INSTYTUT METEOROLOGII I GOSPODARKI WODNEJ Oddział Morski w Gdyni ul. Waszyngtona 42 81-342 Gdynia WYZNACZENIE GRANIC OBSZARÓW BEZPOŚREDNIEGO ZAGROśENIA POWODZIĄ W CELU UZASADNIONEGO ODTWORZENIA TERENÓW ZALEWOWYCH etap II WIERZYCA CZEŚĆ OPISOWA Opracowanie i mapy wykonano w Oddziale Morskim IMGW w Gdyni na zlecenie Regionalnego Zarządu Gospodarki Wodnej w Gdańsku mgr inŝ. Barbara Cygan mgr Krzysztof Lubomirski dr inŝ. Marzenna Sztobryn mgr Waldemar Stepko mgr Anna Śledzka mgr inŝ. Leszek Kostrzębski Jarosław Płonka mgr inŝ. Urszula Józwiak Autorzy: IMGW Oddział Morski w Gdyni mgr Alicja Kańska mgr inŝ. Beata Kowalska mgr Katarzyna Krzysztofik mgr inŝ. Beata Letkiewicz mgr Monika Mykita mgr Ida Stanisławczyk mgr inŝ. Marek Wodnicki Kierownik tematu IMGW Oddział Morski Gdynia 2004/2005
Spis treści 1. Podstawa opracowania... 4 2. Zakres opracowania... 5 3. Hydrologia rzeki Wierzycy... 7 3.1.Opis hydrograficzny rzeki Wierzycy... 7 3.2 Charakterystyczne przepływy (SSQ i SNQ) i stany wody (SSW i SNW) na posterunkach wodowskazowych...8 3.3 Przepływy i stany wody o prawdopodobieństwie występowania (przewyŝszenia) p=1% i 10% na posterunkach wodowskazowych...10 3.4. Przepływy o prawdopodobieństwie występowania (przewyŝszenia) p=1% i p=10% na profilach niekontrolowanych... 12 3.5. Obliczenia rzędnych zwierciadła wody... 14 4. Wyznaczenie przekrojów poprzecznych koryta rzecznego i przekrojów dolinowych w miejscach charakterystycznych... 18 4.1. Metodyka pomiarów... 18 4.2. Forma przekazania danych... 19 5. Wyznaczanie terenów bezpośredniego zagroŝenia powodzią od wody o prawdopodobieństwie występowania (przewyŝszenia) p=1% i 10% na mapach topograficznych w skali 1:10 000.... 20 5.1 Opracowanie podkładów rastrowych map topograficznych w skali 1:10 000... 20 5.2 Opracowanie warstw tematycznych... 21 5.3 KilometraŜ... 21 5.4 Strefy zagroŝenia powodziowego A1 i A10... 21 5.5 Wodowskazy... 22 5.6 Budowle hydrotechniczne budowle piętrzące... 22 5.7 Budowle mostowe... 22 5.8 Wały przeciwpowodziowe... 22 5.9 Gminy... 22 5.10 Wydruki map... 23 6. Literatura... 263 7. Załączniki... 274
Spis tabel i rysunków Tabela1.Główne dopływy rzeki Wierzycy.......7 Tabela 2. Posterunki wodowskazowe w sieci pomiarowej IMGW na rzece Wierzycy.....8 Tabela 3. Charakterystyczne stany wody SSW i SNW na posterunkach wodowskazowych...9 Tabela 4. Przepływy charakterystyczne SSQ i SNQ na posterunkach wodowskazowym...9 Tabela 5. Stany wody o prawdopodobieństwie występowania (przewyŝszenia) p=1% i p=10% na posterunkach wodowskazowych......10 Tabela 6. Obliczone przepływy o prawdopodobieństwie wystąpienia (przewyŝszenia) p=1% i p=10% na posterunkach wodowskazowych...11 Tabela 7. Przepływy o 1% i 10% prawdopodobieństwie występowania (przewyŝszenia) i przepływy SSQ i SNQ obliczone dla miejsc charakterystycznych rzeki Wierzycy...13 Tabela 8. Zestawienie rzędnych zwierciadła wody dla przepływów o prawdopodobieństwie występowania (przewyŝszenia) p=1% i p=10% i przepływów charakterystycznych SSQ i SNQ w przekrojach poprzecznych rzeki Wierzycy.....15 Tabela. 9. Wykaz wydrukowanych arkuszy map dla rzeki Wierzycy....24 Rys. 1. Schematyczny układ arkuszy map rzeki Wierzycy..... 25 Zgodnie z art. 18 ustawy z dnia 17.05.1989 r. Prawo geodezyjne i kartograficzne (t.j. Dz. U. 2000 r. Nr 100, poz. 1086, ze zm.) rozpowszechnianie, rozprowadzanie oraz reprodukowanie w celu rozpowszechniania, rozprowadzania niniejszych materiałów wymaga zezwolenia Marszałka Województwa. 3
1. Podstawa opracowania Opracowanie zostało wykonane na zlecenie Regionalnego Zarządu Gospodarki Wodnej w Gdańsku nr 35/2003 z dnia 11.07.2003 roku pt: Wyznaczenie granic obszarów bezpośredniego zagroŝenia powodzią w celu uzasadnionego odtworzenia terenów zalewowych. Głównym celem pracy było wyznaczenie granic obszarów bezpośredniego zagroŝenia powodzią dla rzeki Wierzycy od wody o prawdopodobieństwie występowania (przewyŝszenia) p=1% i p=10%. 4
