Zróżnicowanie parametrów hydrodynamicznych w rzece roztokowej na przykła-dzie odcinka Ochotnicy w Gorcach

INFRASTRUKTURA I EKOLOGIA TERENÓW WIEJSKICH INFRASTRUCTURE AND ECOLOGY OF RURAL AREAS Nr 2/2011, POLSKA AKADEMIA NAUK, Oddziaá w Krakowie, s. 41–53

Komisja Technicznej Infrastruktury Wsi

Artur Radecki-Pawlik, Renata Jasek, Karol PlesiĔski

ZRÓĩNICOWANIE PARAMETRÓW

HYDRODYNAMICZNYCH W RZECE ROZTOKOWEJ

NA PRZYKàADZIE ODCINKA OCHOTNICY W GORCACH

____________

CHANGES OF HYDRAULIC PARAMETERS

IN THE BRAIDED RIVER – THE OCHOTNICA RIVER

IN THE GORCE MOUNTAINS

Streszczenie

W pracy opisano badania nad zróĪnicowaniem parametrów hydrodyna-micznych w rzece roztokowej. Badania przeprowadzono w zlewni potoku Ochot-nica w miejscowoĞci OchotOchot-nica Górna w Gorcach, w Karpatach polskich. Przekrój pomiarowy zostaá wybrany w miejscu, gdzie w korycie rzeki utworzyáy siĊ dwie áachy roztokowe. Pomiary wykonano w latach 2003–2004 w 7 terminach, a na-stĊpnie w roku 2010 przeprowadzono wizjĊ terenową. Na podstawie zmierzonych wartoĞci prĊdkoĞci páynącej wody w pionach tachimetrycznych obliczono nastĊ-pujące parametry hydrodynamiczne: naprĊĪenia styczne, prĊdkoĞü dynamiczną, liczbĊ Reynoldsa, liczbĊ Froude’a oraz parametr Shieldsa. Parametry te pozwoliáy sprawdziü jakie warunki hydrauliczne panują w korycie podczas tworzenia siĊ roztok. Uzyskane wyniki pokazują, Īe w rzece przebiegają naturalne procesy roz-tokowania, mimo antropogenicznego zdewastowania koryta.

Sáowa kluczowe: rzeka roztokowa, potok górski, parametry hydrauliczne, prĊdkoĞü

Summary

Along the paper, the research on chosen hydrodynamic parameters in braided river was described. The research was conducted within the reach of the Ochotnica River in the Gorce Mountains – Polish Carpathians. The research reach was located in the place where two bars in the river were created. In 2003 and 2004 measurements were done in 7 series. Values of flow velocities were measured in the river reach and then shear stresses, dynamic velocities, Reynolds

and Froude numbers and Shields parameters were calculated. Analysis of hydro-dynamics parameters allowed to check the hydrodynamic conditions in the river channel. The results show that in the Ochotnica River natural braiding processes are taking place despite of anthropological pressure on the river.

Key words: braided river, hydrodynamic parameters, velocity, mountain stream

WSTĉP

Ramowa Dyrektywa Unii Europejskiej – RDW - [Dyrektywa 2000/60/WE] zobowiązuje paĔstwa czáonkowskie do doprowadzenia wód powierzchniowych do dobrego stanu. Ocena stanu ekologicznego wód odbywa siĊ na podstawie analiz kilku elementów jakoĞciowych. Jednym z tych elementów są warunki hydromorfologiczne cieku, w skáad których wchodzą: reĪim hydrologiczny (iloĞü i dynamika przepáywu), ciągáoĞü rzeki dla wĊdrówki organizmów wod-nych, zmiennoĞü w gáĊbokoĞci i szerokoĞci rzeki, struktura i skáad podáoĪa, struktura strefy nadbrzeĪnej. Elementami które warunkują zmiennoĞü hydromor-fologiczną cieku są parametry hydrodynamiczne przepáywu. To one wáaĞnie i ich wartoĞci są tematem niniejszego artykuáu.

Przedstawione w pracy badania miaáy na celu poznanie warunków hydro-dynamicznych w korycie Īwirowym o budowie roztokowej. W korycie wielo-nurtowym rzeki Ochotnica zlokalizowano przekrój pomiarowy, którego rozwój obserwowano na przestrzeni lat 2003–2004. Pomiary przeprowadzono dla wy-branych punktów charakterystycznych w tym przekroju: w dwóch gáównych roztokach oraz za áachą korytową przy poáączeniu dwóch nurtów. W badaniach skupiono siĊ na wykonaniu pomiarów prĊdkoĞci wody w róĪnych warunkach przepáywu, a na ich podstawie okreĞlono nastĊpujące parametry hydrauliczne przepáywu: prĊdkoĞü dynamiczną, naprĊĪenia styczne, liczbĊ Reynoldsa, liczbĊ Froude’a oraz parametr Shieldsa. Oprócz tego zbadano materiaá denny budujący koryto cieku.

