia się zarastanie koryta i zwężenie jego przekroju. Te procesy dostosowawcze w naturalnych korytach nie są gwałtowne, choć w dłuższych okresach zieniają paraetry geoetryczne koryt. Równowaga cieku oże być łatwo naruszona ingerencją inżynierską poprzez usunięcie lasów i zarośli nadbrzeżnych, wyprostowanie i skrócenie koryta, uocnienie brzegu ateriałe skalny, przekształcenie przekroju poprzecznego lub zniszczenie opancerzenia dna cieku. W efekcie naruszenia równowagi objawy niepożądane ogą być obserwowane już po pierwszy wezbraniu nie tylko na przekształcony odcinku cieku, ale 3 Rozporządzenie Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej z dnia 30 aja 2000 r. w sprawie warunków technicznych, jaki powinny odpowiadać drogowe obiekty inżynierskie i ich usytuowanie. (Dz. U. nr 63 z dnia 3 sierpnia 2000 r.) 3
także na odcinkach daleko sięgających w górę i w dół cieku. Każde kolejne wezbranie większe od poprzedniego będzie przekształcało koryto aż do czasu, kiedy kilkakrotne przejście wody brzegowej ustali nowe warunki równowagi w korycie. Staje się ono zazwyczaj bardziej pojene niż poprzednio. Obecnie taki najczęściej obserwowany długoterinowy skutkie regulacji rzek i potoków górskich jest przekształcenie dawnych rozplecionych koryt aluwialnych (żwirowych) w jednonurtowe koryta skalne lub kaskadowe, w których obecność w dnie cieku kaieni i żwiru bywa stabilizowana seriai betonowych i kaiennych stopni (Wyżga 2001). Zwiększona erozja wgłębna cieku głównego powoduje ponadto występowanie przeszkód w łączności wód nie tylko poprzez jego przegradzanie stopniai, ale także poprzez obniżenie podstawy erozyjnej dopływów. Powoduje to, że przepusty drogowe wszystkich dopływów stają się przeszkodai nie do przebycia dla organizów wodnych. 3. RÓWNANIA RÓWNOWAGI CIEKU ŻWIROWEGO Spośród równań określających stan równowagi dynaicznej koryt żwirowych tylko równania Hey a Thorne a uwzględniają ilość wleczonego ruowiska i eandrujący kształt koryta oraz pozwalają na określenie zróżnicowania wyiarów przekrojów strefy bystrzy i plos. Równania te powstały jako seria korelacji dotyczących paraetrów koryt rzek i potoków żwirodennych z całego świata. Powszechnie przyjowany założenie jest, że stabilne koryto żwirowe jest kształtowane przez przepływ brzegowy. W jednostkowych zastosowaniach praktycznych powinno się przyjować do równań przepływ brzegowy taki, jak w sąsiadujących z rozpatrywany odcinkie przekrojach. Załącznik 2 podaje dane wejściowe do równań oraz sae równania. Pozwalają one na obliczenie paraetrów koryta naturalnego wystarczające do opisu jego zienności w planie (szerokość lustra wody brzegowej, odległość iędzy bystrzai, krętość koryta) oraz w profilu (spadek wody brzegowej, średnie głębokości bystrza i plosa). Ponadto podają aksyalne głębokości bystrza i plosa oraz zróżnicowanie szerokości wody brzegowej bystrza i plosa. Takie paraetry ożna bezpośrednio skonfrontować z wyiarai naturalnego przekroju bez konieczności jego przekształcania. Tak sparaetryzowany przekrój nie a więc nic wspólnego z przekroje regulacyjny czy typowy stosowany w projektowaniu kanałów regulacyjnych. Typowy projekt kanału lub rowu składa się z profilu istniejącego i projektowanego dna, założonego przekroju o przyjętej szerokości pozioego dna i ustalony nachyleniu skarp. Plan kanału i rowu jest zazwyczaj uproszczony, bo składa się z prostych i łuków podyktowanych pożądany kierunkie odwodnienia lub dopasowanie do innych budowli. W następstwie takiego projektowania realizowany jest najczęściej trapezowy (czase złożony dwudzielny) przekrój o płaski dnie, jednakowej szerokości i jednolity spadku. Nie a to nic wspólnego z kształte naturalnego cieku. Ciek taki charakteryzuje się sinusoidalny plane, w który poiędzy skręcającyi naprzeiennie w prawo i w lewo zakolai głębszych plos występują w punktach przegięcia płytsze i szersze bystrza. Szerokości koryta i długości fal eandrów zależą od stopnia zarośnięcia brzegów drzewai i krzakai. Łatwo sobie wyobrazić, co stanie się po dokonaniu wycinki drzew i krzewów koniecznej dla wykonania ujednoliconego przekroju autostrady dla potoku, zani nawet przystąpi się do realizacji tradycyjnego projektu regulacji. Tak wykonany kanał na zawsze będzie skazany na wykonywanie prac utrzyaniowych, których cele będzie ciągłe przeciwdziałanie naturalny proceso korytowy. Tyczase zastosowanie równań Hey a Thorne a daje wiele ożliwości, które ożna podsuować następująco: 4