2. Zakres opracowania Zgodnie z Ustawą Prawo Wodne z dnia 18 lipca 2001r. Art. 82 pkt.1 obszary bezpośredniego zagroŝenia powodzią obejmują tereny między wałem przeciwpowodziowym a linią brzegową rzeki, strefę wybrzeŝa morskiego oraz strefę przepływów wezbrań powodziowych. Jako podstawę określenia granic stref zagroŝenia powodziowego uznaje się granice tzw. strefy A1 i A10, określającej zasięg obszaru zalewowego odpowiadającego wysokiemu powodziowemu przepływowi o objętości przepływu Q, którego prawdopodobieństwo przewyŝszenia wynosi 1% i 10%. Zastosowana metodyka wyznaczenia stref zagroŝenia powodziowego zgodna jest z zasadami określania strefy A1 i A10. Obliczenia zostały wykonywane przy wykorzystaniu matematycznego modelu jednowymiarowego ruchu wody oraz innych metod hydrologii stosowanej. Przeprowadzone prace obejmowały następujące zadania: 1. wyznaczenia charakterystycznych przepływów (SSQ i SNQ) i stanów wody (SSW i SNW) na posterunkach wodowskazowych, 2. wyznaczenia wartości przepływów i stanów wody o prawdopodobieństwie przewyŝszenia p=1% i p=10% na posterunkach wodowskazowych, 3. przyjęcie wielkości powierzchni zlewni w profilach charakterystycznych rzeki (według Mapy Podziału Hydrograficznego Polski z 2003 roku i Podziału Hydrograficznego Polski z 1983 roku), 4. wyznaczenie wartości przepływów o prawdopodobieństwie przewyŝszenia 1% i 10% w przekrojach pomiarowych, 5. zaplanowanie, wykonanie (pomiary geodezyjne) i opracowanie kilometraŝu i przekrojów poprzecznych koryta i doliny rzeki Wierzycy, 6. przeprowadzenie kalibracji modelu i metod hydrologii stosowanej, 7. wykonanie obliczeń rzędnych zwierciadła wody dla przepływów o prawdopodobieństwie przewyŝszenia 1% i 10%, SSQ i SNQ, 8. naniesienie na podkładowe mapy topograficzne w skali 1:10000 stref zalewu odpowiadających wyznaczonym rzędnym zwierciadła wody. 5
Część graficzna opracowania składa się z 5 map granic stref zagroŝenia powodziowego, profilu podłuŝnego oraz 26 przekrojów poprzecznych. Mapy zasięgu stref zagroŝenia powodziowego wykonano w programie Arc View. Podkład mapowy stanowiły mapy topograficzne 1:10000 w układzie 1965 przeliczone do układu 1992. Zgodnie z wymaganiami Zamawiającego opracowane zostały dodatkowe wektorowe warstwy tematyczne kilometraŝu, wałów przeciwpowodziowych, budowli mostowych, wodowskazów i granic gmin. 6
3. Hydrologia rzeki Wierzycy 3.1.Opis hydrograficzny rzeki Wierzycy Rzeka Wierzyca jest lewostronnym dopływem Wisły o długości około 172.56 km. Wierzyca wpada do Wisły na jej 876,7 km biegu jako lewostronny dopływ w okolicach miasta Gniewu. Całkowita powierzchnia zlewni rzeki Wierzycy wynosi około 1602,6 km 2. Wierzyca wypływa na Pojezierzu Kaszubskim niedaleko wsi Piotrowo ok.13 km na pn.wsch. od Kościerzyny Główne dopływy Wierzycy: Kacinka, Wietcisa z Rutkownicą i Strugą spod Trzcińska, Piesienica, Węgiermuca, Janka z dopływami Liską i Beką. Na obszarze zlewni rzeki Wierzycy występują przewaŝnie jeziora rynnowe o wydłuŝonym kształcie. Kierunek przebiegu rynien jeziornych jest zgodny z kierunkiem spływu wód powierzchniowych. Do większych jezior występujących na tym obszarze zaliczyć moŝna jez.: Borzechowskie Wielkie, Krąg, Zagnanie, Grabowskie, Przywidzkie, Wierzysko, Piotrowskie. Tabela 1. Główne dopływy rzeki Wierzycy Dopływ Prawy/lewy Kilometr rzeki 2004 Janka P 13.150 Piesienica P 72.590 Wietcisa L 93.170 Mała Wierzyca L 114.940 7
