Gospodarka Wodna Nr. 11/2011 ADAM KISIEL MODERNIZACJA DOLNEGO STANOWISKA STOPNIA WODNEGO ŁĄCZANY NA RZECE WIŚLE W 2001 ROKU Streszczenie Niniejszy artykuł prezentuje innowacyjne rozwiązanie ubezpieczenia dolnego stanowiska dla istniejącego wieloprzęsłowego jazu stopnia Łączany na rzece Wiśle. Koncepcja tego rozwiązania opracowana została w ramach projektu celowego KBN przez Politechnikę Krakowską w roku 1998, a jej realizację dokonano w roku 2001. W prezentacji przyjętego rozwiązania przedstawiono również skrócone fragmenty badań na modelu fizycznym stopnia Łączany. W serwisie fotograficznym pokazano etapy realizacji projektu oraz jego końcowy efekt. Słowa kluczowe Rozpraszanie energii wody, wypady stopni wodnych, wybój lokalny w dolnym stanowisku stopni wodnych. 1. WSTĘP Przez prawie 40 lat eksploatacji stopnia Łączany jego bezpieczeństwo działania było nieustannie zagrożone. Związane to było z permanentnym niszczeniem ubezpieczeń dolnego stanowiska jazu (fot. 1) oraz tworzeniem lokalnego, głębokiego wyboju. Wymuszało to konieczność dokonywania bieżących remontów ciągle dewastowanego dolnego stanowiska jazu. Podejmowane wówczas zabiegi techniczne nie były jednak skuteczne dla powstrzymania niszczącego charakteru strumienia wody w obszarze dolnego stanowiska jazu i problem jego niszczenia nadal powracał. Podczas dziesięcioletniego (2001-2011) funkcjonowania zmodernizowanego już dolnego stanowiska stopnia wodnego Łączany (fot. 2), nie odnotowano jakichkolwiek objawów jego niszczenia jak również nie zaobserwowano niepożądanej erozji koryta odpływowego. Jest to dowodem potwierdzającym poprawność działania zastosowanego nowatorskiego rozwiązania technicznego ubezpieczenia dolnego stanowiska jazu, które swym ukształtowaniem wspomaga transformację strumienia wody spływającego z górnego stanowiska jazu na jego stanowisko dolne i dalej do koryta odpływowego (przy różnych wariantach otwarcia zasuw jazu) na strumień o bezpiecznej hydrodynamice przepływu, zbliżonej do naturalnej. Fot. 1. Obraz zniszczeń dolnego stanowiska jazu stopnia wodnego wodnego Łączany na rzece Wiśle Fot. 2. Dolne stanowisko jazu stopnia wodnego Łączany po jego modernizacji w 2011 roku 2. STOPIEŃ WODNY ŁĄCZANY I JEGO OBECNE ZADANIA JAKO OBIEKTU HYDRO- TECHNICZNEGO Stopień wodny Łączany zrealizowany został na potrzeby żeglugi, ujęcia wody dla Elektrociepłowni Skawina, a także dla umożliwienia przeprawy mostowej, na 38+500 km rzeki Wisły (fot. 3) w latach 1955-1960. Powstał wówczas pięcioprzęsłowy (5 x 20 m) jaz ruchomy (fot. 4 i fot. 5) zamykany zasuwami płaskimi wyposażonymi w kapy lodowe. 1
Fot. 3. Zdjęcie lotnicze stopnia wodnego Łączany Fot. 4. Górne i dolne stanowisko jazu stopnia Łączany W tym czasie zrealizowano również kanał żeglugowo-energetyczny o długości 17,2 km z bramą przeciwpowodziową na jego wlocie oraz śluzą komorową (12 x 85 m) o spadzie 11,7 m, usytuowaną z kolei na wylocie kanału w miejscowości Borek Szlachecki (fot. 6). Dolne stanowisko śluzy łączy się z Wisłą na 57+800 km w miejscowości Kopanka. Kanał żeglugowy zaprojektowany został dla swobodnego poruszania się obiektów pływających o nośności 600 ton a w perspektywie do1000 ton. Jaz w Łączanach połączony jest z obwałowaniem przeciwpowodziowym czołową zaporą ziemną, która przegradza lewą stroną międzywala (fot. 3). Fot. 5. Widok z góry stopnia wodnego Łączany przed dokonaną modernizacją jego dolnego stanowiska [8] Fot. 6. Widok z góry na śluzę w Borku Szlacheckim oraz wlot do kanału doprowadzającego wodę do Elektrociepłowni w Skawinie [8] Poniżej przedstawiano wybrane charakterystyczne parametry hydrauliczne i