OPIS BADANEJ ZLEWNI

Rzeka Ochotnica jest ciekiem III rzĊdu o dáugoĞci 22,7 km znajdującym siĊ w poáudniowej czĊĞci województwa maáopolskiego, w paĞmie górskim Gor-ców. Jest lewobrzeĪnym dopáywem Dunajca. Swój początek bierze z poáączenia dwóch potoków: ForĊdowskiego oraz Furcowskiego wypáywających pod Kiczo-rą na wysokoĞci 1200 m n.p.m. Powierzchnia caáej zlewni wynosi 108 km2_.

Spadek rzeki ksztaátuje siĊ od 5,68% w partiach górnych do 1,55% w partiach dolnych. ĝredni spadek wynosi 3,61% [KrzemieĔ 1984].

Rysunek 1. PoáoĪenie obiektu badaĔ Figure 1. Location of the research region

Potok Ochotnica zaliczany jest typologicznie do rzek karpackich, których zasoby wodne są nierównomiernie rozáoĪone w czasie i przestrzeni. Charaktery-zują siĊ czĊstą zmianą stanów wód, znacznym potencjaáem powodziowym oraz znacznymi procesami erozyjnymi brzegów i dna rzecznego [Strategia 2008].

Obszar zlewni potoku Ochotnica naleĪy do Gorców wchodzących w skáad Karpat ZewnĊtrznych. Są one zbudowane z zespoáu wzajemnie przekáadających siĊ áawic zlepieĔców, piaskowców, muáowców i iáowców, czyli tzw. fliszu.

Osa-dom tym towarzyszą skaáy krzemionkowe oraz skaáy wĊglanowe [WarszyĔska 1995]. W Gorcach moĪna wyróĪniü páaszczowinĊ magurską, która jest utworzo-na z pstrych áupków, które odpowiadają áupkom kredowym rejonu Ğląskiego, przykrytych warstwami inoceramowymi. Paleogen páaszczowiny zbudowany jest z pstrych áupków, piaskowców ciĊĪkowickich, warstw hieroglifowych i piaskowca magurskiego [KsiąĪkiewicz i in. 1965].

Pokrywa glebowa w zlewni potoku jest typowa dla górskich obszarów be-skidzkich. Są to gáównie gleby pochodzenia mineralnego, wyksztaácone na podáoĪu fliszowym. Dominującym typem gleb są gleby brunatne. Na caáym obszarze wystĊpują gleby brunatne kwaĞne o odczynie kwaĞnym i bardzo kwa-Ğnym, które charakteryzują siĊ páytkim poziomem próchnicznym oraz duĪym udziaáem czĊĞci szkieletowych. Pod buczyną karpacką wystĊpują gleby szaro-brunatne o lekko kwaĞnym odczynie i rozbudowanym poziomie próchnicznym. W czĊĞci dolnej zlewni przewaĪają gleby brunatne wyáugowanie o páytkim po-ziomie próchnicznym oraz zasadowym i kwaĞnym odczynie. Sporadycznie na terenie zlewni znajdują siĊ gleby brunatne deluwialne, powstaáe w wyniku pro-cesów zmywowych. W wyĪszych partiach regla górnego i czĊĞciowo dolnego wystĊpują gleby bielicowe oraz czĊĞciowo bielice Īelaziste i próchniczno-Īelaziste. Przy ciekach wodnych oraz w zagáĊbieniach Ğródpolnych wystĊpują w nieduĪych, rozproszonych kompleksach gleby muáowo-glejowe o dobrze rozwiniĊtym poziomie próchnicznym oraz wadliwych stosunkach wodnych. W dolinie Ochotnicy wystĊpują niewielkimi kompleksami gleby torfowe oraz strefami wzdáuĪ cieków napáywowe mady rzeczne- brunatne i czarnoziemie [Strategia 2008].

Odcinek pomiarowy zostaá usytuowany w miejscowoĞci Ochotnica Górna. W pierwszym okresie pomiarowym (25.04.2003 r.) podczas maáego wezbrania woda byáa prowadzona dwoma roztokami 1A-1C i 2A-2B (rys. 4A) z trzech zaobserwowanych, nie uruchamiając roztoki na brzegu prawym. ZauwaĪono jednakĪe stagnowanie wody w punkcie 3 poniĪej tej roztoki. NastĊpnie podczas pomiarów 14.06.2003r. w warunkach suszy hydrologicznej woda páynĊáa tylko w roztoce umiejscowionej po lewej stronie koryta rzecznego 1A-1C (rys. 4A), która to roztoka stanowiáa koryto gáówne cieku.