3.2 Charakterystyczne przepływy (SSQ i SNQ) i stany wody (SSW i SNW) na posterunku wodowskazowym Charakterystyki stanów i przepływów dla rzeki Wierzyca opracowano na podstawie danych z posterunków sieci pomiarowej Instytutu Meteorologii i Gospodarki Wodnej. Dla rzeki Wierzyca obliczenia hydrologiczne zostały przeprowadzone dla posterunków wodowskazowych (tabela 2): Dla posterunków wodowskazowych określono następujące wielkości: - stany charakterystyczne SSW i SNW (tabela 3), - przepływy charakterystyczne SSQ i SNQ (tabela 4), - stany o prawdopodobieństwie przewyŝszenia 1% i 10% (tabela 5), - przepływy maksymalne roczne o prawdopodobieństwie przewyŝszenia 1% i 10% (tabela 6). Wartości przepływów charakterystycznych, a więc średniego SSQ z wielolecia i średniego niskiego SNQ z wielolecia oraz o określonym prawdopodobieństwie przewyŝszenia obliczono na podstawie ciągów danych z lat 1950-2002 dla posterunku Brody Pomorskie, z lat 1970-2002 dla posterunku Zapowiednik, z lat 1950-2002 dla posterunku BoŜepole Szlacheckie oraz z lat 1970-2002 dla posterunku Sarnowy. Stany charakterystyczne wyznaczono dla wiekszości posterunków na podstawie ciągów danych z lat 1985-2002. PoniŜej w tabeli 2 przedstawiono posterunki wodowskazowe w sieci pomiarowej IMGW na rzece Wierzyca wykorzystane do charakterystyki hydrologicznej rzeki. Tabela 2. Posterunki wodowskazowe w sieci pomiarowej IMGW na rzece Wierzyca. Rzeka Wodowskaz Kilometr 2004rok Powierzchni a zlewni Rzędna zera wodowskazu Kr86 [km 2 ] [m npm] Wierzyca Wierzyca Brody Pomorskie Zapowiednik 11.270 1544.20 15.85 87.270 794.30 93.84 8
Wierzyca BoŜepole Szlacheckie 113.590 401.70 109.24 Wierzyca Sarnowy 142.410 125.50 143.280 W tabelach 3 i 4 przedstawiono charakterystyczne stany wody oraz charakterystyczne przepływy na poszczególnych posterunkach wodowskazowych. Tabela 3. Charakterystyczne stany wody SSW i SNW na posterunkach wodowskazowych L.p. Wodowskaz Okres SSW [cm] Rzędna wody SSW SNW [cm] Rzędna wody SNW [m npm] [m npm] 1 Brody Pomorskie 1985-2000 208 17.93 139 17.24 2 Zapowiednik 1985-2000 85 94.69 60 94.44 3 BoŜepole 1985-2000 88 110.12 52 109.76 Szlacheckie 4 Sarnowy 1985-2000 115 144.43 97 144.25 Tabela 4. Przepływy charakterystyczne SSQ i SNQ na posterunkach wodowskazowych L.p. Wodowskaz Okres SSQ [m 3 /s] SNQ [m 3 /s] 1 Brody Pomorskie 1950-2002 8.77 3.99 2 Zapowiednik 1970-2002 5.48 2.35 3 BoŜepole 1960-2002 2.83 1.16 Szlacheckie 4 Sarnowy 1970-2002 0.90 0.51 9
3.3 Przepływy i stany wody o prawdopodobieństwie występowania (przewyŝszenia) p=1% i 10% na posterunkach wodowskazowych Przepływy maksymalne o określonym prawdopodobieństwie przewyŝszenia wyznaczono w oparciu o Zasady obliczania przepływów rocznych o określonym prawdopodobieństwie przewyŝszenia autorstwa prof. M. Ozgi-Zielińskiej i zespołu oraz w niektórych przypadkach na podstawie innych programów statystycznych. Najlepiej dopasowaną funkcją i najbardziej wiarygodną dla odwzorowania rozkładu maksymalnych przepływów rocznych o prawdopodobieństwie występowania (przewyŝszenia) p=1% i 10% jest funkcja rozkładu Weibulla. Przy wyznaczaniu stanów wody o prawdopodobieństwie występowania (przewyŝszenia) p=1% i 10% jako najbardziej wiarygodny rozkład przyjęto funkcję wartości ekstremalnych. Wyniki obliczeń zostały przedstawione w tabelach 5 i 6. Tabela 5. Stany o prawdopodobieństwie występowania (przewyŝszenia) p=1% i p=10% na posterunkach wodowskazowych rzece Wierzyca Wodowskaz Rzędna zera wodowskazu Kr86 Stan p=1% Rzędna wody p=1% Stan p=10% Rzędna wody p=10% [m npm] [cm] [m npm] [cm] [m npm] Brody Pomorskie 15.85 420 20.05 366 19.51 Zapowiednik 93.84 209 95.93 181 95.65 BoŜepole Szlacheckie 109.24 228 Sarnowy 143.280 205 111.52 145.33 177 179 111.01 145.07 10
Tabela 6. Obliczone przepływy o prawdopodobieństwie wystąpienia (przewyŝszenia) p=1% i p=10% na posterunkach wodowskazowych rzeki Wierzyca L.p. Wodowskaz Przepływ Q p=1% [m 3 /s] Przepływ Q p=10% [m 3 /s] 1 Brody Pomorskie 48.53 33.40 2 Zapowiednik 27.89 19.28 3 BoŜepole Szlacheckie 12.58 8.99 4 Sarnowy 4.51 3.37 11
