Redukcja fali wezbraniowej na rzece Kaczawa za pomocą suchego zbiornika "Rzymówka"

Paweł Bobrowski, Piotr Trybuś,

Robert Kasperek

Redukcja fali wezbraniowej na rzece

Kaczawa za pomocą suchego

zbiornika "Rzymówka"

Acta Scientiarum Polonorum. Administratio Locorum 14/1, 29-42

2015

REDUKCJA FALI WEZBRANIOWEJ NA RZECE KACZAWA

ZA POMOCĄ SUCHEGO ZBIORNIKA „RZYMÓWKA”

Paweł Bobrowski1, Piotr Trybuś1, Robert Kasperek2

1 Water Service Sp. z o.o. Wrocław

2 Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu

Streszczenie: Celem pracy jest określenie stopnia redukcji fali powodziowej przepły­ wającej przez projektowany suchy zbiornik „Rzymówka” na rzece Kaczawie. Założono, że gospodarka wodna na tym zbiorniku będzie „automatyczna”, a podczas przejścia fali miarodajnej, będzie pracował upust denny. Dla tych warunków oszacowano parametry otwarcia spustów dennych. Obliczenia transformacji hipotetycznej fali miarodajnej Qm, kontrolnej Qk i Q10/o przeprowadzono za pomocą metody Pulsa. Z obliczeń wynika, że redukcja w/w fal jest odpowiednio na poziomie 53%, 22% i 41%.

Słowa kluczowe: suchy zbiornik, redukcja wezbrania, ochrona od powodzi

ROLA SUCHYCH ZBIORNIKÓW RETENCYJNYCH

Suche zbiorniki retencyjne m a ją chronić tereny przed pow odziam i, tzn. redukow ać fale w ezbraniow e oraz spow alniać ich odpływ [Lam bor 1962; M osiej, Ciepielow ski 1992]. R odzaje urządzeń zrzutow ych oraz ich przepustow ość dobiera się ze w zględu na p o je­ m ność zbiornika, objętość fali oraz m aksym alny zrzut (przepływ dozw olony). U rządzenia z rz u to w e sk ła d a ją się z p rz e le w u a w a ry jn eg o oraz u p u stu den n eg o . D o d atk o w o , ze w zg lęd u n a p o p raw ę sk uteczności red u k cji fal p o w odziow ych, pro jek tu je się rów nież upusty pośrednie. W ciągu całego okresu eksploatacji obiektu upust denny je st otwarty. U m ożliw ia to sw obodne przepuszczanie rum ow iska oraz przepływ w ód o natężeniu n iż­ szym od przepływ u bezpiecznego. W czasie w zrostu przepływ ów pow yżej bezpiecznego, p rzepustow ość upustu je s t m niejsza niż w ielkość dopływ u, co pow oduje w zrost p o zio ­ m u w ody w zbiorniku. W raz z jej w zrostem , zw iększają się w ydatki upustów dennych. W m om encie osiągnięcia w zasobniku poziom u w ody odpow iadającej rzędnej kraw ędzi p rzelew u bocznego (aw aryjnego), w ydatek upustów dennych je st m aksym alny i n ajczę­ ściej ró w n y p rzep ły w o w i dozw o lo n em u Q ^oz. Jeśli p o zio m w o d y w zb io rn ik u b ędzie Adres do korespondencji - Corresponding author: Robert Kasperek, Wydział Inżynierii Kształtowania Środowiska i Geodezji, Instytut Inżynierii Środowiska, Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu, pl. Grunwaldzki 24, 50-363 Wrocław, e-mail: robert.kasperek@up.wroc.pl

n adal ró sł to nastąpi, tzw. zgórow anie przelew u i n a wielkoSć zrzutu decydujący w pływ będzie m iała praca przelew u. W raz ze spadkiem poziom u w o d y w zasobniku, zm niejszą się rów noczeS nie w y d atk i u p u stu d en n eg o , aż do ca łk o w ite g o o p ró ż n ie n ia zb io rn ik a [Lam bor 1962]. G eneralnie, gospodarka w odna prow adzona n a suchym zbiorniku p rze­ ciw pow odziow ym je s t autom atyczna, a transform acja fali pow odziow ej odbyw a się bez u d ziału człow ieka (zbiornik je s t niesterow any). D ecydujący w p ły w n a skutecznoSć r e ­ dukcji fal pow odziow ych przez suchy zasobnik m a stosunek objętoSci fali hipotetycznej, m iarodajnej lub kontrolnej do je g o objętoSci. W przedm iotow ej literaturze m o żn a spotkać w ytyczne dotyczące relacji zachodzących m iędzy objętoScią fali hipotetycznej a pojem - noScią zbiornika. F ala pow odziow a o praw dopodobieństw ie przew yższenia raz n a 30 lat p o w in n a być całkow icie p rzech w y co n a p rzez zasobnik. N ato m iast fala o p raw d o p o d o ­ b ieństw ie przew yższenia raz n a 100 lat p ow inna mieScić się w zbiorniku przynajm niej w 70% swojej objętoSci [Lam bor 1962].

