Andrzej Strużyński*, Łukasz Gucik*, Marcin Zięba*, Krzysztof Kulesza**, Jacek Florek* Określenie dynamiki transportu rumowiska wleczonego w rzece Białce przy zastosowaniu programu HEC-RAS *UR w Krakowie, Katedra Inżynierii Wodnej i Geotechniki ** IMGW w Krakowie, Zakład Systemów Wodnogospodarczych
Lokalizacja obiektu badań i charakterystyka rzeki Białka rzeka górska. źródła Tatry Wysokie, wysokość 1420 m n.p.m. ujście zb. Czorstyński, wysokość ok. 529 m n.p.m. powierzchnia zlewni 229.9 km2, (Polska 224.4 km2) długość Białki 41 km średnie przepływy 5 m3/s, wezbrania wiosenne i letnie do 300 m3/s Rzeka nazywana jest Białką poniżej połączenia Bielej Vody i Rybiego Potoku. Odcinek badawczy rozpoczyna się od ujścia Białki: długość w linii nurtu 2350 m spadek 1.04 % na odcinku badawczym rzeka roztokowa
Wizja lokalna Białka jest rzeką prowadzącą głównie otoczaki granitowe o dużych średnicach. Jest rzeką roztokową z 1-3 korytami gałęzie główne są wyjątkowo rwące i niedostępne już przy napełnieniu około 60-70 cm. Każda odnoga prowadzi wodę na innej rzędnej. W tym samym przekroju różnice rzędnych zwierciadła wody mogą sięgać kilkudziesięciu centymetrów.
Wizja lokalna Ziarna o podobnych średnicach spotykane są zarówno w łożysku jak i na pierwszej terasie. Rzeka jest wyjątkowo aktywna erozyjnie.
Dane hydrologiczne Dane uzyskane z automatycznych posterunków wodowskazowych IMGW w miejscowościach Łysa Polana i Trybsz. W opracowaniu użyte dane z posterunku Trybsz. Przy zastosowaniu metody przyrostu zlewni określono przepływ na odcinku badawczym. Dane udostępnione zostały przez IMGW w ramach projektu nr N N305 186537 finansowanego przez MNiSW.
Dane hydrologiczne Okres badawczy: 13 15 maja 2010 r. przepływ maksymalny 17 maja b.r. 147 m3/s wg metody Punzeta wzór karpacki - Q 30%
Pomiary geodezyjne data wykonania pomiarów: 28 IV i 12-14 V 2010 r. ilość punktów pomiarowych: 1019 ilość przekrojów: 25
Pomiary geodezyjne ilość przekrojów: 25 szerokość przekrojów od 75 do 255 m
Pomiary granulometryczne data wykonania pomiarów: 28 IV i 12-14 V 2010 r. metoda fotograficzna ilość zmierzonych ziaren: 2422 ilość lokalizacji: 8 wielkość ziaren: piaski, żwiry, kamienie, głazy
Pomiary granulometryczne data wykonania pomiarów: 28 IV i 12-14 V 2010 r. metoda fotograficzna dm 10.5 cm na płyciznach i odsypiskach, 12.9 cm w nurcie mniejsze ziarna pręty, dyski większe frakcje sferyczne SF od 0.4 do 0.7
Białka - krzywa granulometryczna 100 Pomiary granulometryczne 90 80 data wykonania pomiarów: 70 Zawartość frakcji p [%] 28 IV i 12-14 V 2010 r. metoda fotograficzna Białka - krzywa granulometryczna 60 50 40 100 30 90 20 80 10 70 0 0 5 10 15 20 Średnica frakcji d [cm] Zawartość frakcji p [%] 60 d maks w poszczególnych próbkach p3 24.5 cm (pomiar 515 ziaren) p4 46.2 cm (122 ziarna) 50 40 30 20 10 0 0 5 10 15 20 25 Średnica frakcji d [cm] 30 35 40 45 50 p1 19.2 cm (777 ziaren) p2 17.4 cm (97 ziaren) p5 14.0 cm (246 ziaren) p6 26.4 cm (108 ziaren) p7 12.3 cm (395 ziaren) p8 30.3 cm (162 ziarna) 25
HEC-RAS przepływy nieustalone 1. zachowanie ciągłości strugi 2. zachowanie bilansu masy Program, w celu zwiększenia poprawności modelowania wezbrań, umożliwia tworzenie koryt równoległych połączonych z dodatkowymi zbiornikami (storage areas).
HEC-RAS transport rumowiska 1. obliczenia transportu wykonywane są po obliczeniach przepływu metodą ruchu quasi-nieustalonego 2. Metody obliczania transortu rumowiska: - Acker i White (piaski i żwiry) - England Hansen (monofrakcje piaskowe d - 0.19-0.93 mm) - Laursen Copeland (materiał wielofrakcyjny) - Mayer-Peter i Muller (materiał wielofrakcyjny do 5 cm) - Toffaleti (frakcje piaszczyste) - Yang (frakcje piaszczyste i żwirowe) - Wilcock (frakcje piaszczyste i żwirowe) 3. Ilość przetransportowanego rumowiska obliczono metodą MPM
HEC-RAS Wyniki model fali powodziowej Po ustabilizowaniu przepływu możliwe jest wykonanie modelu przejścia fali powodziowej i jej dokładna analiza poprzez zapis obliczeń w określonym czasie modelowania
HEC-RAS Wyniki model fali powodziowej Modelowanie metodą różnic skończonych umożliwia przedstawienie przebiegu fali powodziowej
HEC-RAS Wyniki transport rumowiska wleczonego Obliczenia metodą MPM sortowanie rumowiska metodą active layer mozliwość określenia stref erozji i akumulacji oraz masy materiału wyerodowanego na danym odcinku
HEC-RAS Wyniki transport rumowiska wleczonego w badanym odcinku Białki przeważają procesy erozji dna
Podsumowanie 1. Rzeka Białka charakteryzuje się dużą dynamiką przepływu i dużą zdolnością transportowania materiału wleczonego. 2. Rumowisko wleczone charakteryzuje się dużymi wartościami współczynnika kształtu (SF), co powoduje dużą ruchliwość tego materiału. 3. Kształty krzywych przesiewu świadczą o braku obrukowanej pokrywy i częstym przemieszczaniu rumoszu. 4. Program HEC-RAS od wersji 4 stał się modelem 1-wymiarowym. Umożliwiaja on (ręczne) odtworzenie systemów wielokorytowych i teras zalewowych, co pozwala na odwzorowanie przepływu w rzece Białce 5. Program umożliwia określenie zjawisk erozyjnych rzek. Możliwe jest określenie obszarów o przewadze procesów degradacji i agradacji materiału w dnie rzek z dnem rozmywalnym. 5. Metoda MPM zastosowana w programie HEC-RAS jest przeznaczona do określenia transportu dla frakcji do 5 cm. Wyniki należy porównać z uzyskanymi za pomocą innych metod, np. opracowaną przez zespół Katedry Inżynierii Wodnej UR w Krakowie MPM-B dla rzek Podkarpacia.