INŻYNIERIA RZECZNA Konspekt wykładu Wykład 2 Charakterystyka morfologiczna koryt rzecznych 1. Procesy fluwialne 2. Cechy morfologiczne koryta rzecznego 3. Klasyfikacja koryt rzecznych 4. Charakterystyka morfologiczna koryt meandrujących 1. Procesy fluwialneprocesy fluwialne procesy wpływające na morfologię (ukształtowanie) koryta rzecznego i doliny zalewowej. Decydujące znaczenie mają dwa procesy: - przepływu wody, - rzecznego. Oba procesy są: - ściśle związane z reżimem hydrologicznym rzeki, - ulegają ciągłym modyfikacjom w wyniku lokalnych zmian warunków przepływu wody i ruchu rumowiska w korycie rzecznym i po terenie zalewowym, - są modyfikowane czynnikami antropogenicznymi. Warunki (parametry) przepływu wody i Charakterystyka morfologiczna koryta i doliny rzeki Wzajemne oddziaływanie na zasadzie sprzężenia zwrotnego. Rumowisko rzeczne dzielimy ze względu na: Pochodzenie Sposób transportu (czyli sposób przemieszczania się wraz z płynącą wodą) Podział ze względu na pochodzenie: z erozji powierzchniowej zlewni materiał gruntowy uruchamiany w wyniku odpływu powierzchniowego w czasie intensywnych opadów i w okresie roztopów; z erozji samego koryta rzecznego i doliny zalewowej: - z erozji wgłębnej dna koryta i terenu zalewowego, - z erozji bocznej brzegów koryta głównego i skarp tarasu zalewowego. Podział rumowiska rzecznego ze względu na sposób transportu: rumowisko unoszone drobne cząstki transportowane w wodzie bez kontaktu z dnem koryta, zwykle o mniejszych wymiarach niż występujące w materiale korytowym; rumowisko wleczone większe ziarna materiału korytowego, poruszające się w stałym (lub prawie stałym) kontakcie z dnem; Ziarna rumowiska wleczonego obejmują wszystkie frakcje (wymiary) ziaren tworzących materiał korytowy (denny). Przebieg procesów fluwialnych charakteryzuje się zmiennością wynikającą ze zmian na długości rzeki: - parametrów przepływu wody, - warunków.parametry te i warunki zmieniają się ponieważ zmieniają się warunki topograficzne i zwiększa się powierzchnia zlewni. 1
Podział rzeki na odcinki: Duże rzeki: źródło odcinki rzeki: górny środkowy dolny odcinek górny: - potok - rz. górska - rz. podgórska odcinek środkowy i dolny: - rz. nizinna Mniejsze rzeki nizinne: potok nizinny rz. nizinna ujście Procesy fluwialne procesy wpływające na morfologię (ukształtowanie) koryta rzecznego i doliny zalewowej. Decydujące znaczenie mają dwa procesy: przepływu wody, rzecznego. Oba procesy są: ściśle związane z reżimem hydrologicznym rzeki, ulegają ciągłym modyfikacjom w wyniku lokalnych zmian warunków przepływu wody i ruchu rumowiska w korycie rzecznym i po terenie zalewowym, mogą być modyfikowane czynnikami antropogenicznymi (budowle piętrzące, zbiorniki wodne, uregulowane odcinki rzek, obwałowania przeciwpowodziowe, itp.) hydrogram przepływu Q sedymentogram Q r rumowisko rzeczne (cząstki i ziarna mineralne): rumowisko unoszone (drobny materiał) rumowisko wleczone po dnie (gruby mat.) Przepływ wody i rumowiska kształtuje morfologię (ukształtowanie) koryta rzecznego i doliny zalewowej, którą charakteryzują cztery podstawowe cechy morfologiczne: Cechy morfologiczne rzeki a b c 2. Cechy morfologiczne: a) układ poziomy koryta (ukształtowanie koryta w planie), b) układ pionowy (wysokościowy profil podłużny brzegów, zw. wody i dna), c) kształt przekroju poprzecznego koryta, d) uziarnienie materiału korytowego (rodzaj materiału, charakterystyka wielkości ziaren). Ad a) Układ poziomy rzeki charakteryzuje współczynnik krętości koryta S [-] (współczynnik krzywoliniowości trasy rzeki) S = L rz / L d L rz długość rzeki (wzdłuż linii nurtu) 2