P ietrak i B anasik [2009] przeprow adzili analizę przejScia fali w ezbraniow ej n a P otoku S łużew ieckim w obrębie terenów zurbanizow anych. R edukcja fali odbyw a się z a pom ocą 3 zaso b n ik ó w , ró w n ie ż tak , ja k a u to rz y n in ie jsz ej pracy, w o p a rc iu o m e to d ę Pulsa. W zględna red u k cja fali o p raw dopodobieństw ie p= 10% została okreSlona n a poziom ie tylko 0,9% dla zbiornika W yScigowego, 2,6% d la zbiornika S łużew ieckiego i 22% dla zbiornika B erensew icza. P ierw sze w /w dw a zasobniki spłaszczają bardzo nieznacznie falę, co oznacza, że są zbyt m ałe aby m agazynow ać w o d ę przy Srednim w ezbraniu.

D o d atk o w ą z a le tą suchych zbio rn ik ó w retencyjnych je s t ich n isk a szkodliw oSć dla Srodowiska. D zięki stale otw artym spustom zapew niona je s t ciągłoSć m igracji ichtiofau- n y w górę i w dół zasobnika.

P rognozow anie przejScia fali pow odziow ej oraz analiza i w yniki jej redukcji przez su­ che zbiorniki przeciw pow odziow e stanow ią bardzo w ażny elem ent podczas oceny ryzyka pow odziow ego i zarządzania n im [D yrektyw a 2007/60/W E]. D otyczy to zarów no m ap z a ­ grożenia pow odziow ego, m ap ry zy k a pow odziow ego (grudzień 2013 r.), ja k i p lanów z a ­ rządzania ryzykiem pow odziow ym (grudzień 2015 r.).

Istotnym elem entem p rzy projektow aniu zbiorników w odnych i analizie przejScia fali w ezbraniow ej je s t o cena transportu rum ow iska rzecznego i zam ulania czaszy zasobnika. Zarów no rum ow isko unoszone, ja k i w leczone w zależnoSci od charakteru cieku, reżim u h y d ro lo g ic zn eg o o raz b u d o w y p o d ło ż a w p ły w a n a ek sp lo a ta c ję i g o sp o d a rk ę w o d n ą zbiornika. T em atyką tą zajm ow ali się m .in. G łow ski, K asperek, M okw a, P arzonka i W iat- kow ski, k tórzy przeanalizow ali w arunki transportu rum ow iska unoszonego i w leczonego, początek ruchu i transport m asow y n a rzece O drze, Troi i W idaw ie [Głowski, K asperek, P arzonka 2010; K asperek, W iatkow ski 2008; K asperek, M okw a, W iatkow ski 2013]. K a­ sperek i W iatkow ski [2008] w ykonali sym ulacje przejScia fali m iarodajnej Q m i kon tro l­ nej Q k p rze z zb io rn ik W ło d zie n in n a rze ce T roja. R e d u k cja m a k sy m a ln eg o dop ły w u w ynosiła 16-23% dla Qm i 2 2 -2 5 % d la Qk

O cenę w pływ u gospodarki w odnej n a zagrożenia pow odziow e n a przykładzie zbiorni­ k a W łocław ek n a WiSle przeprow adził K osiński [2013]. W celu obiektyw nej oceny obli­ czył on w spółczynnik redukcji zagrożenia „r” dw iem a m etodam i: pierw sza oparta n a Sred- n ic h p rz e p ły w a c h i z rz u ta c h d la okreS lonej fali, d ru g a u w z g lę d n ia ją c a rz e c z y w iste p rzep ły w y Srednie dobow e. Z analizy w szy stk ich fal w b ad a n y m okresie 41 lat przez

K osińskiego w ynika, że średni w spółczynnik „r” liczony pie rw sz ą m e to d ą je s t n a p o zio ­ m ie 62% , a d ru g ą m e to d ą 69%. W ykorzystując pojem ność 137 m ln m 3 zbiornika W łocła­ w ek, m o żn a było całkow icie w yelim inow ać przynajm niej 20 pow odzi (40% przypadków ), a pozostałe w w iększym lub m niejszym stopniu ograniczyć.