3.4. Przepływy o prawdopodobieństwie występowania (przewyŝszenia) p=1% i p=10% na profilach niekontrolowanych W praktyce inŝynierskiej w zaleŝności od połoŝenia przekroju obliczeniowego w stosunku do przekrojów wodowskazowych stosowana jest metoda interpolacji lub metoda ekstrapolacji, przy załoŝeniu, Ŝe przyrost zlewni między przekrojem wodowskazowym i obliczeniowym nie przekracza ±20% w stosunku do powierzchni zlewni w przekroju obliczeniowym. Dla profili niekontrolowanych poszczególne wartości przepływów charakterystycznych (Q maxp1%, SSQ i SNQ) w profilach kontrolowanych obliczono poprzez interpolację bądź ekstrapolację wg wzorów: Q o A n o = Q w A (1) w Q o Q Q = Q + ( A A ) (2) w2 w1 w1 o w1 Aw 2 Aw 1 gdzie Q o - wartość charakterystyki przepływu w przekroju obliczeniowym, Q - wartość charakterystyki przepływu w przekroju wodowskazowym, w A - wielkość powierzchni zlewni zamkniętej przekrojem obliczeniowym, o Aw - wielkość powierzchni zlewni zamkniętej przekrojem wodowskazowym n - parametr empiryczny, n = 2/3. Wyniki obliczeń zostały przedstawione w tabeli 7. 12
Tabela 7. Przepływy o 1% i 10% prawdopodobieństwie występowania (przewyŝszenia) i przepływy charakterystyczne SSQ i SNQ obliczone dla charakterystycznych miejsc dla rzeki Wierzyca. Miejsce charakterystyczne Q maxp1% Q maxp10% SSQ SNQ [m 3 /s] [m 3 /s] [m 3 /s] [m 3 /s] Przed mostem w Zieleninie 2.44 1.86 0.43 0.2 Za dopływem z jeziora Krąg 8.34 5.95 1.57 0.88 Za dopływem Małej Wierzycy 9.7 6.93 1.91 1.03 Jaroszewy- okolice 19.87 13.74 2.96 1.23 Za dopływem Wietcisy 27.72 19.16 5.45 2.34 Za dopływem Węgiermucy 38.72 26.81 7.07 3.21 13
3.5. Obliczenia rzędnych zwierciadła wody Obliczenia hydrauliczne zostały wykonane przy wykorzystaniu modelu HEC-RAS (US Army Corps of Engineers, Hydrologic Engineering Centre-River Analysis System) oraz metod hydrologii stosowanej. Model HEC-RAS ma moŝliwość szczegółowego odwzorowania topografii terenu, geometrii budowli w granicach koryta rzeki i terenach zalewowych oraz oddziaływania tych obiektów na hydrauliczne warunki przepływu. Rzędne zwierciadła wody są wyznaczone od jednego przekroju poprzecznego do kolejnego w oparciu o równanie energii (Bernoulliego): α Z i + H i + 2 v i 2 g 2 αv = Z i+1 + H i+1 + i 2 g +1 + x i S gdzie: Z i, Z i+1 wzniesienie dna ponad przyjęty poziom odniesienia odpowiednio w przekroju i oraz i+1 H i, H i+1 głębokość w kanale w przekroju i oraz i+1 ν i, ν i+1 średnia prędkość x i odległość pomiędzy przekrojami S - spadek linii energii miarodajny dla badanego odcinka rzeki W tabeli 8 zostało przedstawione zestawienie rzędnych zwierciadła wody dla przepływów o prawdopodobieństwie występowania (przewyŝszenia) p=1% i p=10% i przepływów charakterystycznych SSQ i SNQ w przekrojach poprzecznych rzeki Wierzyca. Rzędne zwierciadła wody górnej na budowlach piętrzących wyznaczano ogólnie według uzgodnień z RZGW: 1. rzędna zwierciadła wody dla przepływu o prawdopodobieństwie przewyŝszenia 1% i 10% równa maksymalnemu piętrzeniu z pozwolenia wodnoprawnego; 14
rzędna zwierciadła wody dla przepływu SSQ i SNQ równa rzędnej zwierciadła wody w dniu pomiaru, 2. w przypadku gdy rzędna pomierzonej wody górnej jest wyŝsza od rzędnej maksymalnego piętrzenia podanego w pozwoleniu wodoprawnym, przyjmowano: rz zww dla Q1% = rz zww dla Q10% = rz zww dla SNQ = rz zww dla SSQ = rzędna zww pomierzona w danym dniu, 3. gdy brak pozwolenia wodnoprawnego i rzędnej maksymalnego piętrzenia przyjmowano rz zww dla Q1% = rz zww dla Q10% = rz zww dla SNQ = rz zww dla SSQ = rzędna zww pomierzona w danym dniu. Tabela 8. Zestawienie rzędnych zwierciadła wody dla przepływów o prawdopodobieństwie występowania (przewyŝszenia) p=1% i p=10% i przepływów charakterystycznych SSQ i SNQ w przekrojach poprzecznych rzeki Wierzyca Nr przekroju KilometraŜ [km] Rzędna zww dla Q 1% [m n.p.m.] Rzędna zww