hydrologiczne oraz niektóre podstawowe wymiary jazu. Do nich należą: światło jazu 5 x 20 m: 100,0 m, odległość między przyczółkami jazu 116,8 m, rzędna progu zasuw: rzędna dna niecki wypadowej między filarami: 210,60 m npm, 209,50 m npm, długość niecki wypadowej liczona od lica zasuw: 18,60 m. rzędna normalnego piętrzenia wody na jazie: rzędne piętrzenia wody na jazie przy przepływach: 215,40 m npm, Q 0,1% = 2875 m 3 /s 217,60 m npm, Q 0,01% = 3435 m 3 /s 218,24 m npm Pomimo powstałej drogi wodnej na odcinku Górnej Wisły od stopnia wodnego Dwory do stopnia wodnego Przewóz żegluga na rzece Wiśle została prawie całkowicie zaniechana. Kaskadę Górnej Wisły stanowi sześć stopni wodnych. Pierwsze trzy powstały w latach 1949-1961 i do nich należą; Przewóz, Dąbie i Łączany, natomiast pozostałe trzy powstały z kolei latach 1976-2003, a do nich należą; Kościuszko, Smolice oraz Dwory. Obecnie planowana jest realizacja kolejnego stopnia wodnego w miejscowości Niepołomice, która kierując się biegiem rzeki Wisły, położona jest poniżej Krakowa. Gospodarka wodna stopnia Łączany ograniczona zatem została do pokrycia zapotrzebowania w wodę Elektrociepłowni Skawina, doprowadzaną za pośrednictwem kanału żeglugowo energetycznego. W 2004 roku na potrzeby energetyki wodnej została wybudowana przez ZEW Niedzica S.A. mała elektrownia wodna, która usytuowana została w niedużej odległości (ok. 80 m) od lewego przyczółka jazu Łączany. Wykorzystuje ona spad 5,4 m i przy przełyku turbiny Kaplana równym przepływowi 62 m 3 /s zapewnia moc instalowaną równą 2,4 MW. Elektrownia pracuje w systemie automatycznym, czyli bezobsługowo, a jej uroczyste otwarcie odbyło się 4.06.2004 r. 2
2. PROBLEMY EKSPLOATACYJNE STOPNIA WODNEGO ŁĄCZANY W LATACH 1960-1993 Już w pierwszych latach eksploatacji jazu stopnia wodnego Łączany zaobserwowano procesy niszczenia ubezpieczeń stanowiska dolnego obiektu wodnego oraz tworzenie się lokalnego wyboju za tymi ubezpieczeniami. Zniszczenie umocnień faszynowych przy częściowym naruszeniu betonowych bloków ubezpieczenia dna stanowiska dolnego jazu oraz powstanie wyboju o głębokości 4 m zmusiło użytkownika do wykonania w latach 1963-1965 prac remontowych, polegających na ułożeniu materaców faszynowych i przykryciu ich płytami betonowymi [1]. Wydłużono wówczas w osi podłużnej rzeki odcinek ubezpieczenia dolnego o 27 m. Kolejne prace remontowe, w wyniku ponownego zniszczenia uprzednio zrealizowanych umocnień dolnego stanowiska jazu, przeprowadzono w latach 1968-1971 [2]. Wówczas głębokość wyboju zlokalizowanego około 60 m poniżej przekroju poprzecznego jazu osiągnęła wartość 10 m. Zdecydowano wtedy, by wykonywane obecnie ubezpieczenia dolnego stanowiska jazu stanowiły materace faszynowe z narzutem kamiennym. W 1974 roku zlecono Politechnice Krakowskiej wykonanie badań modelowych jazu w Łączanach na rzece Wisła w celu uzyskania wytycznych do projektowania kolejnych robót zabezpieczających jego dolne stanowisko [4]. Badania modelowe ograniczono do pojedynczego przęsła jazu, w świetle którego mierzono profile prędkości. Zaproponowano w opracowaniu końcowym wykonanie dwóch rzędów ażurowych progów (jeden za drugim) w celu poprawy warunków rozpraszania energii wody w nieckach między filarami jazu oraz redukcji prędkości przepływu wody wprowadzanej na ubezpieczenia dolnego stanowiska. Zalecono również prace stabilizujące płożenie wyboju lokalnego. Dla poprawy warunków napływu wód na dolne ubezpieczenia jazu opracowano także instrukcję podnoszenia zasuw jazu. Zakładała ona przepuszczanie wód przez stopniowe podnoszenie zasuw co 0,5 m, począwszy od zasuwy środkowej. W praktyce