W redukcji przepływ ów pow odziow ych decyduje rów nież, (oprócz odpow iedniej p o ­ je m n o śc i pow o d zio w ej zb io rn ik a) stero w an ie u rzą d zen iam i p rzelew o w o -sp u sto w y m i. M adzia [2015] przeprow adził analizę pracy zbiornika retencyjnego W isła-C zarne w zlewni p otoków B iała i C zarna W isełka. O parto j ą n a hydrogram ie dopływ u do zbiornika, k tó re­ go przepływ kulm inacyjny je s t ró w n y przepływ ow i m aksym alnem u rocznem u o praw d o ­ p o d o b ie ń stw ie p rz e w y ż sz e n ia p= 1 % . W c e lu w y z n a c z e n ia h y d ro g ra m u d o p ły w u do zb io rn ik a za sto so w a n o m o d e l S n y d era o raz m o d e l SCS (S o il C o n serva tio n Service). W analizie przeprow adzono szereg sym ulacji pracy zasobnika w zależności od stanu p o ­ czątkow ego napełnienia zbiornika oraz pracy poszczególnych urządzeń przelew ow o-spu- stow ych, np. otw arte d w a spusty lub je d en , zam knięte o b a n a w ypadek aw arii, i różne początkow e napełnienia zasobnika. Z b adań M adzi w ynika, że objętość fali pow odziow ej w yw ołanej opadem o p= 1% je s t praktycznie rów na pojem ności użytkow ej i pow odziow ej zbiornika. R edukcja przepływ u kulm inacyjnego w zależności od o tw arcia spustów d en ­ nych w yniesie o d 37,2% do 48,9% . N atom iast przepływ nieszkodliw y rzęd u 20 m 3/s zo ­ stanie przekroczony p rzy otw artych spustach dennych p onad 2 razy.

Ilość zanieczyszczeń pochodzących ze zlew ni oraz czas przetrzym ania w o d y w zbior­ nikach o dgryw ają rów nież w aż n ą ro lę w kształtow aniu ilości i jak o ści tych w ód, zarów no w sam ym zbiorniku, ja k i n a odpływ ie. T em atyka ta została szczegółow o om ów iona w p racach W iatkow skiego [2011], W iatkow skiego, R osik-D ulew skiej, K uczew skiego i K a­ sperka [2013] oraz W iatkowskiego, Rosik-Dulewskiej i K asperka [2015].

PODSTAWOWE INFORMACJE O PROJEKTOWANYM

ZBIORNIKU RZYMÓWKA

P rojektow any suchy zbiornik przeciw pow odziow y położony je s t w gm inie Złotoryja, n a terenie pogórza K aczaw skiego, w dolinie rzeki Kaczawy. Z apora czołow a usytuow ana j e s t b e z p o śre d n io p o w y że j m ie jsc o w o śc i R z y m ó w k a. Z a m y k a o n a p ła s k o d e n n ą d o ­

linę K aczaw y stanow iącą czaszę zbiornika w zakresie rzędnych 156,00 167,00 m n.p.m (ry s · 1)·

Z biornik „R zym ów ka” je s t obiektem I klasy [Trybuś i in. 2014] i będzie, obok zasob­ n ik a Słup n a rzece N y sa Szalona, je d n y m z podstaw ow ych elem entów biernej ochrony przeciw pow odziow ej m iasta Legnica [W ujek i in.2007].

K orpus zapory zbiornika zlokalizow ano w km 42,394 rzeki Kaczawy. K oronę zapory projektuje się n a rzędnej 167,40 m n.p.m . Szerokość korony przyjęto ró w n ą 6,0 m. Zapora będzie m iała je dnakow e nachylenie skarpy odpow ietrznej i odw odnej 1:3. D ługość zap o ­ ry w osi korony w ynosi 843 m.

Tabela 1. Parametry zbiornika „Rzymówka” [Trybuś i in. 2014] Table 1. Parameters of „Rzymówka” reservoir [Trybuś et al. 2014]

P arametr/P arameter Wartość/Value Maksymalny poziom piętrzenia MaxPP. (m n.p.m.)

Maximum water level 166,33

Objętość całkowita V (mln m3)

Total capacity V 12,50

Maksymalna powierzchnia zalewu F (ha)

Maximum flood surface

-Średnia głębokość zbiornika V max/ F max (m)

Mean depth of reservoir 5,0

Długość zapory L (m)

Length of dam 843

Wysokość zapory H (m) Height of dam

Nachylenie skarpy odwodnej i odpowietrznej Slope of dam scarps

Źródło: Opracowanie własne Source: Own study

Rys. 1. Lokalizacja suchego zbiornika „Rzymówka” na rzece Kaczawie Fig. 1. Locality o f the dry reservoir „Rzymówka” on the Kaczawa River Źródło: Opracowanie własne [Trybuś i in. 2014]

Przepływ miarodajny i kontrolny

N a podstaw ie obliczeń hydrologicznych [R ozporządzenie M inistra Środow iska 2007, IM G W W rocław 2014] ustalono, że dla zbiornika „R zym ów ka” będącego b u d o w lą hy d ro ­ te ch n ic zn ą I klasy, przepływ m iarodajny Q m i k ontrolny Qk m a ją praw dopodobieństw o odpow iednio 0,1% i 0,02% . Ich wartoSci w y n o szą Q m = 247 m 3/s i Qk = 349 m 3/s.