Po obliczeniu paraetrów koryta w równowadze, ożna porównać te paraetry z poierzonyi w terenie i wyciągnąć odpowiednie wnioski. Może się okazać, że koryto jest w równowadze, a istniejąca terasa zalewowa jest wystarczająca dla przeniesienia wód powodziowych i wtedy nie jest konieczna żadna ingerencja inżynierska w sąsiadujący z drogą potok. W taki też sposób ożna dokładnie wyznaczyć odcinki potoku, które ingerencji inżynierskiej wyagają. Najczęściej nie a danych dotyczących ilości wleczonego ruowiska koniecznych do zastosowania równań, ale ożna dopasować ten paraetr do rzeczywistego spadku cieku na zasadzie prób i błędów i w ten sposób dokonać oszacowania tej wielkości. Jedny z objawów nierównowagi koryta jest jego większa pojeność niż wielka woda półtoraroczna czy dwuletnia. Jeśli uziarnienie dna potoku nie wytrzyuje energii zwiększonych przepływów pełnokorytowych, to konieczne staje się obniżenie terasy zalewowej dla zniejszenia przekroju koryta. Alternatywnie, jest też ożliwe w ty przypadku podwyższenie koron bystrzy poprzez nasyp żwiru i kaieni o odpowiedni (obliczony) uziarnieniu. Jeśli istniejące proste koryto a spadek większy niż obliczony wzorai równowagi, to dla ustalenia równowagi najczęściej nie a innego wyjścia, jak wyznaczyć nowy, sinusoidalny przebieg koryta dla zwiększenia jego krętości i zastosowania sekwencji bystrze ploso. Materiał, z którego będzie się wykonywało koryto nie oże pochodzić z wykopu w korycie, gdyż uziarnienie iejscowych żwirów jest zawsze drobniejsze niż opancerzenie dna wzięte do obliczeń. Miejscowy ateriał należy zate doziarnić grubszy dowieziony ateriałe lub ewentualnie dowieźć z zewnątrz całość potrzebnego ateriału do wykonania korekty przebiegu koryta. Analizując koryta wcześniej uregulowane łatwo określić za poocą równań Hey a Thorne a deforacje pozostałe po ingerencji inżynierskiej, takie jak: przekroczenie aksyalnej głębokości bystrza, brak dostaw ruowiska wleczonego, zbyt ała lub zbyt duża pojeność koryta, konieczność obsadzenia koryta drzewai itp. Jeśli konieczne jest przełożenie koryta na pewny odcinku, to ożna tego dokonać stosując uziarnienie ateriału dna i paraetry koryta takie, jakie wynikają z równań Hey a Thorne a w sekwencji naprzeiennie występujących plos i bystrzy, co włączy nowy odcinek od saego początku w procesy korytowe adekwatne dla całości cieku. Zastosowanie wzorów jest ograniczone do spadków doliny poniżej 2,2%. Dalszy ograniczenie stosowania wzorów Hey a Thorne a jest dolna granica przepływów pełnokorytowych (3,9 3 s-1), co oznacza, że nie jest ożliwa paraetryczna ocena niewielkich struieni o dużych spadkach i zlewni niejszej niż około 5 k2. W przypadku konieczności analizy niejszych cieków warto jednak wziąć pod uwagę koryta o paraetrach podobnych do występujących w sąsiedztwie, identyczne uziarnienie ateriału dna i odpowiednio szerokie terasy zalewowe. Zależność odległości poiędzy bystrzai z od szerokości lustra wody brzegowej W jest zasadą generalną, a według wielu pozycji literatury: z=αw gdzie α = 5 do 7 dla cieków naturalnych i 5 do 9 dla cieków uregulowanych. Szerokość koniecznej terasy zalewowej ożna oszacować poprzez zastosowanie podejścia takiego jak w przypadku projektowania regulacyjnych przekroi dwudzielnych, przyjując głębokość i prędkość rozlanej wody tak, by nie niszczyła zagospodarowania zalanego terenu. Z podanego powyżej opisu wynika, że obliczenie równań Hey a Thorne a powinno być wstępe do jakichkolwiek analiz środowiskowych żwirodennych potoków i 5
rzek przepływających w sąsiedztwie dróg, jak również do ustalenia zakresu i sposobu ich przekształceń inżynierskich. 4. PRZYKŁADOWE ZASTOSOWANIE ANALIZY: ŚCIEŻKA ROWEROWA WZDŁUŻ POTOKU KRZYWICZANKA Nadiar ziei z wykopów przy budowie drogi krajowej zakopianki odłożono wzdłuż drogi powiatowej Stróża Pci z yślą o zrobieniu ta w przyszłości chodników i ścieżki rowerowej w iejsce wyciętych drzew przydrożnych. Ponieważ teren poiędzy tą drogą a rzeką Rabą należy do obszaru Natura 2000 (tzw. shadow list), konieczna stała się analiza wpływu zajęcia części terenów zalewanych wodą 100-letnią Raby oraz bliskiego sąsiedztwa potoku Krzywiczanka na zaierzoną inwestycję. Inwestor skłonny jest dokonać regulacji potoku przebiegającego wzdłuż drogi na wszelki wypadek, ale regulacja potoku jest nieożliwa ze względu na konieczność utrzyania wód w dobry stanie ekologiczny wyagany Raową Dyrektywą Wodną podpisaną prze Polskę podczas przystąpienia do Unii Europejskiej. Użytkownik rybacki i Wojewódzki Konserwator Przyrody zwracają uwagę na wysoką wartość przyrodniczą terenu. Budowa ścieżki rowerowej oże ułatwić dostępność tego terenu, konieczne jednak jest zachowanie walorów przyrodniczych potoku Krzywiczanka, doliny rzeki Raby i nadbrzeżnych lasów łęgowych. Rys. 2. Porównanie historycznych ap z początku i końca XX wieku ukazujące przekształcenie dawnego koryta Raby w obecny przyujściowy odcinek potoku Krzywiczanka Na rozpatrywany odcinku obecny przebieg potoku idzie ślade odciętego koryta rzeki Raby wzdłuż powiatowej drogi wybudowanej na skraju doliny (zobacz porównanie ap 6