wykonany został pojedynczy próg ażurowy o wysokości 1,5 m i rozstawie bloków co 1,0 m. Jego bloki posiadały zróżnicowaną szerokość 2,0 m oraz 1,0 m i ułożone zostały na przemian na całej długości progu (Fot. 7). Podnoszenie zasuw pozostało niezmienione i często pojedyncza zasuwa podnoszona była nawet do 0,80 m. Fot. 7. Próg ażurowy wykonany w linii wylotów z niecek wypadowych usytuowanych między filarami jazu Fot. 8. Obraz dewastacji ubezpieczeń dolnego stanowiska jazu Wszystkie dotychczas przeprowadzone remonty ubezpieczeń koryta Wisły w dolnym stanowisku jazu, jak to wykazała ciągła eksploatacja obiektu wodnego, były jedynie zabiegami doraźnymi, likwidującymi skutki powstałych zniszczeń, a nie przedsięwzięciami eliminującymi przyczyny ich niszczenia oraz powodowania powstawania wyboju lokalnego. Potwierdzeniem powyższej tezy było ponowne całkowite zniszczenie umocnień dolnego stanowiska jazu (fot. 8). Stosować zaczęto wówczas doraźne środki polegające na zasypywaniu ubytków ubezpieczeń blokami kamiennymi. W okresie tym nieustabilizowany wybój lokalny, zmieniając swoje położenie, osiągał znaczne głębokości wynoszące 6,5-8,0 m. Pogarszający się stan techniczny obiektu, powodujący tym samym zwiększenie stanu zagrożenia bezpieczeństwa jazu Łączany, po raz kolejny zmusił użytkownika do podjęcia decyzji o konieczności dokonania takich rozwiązań technicznych, które by w możliwie maksymalny sposób eliminowały przyczyny niszczenia dolnych umocnień jazu i w konsekwencji skutecznie przeciwstawiały się procesom ich niszczenia. Regionalny Zarząd Gospodarki Wodnej w Krakowie zlecił zatem w roku 1993 Zakładowi Hydrauliki i Hydromechaniki Instytutu Inżynierii i Gospodarki Wodnej Politechniki Krakowskiej opracowanie koncepcji zmian konstrukcyjnych umocnień dolnego stanowiska jazu, które by mogły skutecznie przeciwstawić się negatywnym procesom ich niszczenia. Podjęto prace badawcze, które przeprowadzone były latach 1993-1998 w ramach projektu celowego KBN (Nr 7 7833 95 C/2387) pt. Modernizacja dolnego stanowiska jazu w Łączanach dla przeciwdziałania erozji lokalnej poniżej stopnia oraz stabilizacji konstrukcji jazu [6]. 3
3. KONCEPCJA MODERNIZACJI DOLNEGO STANOWISKA WIELOPRZĘSŁOWEGO JAZU ŁACZANY W ramach przeprowadzonych badań terenowych dokonana została inwentaryzacja jazu szczególnie w odniesieniu do jego stanowiska dolnego. Uwidoczniła ona zakres i ogrom zniszczeń umocnień dennych (fot. 9). Ponadto uświadomiła, że od chwili oddania obiektu do użytku, na skutek zatrzymania ciągłości ruchu rumowiska, sukcesywna erozja dna koryta odpływowego Wisły spowodowała około trzymetrowe jego obniżenie w stosunku do rzędnej progu na wylocie z niecek wypadowych. Doraźne zabiegi umacniania dna koryta na odcinku od wylotu z niecek wypadowych do przekroju występowania wyboju lokalnego (60 m), polegające na wykonaniu narzutu z bloków kamiennych, uformowały rodzaj bystrza (fot. 10), po którym spływająca woda poprzez wybój odprowadzana była do naturalnego. Fot. 9. Obraz ogromu zniszczeń umocnień dolnego stanowiska stanowi jazu z widocznym narzutem kamiennym Fot. 10. Przepływ wody przez zniszczone ubezpieczenia stanowiska dolnego jazu Hydraulicznie efektywna przebudowa stanowiska dolnego jazu musiała zatem koniecznie uwzględnić powstałe zróżnicowanie poziomów położenia dna w przekroju wylotowym międzyprzęsłowym niecek wypadowych oraz dna w przekroju naturalnego koryta odpływowego. Analizowane koncepcje rozwiązań technicznych modernizacji dolnego stanowiska jazu obwarowane zostały rygorystycznymi uwarunkowaniami ich hydraulicznego działania. Do szczególnie istotnych należy zaliczyć: 