L d długość doliny (wzdłuż osi doliny) Lrz Ld Ad. b) Układ pionowy rzeki charakteryzuje wyrównany spadek podłużny zwierciadła wody (wyrównany tj. uśredniony na rozpatrywanym odcinku): J = Δh zw.wody / L rz (A-B) [-] lub 1000 = J = Δh zw.wody / L rz (A-B) Δh zw.wody L rz(a-b) Ad. c) Kształt przekroju poprzecznego charakteryzuje współczynnik koncentracji przekroju poprzecznego koryta a stosunek szerokości koryta głównego B (na poziomie wody brzegowej) do jego głębokości h - średniej lub maksymalnej: a = B/h śr lub k = B/h max B h hśr Ad. d) Materiał korytowy charakteryzuje wielkość ziaren (cząstek) tworzących dno rzeki, która zależy od: warunków geologicznych występujących w podłożu koryta, możliwości transportowych rzeki, wynikających z warunków przepływu głównie spadku podłużnego i prędkości przepływu wody. Rodzaj materiału korytowego i wielkość ziaren jest związana z charakterem rzeki: potok górski dominują: duże głazy - średnica zastępcza d >630 mm; głazy - d > 200 630 mm; kamienie - d > 63 200 mm, rzeka górska i podgórska dominują : kamienie (średnice j.w.); żwir - d > 2 63 mm, potok nizinny - dominuje: piasek - 2 > d 50 > 0,063 mm (głównie piasek gruby i średni), żwir (drobny, średni), rzeka nizinna dominuje piasek średni i drobny. 3
3. Klasyfikacja koryt rzecznych Podział koryt ze względu na ukształtowanie w planie Koryto prostoliniowe Koryto meandrujące Koryto roztokowe (warkoczowate) Podział rzek ze względu na ukształtowanie w planie według jednolitej metodologii UE Podział rzek ze względu na spadek podłużny J = Δ hzw.wody [m] / L rz [m] - wartość niemianowana [-]. Ze względu na małe wartości spadek podłużny wyraża się w promilach [ ]. Przykładowo: J = 0,05 m / 100 m = 0,0005 [-] 1000 = 0,5 J 5 10 potok (górski) J 3 5 rzeka górska J 1 3 rzeka podgórska J 1 3 potok nizinny J < 1 rzeka nizinna na odcinku górnym rzek mających źródła w górach na odcinku górnym rzek nizinnych na odcinku środkowym i dolnym rzeki Powyższe spadki są to spadki średnie albo inaczej wyrównane na dłuższym odcinku rzeki. 4
W potokach górskich spadki lokalne znacznie różnią się od średniego: powyżej progów kamiennych (stopni) na odcinku plosa (przegłębienia) spadek jest mniejszy od średniego; poniżej progów większy od średniego. Rzeczywisty spadek zw. wody jest zbliżony do średniego tylko przy większych napełnieniach koryta, tj. w czasie przepływu wód wielkich. Kaskadowy profil podłużny potoku górskiego Typ koryta rzecznego według Schumm a zależy od: udziału rumowiska wleczonego Q rw w stosunku do całkowitej ilości transportowanego rumowiska: p rw Q Q Q r = Q rw + Q ru Q ru ilość rumowiska unoszonego; p m [%] udziału w materiale korytowym cząstek pylastych i ilastych (średnica d < 0,074 mm) Klasyfikacja koryt rzek aluwialnych wg Schumma Typ koryta rw r 100% Udział materiału drobnego p m [%] Udział rumowiska wleczonego p rw [%] Parametry stabilnego koryta głównego Koryta z dominacją unoszonego > 20 < 3 B/h < 10 S > 2 J względnie mały koryta z mieszanym typem 5-20 3-11 10 < B/h < 40 1.3 < S < 2 J średni Koryta z dominacją wleczonego 1) < 5 > 11 B/h > 40 S < 1.3 J względnie duży 1) Dominacja wleczonego nie oznacza przewagi ilościowej w tego typu rzekach udział rumowiska wleczonego wynosi ponad 11 %, maksymalnie 30 40 %. 5