C ałkow ita pojem noSć fali hipotetycznej m iarodajnej i kontrolnej w ynosi odpow iednio 31,6 m in m 3 i 58,9 m in m 3.

Rys. 2. Koryto rzeki Kaczawy, lokalizacja zapory „Rzymówka” Fig. 2. Channel of the Kaczawa River, locality of the „Rzymówka” dam Źródło: Opracowanie własne [Fotografia Bobrowski i Trybuś 2014]

Source: Own study [Photo Bobrowski i Trybuś 2014]

Krzywa pojemności i powierzchni zalewu

K rzyw e pojem ności (rys. 3) i pow ierzchni zalew u zbiornika „R zym ów ka” określono w o parciu o m a p y sytuacyjno-w ysokościow e w skali 1:1000 oraz po m iary geodezyjne doliny rzeki K aczawy. N astępnie obliczono pow ierzchnie F odpow iadające p oszczegól­ n ym rzędnym zw ierciadła w ody w zbiorniku h oraz p rzyrosty objętości pom iędzy tym i rzędnym i w edług w zoru [Adamski inni 1986]:

gdzie:

AW - przyrost objętoSci zbiornika między warstwicami i oraz i + 1; Ah1 - różnica rzędnych warswticy oraz i + 1;

F t - pole między warstwicą i oraz linią zapory; F i+1 - pole między warstwicą i + 1 oraz linią zapory.

168,00

154,00

0 2 4 6

volume [min m :i

Rys. 3. Krzywa pojemności zbiornika „Rzymówka” Fig. 3. Capacity curve of the „Rzymówka” reservoir Źródło: Opracowanie własne [Trybuś i in. 2014] Source: Own study [Trybuś et al. 2014]

Rys. 4. Czasza suchego zbiornika „Rzymówka” Fig. 4. Bowl of the dry reservoir „Rzymówka”

Źródło: Opracowanie własne [Fotografia Bobrowski i Trybuś 2014] Source: Own study [Photo Bobrowski i Trybuś 2014]

Uszczelnienie korpusu zapory

Jako elem ent u szczeln iający k o rpus zapory przew idziano p o ch y ły ekran w ykonany z bentom atu, chronionego odd zieln ą fo lią PE. O d strony zew nętrznej ekran będzie po k ry ­ ty w a rstw ą p o sp ó łk i g ru b o ści 100 cm i w a rstw ą h u m u su uło żo n eg o n a g eow łókninie [Trybuś i in. 2014].

Uszczelnienie podłoża

P od korpusem zapory projektuje się uszczelnienie p odłoża poprzez w ykonanie p rze­ słony przeciw filtracyjnej zagłębionej w w arstw ę rum oszu. P rojektow ana przesłona tw o ­ rzyć będzie ciąg łą nieprzepuszczalną w arstw ę n a całej długości zapory (12,0 m).

Umocnienie skarp

S karpa odpo w ietrzn a oraz od w o d n a zo sta n ą obsiane m ie sz an k ą tra w po uprzednim hum usow aniu w arstw ą 15 cm i ułożeniu geowłókniny.

Drenaż

E w entualne przesiąki p rzez ekran i p rzesło n ę po d ło ża b ę d ą odbierane przez drenaż i o d prow adzane do ro w u o d w adniającego i n iecki w ypadow ej n a stan o w isk u dolnym . D renaż zaprojektow any został w postaci m ateraca żw irow ego o grubości 0,8 m , w o sło ­ nie z geow łókniny. O dprow adzenie w ó d z drenażu odbyw ać się będzie za p o m o c ą sącz­ k ów drenażow ych w odstępach co 10 m.

CHARAKTERYSTYKA URZĄDZEŃ ZRZUTOWYCH

Upust denny

U pust denny stanow ią dw ie sztolnie żelbetow e, o w ym iarach 4,0 x 4,0 m. S ą one w y ­ posażone od strony w o d y górnej w zasuwy, które w norm alnych w arunkach p racy p o d ­ niesione są n a w ysokość 1,49 m p onad d o ln ą kraw ędź sztolni, znajdującej się n a rzędnej 153,00 m n.p.m [Trybuś i in. 2014].