Kolejne pomiary wykonano 29.07.2003 r. podczas niskiego wezbrania. Zaobserwowano, Īe przekrój rzeki byá zmieniony w ten sposób, iĪ woda páynĊáa wyáącznie w roztoce i po áasze bocznej znajdującej siĊ na brzegu lewym rzeki, usiáując ją rozciąü. SzerokoĞü koryta páynącej wody byáa wiĊksza w tym termi-nie o 12 metrów, niĪ podczas poprzednich pomiarów przy niskich stanach wód.

Podczas kolejnych pomiarów (17.10.2003 r.) odnotowano raz jeszcze ni-skie stany wody, a roztoki Ğrodkowa i bĊdąca z prawej strony rzeki nie byáy uruchomione. Warunki te spowodowaáy stagnowanie wody w roztoce prawej (2A-2B – rys. 4B) i utrzymywanie siĊ przegáĊbienia poniĪej áachy Īwirowej, umiejscowionej równieĪ po prawej stronie koryta (punkt 3).

W dniu 05.04.2004 r. wykonano pomiary zaraz po bezpoĞrednim przejĞciu fali wezbraniowej. Koryto rzeki zostaáo zmienione w ten sposób, Īe nastąpiáo zalanie brzegu lewego oraz prawego, co skutkowaáo uruchomieniem wszystkich roztok podczas wezbrania, a bezpoĞrednio po jego przejĞciu, woda pozostaá w roztoce lewej, Ğrodkowej oraz prawej (rys. 4D).

NastĊpnie podczas niskich stanów wody w dniu 08.07.2004 r. woda páy-nĊáa roztoką lewą 1A-1C (rys.4A) pozostawiając dwie prawe roztoki nieczynne. W dalszym ciągu zaobserwowano utrzymywanie siĊ wypeánionego wodą prze-gáĊbienia poniĪej miejsca áączenia siĊ tych roztok.

Zasadnicze zmiany w morfologii odcinka pomiarowego zauwaĪono w dniu 29.10.2004 r. Wykonane zostaáy wtedy pomiary w warunkach zdewastowanego koryta rzecznego. W wyniku nielegalnej eksploatacji Īwiru z roztoki, usuniĊto áachĊ Īwirową z lewego brzegu cieku, co poskutkowaáo przerwaniem naturalne-go procesu roztokowania, a w przekroju utworzyá siĊ kanaá z bardzo skoncen-trowaną strugą wody (rys. 4E).

Przeprowadzona wizja lokalna dnia 30.03.2010 r. w badanym przekroju pomiarowym na Ochotnicy pokazaáa, Īe mimo wczeĞniejszej dewastacji koryta utworzyáa siĊ tu nowa áacha korytowa z naniesionego Īwiru z górnych partii potoku, a woda prowadzona byáa dwoma z trzech istniejących roztok, co wska-zuje na odtworzenie siĊ procesu roztokowania rzeki w tym przekroju. Zauwa-Īono równieĪ, Īe na skarpie prawego brzegu rzeki wystĊpowaáa erozja boczna, a w punkcie 3 u wylotu roztoki prawej (2A-2C) i za áachą prawą woda znajdo-waáa siĊ w przegáĊbieniu, podobnie jak miaáo to miejsce podczas poprzednich obserwacji.

W przekroju pomiarowym Ğrednica miarodajna rumowiska dennego w ba-danych áachach korytowych wynosiáa dm = 0,102 m, a Ğrednice

charakterystycz-ne wynosiáy: d20 = 0,022 m, d50 = 0,085 m, d80 = 0,170 m. Obliczone parametry

granulometryczne rumowiska miaáy nastĊpujące wartoĞci, odpowiednio: wskaĨ-nik wysortowania Traska wynosiá 2,31,

028 , 0 150 , 0 25 75 0 d d S stopieĔ

wysor-towania wedáug Hazena 32,5 006 , 0 195 , 0 10 90 d d u , wskaĨnik róĪnoziarnistoĞci wedáug Knoroza, cecha dominacji wedáug Kollisa

16 , 0 085 , 0 006 , 0 195 , 0 2 2 50 10 90 ˜ d d d

C_d , a wspóáczynnik skoĞnoĞci wedáug Traska

wynosiá 0,58 085 , 0 150 , 0 028 , 0 2 2 50 75 25 ˜ d d d

S_k . WartoĞci te wskazują, Īe materiaá budujący koryto cieku jest umiarkowanie wysortowany, z przewagą drobnych frakcji.