1. zapewnienie zatopienia odskoku hydraulicznego w nieckach między filarami jazu dla każdego przypadku eksploatacyjnego działania jazu, 2. spowodowanie rozproszenia nadmiaru energii kinetycznej strumienia przepływającego przez istniejący próg ażurowy z równoczesną zmianą rodzaju ruchu tego strumienia na ruch nadkrytyczny w obszarze poza tym progiem, 3. uzyskanie efektu rozpływu strumienia wody wypływającego przez dowolne pojedyncze przęsło jazu o szerokości 20m na szerokość co najmniej dwukrotnie większą, na możliwie najkrótszej odległości, 4. spowodowanie, szczególnie przy działających skrajnych przęsłach jazu, centralnego napływu wody w naturalne koryto Wisły strugami równoległymi do osi rzeki, 5. utrzymanie niezależnie od wariantu otwarcia pojedynczego przęsła jazu, małozmiennego rozkładu natężenia przepływu jednostkowego (na szerokości koryta odpływowego) w kontrolnym przekroju koryta odpływowego Wisły, 6. wykorzystanie odpowiednio ukształtowanego i jednostronnie ubezpieczonego (od górnej wody) wyboju do całkowitego rozproszenia energii wody oraz transformacji profilu prędkości na profil zbliżony do naturalnego. Przy wyborze koncepcji kierowano się ponadto następującymi przesłankami: 1. proponowane rozwiązanie powinno wykazywać hydrauliczną niezawodność i efektywność działania, 2. wyróżniać musi się ono prostotą konstrukcji i możliwością realizacji na istniejącym obiekcie wodnym, zapewniając równocześnie minimalne koszty nakładów inwestycyjnych. Na podstawie teoretycznej analizy oraz z przeprowadzonych wizji lokalnych na istniejącym stopniu wodnym Łączany, główny wykonawca projektu celowego KBN, ówczesny adiunkt Zakładu Hydrauliki i Hydromechaniki dr inż. Adam Kisiel, przedstawił własne innowacyjne rozwiązanie [7] polegające na wykonaniu drugiego progu ażurowego oddalonego od istniejącego pierwszego progu o 40 m 4
i usytuowanego tuż przed istniejącym lokalnym wybojem (rys. 1). Położenie korony drugiego progu przy obu brzegach Wisły znajdować się miało na poziomie rzędnej korony pierwszego istniejącego progu (rys. 2). W środkowej części projektowanego progu, na jego długości 52 m, przewidziane zostało obniżenie jego korony o 0,85 m w stosunku do położenia korony w przybrzeżnej części progu (rys. 2). Bloki, jako elementy progu, rozstawione zostałyby identycznie jak w progu istniejącym, co z kolei zapewniłoby zachowanie walorów estetycznych tego rozwiązania. Rys. 1. Profil podłużny koncepcji ubezpieczeń dolnego stanowiska jazu Rys. 2.Widok od dolnej wody na projektowany ażurowy próg Rys. 3. Przekrój przez jednostronnie ubezpieczony wybój Między progami powstałaby wówczas niecka z założonym odwrotnym spadkiem dna. Założone zostało wyłożenie dna niecki narzutem kamiennym ułożonym na cementowej zaprawie. Narzut kamienny odzyskany zostałby z dotychczas istniejącego zabezpieczenia dna koryta Wisły. Głębokość międzyprogowej niecki w najniższym jej przekroju powinna zapewnić głębokość 2 m (rys. 1). Za drugim progiem naturalne koryto Wisły powinno być odpowiednio ukształtowane i umocnione również odzyskanymi blokami kamiennymi ułożonymi w taki sposób, aby uzyskać odpowiednie jednostronne umocnienie od strony napływu wody powstającego tu wyboju (rys. 3). W części centralnej projektowanego drugiego progu, takie jednostronne umocnienie pochylonego dna 1:3 na długości około 12 m oraz przybliżonej szerokości około 50 m w rzucie poziomym, oznaczałoby, że w tym obszarze ubezpieczenie to osiągałoby największe zagłębienie w dnie koryta. Zagłębienie to byłoby zmniejszane w miarę przybliżania się do obu brzegów Wisły [6]. Umocnienie pochylonego dna 1:3 zapoczątkowane powinno być od zagłębienia wynoszącego 2 m od dolnej krawędzi progu, przy czym pionowa ściana progu od dolnej wody wyprofilowana powinna zostać blokami skalnymi na zaprawie cementowej o nachyleniu 1:2. Od strony dolnej wody powstający tu wybój posiadałby możliwość swobodnego kształtowania swego profilu wyjściowego, zgodnie z wymogami praw natury (rys. 3). 