Rzeki skanalizowane

Regulacja rzek poprawia ich walory nawigacyjne poprzez zwiększanie głębokości, zwiększanie promieni łuków zakrętów ale nie pozbawia rzek ich naturalnego charakteru. Przejawia się on reakcją na zmiany ilościowe opadów skutkujące znacznymi różnicami głębokości czy ograniczonym generowaniem form dennych np. przemiałów. Tym zjawiskom można przeciwdziałać przez doraźne usuwane przemiałów pogłębianiem rzeki co nie zmienia jej natury, która będzie dążyła do odtworzenia tych form. Zmienność głębokości może być kompensowana zawartością zbiorników retencyjnych (budowanych z reguły na dopływach rzeki żeglownej i jej odcinku spławnym), napełnianych w czasie wysokiej wody i sukcesywnie opróżnianych w czasie jej niskich stanów.

zbiornik retencyjny rzeka żeglowna

Rys.1.11. Usytuowanie zbiorników retencyjnych w dorzeczużeki żeglownej

Źródło: [ opracowanie własne]

Działania takie mogą tylko krótkookresowo poprawić sytuację żeglugową.

Zadowalającą stabilizację warunków żeglugowych można uzyskać poprzez kanalizację rzek.

Kanalizacja jest rozumiana jako działanie przekształcające rzekę w drogę wodną o wymaganej - w aspekcie efektywności ekonomicznej żeglugi – głębokości tranzytowej, zmniejszania spadku wody a tym samym jej prędkości (co szczególnie jest ważne przy ruchu statku w górę rzeki) oraz poprawy jej parametrów poziomych tj. szerokości szlaku żeglownego i jego łuków zakrętów.

Podstawą kanalizacji są budowle piętrzące sytuowane w poprzek rzeki zwane stopniami wodnymi. Konsekwencją ich istnienia jest podniesienie poziomu wody przed stopniem (tzw. wody górnej) skutkujące wystąpieniem wody z dotychczasowego koryta i powstaniem rozlewiska zwanego cofką. Ideę stopnia wodnego ilustruje rysunek 1.12.

poziom wody górnej stopień wodny

dno rzeki

▼ stan pierwotny powierzchni wody

obszar zalewowy (cofka)

koryto pierwotne

stopień wodny

Rys.1.12. Idea stopnia wodnego

Źródło: [opracowanie własne]

Stopnie wodne mogą mieć charakter energetyczny, żeglugowy lub żeglugowo - energetyczny. Pierwsze z nich budowane są celem uzyskania energii elektrycznej z energii spadku spiętrzonej wody (tzw. zapory wodne); pozostałe są wznoszone dla poprawy żeglowności na drogach wodnych.

By zapewnić ciągłość żeglugową na rzece, stopnie wodne powinny tworzyć kaskadę zaczynającą się w odcinku rzeki uznanym za żeglowny aż do osiągnięcia

przez rzekę pożądanych i stabilnych parametrów, uzyskiwanych przez nią w warunkach naturalnych lub przez jej regulację.

W projektowaniu kaskady kanalizacyjnej brane są pod uwagę dwa nierozwiązalnie związane ze sobą warunki: rozmieszczenie stopni i wysokość piętrzenia wody. Mała gęstość stopni z reguły wywołuje potrzebę znaczącej ich wysokości; duża gęstość – ogranicza ich liczbę a także wysokości piętrzenia i powierzchnie poszczególnych obszarów zalewowych. Ich sumaryczna powierzchnia może być mniejsza od tej, która wystąpi przy małej gęstości zabudowy kanalizacyjnej. Jednak zarówno w jednym jak i w drugim przypadku wysokość stopni będzie determinowana wartością oczekiwanej głębokości tranzytowej. Zależności te zostały pokazane na rysunku 1.13.

cofka 1 stopień 1

woda górna stopnia 1 cofka 2 stopień 2 woda dolna stopnia 1

ht woda górna stopnia 2

ht warunki naturalne ht– głębokość

tranzytowa ht

Rys. 1.13. Kaskada kanalizacyjna Źródło: [opracowanie własne]

Różnicę pomiędzy wodą górną stopnia i jego wodą dolną określa się mianem spadu.

Według literatury odnoszącej się do problematyki budownictwa wodnego [15], nie każda rzeka nadaje się do kanalizacji. Ze względu na małą długość oddziaływania (długość obszarów zalewowych) poszczególnych stopni wodnych, nie powinno się kanalizować rzek o spadku większym od 1 ‰ . Rzeki o dużych spadkach należy kanalizować tylko wówczas, gdy kanalizacja będzie tańsza od budowy równoległej sztucznej drogi wodnej. Czynnik ten jest istotny również ze względu na to, że duży spadek preferuje budowę stopni żeglugowo – energetycznych.

Kanalizacja rzek i budowa stopni żeglugowych nie jest pomysłem „świeżej daty”. Ideą kanalizacji zajmował się m.in. Leonardo da Vinci w już w XV wieku.

Jego szkice zachowane do dzisiaj nie odbiegają znacząco od współczesnych koncepcji kanalizacji dróg wodnych.

Rys 1.15. Kanalizacja rzek według Leonardo da Vinci

Źródło: [4]

Stopnie wodne figurujące na zaprezentowanym szkicu tworzą kaskadę kanalizacyjną. Ich konfiguracja obejmuje tylko dwa obiekty: tamę piętrzącą wodę i śluzę komorową.

Współczesne stopnie wodne są bardziej złożone . W ich skład wchodzą tamy (zapory), śluzy lub inne urządzenia o podobnej funkcji, jazy a także elektrownie wodne występujące w stopniach żeglugowo – energetycznych. Schemat pełnego (żeglugowo - energetycznego) stopnia wodnego prezentuje rysunek 1.15.

Rys. 1.15. Schemat żeglugowo – energetycznego stopnia wodnego

Źródło: [19]

Na powyższym schemacie , poza tamą, elektrownią, jazem i śluzą widnieje przepławka dla ryb, umożliwiająca ich migrację w górę rzeki pomimo jej przegrodzenia. Rzeczywisty obiekt o pełnym zbiorze wcześniej wymienionych elementów pokazuje fotografia na rysunku 1.16.

Rys. 1.16. Stopień wodny na Wiśle we Włocławku

Źródło:[www: moje miasto-barkarz.pl]

Konfiguracje elementów stopnia żeglugowo – energetycznego mogą być zróżnicowane zależne m.in. od ukształtowania drogi wodnej.

a b

c d

elektrownia jaz śluza

Rys. 1.16. Konfiguracje stopni żeglugowo – energetycznych

Źródło: [opracowanie własne na podstawie [5] ]

Przykłady a i b pokazują ciągłe układy liniowe elementów stopnia wodnego;

przykłady c i d – nieciągłe sposoby rozmieszczenia elementów stopnia w przypadku istnienia wyspy w korycie rzeki . Warto zwrócić uwagę na rozwiązanie d, w którym śluza umieszczona została w tzw. kanale śluzowym. Taka sytuacja zmniejsza dynamiczny napór wody na konstrukcję śluzy. Główny impet wody skierowany jest na główne koryto rzeki.

Dla celów żeglugowych niezbędnymi budowlami stopnia wodnego są jazy i śluzy. Jazy – służą do piętrzenia wody i umożliwiają regulację jej stanu i głębokości tranzytowej; śluzy są urządzeniami służącymi do pokonania różnicy poziomów (spadu) pomiędzy wodą górną i dolną przez statki przemieszczające się w obu kierunkach drogi wodnej.

2. SZTUCZNE OBIEKTY INFRASTRUKTURY LINIOWEJ