Rysunek 2. Przekrój pomiarowy na potoku Ochotnica Figure 2. The research cross section in the Ochotnica River

METODYKA

Pomiary prĊdkoĞci wody zostaáy wykonane na potoku Ochotnica w prze-kroju, w którym koryto ma charakter roztokowy. Liczba pionów pomiarowych wahaáa siĊ od 4 do 8 w zaleĪnoĞci od panujących warunków przepáywu. Badania wykonano w 7 róĪnych terminach w zróĪnicowanych warunkach przepáywu.

Pomiary prĊdkoĞci chwilowej páynącej wody wykonano za pomocą máyn-ka hydrometrycznego firmy OTT typu Nautilus 2000. Urządzenie to daje moĪ-liwoĞü pomiaru prĊdkoĞci wody w zakresie 0,001 m · s-1 _{do 10 m · s}-1_{. Odczyty}

wykonane zostaáy bezpoĞrednio nad dnem oraz w okreĞlonych pionach w odstĊ-pach od 5 mm do 10 mm. W oparciu o wykonane pomiary prĊdkoĞci chwilo-wych wykreĞlono tachoidy prĊdkoĞci nad poszczególnymi punktami pomiaro-wymi. Pomiary prĊdkoĞci chwilowej umoĪliwiáy wyznaczenie nastĊpujących wielkoĞci: prĊdkoĞci Ğrednie, prĊdkoĞci dynamiczne, liczbĊ Reynoldsa (w pionie oraz tzw. ziarnowa), liczbĊ Froude’a i naprĊĪenia styczne.

Obliczenia naprĊĪeĔ stycznych wykonano na podstawie wykresów rozkáa-dów prĊdkoĞci nad dnem cieku w ukáadzie póá-logarytmicznym. Z profilu prĊd-koĞci moĪna znaleĨü wartoĞü prĊdprĊd-koĞci dynamicznej, ze wzoru [Gordon i in. 1992]:

] [ 75 , 5 1  ˜s m a V . gdzie:

a – wspóáczynnik nachylenia prostej v = f (h) przyjmującej postaü

y = ah + b

(gdzie: h – wysokoĞü nad dnem na której wykonano pomiar prĊdkoĞci;

b – wyraz wolny równania)

Obliczona wartoĞü prĊdkoĞci dynamicznej posáuĪyáa do wyznaczenia na-prĊĪeĔ stycznych:

IJ = U· V*)2[N·m-2]

gdzie:

U = 1000 [kg · m-3_{] – gĊstoĞü wody}

NastĊpnie wyznaczono liczbĊ Froude’a przy gáĊbokoĞci Ğredniej oraz mak-symalnej, a takĪe liczby Reynoldsa (odpowiednio dla gáĊbokoĞci w pionie po-miarowym oraz dla wysokoĞci ziarnowej):

] [ gh v Fr gdzie: v – prĊdkoĞü wody [m·s-1_], h – napeánienie w korycie [m], g – przyspieszenie ziemskie [m·s-2_]

Obliczono równieĪ liczbĊ Reynoldsa (dla gáĊbokoĞci w pionie pomiarowym oraz dla wysokoĞci ziarnowej).

Re = (v·d)/([–]

gdzie:

v – prĊdkoĞü wody [m·s-1_],

d – promieĔ hydrauliczny koryta cieku, lub wielkoĞü cząstek

przy dnie [m],

ȣ

Wyznaczono równieĪ bezwymiarowe naprĊĪenie krytyczne, zwane rów-nieĪ parametrem Shieldsa. WartoĞü tego parametru okreĞla wielkoĞü naprĊĪenia stycznego, po przekroczeniu której nastĊpuje początek ruchu rumowiska wle-czonego. ] [ ) ( _r _w D₅₀  kr _{J J} W T gdzie: kr

T – bezwymiarowe naprĊĪenie krytyczne [–],

yW – ciĊĪar wáaĞciwy wody [N·m-3], yW – ciĊĪar wáaĞciwy rumowiska [N·m-3],

WYNIKI BADAē WRAZ Z DYSKUSJĄ

W obrĊbie badanego obiektu przeprowadzono pomiary prĊdkoĞci w cha-rakterystycznych punktach tak, aby odzwierciedlaáy warunki hydrauliczne pa-nujące w obszarze roztoki. Wybrano do tego celu od 4 do 8 punktów pomiaro-wych w zaleĪnoĞci od panujących warunków przepáywu, a nastĊpnie zestawiono tabelarycznie uzyskane wyniki.