4. BADANIA MODELOWE KONCEPCJI MODERNIZACJI DOLNEGO STANOWSIKA JAZU ŁĄCZANY Wybrana i zaakceptowana wersja modernizacji dolnego stanowiska jazu Łączany badana była na modelu fizycznym. Model jazu, wraz ze 150 m odcinkiem stanowiska górnego oraz 250 m odcinkiem koryta odpływowego, wykonany został w skali 1:40. W czerech wybranych przekrojach dolnego stanowiska dokonano w pionach pomiarów prędkości przepływu. Pomiary prędkości wykonane zostały przy użyciu sondy pomiarowej SONTEC, będącej urządzeniem najnowszej generacji do precyzyjnego i bezinwazyjnego pomiaru prędkości na trzech kierunkach (x, y, z). Badania i pomiary prowadzone były dla skrajnie niekorzystnych przypadków eksploatacyjnych działania jazu, przy celowo nieco zaniżonych stanach napełnienia koryta odpływowego. Podstawowe badania przeprowadzane były dla naturalnego natężenia przepływu wynoszącego 130 m 3 /s przy otwarciu zasuwy jednego przęsła jazu. Odpowiadało to podniesieniu zasuwy w naturze na wysokość ok. 1,0 m. Wersje badawcze obejmowały przeprowadzenie przepływu 130 m 3 /s dla przypadków podniesienia zasuwy skrajnego przęsła (fot. 15), lewego i prawego, przęsła pośredniego (fot. 13) i centralnego. Wyniki pomiarów dla wyżej wymienionych przypadków porównywalne były z przypadkiem równomiernego przeprowadzenia tego natężenia przepływu 130 m 3 /s przez wszystkie przęsła jazu, za pośrednictwem klap lodowych zasuw (fot. 14). 5
Fot. 11. Wypływ spod zasuwy drugiego przęsła jazu od brzegu prawego Fot. 12. Przepływ przez klapy lodowe zasuw przyjęty jako równomierny na szerokości koryta W celu sprawdzenia stopnia niezawodności hydraulicznego działania zaproponowanego rozwiązania przebudowy dolnego stanowiska jazu przebadano również efekt przeprowadzenia przepływu o natężeniu 260 m 3 /s przez dwa sąsiednie skrajne przęsła jazu. Taki przypadek działania jazu w praktyce jest niedopuszczalny, ponieważ rozpływ strumienia wody wypływającego skrajnym przęsłem uniemożliwiony jest z jednej strony brzegiem koryta, zaś z drugiej strony strumieniem wypływającym spod zasuwy sąsiedniego przęsła jazu (fot. 14). Pomimo tak niekorzystnego przypadku, wprowadzenia strumienia wody w obszar międzyprogowej niecki wypadowej, prędkości na szerokości koryta rzeki pomierzone w wyznaczonych stałych przekrojach rzeki, wykazały znikome zróżnicowanie wyników w odniesieniu do pomierzonych prędkości przy równomiernym przeprowadzeniu przepływu 260 m 3 /s przez wszystkie przęsła jazu za pośrednictwem klap lodowych zasuw. Fot. 13. Wypływ wody spod zasuwy skrajnego prawego przęsła jazu Fot. 14. Wypływ spod zasuw dwóch sąsiednich przęseł jazu z uwidocznionym rozpływem strumieni wody Przeprowadzone badania na fizycznym modelu stopnia wodnego Łączany objęły również odtworzonie naturalnych warunków przepływu, jakie istniały w 1994 roku, to jest przed wdrożonymi pracami modernizującymi ubezpieczenia dolnego stanowiska jazu (fot. 15). Badania modelowe przypadku, gdy istniały jaszcze umocnienia płytami betonowymi wyraźnie wykazały, że obniżone położenie dna koryta odpływowego Wisły, a co zatem idzie i stanu jej napełnień, powoduje powstanie ruchu podkrytycznego na umocnieniach betonowych (fot. 15), zaś tuż za nimi głębokiego rozmycia dna (fot. 16). Fot.15. Podkrytyczny ruch przy przepływie wody na poziomo ułożonych płytach jako ubezpieczenia koryta odpływowego Fot.16. Rozmiar rozmycia dna za poziomym ubezpieczeniem dna płytami betonowymi Obniżenie dna koryta Wisły poniżej stopnia Łączany miało decydujący wpływ na niszczenie zrealizowanych w ramach kolejnych remontów umocnień dolnego stanowiska jazu. Brak aktualizacji krzywej konsumcyjnej koryta odpływowego Wisły i uwzględnienia tego faktu w każdym kolejnym przypadku wdrożonej koncepcji poprawy stanu ubezpieczenia dolnego stanowiska musiało być skazane na 6