historycznych z początku i końca XX wieku), Rys. 2. Powyżej biegnie on skalny koryte od zapory przeciwruowiskowej w przysiółku Mizerówka, następnie koryte regulacyjny wykonany w latach 70-tych (częściowo ukryty pod obfitą roślinnością) aż do drewnianego ostu drogi powiatowej. Od tego ostu do ujścia potoku droga jest obecnie poszerzona niekontrolowany nasype, na który a powstać ścieżka rowerowa. Wartość przyrodnicza potoku wynika z faktu, że zina i stosunkowo czysta woda wartkiego górskiego struienia trafia do rozległych plos dawnego koryta Raby, w których oże rozwijać się roślinność wodna, nadbrzeżna i łęgowa. Głębokie plosa o prawie stojącej wodzie przypoinają żyzne stawy o ulisty dnie, a kaieniste i żwirowe bystrza stanowią o przydatności tego potoku dla ryb prądolubnych. Wszędzie występuje dostatek grubego ruoszu drzewnego, istotnego dla prawidłowego kształtowania koryta potoku (Wyżga 2007). Przyujściowy odcinek potoku nawadnia warstwy aluwiów w dolinie Raby przyczyniając się do zwiększenia retencji dolinowej i korytowej oraz do zachowania niskiej teperatury wody w rzece Rabie. Podobne starorzecza zasilane wodą dopływów zostały całkowicie wyeliinowane w dolinie Raby. Miejsca ostatnich takich starorzeczy zostały wykorzystane pod budowę dróg w rejonie Lubnia (2006-2008), Stróży (2004-2006) i Myślenic (2002-2004). Rys. 3. Skupiska włosienicznika wodnego (Batrachiu aquatilis) w potoku Krzywiczanka Potok Krzywiczanka jest ostatni iejsce obfitujący w roślinność podwodną, skąd oże się ona przenosić do koryta uregulowanej Raby. Występują tu dwa gatunki prawnie chronionych roślin (włosienicznik wodny i rzeczny), Rys. 3, oraz 10 gatunków prawnie chronionych zwierząt (inóg struieniowy, głowacz pręgopłetwy, śliz, piekielnica, rzęsorek rzeczek, jeż, wydra, bóbr, ziorodek, czapla siwa). Nigdzie indziej szuwar jeżogłówkowy nie występuje tak obficie jak tutaj, z ocnyi skupiskai roślin zienowodnych będących siedliskie kiełży (potocznik wąskolistny, przetacznik bobowniczek i ech zdrojek), które znalazły tutaj wyłączne siedlisko w zasięgu obwodu rybackiego nr 2 rzeki Raby. Strefy 7
bystrzy są stały iejsce tarła ryb reofilnych z Raby, w ty specyficznej rasy yślenickiej pstrąga potokowego (Salo trutta dorothea), dla której jest to jedyne tarlisko dostępne z koryta Raby. Taka różnorodność przyrodnicza uległaby zagładzie podczas prac regulacyjnych, gdyby zastosować tradycyjnie zaprojektowany kanał regulacyjny. Rys. 4. Lokalizacja odcinka i wybranych przekrojów potoku Krzywiczanka 5. PARAMETRY KORYTA ŻWIROWEGO POTOKU KRZYWICZANKA Na rozpatrywany odcinku (od drewnianego ostu na drodze Stróża Pci w dół potoku) spadek koryta potoku nie jest jednorodny. Dwa odcinki potoku biegnące przez długie 8
plosa dawnego koryta Raby nie są podobne do jego dwóch prostych lub lekko eandrujących odcinków (Rys. 4). Jeden z tych drugich odcinków występuje poiędzy podobnyi do wydłużonych stawów starorzeczai, a drugi odwadnia najniższe starorzecze ujście do rzeki Raby. Spadek doliny Raby określony na ty odcinku jako 0,0045 nie jest więc właściwy dla spadku doliny potoku, dla którego cała różnica wysokości jest skonsuowana na dwóch bystrych odcinkach żwirowych o spadkach około dwukrotnie większych. Rys. 5. Dystrybuanty uziarnienia opancerzenia dna potoku Krzywiczanka Dla obliczenia paraetrów koryta potoku Krzywiczanka posłużono się danyi z badań terenowych (uziarnienie żwiru dna potoku) oraz danyi z ap (powierzchnia zlewni, wysokości, spadki) według etodyki opisanej w Załączniku 2. Następnie skonfrontowano obliczenia z poiarai terenowyi, które obejowały wykonanie kilku przekrojów poprzecznych uieszczonych na istniejących koronach bystrzy oraz na poierzeniu odległości poiędzy nii. Pierwszy rozpatrywany przekrój wyznaczono powyżej ostu drogowego, ponieważ na odcinku pod oste drogowy jest tylko jedno bystrze zaczynające się powyżej ostu i kończące poniżej niego w dawny plosie rzeki Raby. 9
Określono jednostkową oc struienia ω w tych przekrojach oraz przepływy pełnokorytowe (na podstawie wzorów epirycznych Chezy ego Manninga, Załącznik 4). Okazało się, że nie odpowiadają one zazwyczaj zakładany przepływo Q67%, lecz są większe od wody dwuletniej Q50% i trzykrotnie niejsze od wody dziesięcioletniej Q10% obliczonych wzore Punzeta (Załącznik 3). Obliczenia powtórzono więc dla uśrednionego przepływu pełnokorytowego i takie uieszczono w poniższej tabeli. W jedny z przekrojów (0+420) powstała wątpliwość co należy uznać za przekrój pełnokorytowy: czy koryta oryginalnego (naturalnego potoku), czy przekroju przekształconego przez jednostronne zasypanie terasy zalewowej nasype ścieżki rowerowej. Obliczenia dokonano dla obydwu przypadków, ale dla ustalenia średniego przepływu pełnokorytowego wzięto pod uwagę tylko przekrój oryginalny. Poierzone uziarnienie