dla Q 10% [m n.p.m.] Rzędna zww dla SSQ [m n.p.m.] Rzędna zww dla SNQ [m n.p.m.] 100 172.50 224.25 224.19 224.15 224.10 99 171.79 217.27 217.24 217.24 217.12 98 170.94 213.80 213.70 213.50 213.04 97 169.48 210.57 210.53 210.45 210.33 96 167.50 191.36 191.06 189.99 189.58 95 166.22 184.00 183.70 182.57 182.42 94 164.60 181.48 181.30 180.70 180.12 93 162.69 180.79 180.61 179.58 179.21 92 161.49 175.87 175.48 175.24 175.14 91 160.59 172.31 172.25 172.21 172.06 90 158.35 163.67 163.52 162.90 162.76 89 156.72 156.61 156.46 155.84 155.52 88 153.94 153.10 152.93 152.45 152.12 87 151.85 149.85 149.36 149.20 148.54 86 149.38 147.36 147.29 146.64 146.35 85 147.42 146.55 146.47 146.08 145.85 84 145.95 146.39 146.32 145.89 145.59 83 144.68 146.29 146.22 145.77 145.55 82 142.40 145.33 145.07 144.94 144.25 81 140.23 144.53 144.25 144.16 144.06 80 139.80 144.30 144.24 144.06 144.05 79 137.77 143.34 143.19 142.54 142.03 78 136.48 141.20 141.09 140.98 140.91 77 134.54 138.53 138.40 138.05 137.77 76 131.99 135.62 135.52 134.80 134.29 75 129.93 132.17 132.03 131.99 131.94 74 128.88 129.56 129.33 128.85 128.31 73 127.33 127.95 127.65 127.14 126.47 15
72 126.06 126.64 126.55 126.48 126.34 70 124.36 122.34 122.25 121.41 121.27 69 123.07 121.58 121.46 120.97 120.57 68 121.46 121.34 121.16 120.41 120.15 67 118.87 120.70 120.47 119.31 118.98 66 118.35 119.73 119.52 118.76 118.41 65 117.07 117.20 117.18 117.17 117.17 64 116.35 113.23 112.68 111.94 111.52 63 114.93 111.80 111.54 110.95 109.93 62 113.59 111.52 111.01 110.12 109.76 61 111.69 109.85 109.60 109.15 108.42 60 109.25 108.74 108.61 107.99 107.28 59 107.85 107.97 107.94 107.62 106.93 58 105.89 107.68 107.45 106.74 106.30 57 103.44 107.32 106.89 106.12 105.39 56 101.07 105.94 105.75 105.15 104.25 55 99.75 105.44 105.31 104.62 103.98 54 98.80 104.94 104.90 104.32 103.85 53 96.39 104.49 104.27 103.93 103.28 52 94.85 104.41 104.14 103.43 102.76 51 93.09 104.20 103.73 102.95 102.21 50 90.97 100.70 100.70 100.70 100.70 49 88.90 97.58 97.12 96.50 96.08 48 87.27 95.93 95.65 94.69 94.44 47 85.00 93.97 93.55 92.69 92.17 46 82.84 92.63 92.19 91.03 90.28 45 80.42 90.80 90.38 89.14 88.50 44 77.96 87.26 86.93 86.21 85.91 43 74.88 84.79 84.32 83.16 82.65 42 72.74 82.64 82.26 81.21 80.33 41 71.21 80.36 79.92 78.94 78.06 40 69.44 78.69 78.33 77.35 76.92 39 67.97 76.96 76.91 76.77 76.75 38 67.04 72.68 72.16 70.96 70.89 37 64.76 72.18 71.65 70.17 69.51 36 62.79 70.08 69.83 69.59 69.35 35 62.01 67.94 67.41 65.48 65.41 34 60.84 66.61 66.18 64.99 64.49 33 58.56 64.98 64.50 63.43 62.95 32 56.32 63.57 63.09 61.66 60.96 31 52.76 61.24 60.76 59.76 58.90 30 50.24 58.76 58.71 58.49 58.39 29 49.73 53.55 52.98 51.54 51.47 28 49.37 53.38 52.85 51.53 51.46 27 48.12 52.04 51.62 51.48 51.36 26 46.61 50.74 49.46 49.20 48.83 25 45.69 49.34 48.88 47.82 47.49 24 44.22 48.21 47.81 47.51 47.16 23 41.77 43.96 43.59 43.53 42.91 22 40.68 43.14 42.65 41.76 41.36 21 37.78 41.88 41.32 40.17 40.00 20 34.89 40.11 39.64 38.63 38.41 19 33.54 39.11 38.66 38.17 37.56 16
18 30.86 37.31 36.90 36.46 35.98 17 29.36 36.35 36.19 36.04 35.95 16 29.12 35.38 35.21 34.06 34.04 15 28.56 35.04 34.78 33.54 33.13 14 27.54 33.73 33.31 32.21 31.59 13 25.34 31.65 31.26 30.08 29.53 12 22.77 30.05 29.70 28.39 27.80 11 20.51 28.25 27.85 26.82 26.76 10 19.49 26.74 26.73 26.75 26.70 9 18.91 24.60 24.11 23.65 23.13 8 16.85 22.43 22.04 21.73 20.89 7 13.05 21.03 20.73 19.14 18.61 6 11.27 20.05 19.51 17.93 17.24 5 8.56 18.30 17.96 17.17 16.04 4 5.65 16.34 15.41 15.39 15.38 3 3.07 15.75 14.40 10.94 9.66 2 1.42 15.75 14.40 9.59 8.54 1 0.03 15.75 14.40 9.59 7.83 17
