Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej Centrum Edukacji Hydrologiczno - Meteorologicznej Beniamin Więzik Nowa metoda określania zasobów dyspozycyjnych i eksploatacyjnych SEMINARIUM Warszawa 6..2008 r.
Podstawowe definicje Zasoby dyspozycyjne wód powierzchniowych to odpływ w określonym czasie, moŝliwy do zagospodarowania przy uwzględnieniu warunków środowiskowych, bez wskazywania lokalizacji ujęcia wody. Zasoby eksploatacyjne wód powierzchniowych to objętość wody moŝliwa do pobrania w określonym przekroju cieku (przekroju ujęcia wody) w określonym czasie i ustaloną gwarancją, przy zachowaniu przepływu nienaruszalnego (hydrobiologicznego) i wymaganego.
Przepływ nienaruszalny i wymagany Przepływem nienaruszalnym jest przepływ odpowiadający granicznemu napełnieniu koryta cieku, przy którym zachowane są podstawowe procesy biologiczne ekosystemu wodnego. Przepływem wymaganym jest przepływ, który musi być pozostawiony w cieku z uwagi na innych uŝytkowników, określony według kryterium eksploatacyjnego (istniejące niŝej ujęcia wody), krajobrazowego i in. z uwzględnieniem hierarchii spełnienia potrzeb.
NiŜówka i okres deficytowy NiŜówka jest długotrwałe obniŝenie stanu wody i odpływu rzecznego, okres w którym przepływ jest niŝszy od przyjętej umownej wartości granicznej np. SNQ. Zatem niŝówka jest zjawiskiem przyrodniczym i występuje niezaleŝnie od eksploatacji zasobów wodnych. Okres deficytowy to czas, w którym przepływ jest mniejszy od określonego przepływu eksploatacyjnego przy pozostawieniu przepływu nienaruszalnego w cieku poniŝej przekroju ujęcia.
Ujęcie infiltracyjno-poddenne na potoku Cięcinka
Ujęcie infiltracyjno-poddenne na potoku Zimnym
Ujęcie progowe na potoku Kalonka
Ujęcie progowe na potoku Pisarzówka
Ujęcie brzegowe na potoku Chrobaczym
Ujęcie wody Ujęcie wody na potoku Wilkówka
0,050 0,040 Deficyt Q e = 0,0 dm 3 s - - 33 dni Przepływ Q [m 3 s - ]. 0,030 0,020 0,00 0,000 Q z = 6,7 dm 3 s - Q nn = 4,0 dm 3 s - 0 30 60 90 20 50 80 20 240 270 300 330 360 IX XII I II III IV V VI VII VIII IX X Czas t [miesiące] Deficyt wody w roku 992
Przepływ Q [m 3 s - ] 0,40 0,30 0,20 0,0 2003 2002 200 2000 999 998 997 996 995 994 993 992 99 990 989 988 987 986 985 984 983 982 98 980 979 978 977 976 975 974 973 972 97 0,00 Q e +Q nn = 0,07 m 3 s - 0 30 60 90 20 50 80 20 240 270 300 330 360 Czas t [doby] Roczne krzywe sum czasów trwania przepływów wraz z wyŝszymi Potok Wilkówka - przekrój ujęcia wody
Rozkład normalny (Gaussa) f(q) = σ Q 2π exp 2 Q µ Q σq 2 Rozkład logarytmiczno-normalny (Galtona) f(q) = Qσ lnq 2π exp 2 lnq µ Q σq 2 Rozkład wykładniczy (Gumbela) { α( Q u) exp[ ( Q u) ]} f(q) = α exp α gdzie: Q - przepływ w m 3 s -, µ Q - wartośćśrednia w m 3 s -, σ Q - odchylenie standardowe w m 3 s -, α, u - parametry rozkładu.
Test χ 2 Statystyka testu χ 2 : D = ν i= ( n n p ) gdzie: n i liczba obserwacji w przedziale i, n p i oczekiwana liczba obserwacji w przedziale i. i n Statystyka ma w przybliŝeniu rozkład χ 2 o k- stopniach swobody takiej, Ŝe: p i i 2 gdzie: α poziom istotności. P [ 2, k D χ α ] = α
Test Kołmogorowa gdzie: G = max [F n (Q) F(Q)] < F n (Q) dystrybuanta empiryczna F(Q) dystrybuanta teoretyczna a N Test ORSTOM (Office de la Recherche Scientifique et Technique Outre-Mer) gdzie: M = n c n a n n a liczba punktów F n (Q) znajdujących się powyŝej F(Q), n b liczba punktów F n (Q) znajdujących się poniŝej F(Q), n c liczba punktów przecięcia F n (Q) i F(Q). b
Test ORSTOM M = n c n a n b F(x) F(x) F(x) x x x M=7 M= - M= 0
Prawdopodobieństwo m-krotnego przekroczenia Q w czasie t lat Prawdopodobieństwo, Ŝe obliczony przepływ zostanie m-krotnie osiągnięty lub przekroczony w ciągu t lat P m / t = e ( p t) ( p t) m! m Gwarancja przepływów przy określonym czasie trwania Gwarancją jest prawdopodobieństwem, Ŝe w okresie t lat przepływ nie zostanie osiągnięty (m = 0) g = e ( p t) gdzie: g gwarancja [0,], m wielokrotność osiągnięcia lub przekroczenia przepływu, p prawdopodobieństwo przepływu Q, t czas obliczanej gwarancji [lata].