warstwy opancerzenia dna na bystrzach także uśredniono dla celów analizy. Epiryczne i teoretyczne rozkłady uziarnienia w poszczególnych przekrojach wrysowane są na siatce lognoralnej Weibulla na Rys. 5. Obliczeń dokonano zakładając typ III pokrycia otoczenia koryta drzewai i krzakai, czyli zarośla na 5 do 50% długości jego brzegów oraz najniejszą ilość wleczonego ruowiska Qs = 0,001 kg s-1, gdyż dostawa ruowiska ze zlewni jest odcięta zaporą przeciwruowiskową. Odbywa się też systeatyczne usuwanie żwiru z odcinka przy oście w przysiółku Mizerówka w raach tak zwanego odżwirowania potoku wchodzącego w skład prac utrzyaniowych RZGW. Oprócz danych i wyników obliczeń równaniai Hey a Thorne a w tabeli uieszczono wyniki obliczeń wielkości przepływu brzegowego, prędkości średniej wody brzegowej i jednostkowej ocy struienia dla zebranych danych terenowych. Dane do obliczeń i wyiary przekroju na bystrzu: Przepływ brzegowy Q [3/sek] Mediana rozkładu uziarnienia w warstwie opancerzenia dna D50 [] 84 percentyl rozkładu uziarnienia w warstwie opancerzenia dna D84 [] Szerokość wody brzegowej RW Głębokość średnia bystrza Rd Głębokość aksyalna Rd Spadek S Odległość koron bystrzy z [] Prędkość średnia wody brzegowej V [ s-1] Jednostkowa oc struienia ω W [-2] Zastosowane dane i wyniki obliczeń równań Hey Thorne a Dane terenowe i wyniki obliczeń przepływu, prędkości i jednostkowej ocy struienia brzegowego dla przekroi: 0+980 0+650 0+420 0+180 Nad oste drewniany Bród przy skrzyżowaniu na Górzany 5,70 5,45 5,97 0,026 0,030 0,019 0,032 0,022 0,050 O,046 0,042 0,060 0,050 6,74 6,00 8,50 6,10 8,90 6,50 0,58 0,68 0,58 0,73 1,06 0,64 0,92 0,90 0,70 1,00 1,70 0,95 0,0092 0,0085 0,0080 41,1 (Jedno bystrze od 0+980 do 0+930) - 1,34 1,21 1,32 1,70 1,32 76 76 55 76 141 70 6. WNIOSKI WYNIKAJĄCE Z ANALIZY 10 Ostanie bystrze w Górzanach Oryginalne Zawężone 5,91 16,00 Pierwsze bystrze w Druzdałach 5,47 0,0080 0,0085 Na odcinku 0+650 do 0+420: 0+000 do 0+180: 40, 34, 40, 36, 30 37, 42, 50, 51, 50,
Przepływ pełnokorytowy potoku Krzywiczanka jest większy od przepływu Q50% obliczonego wzorai Punzeta, co ożna być oże tłuaczyć niedoszacowanie wynikający z zastosowania tego wzoru. Może też wynikać z faktu, że korytp potoku tworzyło się tu poprzez zarastanie znacznie szerszej odciętej odnogi koryta rzeki Raby i proces ten ciągle jeszcze a iejsce. Uziarnienie dna na bystrzach pozwalające na większy spadek doliny i wody brzegowej oże także wynikać z faktu, że potok płynie stary koryte Raby. Stwierdzenie tego przewyiarowania i nadiernego opancerzenia naturalnego koryta stanowi zabezpieczenie przed destrukcyjny działanie nieprzewidzianie większych przepływów ogących płynąć ty koryte w przyszłości. Oprócz wód potoku pochodzących z uwzględnionej w niniejszy opracowaniu zlewni ogło się w przeszłości zdarzać, że do wydzielonej części jego doliny przedostawały się rozlewające się w terasie zalewowej rzeki Raby wody większych wezbrań kształtując koryto bardziej pojene i bardziej opancerzone. Jeśli tak rzeczywiście było, to zachowanie istniejącego naturalnego koryta realizuje cel adekwatności do istniejących uwarunkowań ponad aspekt wycinkowej realizacji inżynierskich oszacowań. Dane terenowe odpowiadają dość ściśle obliczony paraetro koryta i są zgodne poiędzy sobą. Jest to być oże wynikie celowego wyboru przekrojów na koronach bystrzy sugerowanego w literaturze (Bojarski i in. 2005) oraz wydzielenia z analizy strefy starorzeczy o charakterze rozległych i wydłużonych stawów. Z analizy wynika, że zawężony nasype drogowy przekrój (0+420) będzie w stanie przeprowadzić dziesięcioletnią wodę potoku poniżej niwelety drogi, ale wtedy jednostkowa oc struienia będzie w ni dwukrotnie większa niż w sąsiadujących przekrojach. Także średnia prędkość przepływu brzegowego będzie wtedy wyższa niż w sąsiednich przekrojach. Może to w przypadku dużych wezbrań potoku prowadzić do erozji nasypu ścieżki rowerowej. Fakt, że obliczona głębokość i głębokość aksyalna wody brzegowej na bystrzu są niejsze od poierzonych w ty przekroju dowodzi, że proces wcinania się koryta spowodowany jego zawężenie a już teraz iejsce, a więc rejon ten wyagać będzie ingerencji inżynierskiej. W pozostałych przekrojach takiej potrzeby nie widać. Potok należy sklasyfikować na podstawie jednostkowej ocy struienia wody brzegowej (55 do 76 W -2) jako ciek żwirodenny o dużej energii struienia, zachowujący równowagę w przypadku ograniczonej dostawy ruowiska i o adekwatny uziarnieniu bystrzy i plos (Załącznik 1). Przy poierzony uziarnieniu dna potoku pozwalający na większe spadki koryta niż spotykane w rzeczywistości jest to podstawa do potwierdzenia stanu równowagi koryta cieku. Jest też celowe zachowanie podobnej wielkości ocy struienia przy rozpatrywaniu innych zabiegów inżynierskich na ty odcinku. Można też wnioskować na podstawie stosunkowo grubego opancerzenia dna, że w przyszłości nie należy usuwać żwiru z potoku, a nawet uzupełniać jego ilości dla zachowania procesów korytowych. 