W ydatek upustów dennych (rys. 5) obliczono ze wzoru:

Qs = c F ^ f l g H (2) gdzie:

F - pole pow ierzchni pod zasuw ą F = 4 x 1,49 = 5,96 m 2; c - w spółczynnik w ydatku upustu dennego c = 0,65; g - przyspieszenie ziem skie [m/s2];

H - spad [m]. 140 153 155 157 159 161 163 e x p e n d itu re [m 3/s] 165 187 169 ' 1 s p u s t ■ 2 s p u s ty

Rys. 5. Krzywe wydatku spustów, zbiornik „Rzymówka”, rzeka Kaczawa Fig. 5. Discharge curves o f bottom outlet, „Rzymówka” resrvoir, Kaczawa River Źródło: Opracowanie własne

Przelew awaryjny

B udow lę zrzu to w ą stanow i przelew boczny o rozw iniętej koronie w kształcie półkola o długości 180 m , znajdujący się n a rzędnej 165,75 m n.p.m . W oda przepływ ająca przez przelew , odprow adzana je s t korytem zbiorczym do bystrza zlokalizow anego w lewej czę­ ści skarpy odpow ietrznej. L okalizacja przelew u bocznego n a rzędnej 165,75 m n.p.m . p o ­ d y k to w an a b y ła tym , że p rz y przep ły w ie m iaro d ajn y m po zio m w o d y w zb io rn ik u nie pow inien przekraczać kraw ędzi przelew u [Trybuś i in. 2014].

W ydatek przelew u aw aryjnego obliczono ze wzoru:

Qp = m ■

B J l g ■

H

gdzie:

B - długość krawędzi przelewu 180 m; m - współczynnik wydatku m = 0,427; g - przyspieszenie ziemskie [m/s2]; H - warstwa przelewowa [m].

P rzebieg krzyw ej w ydatku przelew u aw aryjnego zilustrow ano n a rys. 6. 166,8 „ 166,6 a 4

ri

I

Rys. 6. Krzywa wydatku przelewu, zbiornik „Rzymówka”, rzeka Kaczawa Fig. 6. Discharge curve of overfall, „Rzymówka” resrvoir, Kaczawa River Źródło: Opracowanie własne

Source: Own study

350

Charakterystyka hydrologiczna rzeki Kaczawy

R zeka K aczaw a w raz z dopływ am i n ależ ą do ty p u rzek górsko-nizinnych charaktery­ zu ją c y c h się g w ałto w n y m i w ez b ra n ia m i w y stę p u ją c y m i g łó w n ie w o k re sa c h le tn ic h V -V III [IM GW W rocław 2014].

P rojektow ana zapora zam yka zlew nię rzeki K aczaw y w przekroju km 42,394. B ezpo­ średnio poniżej projektow anej zapory zlokalizow any je s t przekrój w odow skazow y „R zy ­ m ów ka” km 41,690 (powierzchnia zlewni A =310,67 km 2).

P rz e p ły w y m a k sy m a ln e ro c z n e o z a d a n y m p ra w d o p o d o b ie ń stw ie p rz e w y ż sz e n ia Q maxp% obliczono n a p odstaw ie ciąg u rozdzielczego p rzepływ ów m aksym alnych ro c z ­ nych zanotow anych w przekroju w odow skazow ym „R zym ów ka” w latach 1956-2010. P a­ ram etry rozkładu praw dopodobieństw a przepływ ów m aksym alnych rocznych oszacow a­ no m e to d ą najw iększej w iarygodności w g rozkładu P earsona III typu.

O bliczenia fal hipotetycznych w ykonane zostały przez K atedrę H ydrologii i G ospo­ darki W odnej P olitechniki W arszawskiej. P odstaw ę opracow ania fal hipotetycznych sta­ n ow ią hydrogram y przepływ ów z w ieloletniego okresu obserw acji oraz obserw acje n ad ­ zwyczajne [IM G W W rocław 2014] (rys. 7).

p = 0,02% + a p = 0,05% + a p = 0,2% + a p = 0,1% p = 0,3% p = 0,5% p = 1% i [hour]

Rys. 7. Fale hipotetyczne, rzeka Kaczawa, przekrój „Rzymówka” Fig. 7. Hypothetical waves, Kaczawa River, cross-section „Rzymówka” Źródło: Opracowanie własne na podstawie [IMGW Wrocław 2014] Source: Own study based on [IMGW Wrocław 2014]

OBLICZENIA TRANSFORMACJI FALI

W celu analizy transform acji fali pow odziow ej przez projektow any zbiornik „R zym ów ­ k a” zastosow ano m etodę P ulsa [B yczkow ski 1996]. Podstaw ow e założenie ww. m etody bazuje n a tym , że różnica m iędzy dopływ em a odpływ em ze zbiornika w dow olnym cza­ sie odpow iada zm ianie retencji. Jeżeli rów nanie ciągłości w yrazim y w postaci:

dQ

dA

„

— + — = O

dx

dt

i scałkujem y w granicach od Xj do X2 to otrzym am y:

Q(xi) - Q(x2) + d S = O

dt

gdzie:

A - pole powierzchni przepływu [m2]; Q - przepływ [m3/s].