4. Wyznaczenie przekrojów poprzecznych koryta rzecznego i przekrojów dolinowych w miejscach charakterystycznych. Jednym z pierwszych etapów realizacji projektu było wykonanie przekrojów poprzecznych koryta rzeki w miejscach charakterystycznych wraz z charakterystycznymi przekrojami dolinowymi oraz, w oparciu o przekroje poprzeczne koryta rzeki, wykonanie przekroju podłuŝnego rzeki Wierzyca. Na rzece wprowadzono nowy kilometraŝ, który został naniesiony na mapy topograficzne w układzie 1965 w skali 1:10 000. 4.1. Metodyka pomiarów Wszystkie pomiary hipsometryczne wykonywano w geodezyjnym poziomym układzie współrzędnych PUWG 1992 i pionowym poziomie odniesienia Kronsztad 86. Na podstawie map topograficznych 1:10 000 oraz wizji lokalnej wytyczano w terenie profile przekrojów hipsometrycznych poprzez stabilizację palikami dwóch punktów wyznaczających profil. Do pomiarów geodezyjnych wykorzystano stację tachimetryczną NIKON DTM-501 oraz aparaturę opartą o technikę GPS (Globalny System Pozycyjny). UŜyto odbiorników GPS Trimble 5700 z anteną Zephyr odbiornik ruchomy i Zephyr Geodetic odbiornik bazowy z radiową transmisją sygnału korekcyjnego w czasie rzeczywistym oraz rejestratora GPS Trimble TSC [ 2, 3, 4, 5 ]. Część pomiarów wykonano pracując w opcji RTK (pomiary w czasie rzeczywistym), a część wykonując pomiary statyczne w opcji FastStatic (postprocessing). Zastosowany sprzęt umoŝliwia wykonanie pomiarów z dokładnością wymaganą przez Instrukcję Techniczną GUGiK G-1-10 oraz pozwala na wykonywanie pomiarów bez konieczności zakładania sieci poligonów. Współrzędne zastabilizowanych w terenie punktów określano metodą statyczną GPS. Do pomiarów były uŝywane dwa odbiorniki TRIMBLE 5700 pracujące w trybie FastStatic. Stacje bazowe ustawiano na punktach naleŝących do sieci punktów POLREF, których współrzędne w układzie WGS-84 i 1992 wraz z wysokościami elipsoidalnymi otrzymano z Centralnego Ośrodka Dokumentacji Geodezyjno-Kartograficznej w Warszawie. Obliczenia na elipsoidzie WGS-84 wykonano przy pomocy oprogramowania TRIMBLE GEOMATICS OFFICE Version 1.61. RóŜnice wysokości geoidy niwelacyjnej i elipsoidy odniesienia obliczono z modelu Geoidy niwelacyjnej 2002 wprowadzonej do stosowania przez Głównego Geodetę Kraju. 18
Wyznaczenie tych róŝnic jest konieczne do przeliczeń wysokości elipsoidalnych do obowiązującego układu wysokości. Pomiary na przekrojach wykonano przy pomocy stacji tachimetrycznej NIKON serii DTM-501. Przeliczenia współrzędnych pomiędzy układami 1965 i 1992 wykonano posługując się oprogramowaniem GEONET_unitrans wersja 8.2. Obliczenia pikiet wykonano programem WinKalk wersja 3.7. Na profilach o głębokości około 1 m i poniŝej, pomiar wykonywano młynkiem hydrometrycznym zgodnie z instrukcją pomiarową obowiązującą w IMGW. W przypadku większych głębokości pomiary były wykonywane za pomocą prądomierza akustycznego Workhorse Rio Grande ADCP firmy RD Instruments. Przetwornik prądomierza doplerowskiego wraz z zintegrowaną z nim anteną GPS holowany był za łodzią motorową wzdłuŝ profilu. Do wyznaczenia przepływów uŝywano standardowego oprogramowania WinRiver firmy RD Instruments. W kaŝdej sesji pomiarowej wyznaczano aktualną rzędną zwierciadła wody dowiązując ją stacją tachimetryczną do punktów bazowych o wyznaczonej wysokości. 4.2. Forma przekazania danych Rezultaty prac pomiarowych wykonanych przez Oddział Morski IMGW w Gdyni przedstawiono w załącznikach zawierających przekroje poprzeczne i podłuŝne poszczególnych rzek. Wszystkie tabele, materiał zdjęciowy oraz przekroje poprzeczne i profile podłuŝne zostały zapisane na dysku CD będącym integralną częścią tego opracowania. 19