7. ZALECENIA DOTYCZĄCE ZAKRESU INGERENCJI INŻYNIERSKIEJ Zawężony przekrój w k 0+420 prawdopodobnie był taki w pewny stopniu także przed uforowanie niekontrolowanego nasypu ścieżki rowerowej. Poprowadzenie w przeszłości drogi wzdłuż nieregularnie ukształtowanego skraju doliny zniejszyło terasę zalewową w ty iejscu do około dwóch szerokości koryta potoku. Ostatnie roboty zajęły jednostronnie całość terasy przy nasypie drogowy. W ten sposób głębokość przekroju brzegowego potoku zwiększyła się o około 0,6, co wynika z różnicy pozioów lewej i prawej terasy zalewowej (Rys. 6). Można rozważać pięć wariantów ingerencji inżynierskiej w ty iejscu: 11
Rys. 6. Szkic przykładowych przekrojów drogi i potoku Krzywiczanka z zaznaczenie koniecznych odyfikacji zachowujących szerokość pasa eandrowania potoku o trzy- do czterokrotnej szerokości wody brzegowej Uocnienie skarpy nasypu ateriałe żwirowy o uziarnieniu odpowiadający opancerzeniu dna potoku, Obniżenie przeciwległej terasy zalewowej o 0,6 w pasie o szerokości około 20 wzdłuż brzegu potoku, Lokalne poszerzenie koryta potoku o około 50%, dla zniejszenia ocy struienia w przekroju, Lokalne obniżenie ścieżki rowerowej do poziou dawnej terasy zalewowej, Odsunięcie koryta potoku od ścieżki rowerowej na odległość do 20 i urządzenie terasy zalewowej poiędzy potokie a ścieżką. Najbardziej efektywne pod względe ekonoiczny i najniej uciążliwe pod względe środowiskowy byłoby łączne zastosowanie częściowe dwóch pierwszych wariantów, czyli obniżenie terasy zalewowej na szerokości około 10 i uocnienie skarp nasypu ścieżki rowerowej. Zabieg ten będzie potrzebny na długości około 60. Ponadto oże się okazać, że będą potrzebne korekty przebiegu trasy potoku w rejonie reontowanego ostu drogowego. Takie korekty powinny być dokonane poprzez uforowanie koryta i uzupełnienie żwiru dna i skarp nowego koryta ateriałe o uziarnieniu odpowiadający uziarnieniu opancerzenia dna potoku. Tradycyjna regulacja potoku w ty rejonie nie powinna ieć iejsca. Rozpiętość przęsła ostu (16 ) pozwala na przeprowadzenie przez światło ostu koryta potoku i dwóch brzegowych półek terenowych o wystarczającej szerokości. 12
8. WNIOSKI Jak widać z oawianego przykładu, zaiast regulacji potoku na długości około kiloetra ożna nieznacznyi robotai zienyi na długości nie przekraczającej około 100 przy użyciu odpowiednich ateriałów uzyskać zapewnienie nieuciążliwego sąsiedztwa potoku i drogi. Taka nieznaczna ingerencja łatwa jest do rekultywacji w przypadku niewielkiego zniszczenia pokrycia roślinnego. Pozostała część potoku (Rys. 7) oże być zachowana wraz z cały otoczenie, a dzięki dokonaniu analizy na podstawie równań równowagi Hey Thorne a ożna udokuentować adekwatność istniejącego ukształtowania doliny dla przeprowadzenia wezbranych wód potoku. Za poocą równań Hey a Thorne a projektant jest w stanie przeanalizować przebieg naturalnych lub regulowanych rzek żwirodennych takich jak Raba, Skawa czy Dunajec, ich dopływów wielkości Rogoźnika, Piekielnika czy Kaienicy oraz niejszych potoków, o zlewni powyżej około 5 k2 i o spadku doliny poniżej 2,2%. Dopasowując rozwiązania drogowo-ostowe do naturalnego przebiegu rzek i potoków ożna nie tylko zachować wartość środowiska przyrodniczego dolin rzecznych, ale także zniejszyć ryzyko powodzi i zaoszczędzić kosztu zbędnych zabezpieczeń przeciwerozyjnych. Rys. 7. Potok Krzywiczanka przejście z plosa w bystrze powyżej ostu drogowego 13
ZAŁĄCZNIK 1 Klasyfikacja cieków na podstawie jednostkowej ocy struienia (Bojarski i in. 2005) Stosunkowo łatwy do ustalenia paraetre określający tepo wydatkowania energii cieku na jednostkowej powierzchni dna przy określony przepływie jest jednostkowa oc struienia (unit strea power), obliczana następujący wzore: ω = (γw g Q S)/w [W -2], czyli ω = (9810 Q S)/w gdzie: [W -2] ω jednostkowa oc struienia w Watach na etr kwadratowy, γw gęstość wody w kg -3, g przyśpieszenie zieskie w s-2, Q przepływ wody w 3 sek-1, S spadek cieku w liczbach bezwzględnych, w szerokość cieku w przy napełnieniu przepływe Q. Przy wzrastający napełnieniu przekroju zwiększający się przepływe Q jednostkowa oc struienia ω wzrasta. Funkcja ta dobrze opisuje sytuację, kiedy od oentu zatopienia brzegów cieku dalszy wzrost przepływu powoduje stosunkowo niewielki przyrost jednostkowej ocy struienia w strefie korytowej o ały wpływie na kształtowanie koryta. Analiza stabilnych w pionie rzek naturalnych z różnych obszarów świata wskazała, że dla zdecydowanej większości z nich prawdopodobieństwo wystąpienia przepływu pełnokorytowego ieściło się w