P odstaw iając x p X2 - w spółrzędne n a początku i k ońcu zbiornika otrzym am y:

gdzie:

Q(x2) - dopływ do zbiornika [m3/s];

Q(xj) - odpływ ze zbiornika [m3/s];

AS /At - zmiana retencji (pojemności) zbiornika w czasie [m3/s]. Po prostych przekształceniach rów nanie ostatecznie przyjm uje postać:

gdzie: At = t2 - t1

Qg1 Qd1 S1 - dopływ, odpływ i retencja na początku okresu At;

Qg2 Qd2 S2 - dopływ, odpływ i retencja na końcu okresu At.

Z nając h y d ro g ra m y fal hipotety czn y ch , k rz y w ą p o jem n o ści zb io rn ik a oraz krzyw e w ydatku urządzeń zrzutow ych, m ożna obliczyć transform ację fali pow odziow ej przez z a ­ sobnik. W analizow anym przypadku obliczenia w ykonano num erycznie.

O bliczenia p rzejścia fali w ykonano dla trzech w ariantów , tj. dla przepływ u k o n trolne­ go Qk = 349 m 3/s (w ariant W I), d la p rze p ły w u m iarodajnego Q m= 247 m 3/s (w ariant W II) i dla p rzepływ u o praw dopodobieństw ie 1% (w ariant W III).

W ariant I - P rzejście fali kontrolnej Q0 02%+<5 = 349 m 3/s p rzy czynnych w szystkich urządzeniach zrzutow ych.

P rzy p rze jściu fali kontrolnej Q00 2 % + < 5 = 349 m 3/s zw ierciadło w o d y w zb io rn ik u

p o d n iesie się m ak sy m aln ie do rzędnej 166,33 m n.p.m . Ł ąc zn y m ak sy m aln y w ydatek u rządzeń zrzutow ych w yniesie Q = 271 m 3/s, n a co składa się w ydatek dw óch spustów Q s = 2 x 59,85 m 3/s o raz w y d a te k p rz e le w u czo ło w eg o Q p = 150,4 m 3/s. P rzep ły w Q00 2%+d = 349 m 3/s zostanie zredukowany o 78 m 3/s. Zbiornik zm agazynuje 12,51 m ln m 3,

osiągając pow ierzchnię zalew u 35,5 ha, przesuw ając kulm inację fali o 9,2 godziny. R eduk­ c ja p rz e p ły w u fali o p ra w d o p o d o b ie ń s tw ie p rz e w y ż s z e n ia ra z n a 5 0 0 0 la t w y n o si ok. 22% . C ałkow ity czas opróżniania zbiornika 140 h (rys. 8).

Q (* i) - Q (*2) + J f IX2 A d x = O

lub w postaci różnicow ej:

Q ( x 1 ) - Q ( x 2 ) + —

tributary 60 70 80 tim e [h] ' outflow ■ filling 100 110 120 130 140 150 ■ crown transfer Rys. 8. Hydrogram transformacji fali Q , rzeka Kaczawa, przekrój „Rzymówka”

Fig. 8. Transformation hydrograph of wave Q Kaczawa River, cross-section „Rzymówka” Źródło: Opracowanie własne

Source: Own study

W ariant II - P rzejście fali m iarodajnej Qq i% = 247 m 3/s przy czynnych w szystkich urządzeniach zrzutow ych.

P rzy przejściu fali m iarodajnej Q 0 % = 247 m 3/s zw ierciadło w ody w zbiorniku p o d ­ niesie się m aksym alnie do rzędnej 165,70 m n.p.m . Ł ączny m aksym alny w ydatek u rzą­ d ze ń z rz u to w y ch w y n iesie Q = 117 m 3/s, n a co sk ła d a się w y d a te k d w ó ch sp u stó w Q s = 2 x 5 8 ,5 m 3/s o ra z w y d a te k p rz e le w u c z o ło w e g o Q p = 0 ,0 m 3/s. P rz e p ły w Q 0 1% = 247 m 3/s zostanie zredukow any o 130 m 3/s. Z biornik zm agazynuje 10,8 m ln m 3,

o sią g ając p o w ierz ch n ię za le w u 29,8 ha, p rze su w a ją c k u lm in a c ję fali o 27,2 godziny. R e d u k cja p rz e p ły w u fali o p ra w d o p o d o b ie ń stw ie p rz e w y ż sz e n ia ra z n a 1000 la t je s t znaczna i w ynosi 53%. C ałkow ity czas opróżniania zbiornika to 119 h (rys. 9).

W ariant III - Przejście fali Q 1% = 170 m 3/s.