5. Wyznaczanie terenów bezpośredniego zagroŝenia powodzią od wody o prawdopodobieństwie występowania (przewyŝszenia) p=1% i 10% na mapach topograficznych w skali 1:10 000. Do tworzenia map stref zagroŝenia powodziowego został wykorzystany program Arc View GIS. Pozwoliło to na stworzenie mapy tematycznej, w której poszczególne elementy składowe mapy zapisane są w oddzielnych warstwach tematycznych. 5.1 Opracowanie podkładów rastrowych map topograficznych w skali 1:10 000 Ze względu na brak map wektorowych z terenu zlewni rzeki Wierzyca jako podkłady mapowe do tworzenia warstw tematycznych map zagroŝenia powodziowego rzeki Wierzyca wykorzystano rastrowe mapy topograficzne w skali 1:10 000 w układzie "PUWG - 1965. Obrazy rastrowe zostały zapisane jako monochromatyczne w formacie TIFF z rozdzielczością 300dpi. Schematyczny układ arkuszy map wykorzystanych w opracowaniu przedstawiono na rys 1. Obrazy rastrowe zostały przeliczone do układu PUWG-1992 zgodnie z algorytmami przeliczeniowymi zawartymi w instrukcji "Wytyczne techniczne. G-1.10. Formuły odwzorowawcze i parametry układów współrzędnych." Przejścia transformacyjne realizowane były na podstawie następującego schematu: 20
Przy tworzeniu nowych przeliczonych plików wykorzystano metodę interpolacji najbliŝszego sąsiedztwa. W metodzie tej wartość nowego piksela zostaje przypisana na podstawie wartości piksela najbliŝszego do transformowanego. 5.2 Opracowanie warstw tematycznych Na podstawie uzyskanych informacji z róŝnych ośrodków administracji, pomiarów terenowych, obliczeń hydraulicznych i opracowanych podkładów rastrowych opracowano dla rzeki Wierzyca następujące warstwy tematyczne: - kilometraŝ rzeki, - wodowskazy, - budowle hydrotechniczne - budowle mostowe, - wały przeciwpowodziowe, - granice gmin, - strefy bezpośredniego zagroŝenia powodziowego od wody 1% i 10%. 5.3 KilometraŜ Warstwa kilometraŝu została opracowana w celu właściwego odwzorowania odległości pomiędzy poszczególnymi przekrojami poprzecznymi. Wyznaczony został poprzez pomiar odległości w linii nurtu koryta rzeki na podkładach mapowych w skali 1:10 000. Próby określenia lokalizacji przekroi na podstawie kilometraŝu według Podziału hydrograficznego Polski IMGW 1983 prowadziły do występowania niewłaściwych odległości pomiędzy przekrojami. Przyczyny takiego stanu rzeczy upatrywać naleŝy w tym, iŝ kilometraŝ przedstawiony w Podziale hydrograficznym Polski opracowany był na podstawie map w skali 1:50000. 5.4 Strefy zagroŝenia powodziowego A1 i A10 Rodzaj warstwy poligon. Podstawą do wyznaczenia granic stref były punkty pomiarowe przekrojów poprzecznych oraz podkład mapowy ze szczególnym uwzględnieniem informacji o rzeźbie terenu doliny rzeki tj. warstwic i pikiet wysokościowych. 21
PoniewaŜ za podstawę wykreślenia granic przyjęto dane wysokościowe z map topograficznych w skali 1:10 000, moŝe powodować to niedokładności zasięgu zalewu w stosunku do map bardziej dokładnych (np. map do celów projektowych). W przypadku wystąpienia w/w niedokładności decyduje rzędna zwierciadła wody. Rzędną moŝna odczytać z tabeli Wierzyca-przekrój podłuŝny.xls w katalogu "Profile_poprz_podl_zdj_budowle" na płycie CD. Rzędne pomiędzy punktami załamania moŝna obliczać korzystając z metody aproksymacji liniowej (jest to linia prosta). 5.5 Wodowskazy Typ warstwy punkty. Warstwa lokalizacji posterunków wodowskazowych Instytutu Meteorologii i Gospodarki Wodnej została opracowana na podstawie danych historycznych IMGW zweryfikowanych pomiarami terenowymi. 5.6 Budowle hydrotechniczne budowle piętrzące Typ warstwy punkty. Warstwę lokalizacji budowli piętrzących opracowano na podstawie materiałów przekazanych przez RZGW Gdańsk, pomiarów terenowych jak równieŝ informacji pozyskanych w powiatach oraz gminach na terenie, których znajdowały się budowle. 5.7 Budowle mostowe Typ warstwy punkty. Warstwa lokalizacji budowli mostowych opracowana została na podstawie materiałów przekazanych przez RZGW Gdańsk oraz pomiarów terenowych. 5.8 Wały przeciwpowodziowe Typ warstwy linia. Warstwa lokalizacji wałów przeciwpowodziowych opracowana została na podstawie Zestawienia oceny stanu technicznego wałów przeciwpowodziowych uzyskanych z WZMiUW województwa warmińsko-mazurskiego. 5.9 Gminy 22