przedziale 50%<p<80%, z wartością odalną p=67% (woda półtoraroczna). Koryta o skalny lub silnie uocniony dnie ogą ieć pojeność odbiegającą od tych wartości. Biorąc powyższe pod uwagę ożna łatwo przyjąć, obliczyć i poierzyć paraetry ogące służyć ocenie koryt naturalnych i uregulowanych - na przykład w przekrojach kontrolnych uiejscowionych na koronach bystrzy. W poniższej tabeli zestawiono przedziały jednostkowej ocy struienia przepływu pełnokorytowego, charakterystyczne dla różnych rodzajów cieków: Jednostkowa oc struienia przy przepływie pełnokorytowy (dla cieków naturalnych najczęściej przepływ Q67%) 10 W -2 10 35 W -2 35 100 W -2 100 300 W -2 300 W -2 Charakter cieku Ciek piaszczysty o ałej ocy struienia Ciek żwirodenny, niskoenergetyczny, stabilny. Wykazuje tendencję do forowania koryta o ały zróżnicowaniu orfologii oraz siedlisk organizów Ciek żwirodenny o dużej energii struienia, zachowujący równowagę w przypadku ograniczonej dostawy ruowiska i adekwatny uziarnieniu bystrzy i plos Ciek żwirodenny lub kaienisty o bardzo dużej energii struienia i korycie stabilny tylko w przypadku niezaburzonej dostawy ruowiska z brzegów lub dopływów Ciek kaienisty, przy zewnętrznych ograniczeniach koryta i doliny niestabilny i wykazujący tendencję do transforacji w koryto skalne 14
ZAŁĄCZNIK 2 Równania Hey & Thorne równowagi stabilnych naturalnych koryt żwirowych (Thorne i in. 1997) Rzeki żwirodenne posiadają dziewięć stopni swobody, jako że potrafią dostosować swe średnie szerokości zwierciadła wody brzegowej (W), głębokości (d), aksyalnej głębokości (d), wysokości ( ) i długości fali (λ) for korytowych, spadku (S), prędkości (V), krętości (p) i długości łuku eandra (odległość poiędzy koronai bystrzy) (z) poprzez erozję i depozycję. Dla odcinków rzek, które nie ulegają systeatyczny ziano przez okres kilku lat wielkości te ogą być uważane za zienne zależne. Ponadto ruowisko dostarczane z dorzecza jest przenoszone wtedy w rozpatrywany odcinku bez przeważającej erozji czy depozycji. Zienne niezależne odpowiedzialne za stałe wielkości wyiarów rzeki to przepływ (Q), ilość wleczonego ruowiska (Qs), roziar (uziarnienie) wleczonego ruowiska (D), ateriał brzegu rzeki, zarośla i zadrzewienia brzegów oraz spadek doliny (Sv). Ziana któregokolwiek z powyższych zewnętrznych czynników będzie skutkowała zianą geoetrii koryta rzeki, która w końcu ukształtuje się w równowadze z ty zieniony czynnikie. Jeśli zienne niezależne pozostaną po zasadniczej zianie ponownie ustalone, to nowy kształt koryta rzeki będzie zdefiniowany przez ten nowy zestaw ziennych niezależnych. W warunkach równowagi zienne niezależne są stałe. Wyjątkie są funkcje opisujące przepływ i ilość wleczonego ruowiska, które są znacząco zienne w czasie. Istnieje powszechne przekonanie poparte wielką ilością przykładów i dowodów, że przepływ pełnokorytowy (brzegowy) jest w znacznej ierze odpowiedzialny za transport ruowiska wleczonego, a więc za uforowanie koryta. W równaniach równowagi ierzy się szerokość koryta jako szerokość lustra wody brzegowej (W), a średnią głębokość koryta (d) jako iloraz powierzchni przekroju koryta (A) przez szerokość lustra wody (patrz szkic poniżej). 15
Spośród wielu zależności opisujących paraetry stabilnych koryt żwirowych tylko równania Hey & Thorne pozwalają na uwzględnienie różnych wielkości transportu ruowiska. Jakkolwiek wielkość ta a znikoy wpływ na wyiary geoetryczne koryta, to jednak z zależności poiędzy wielkością transportu ruowiska a uziarnienie dna koryta ożna wyciągnąć wiele istotnych wniosków. W równaniach tych średnia głębokość, aksyalna głębokość i średnia szerokość ierzone są w czterech charakterystycznych przekrojach (bystrze ploso bystrze ploso) na całej długości eandra. W poniższej tabeli podano zestaw danych do równań z zakrese ich stosowalności: Paraetr: Przepływ pełnokorytowy Całkowita ilość wleczonego ruowiska przy przepływie pełnokorytowy4 Mediana rozkładu uziarnienia ateriału dna Materiał brzegu Fory korytowe Zarośla brzegowe: Spadek doliny Kształt koryta Kształt profilu dna Sybol: Zakres stosowalności: Q 3,9 424 (zazwyczaj Q67%) Qs 0,001 14,14 D50 Jednostka: 3 s-1 0,014 0,176 kg s-1 złożony, drobny piasek pylasty, pył i glina ponad warstwą żwiru płaskie Typ I 0% drzew i krzewów, Typ II 1 5% drzew i krzewów, Typ III 5 50% drzew i krzewów, Typ IV > 50% drzew i krzewów. Sv 0,00166 0,0219 prosty lub eandrujący bystrza i plosa Określenia przepływu pełnokorytowego ożna dokonać w dwojaki sposób: poprzez obliczenie rzeczywistego przepływu przez przekrój brzegowy zlokalizowany na koronie bystrza przyjując spadek wody brzegowej S i szorstkość dna odpowiadającą uziarnieniu dna koryta, patrz Załącznik 4, poprzez określenie przepływu o prawdopodobieństwie występowania 67% (woda półtoraroczna) na podstawie danych z IMGW lub na podstawie obliczeń z wzorów epirycznych opartych o powierzchnię zlewni, jej właściwości i rozkłady opadów. Określenie z góry danych wejściowych dotyczących wielkości transportu ruowiska oże być dokonane tylko w przypadku posiadania takowych z literatury lub 4 Tak jak zdefiniowane w publikacji: Parker G., Klingean P.C. i McClean D.G. 1982. Bedload and size distribution in paved gravel-bed streas. Journal of the Hydraulics Division, Aerican Society of Civil Engineers, 108(HY4), 544-571. 16