niepowodzenie. Proces erozji koryta Wisły zapoczątkowany w 1960 roku następował w sposób ciągły, sukcesywnie obniżając położenie dna koryta aż do osiągnięcia w roku 1994 wartości około 3 m. Jak potwierdziły badania na modelu jazu Łączany, rozmycie dna za poziomymi ubezpieczeniami było początkowym etapem umożliwiającym w dalszej kolejności niszczenie sztywnych ubezpieczeń dna. Fot.17. Naturalne warunki przepływu przez dolne stanowisko jazu w 1994 roku Fot.18. Odtworzone na modelu naturalne warunki przepływu przez dolne stanowisko jazu w 1994 roku Kontrolnie przez zaproponowane rozwiązanie ubezpieczenia dolnego jazu przeprowadzono także przepływy 500 m 3 /s oraz 1000 m 3 /s. Projektowane ubezpieczenie obszaru koryta za drugim ażurowym progiem stabilizujące miejsce lokalnego rozmycia dna, podczas długotrwałego przepływu 130 m 3 /s uformowało kształt wylotowy profilu wyboju, który mieści się w chronionym kształcie ubezpieczenia jego obrysu (fot. 19). Należy tu zaznaczyć, że wszystkie wezbrania na rzece Wiśle, podczas których podniesione są wszystkie zasuwy jazu, powoduje przemieszczenie osadzonego na początku cofki rumowiska (żwiru i piasku) i osadzanie go w powstałych zagłębieniach w korycie odpływowym. Oznacza to, że okresowo podczas wezbrań powstały wybój za drugim progiem będzie zasypywany (fot. 20). Fot. 19. Powstanie wyboju za drugim progiem na modelu i ukształtowanie jego profilu na kierunku odpływu Fot. 20. Zasypany wybój o głębokości 8 m po przejściu wezbrania wód na Wiśle w 1997 roku. 5. REALIZACJA PROJEKTU Projekt techniczny wykonany został przez Hydroprojekt Kraków, natomiast realizację projektu powierzono firmie Skanska S.A. w Krakowie. Prace wykonawcze rozpoczęto pod koniec 2000 roku, a ich ukończenie nastąpiło z początkiem 2001 roku. Fot. 21. Wykonanie grodzy w osi koryta rzeki Wisły ze stalowej ścianki szczelnej typu Larsen Fot. 22. Wykonanie grodzy ziemnej dla drugiego etapu robót po prawej stronie koryta Wisły Przebudowę dolnego stanowiska jazu podzielono, jak to ma miejsce w budownictwie wodnym, na etapy, przy czym w omawianym przypadku na etapy dwa. Przyjęto zatem, że najpierw w etapie pierwszym w sposób kompletny zrealizowane zostaną prace wykonawcze na połowie koryta Wisły po 7
jej lewej stronie. Natomiast w etapie drugim nastąpi realizacja prac na drugiej połowie koryta po stronie prawej. Podczas prac wykonawczych dopływająca do jazu woda przepuszczana była tą połową koryta w której prace nie były prowadzone (fot. 23). Wykonana zatem została grodza podłużna ze stalowych ścianek szczelnych typu Larsen (fot. 21 i fot. 23) jako niezbędne dla obu etapów budowy osiowe rozdzielenie koryta rzeki oraz grodze ziemne odcinające obszar budowy od napływu ze strony dolnej wody (fot. 22 i fot. 23). Natomiast od górnej wody teren budowy chroniony był przez szczelnie zamknięte zasuwy. Fot. 23. Zaawansowane prace wykonawcze drugiego etapu realizacyjnego modernizacji dolnego stanowiska jazu Fot. 24. Ukształtowanie dna międzyprogowej niecki wypadowej wyłożonej blokami kamiennymi na zaprawie cementowej Zgodnie z propozycją przedstawią