,0 Dystrybuanta rozkładu 0,8 0,6 0,4 0,2 2 3 4 5 Czasy trwania - 365 dni 2-340 dni 3-30 dni 4-280 dni 5-250 dni 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 Gwarancja 0,0 0,00 0,007 0,02 0,04 0,06 0,08 Przepływ Q [m 3 s - ] Gwarancja przepływu
Ujęcie wody Zbiornik Wilkowice Lokalizacja zbiornika Wilkowice
Parametry zapory i zbiornika retencyjnego Wilkowice - wysokość zapory - 0,3 m, - długość korony zapory - 06,0 m, - normalny poziom piętrzenia (NPP) - 480,00 m n.p.m., - maksymalny poziom piętrzenia (Max.PP) - 480,50 m n.p.m, - minimalny poziom piętrzenia (MinPP) 474 m n.p.m., - długości zbiornika przy NPP - 44 m, - szerokość zbiornika przy NPP - 65 m, - średnia głębokość przy NPP 5,3 m, - powierzchnia zalewu przy NPP - 0,62 ha, - pojemność zbiornika przy NPP - 26 503 m 3, - pojemność zbiornika przy MaxPP - 29 75 m 3.
,0 0,4 Dystrybuanta rozkładu 0,8 0,6 0,4 0,2 2 3 4 5 Czasy trwania - 365 dni 2-340 dni 3-30 dni 4-280 dni 5-250 dni 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 Gwarancja 0,0 0,00 0,007 0,02 0,04 0,06 0,08 Przepływ Q [m 3 s - ] Gwarancja przepływu
9,0 8,0 NPP 480,00 m.n.p.m. 7,0 Piętrzenia zbirnika H [m] 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 MinPP 474,00 m.n.p.m. 5 dni,0 0,0 0 IX 750XII 500I 2250II 3000 III 3750 IV 4500 V 5250 VI 6000 VII 6750 VIII 7500 IX 8250 X 9000 Czas t [miesiące] Gospodarka wodna na zbiorniku Wilkowice rok 992
Prawdopodobieństwo Bayesowskie wystąpienia okresu deficytowego Y y s n m s n y m y s n y ) ( p + + + + + + + = gdzie: n - liczebność ciągu przyjętego do analizy w latach, s - liczba zdarzeń wystąpienia okresy deficytowego w ciągu n lat, m - liczba lat w których wystąpi y okresów deficytowych. y - liczba zdarzeń wystąpienia okresy deficytowego w ciągu m lat,
Prawdopodobieństwo p,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0, 0,0 j 7 dni j 4 dni n = 35 m = 0 y = 2 3 4 5 6 7 8 9 0 Czas t [lata] Prawdopodobieństwo wystąpienia okresu deficytowego
WNIOSKI. Jak wykazały badania Metodyka jednolitych bilansów wodnogospodarczych nie jest właściwą do obliczania zasobów dyspozycyjnych i eksploatacyjnych w przekrojach ujęć wody na rzekach i potokach górskich. 2. Analiza probabilistyczna przepływów dla zadanego czasu trwania daje moŝliwość określenia poboru wody o załoŝonej gwarancji. 3. Zasoby eksploatacyjne w przekrojach istniejących i projektowanych ujęć wody zaleŝą przede wszystkim od przepływów okresowych (dobowych). Istotny wpływ ma zasoby eksploatacyjne ma równieŝ przepływ nienaruszalny, który musi być pozostawiony w cieku poniŝej ujęcia. 4. Na etapie planowania budowy ujęcia wody lub dla poprawy gwarancji poboru z ujęć istniejących naleŝy rozwaŝyć techniczno-ekonomiczne warunki okresowego magazynowania wody w zbiornikach retencyjnych lub zapasowych na sieci, które mogą wpłynąć na efektywność pracy systemu zaopatrzenia w wodę wsi.