wydedukowanych z okoliczności dotyczących rozpatrywanego cieku. Na przykład wartości inialne ogą być przyjowane dla odcinków rzek poniżej i w pobliżu zapór. Jest jednak ożliwe oszacowanie wielkości transportu ruowiska poprzez wyliczenie tej wielkości w równaniu równowagi spadku wody brzegowej dla zadanych pozostałych wartości, głównie średnic ateriału dna D50 i D84. Ogólnie, alejąca dostawa ruowiska prowadzi do zwiększenia średnicy D84 w równaniu dla zachowania zadanego spadku, co oże stanowić wskazówkę w inżynierskich zastosowaniach równań. Dla określenia ediany rozkładu uziarnienia obrukowania dna należy określić rozkład lognoralny średnic ziarn żwiru i kaieni na podstawie próbki zbieranej systeatycznie według nory ISO 9195:1992(E) jak dla próbki zbieranej ilościowej (grid by nuber saple). Praktycznie wykonuje się to w następujący sposób: 1. w terenie ustanawia się siatkę kwadratów o boku od 0,1 do 1,0, na przykład poprzez ułożenie taśy ierniczej kilkakrotnie na równoległych liniach odległych od siebie o wielkość przyjętego odułu starając się, aby ierzony ateriał odpowiadał ateriałowi dna koryta (przybrzeżne plaże kaieniste przy niskich stanach wód), 2. dla ziarn lub kaieni znajdujących się bezpośrednio pod węzłai siatki określa się średnicę poprzez poierzenie linijką lub przyiare etrowy wyiaru b (a = długość, b = szerokość, c = wysokość ziarna lub kaienia), 3. poierzone średnice (w ilości około 100 i więcej) grupuje się w ciąg rosnący i notuje jako procentową ilość poiarów niejszych niż 0,001, 0,002, 0,004, 0,008, 0,016, 0,032, 0,064, 0,132, 0,264, 0,528 itp., a następnie nanosi na papier lognoralny Weibull a (dostępny pod adrese http://www.weibull.co). Poiędzy punkty wkreśla się najbardziej do nich dopasowaną prostą, reprezentującą teoretyczną dystrybuantę średnic, dla której ożna odczytać edianę rozkładu uziarnienia warstwy obrukowania dna D50 dla prawdopodobieństwa 50% oraz 84 percentyl rozkładu uziarnienia D84 dla prawdopodobieństwa 84%. Równania opisujące wyiary koryta zestawiono w poniższej tabeli: Wyiar koryta: Równanie: Jednostka: Szerokość lustra wody brzegowej W = 4,33Q0,5 Typ I 0,5 (średnio na odcinku): W = 3,33Q Typ II W = 2,73Q0,5 Typ III 0,5 W = 2,34Q Typ IV 0,37-0,11 Głębokość pełnokorytowa (średnio d = 0,22Q D50 na odcinku): Spadek wody brzegowej S = 0,087Q-0,43D50-0,09D840,84Qs0,10 Maksyalna głębokość wody d = 0,20Q0,36D50-0,56D840,35 brzegowej: Długość łuku eandra z = 6,31 W Krętość cieku: p = Sv/S Szerokość lustra wody brzegowej RW = 1,034 W bystrza: Głębokość wody brzegowej Rd = 0,951 d bystrza: Maksyalna głębokość wody Rd = 0,912 d brzegowej bystrza: Szerokość lustra wody brzegowej PW = 0,966 W plosa: Głębokość wody brzegowej plosa: Pd = 1,049 d 17
Maksyalna głębokość wody brzegowej plosa: Pd = 1,088 d D84 84 percentyl rozkładu lognoralnego obrukowania dna (próbka zbierana ilościowa, grid by nuber saple ISO 9195:1992(E). ZAŁĄCZNIK 3 Obliczenia przepływów aksyalnych na podstawie wzorów epirycznych Punzeta (Ratoski 2000) Dla potoku Krzywiczanka obliczono przepływy aksyalne z prawdopodobieństwe 0,1, 1, 10, 50 i 67% w dwóch przekrojach: przyujściowy i w przekroju uregulowany 100 poniżej ostu drogowego w przysiółku Krzywica. Zastosowano wzory Punzeta zaczerpnięte z Ratoskiego (2000), dane pochodzące z ap zlewni 1:10000 i 1:5000, oraz ze stron internetowych. Zestaw danych oraz wyników obliczeń zaieszczono w tabeli. Paraetry dotyczące przekroju 100 poniżej ostu drogowego w Mizerówce Paraetry dotyczące przekroju przyujściowego potoku Krzywiczanka k2 np np np 6,175 854 830 319 575 6,809 854 830 314 572 k 0,511 0,516 k % 8,1 90 9,4 90 k-2 63 1,95 55 1,91 3 s-1 4,418 4,803 3 s-1 3 s-1 3 s-1 3 s-1 3,976 17,672 39,232 60,659 4,323 18,877 41,645 64,173 Zienne zależne i niezależne Jedn. Powierzchnia zlewni A: Średni roczny opad P: Najwyżej położone źródło Wźr: Wysokość przekroju Wp: Średnie wzniesienie zlewni H=0,5(Wźr + Wp): Różnica wysokości zlewni W=0,001(Wźr - Wp): Długość cieku L: Wskaźnik nieprzepuszczalności gleb (Tablica 3.10 Ratoski 2000, dla gleb gliniastych ze skał osadowych) Spadek średni zlewni J=1000( H/L) Paraetr kształtu zlewni Cvax = (3,027 W0,173)/( A0,102 L0,066) Przepływ aksyalny dwuletni (zlewnia górska) Q50%= (0,002787 *A0,747 *P0,536 * N0,603)/ J0,075 Przepływy aksyalne o prawdopodobieństwie inny niż 50%, Qp% = Q50% * φp%, (φp% z Tablicy 3.8 Ratoski 2000, dla Cvax i odpowiedniego p%) Q67% (oszacowanie) φ67% = 0,90 (oszacowanie) Q10% φ10% = 4,00; 3,93 Q1% φ1% = 8,88; 8,67 Q0,1% φ0,1% = 13,73; 13,36 ZAŁĄCZNIK 4 18