P rzy przejściu fali Qi% zw ierciadło w o d y w zbiorniku podniesie się m aksym alnie do rzędnej 162,77 m n.p.m . Ł ączn y m aksym alny w y d ate k u rząd zeń zrzutow ych w yniesie Q = 101 m 3/s, n a co składa się w ydatek spustów Q s = 2 x 50,5 m 3/s oraz w ydatek p rze­ le w u c z o ło w e g o Q p = 0 ,0 m 3/s. P rz e p ły w Q1% = 170 m 3/s z o s ta n ie z re d u k o w a n y

o 69 m 3/s. Z biornik zm agazynuje 4,71 m ln m 3, osiągając pow ierzchnię zalew u 16,5 ha, a kulm inacja fali przesunie się o 19,2 godziny. R edukcja przepływ u fali o praw dopodo­ bieństw ie przew yższenia raz n a 100 lat je s t znaczna - 40,5% . C ałkow ity czas opróżniania zbiornika to 90 h (rys. 10).

300,00 250,1 200,1 150,1 100,00 50,00 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 tim e [h]

' tributary * outflow ^ filling — Max PP crown transfer Rys. 9. Hydrogram transformacji fali Qm, rzeka Kaczawa, przekrój „Rzymówka”

Fig. 9. Transformation hydrograph o f wave Qm, Kaczawa River, cross-section „Rzymówka” Źródło: Opracowanie własne

Source: Own study 200,00 180,00 167 0,00 155 0 10 2 0 30 40 50 60 70 80 90 100 110 time [h]

1 tributary ■ outflow * filling = crown transfer Rys. 10. Hydrogram transformacji fali Qj%, rzeka Kaczawa, przekrój „Rzymówka”

Fig. 10. Transformation hydrograph of wave Qj%, Kaczawa River, cross-section „Rzymówka” Źródło: Opracowanie własne

Source: Own study

w a te r le v el [m n .p .m .] w a te r le v el tm n .p .m .]

PODSUMOWANIE I WNIOSKI

P rzy przepływ ie m iarodajnym Qo 1% = 247 m 3/s rzędna zw ierciadła w o d y w zbiorniku

osiągnie po zio m 165,70 m n.p.m . i będzie o 5 cm n iż sza od rzędnej k o ro n y p rzelew u 165,75 m n.p.m . Z atem przejście przez zbiornik fali Q m i jej zrzut nastąpi b ez zgórow ania przelew u. W ydatek urządzeń zrzutow ych w yniesie 117 m 3/s i nie przekroczy przepływ u dozw olonego Qdoz = 120 m 3/s, któ rem u o d p o w iad a p rze p ły w o p raw dopodobieństw ie ~5% - redukcja p rzepływ u w yniesie 53%.

R edukcja p rzepływ u p rzy przejściu fali kontrolnej Q00 2% = 349 m 3/s je s t stosunko­

w o n iska - n a poziom ie ok. 22%.

R edukcja fali o praw dopodobieństw ie 1% je s t m n iejsza n iż redukcja fali m iarodajnej, ok. 41%.

N ależy zauw ażyć, że projektow any zbiornik „R zym ów ka” posiad a stosunkow o m a łą p o je m n o ść w o d n ie sie n iu do o b ję to śc i fal h ip o te ty c zn y c h , co m a d ec y d u ją c y w p ły w n a skuteczność obn iżen ia fal pow odziow ych. O bjętość zaso b n ik a p rz y M ax PP rów na je s t 12,51 m ln m 3, i je s t ponad 3-krotnie m niejsza w stosunku do objętości fali m iarodaj­

nej V q m = 41,7 m ln m 3, 5-krotnie m n iejsza w p orów naniu do objętości fali kontrolnej Vqk = 58,9 m ln m 3 oraz 2-krotnie mniejsza w stosunku do objętości fali 1%, V q1% = 28,7 m ln m 3.

P ojem ność tego zbiornika, rzędu 70% objętości fali 1%, je s t niem ożliw a do spełnienia. Pom im o stosunkow o małej pojem ności projektow anego zbiornika uzyskany w ynik red u k ­ cji fali m iarodajnej należy uznać za bardzo wysoki.

Istnieje rów nież m ożliw ość optym alizacji p racy zam knięć hydrotechnicznych w o par­ ciu o o b se rw a c je sta n ó w i p rz e p ły w ó w n a p o ste ru n k u w o d o w sk a z o w y m Ś w ierza w a (km 66,3). Pozw oliło b y to dostosow ać p rac ę zam knięć do konkretnych fal p o w o d zio ­ w ych, z odpow iednim w yprzedzeniem czasow ym . P ow iązanie pracy zam knięć z sytuacją h ydrologiczną w g órnym biegu rzeki p o zw oliłoby uzyskać lepszą skuteczność redukcji fal pow odziow ych przez projektow any suchy zbiornik w porów naniu z w ariantam i zbior­ n ika niesterow alnego.