w opracowaniu końcowym celowego grantu, dno międzyprogowej niecki wypadowej zostało wyłożone blokami kamiennymi na zaprawie cementowej i nadano mu odwrotny spadek (fot. 23-25). Nie wykonano jednak za pierwszym i drugim progiem obłożenia ich pionowych ścian blokami skalnymi o nachyleniu 2:1 (fot. 24) w celu redukcji prędkości spływającego strumienia za linią progów. Takie ukształtowanie o dużej szorstkości części spływowej progów miało być czynnikiem wspomagającym rozpływ strumienia wody na odwrotnym spadku dna międzyprogowej niecki oraz sposobem na redukcję głębokości wyboju lokalnego powstającego za drugim progiem (fot. 19 i rys. 1). Ujmując problem ogólnie, miał być to zabieg techniczny dodatkowo redukujący energię kinetyczną strumienia wody kierowanego w naturalne koryto odpływowe rzeki Wisły. Fot. 25. Uformowany odwrotny spadek dna niecki międzyprogowej sięgający dolnego obrysu progu Fot. 26. Wykonywanie jednostronnego umocnienia od strony napływu wody obrysu wyboju lokalnego W rezultacie ukończonych prac wykonawczych dolne stanowisko jazu stopnia wodnego Łączany uzyskało nowe krajobrazowe oblicze, dobrze wkomponowane w naturalne środowisko (fot. 27). Dziewięcioletnia eksploatacja obiektu wodnego wykazała, że przebudowane dolne stanowisko jazu wykazuje wysoką sprawność i niezawodną efektywność w hydraulicznym działaniu. Fot. 27. Ostateczny efekt wdrożenia koncepcji ochrony dolnego stanowiska przed niszczycielskim działaniem strumienia wody spływającego ze stanowiska górnego jazu stopnia wodnego Łączany [8] 8
6. PODSUMOWANIE Przeprowadzone badania modelowe wykazały, że sugerowane rozwiązanie przebudowy dolnego stanowiska jazu spełnia wszystkie wymogi, jakie nałożone zostały dla poprawnego hydraulicznego oddziaływania konstrukcji na ubezpieczenia koryta odpływowego jazu. Mając na uwadze wprowadzone rezerwy w badaniach modelowych w odniesieniu do naturalnych napełnień koryta odpływowego Wisły oraz wysokości podnoszenia zasuw jazu (instrukcja z 1974 roku), w praktyce działanie jazu, po realizacji zaproponowanego rozwiązania modernizacyjnego dolnego stanowiska będzie swą hydrauliczną sprawność i niezawodność utrzymywać w odpowiednio wydłużonym czasie jego dalszej wieloletniej eksploatacji. W praktyce, co zostało stwierdzone podczas jednej z wizyt na tym obiekcie wodnym, stosowanie instrukcji otwierania zasuw jazu nie zawsze jest przestrzegane i na przykład pojedyncza zasuwa podnoszona jest zbyt wysoko. Konstrukcja dolnego stanowiska jazu po jego modernizacji jest w stanie przenosić takie obciążenia hydrauliczne, lecz takie warianty działania jazu mogą być stosowane tylko w szczególnych przypadkach. Oddana do eksploatacji w 2004 roku mała elektrownia wodna polepszyła hydrauliczne warunki działania przebudowanego dolnego stanowiska jazu, ponieważ przepływ 62 m 3 /s przeprowadzany przez elektrownię zrzucany jest poniżej ubezpieczeń dolnego stanowiska jazu. Podczas wezbrań i otwarcia wszystkich zasuw jazu wysokie stany napełnienia koryta Wisły nie stanowią jakiegokolwiek zagrożenia dla konstrukcji zabezpieczającej dolne stanowisko stopnia Łączany (wówczas z powodu braku spadu elektrownia nie pracuje). Należy zwrócić uwagę, że jednym z bardziej destrukcyjnych przepływów dla umocnień koryta w odpływie jazu był i jest przepływ o natężeniu 130 m 3 /s. Naturalne napełnienie koryta Wisły, które sukcesywnie obniżane było podczas ponad 30-letniej eksploatacji jazu, nie było wystarczające dla możliwości powodowania efektywnego rozpraszania energii kinetycznej tego przepływu przy warunkach, jakie istniały przed przebudową dolnego stanowiska jazu w roku 2001. Obecnie