Obliczenia przepływów pełnokorytowych na podstawie wzorów epirycznych Chezy ego Manninga (Ratoski 2000) Prędkość średnią w przekroju określić ożna z wzoru Chezy ego Manninga: V = 1/n R⅔ S½ ( s-1) Gdzie: n współczynnik szorstkości, np. według Ven Te Chowa (Tablica 3.21 Ratoski 2000), przyjęto n = 0,050 dla krętego koryta o dnie żwirowy z kaieniai. R proień hydrauliczny, iloczyn powierzchni przekroju przez obwód zwilżony w, S spadek wody brzegowej. Przepływ pełnokorytowy jest iloczyne średniej prędkości i powierzchni przekroju. LITERATURA Bojarski A., Jeleński J., Jelonek M., Litewka T., Wyżga B., Zalewski J.: Zasady dobrej praktyki w utrzyaniu rzek i potoków górskich, Warszawa 2005 Jeleński J.: Droga i jej odwodnienie jako trwałe uszkodzenie doliny i łożyska cieku. Zeszyty Naukowo-Techniczne SITK RP, Oddział w Krakowie, seria: Materiały Konferencyjne Nr 62 (Zeszyt 112) (115-135) Kraków 2004 Mokwa M., Wiśniewolski W.: Ochrona ichtiofauny w rzekach z zabudową hydrotechniczną. Dolnośląskie Wydawnictwo Edukacyjne, Wrocław 2008 Petts G., Calow P.: River Restoration. Blackwell, Oxford 1996 Ratoski J.: Podstawy projektowania zabudowy potoków górskich. Politechnika Krakowska, Kraków, 2000. Thorne C. R., Hey R. D., Newson M. D.: Applied Fluvial Geoorphology for River Engineering and Manageent. Wiley, Chichester 1997 Wyżga B.: Regulacja koryt karpackich dopływów Wisły ocena ocena działań inżynierskich w świetle wiedzy geoorfologicznej i sedyentologicznej. Czasopiso Geograficzne, 72(1): 23-52. 2001 Wyżga B.: Gruby ruosz drzewny: depozycja w rzece górskiej, postrzeganie i wykorzystanie do rewitalizacji cieków górskich. Instytut Ochrony Przyrody PAN, Kraków 2007 STRESZCZENIE Nie korzystając z odpowiedniego aparatu ateatycznego do opisu naturalnych cieków projektanci drogowi zaieniają je w sąsiedztwie dróg na rowy i kanały chcąc ieć pewność, że zjawiska w nich występujące nie będą zagrażać budowli drogowej. Jednak w ten sposób budowa drogi przyczynia się do trwałego uszkodzenia cieków wraz z ich przyrodniczy otoczenie, ciągłością i charakterystyczny ateriałe koryta. 19
Równania równowagi naturalnych cieków żwirodennych Hey a Thorne a pozwalają opisać paraetry eandrującego lub prostego koryta o żwirowy dnie uwzględniając zadrzewienie brzegów, uziarnienie ateriału podłoża, natężenie transportu dennego oraz zienną szerokość i głębokość cieku dla rozpatrywanej zlewni i spadku doliny. W oparciu o te równania ożna przebiegający w sąsiedztwie drogi lub przecinający drogę ciek pozostawić bez ingerencji inżynierskiej lub przewidzieć takie ukształtowanie odernizowanego koryta, przy który ciek będzie pozostawać w stanie równowagi dynaicznej, stanowiąc kontynuację naturalnego cieku z zachowanie ciągłości jego przebiegu i cech orfologicznych. Dla wykazania przydatności przytoczonej etodologii poierzono paraetry niewielkiego cieku żwirodennego i przeprowadzono przykładowe obliczenia. Metodologia przygotowania danych wejściowych do równań równowagi podana jest w załącznikach do referatu. SUMMARY Not using an appropriate atheatical apparatus to delineate natural channels, road designers change the in vicinity of roads into ditches and canals in objective to be sure, that phenoena in the would not affect road structure. However, in this way road construction contributes to peranent destruction of channels, together with their natural surroundings, continuity and characteristic bed aterial. Hey and Thorne regie equations of natural gravel bed rivers enable to deterine paraeters of eandering or straight channel taking into account bank vegetation, gravel bed size distribution, differences in sedients discharge, local variation in width and depth of channel for given catchent and valley slope. Based on the equations results the river flowing along or crossing the road can be left intact without engineering intervention or one can predict such a shape of odernized channel, in which the river will be in regie, continuing the existing natural channel with its geoetry and orphological features. To show how useful is an application of referenced ethodology a sall gravel-bed creek paraeters have been easured and exaple of regie equation calculated. Methods of database preparation for regie equations are given in enclosures to the paper. ZUSAMMENSETZUNG SŁOWA KLUCZOWE Ochrona środowiska, naturalny ciek żwirowy, równania równowagi koryt żwirowych Nature conservation, natural gravel-bed river, gravel-bed rivers regie equations 20