PIŚMIENNICTWO

Adamski, W., Gortat, J., Leśniak, E., Żbikowski, A. (1986). Małe budownictwo wodne dla wsi. Arkady, Warszawa.

Byczkowski, A. (1996). Hydrologia. Wyd. SGGW, Warszawa.

Dyrektywa 2007/60/WE Parlamentu Europejskiego i Rady z dn. 23 października 2007 r. w sprawie oceny ryzyka powodziowego i zarządzania nim.

Głowski, R., Kasperek, R., Parzonka, W. (2010). Wstępna analiza transportu rumowiska unoszo­ nego w przekroju wodowskazowym Chałupki na granicznym odcinku Górnej Odry. Acta Sci. Pol., Formatio Circumiectus, 9/2, 13-24.

IMGW Wrocław. (2014). Dane hydrologiczne rzeki Kaczawy do dokumentacji technicznej dla planowanej budowy suchego zbiornika przeciwpowodziowego Rzymówka.

Kasperek, R., Wiatkowski, M. (2008). Charakterystyka gospodarki wodnej na zbiorniku Wło- dzienin. W: Modelowanie, procesów hydrologicznych, CMPH Wrocław, B. Namysłowska- -Wilczyńska (red.), Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, 407-424.

Kasperek, R., Mokwa, M., Wiatkowski, M. (2013). Modelling o f pollution transport with sedi­ ment on the example of the Widawa River. Arch. Environ. Prot., 39(1), DOI: 10.2478/aep- 2013-0017, 29-43.

Kosiński, J. (2013). Flood control o f the lower Vistula. Acta Energetica, 2/15, 169-177. Lambor, J.(1962). Gospodarka wodna na zbiornikach retencyjnych. Arkady, Warszawa.

Madzia, M. (2015). Funkcje zbiornika retencyjnego W isła-Czarne w redukcji fali powodziowej. Inż. Ekolog., 41, DOI: 10.12912/23920629/1847, 173-180.

Mosiej, K., Ciepielowski, A. (1992). Ochrona przed powodzią. Wydawnictwo IMUZ, Falenty. Pietrak, M., Banasik, K. (2009). Redukcja fali wezbraniowej Potoku Służewieckiego za pomocą

małych zbiorników. Przegląd Naukowy Inżynieria i Kształtowanie Środowiska, 4(46), 22-34. Rozporządzenie Ministra Środowiska w sprawie warunków technicznych, jakimi powinny odpo­

wiadać budowle hydrotechniczne i ich usytuowanie z dnia 20.04.2007 r. (Dz.U. z 2007 r. Nr 86, poz. 579).

Trybuś, P., Bobrowski, P., Szymanowski, Z. (2014). Koncepcja suchego zbiornika przeciwpo­ wodziowego „Rzymówka” . Maszynopis, Water Service Wrocław.

Wiatkowski, M. (2011). Influence o f Słup dam reservoir on flow and quality o f water in the Nysa Szalona river. Pol. J. Environ. Stud., 20(2), 469-478.

Wiatkowski, M., Rosik-Dulewska, Cz., Kuczewski, K., Kasperek, R. (2013). Ocena jakości wody zbiornika Włodzienin w pierwszym roku funkcjonowania. Rocz. Ochr. Środ., 15(3), 2666-2682.

Wiatkowski, M., Rosik-Dulewska, Cz., Kasperek, R. (2015). Analysis o f the impurity supply to Bukówka reservoir from the transboundary Bóbr river basin. Rocz. Ochr. Środ., 17, 316-336. Wujek, M., Antoszewski, R., Urbański, I. (2007). Studium Ochrony przed powodzią zlewni

rzeki Kaczawy. Maszynopis, Hydroprojekt Poznań.

REDUCTION OF FLOOD WAVE ON THE KACZAWA RIVER

BY THE DRY RESERVOIR „RZYMÓWKA”

Abstract: This work concerns estimation o f the peak flow reduction degree through a designed dry reservoir „Rzymówka” on the Kaczawa River. It was assumed, that water management on this tank will be carried out automatically, and during passage o f the re­ liable flow will be carried out by the bottom outlets. For these conditions parameters of the bottom outlets opening have been estimated. Transformation calculations o f the hy­ pothetical waves: reliable Qm, control Qk and Q 1% were carried out by means of the me­ thod Puls. From calculations it results, that the reduction analysed waves is suitably on level 53%, 22% and 41%.

Key words: dry reservoir, flood reduction, flood protection

Z aakceptow ano do druku - A ccepted for print: 25.06.2015

F or citation - D o cytowania:

B obrow ski, P., Trybuś, P., K asperek, R. (2015). R edukcja fali w ezbraniow ej na rz e c e K a c z a w a z a p o m o c ą su c h eg o z b io rn ik a „ R z y m ó w k a ” . A c ta Sci. P ol., Adm inistratio Locorum, 14(1), 29-43.