Typ warstwy linia. Warstwa granic poszczególnych gmin opracowana zgodnie z obecnie panującym podziałem administracyjnym. RóŜnica pomiędzy przebiegiem granic gmin na mapach topograficznych, a wektorową warstwą podziału administracyjnego wynika z wykorzystania jako źródła danych dla warstwy wektorowej map topograficznych w mniejszej skali tzn. 1: 100 000. Stąd teŝ granice w formie wektorowej nie są tak dokładne jak granice jednostek administracyjnych przedstawione na podkładowych mapach topograficznych 1:10 000. Część geometryczna wektorowych warstw tematycznych została uzupełniona o tabele danych atrybutowych dla poszczególnych obiektów. Wszystkie warstwy wektorowe zostały zapisane w formacie *.shp (programu ArcView). 5.10 Wydruki Kompozycje map zawierających obrazy rastrowe map topograficznych oraz zestawy danych wektorowych zostały wydrukowane barwnie. Obszar wydruku map jest zgodny z obszarem podkładowych map topograficznych w skali 1:10 000. 23
Tabela. 9. Wykaz wydrukowanych arkuszy map dla rzeki Wierzycy KilometraŜ rzeki Wierzycy Numer mapy 1 0+000 13+000 2 13+000 27+000 3 27+000 48+000 4 48+000 68+000 5 68+000 84+000 6 84+000 97+000 7 97+000 107+000 8 107+000 118+000 9 118+000 130+000 10 130+000 144+000 11 144+000 156+000 12 156+000 167+000 13 167+000 172+600 24
Rys.1 Wykaz arkuszy map dla rzeki Wierzycy 25
6. Literatura 1. Bajkiewicz-Grabowska E., Magnuszewski A., Mikulski Z., Hydrometria, PWN, Warszawa 1993 2. IMPEXGEO, Instrukcja Obsługi Rejestratora GPS Trimble TSCe. 3. IMPEXGEO, Odbiorniki GPS 5700. 4. IMPEXGEO, Oprogramowanie Rejestratora GPS Trimble TSCe Survey Conntroller v.10.6. Podstawowe informacje uŝytkownika. 5. IMPEXGEO, Oprogramowanie TRIMBLE GEOMATICS OFFICE. 6. IMPEXGEO, TOTAL STATION Seria DTM 501, Instrukcja obsługi. 7. Kietlińska Z., Walczak S., Miernictwo w Budownictwie Lądowym i Wodnym, WSziP, Warszawa 1997. 8. Kosiński W., Geodezja, Wyd. SGGW, Warszawa 2002. 9. Nachlik E., Kostecki S., Gądek W., Stochmal R. Strefy zagroŝenia Powodziowego Biuro Koordynacji Projektu Banku Światowego, Wrocław 2000 10. Ozga-Zielińska M., Brzeziński J., Hydrologia stosowana, PWN, Warszawa 1994. 11. Pasławski Z., Metody Hydrometrii Rzecznej, IMGW, WKiŁ, Warszawa 1973. 12. Praca zbiorowa pod kier. Juliusza Stachy, Podział Hydrologiczny Polski, IMGW, Warszawa 1986. 13. Instrukcja modelu HEC-RAS Hydraulic Reference Manual 26
7. Załączniki Profile: o podłuŝny o poprzeczne Mapy stref bezpośredniego zagroŝenia powodzią na rzece Wierzyca Opracowanie w formie elektronicznej na płycie CD Zawartość płyty: 1. Katalog "Wierzyca opracowanie" zawiera podkatalogi: -Wierzyca poprzeczne a-cad -Wierzyca podłuŝne a-cad -zdjęcia budowle hydrotechniczne oraz pliki w formacie *.xls: -Wierzyca zestawienie (opis rzeki, kilometraŝ, m. przekrojów, dopływy i odpływy, budowle hydrotechniczne, budowle opis, wodowskazy, pozwolenia wodnoprawne), - Wierzyca przekrój podłuŝny, - Wierzyca profile poprzeczne, oraz plik w formacie *.doc z opisową częścią projektu. 2. Katalog "Warstwy_map" zawiera warstwy wektorowe w formacie *.shp: - gminy92_1_region - podział na gminy, - "mosty-wierzyca" - lokalizacja mostów, - "Wierzyca kilometraŝ" - warstwa punktowa kilometraŝu rzeki, - "wały przeciwpowodziowe" - lokalizacja obwałowań, - "wodowskazy-wierzyca" - lokalizacja posterunków wodowskazowych, - "przekroje wykonane" - lokalizacja punktów pomiarowych przekrojów poprzecznych, - "woda-10%" - tereny o prawdopodobieństwie wystąpienia wody 10%, - "woda-1%" - tereny o prawdopodobieństwie wystąpienia wody 1%, 3. Katalog "Wydruki" zawiera w podkatalogach ("eps", "jpg") przygotowane do wydruku kompozycje map w formatach *.eps i *.jpg. 4. Katalog "Rastry" zawiera warstwy rastrowe podkładów topograficznych w formacie *tif. 27