po przebudowie dolnych umocnień koryta opływowego jazu, taki przepływ, co wykazały wszechstronne badania, nie stanowi najmniejszego zagrożenia dla zrealizowanych ubezpieczeń koryta odpływowego jazu. Podczas pracy elektrowni przy dopływie wody do jazu wynoszącym 130 m 3 /s na jaz kierowany jest jego wartość zredukowana prawie do połowy i tym samym staje się przepływem zupełnie niezagrażającym ubezpieczeniom dolnego stanowiska. Przypadek stopnia Łączany narzucał lokalizację ażurowych progów, z jednej strony faktem istnienia progu pierwszego, zaś ze strony drugiej następny próg musiał być zlokalizowany tuż przed głębokim wybojem. W przypadku innych możliwości próg pierwszy zostałby odsunięty w dół koryta dla powodowania lepszego rozpływu strumienia wody wypływającego spod zasuwy, również z analogicznych powodów lokalizacja drugiego progu usytuowana by została w dalszej odległości od progu pierwszego. W przedstawionym przypadku, jakim jest stopień wodny Łączany podnoszenie zasuw jazu powinno zabezpieczać w możliwy maksymalny sposób rozpływ strumienia wody już przed pierwszym progiem. Na przykład przy podniesieniu dwóch zasuw należy unikać ich otwarcia w dwóch sąsiednich przęsłach, natomiast wskazane byłoby ich symetrycznie otwarcie względem osi jazu. Zabezpieczenie dolnego stanowiska jazu Łączany jest rozwiązaniem na długie lata, ale w skali czasu jest to zabezpieczenie doraźne, bowiem erozja denna koryta Wisły będzie nadal postępować, powodując dalsze obniżanie poziomu jej dna. W przyszłości może zatem wystąpić problem zapewnienia odpowiednich napełnień w korycie odpływowym Wisły, takich, przy których gwarantowane byłoby dalsze poprawne działanie wykonanych w 2001 roku ubezpieczeń. Rozwiązanie konstrukcyjne ubezpieczeń dolnego stanowiska jazu [7] stopnia wodnego Łączany jest jednak technicznym zabiegiem, gwarantującym pewność i niezawodność działania przy dodatkowym zapewnieniu wysokiej hydraulicznej efektywności w znacznym przedziale czasowym. Estetyczna architektura konstrukcji umocnień, umożliwiająca łatwe wkomponowanie jej w naturalny krajobraz, zaleca tym bardziej tego typu rozwiązania do stosowania w podobnych przypadkach praktyki inżynierskiej. 9
LITERATURA [1] CENTRALNE BIURO PROJEKTÓW BUDOWNICTWA WODNEGO-HYDROPROJEKT, ODDZIAŁ KRAKÓW; Instrukcja utrzymania eksploatacji. Stopień wodny Łączany cz. II - obsługa. Część hydrotechniczna, Kraków 1972. [2] HYDROPROJEKT, ODDZIAŁ KRAKÓW; Zabezpieczenie Jazu Łączany przed skutkami erozji. Założenia techniczno-ekonomiczne, Kraków 1972. [3] INSTYTUT METEOROLOGII I GOSPODARKI WODNEJ-WARSZAWA; Badania kontrolne stopnia Wodnego Łączany, Warszawa 1974. [4] POLITECHNIKA KRAKOWSKA, INSTYTUT INŻYNIERII I GOSPODARKI WODNEJ; Wykonanie badań modelowych dla projektowanych robót ubezpieczeniowych dolnego stanowiska jazu w Łączanach na rzece Wiśle, Kraków1974. [5] IMGW WARSZAWA; Interpretacja wyników pomiarów oraz ocena stanu technicznego stopnia wodnego Łączany; Warszawa 1995. [6] JEŻ P., KISIEL A., NACHLIK E.; Modernizacja dolnego stanowiska jazu w Łączanach dla przeciw działania erozji lokalnej poniżej stopnia oraz stabilizacji konstrukcji jazu; Projekt celowy KBN nr 7 7833 95 C/2387, Politechnika Krakowska, Instytut Inżynierii i Gospodarki Wodnej, Kraków 1995-1997. [7] KISIEL A.: Stanowisko dolne wieloprzęsłowego jazu ruchomego. (Zgłoszony 13.11.2006 r. BUP A1-381047 z 26. 05. 2008 r.). BUP P-381047 z dnia 26. 05. 2008 r. UP RP - 207698, Warszawa 04.02. 2011 r. [8] www.zzw-niedzica.com.pl/laczany otwarcie.htm www.krakow.rzgw.gov.pl/index.php?option=com www.mostypolskie.pl/most/stopien-wodny-laczany,252,.html 10