1A 12m A B C D _E 1B 1C 2A 2B 3 1A 1B 1C 2A 2B 3 1A 1B 1C 2A 2B 3 1A 1B 1C 2A 2B 3 5 5 3 2.1 p1 2.2 3 4

Rysunek 3. Ukáad koryta podczas pomiarów w dniach:

A – 25.04, 14.06, 17.10.2003; B – 29.07.2003; C – 05.04.2004; D – 08.07.2004; E – 29.10.2004

Figure 3. Pattern of channel during measurements in days:

A – 25.04, 14.06, 17.10.2003; B – 29.07.2003; C – 05.04.2004; D – 08.07.2004; E – 29.10.2004

Tabela 1. Wyniki Tabela 1. Results

25.04.03 Punkty

VĞr

[m · s-1_] h_[m]max _{[m · s}Vmax-1_{] [m · s}V*-1_{] [N · m}W -2_] Fr_[-]max Fr_[-]d50 Re_[-]max Re_[-]d50 Re_[-]ks _[-]4

1A 0,165 0,32 0,165 0,0068 0,0467 0,093 0,182 40364 10596 75052 0,000034 1B 0,791 0,20 0,791 0,0163 0,2650 0,565 0,871 120939 50794 359793 0,000195 1C 0,591 0,27 0,591 0,0232 0,5374 0,363 0,651 121986 37951 268821 0,000395 2A 0,660 0,18 0,660 0,0181 0,3265 0,497 0,727 90819 42382 300206 0,000240 2B 0,989 0,20 0,989 0,0665 4,4182 0,706 1,089 151212 63509 449855 0,003249 3 0,127 0,60 0,127 0,0183 0,3354 0,052 0,140 58252 8155 57767 0,000247 14.06.03 Punkty VĞr

[m · s-1_] h_[m]max _{[m · s}Vmax-1_{] [m · s}V*-1_{] [N · m}W -2_] Fr_[-]max Fr_[-]d50 Re_[-]max Re_[-]d50 Re_[-]ks _[-]4

1A 0,282 0,08 0,290 0,0067 0,0455 0,318 0,319 17246 18622 128270 0,000033 1B 0,575 0,18 0,648 0,0411 1,6860 0,433 0,714 79122 41611 261543 0,001240 1C 0,361 0,14 0,376 0,0364 1,3250 0,308 0,414 38636 24145 164204 0,000974 3 0,298 0,04 0,303 0,0136 0,1840 0,476 0,334 9112 19457 135548 0,000135 29.07.03 Punkty VĞr

[m · s-1_] h_[m]max _{[m · s}Vmax-1_{] [m · s}V*-1_{] [N · m}W -2_] Fr_[-]max Fr_[-]d50 Re_[-]max Re_[-]d50 Re_[-]ks _[-]4

1A 0,501 0,24 0,520 0,0448 2,0102 0,327 0,573 91920 33392 227884 0,001478 1B 1,139 0,32 1,160 0,0524 2,7439 0,643 1,278 278633 74490 518083 0,002018 1C 0,269 0,10 0,302 0,0138 0,1897 0,272 0,333 20564 19393 122357 0,000140 2A 0,535 0,12 0,565 0,0302 0,9105 0,493 0,622 49079 36282 243349 0,000670 2B 0,570 0,12 0,590 0,0347 1,2074 0,525 0,650 52290 37887 259269 0,000888 3 0,105 0,70 0,131 0,0091 0,0821 0,040 0,144 56188 8412 47760 0,000060 4 0,515 0,08 0,530 0,0113 0,1286 0,581 0,584 31496 34034 234252 0,000095 17.10.03 Punkty VĞr

[m · s-1_] h_[m]max _{[m · s}Vmax-1_{] [m · s}V*-1_{] [N · m}W -2_] Fr_[-]max Fr_[-]d50 Re_[-]max Re_[-]d50 Re_[-]ks _[-]4

1A 0,448 0,08 0,450 0,0141 0,1999 0,506 0,496 27399 28897 203776 0,000147 1B 0,685 0,20 0,711 0,0098 0,0952 0,489 0,783 104732 45657 311578 0,000070 1C 0,133 0,09 0,137 0,0047 0,0220 0,142 0,151 9151 8797 60496 0,000016 2A 0,013 0,09 0,019 0,0008 0,0007 0,014 0,021 894 1220 5913 0,000000 3 0,017 0,40 0,019 0,0007 0,0004 0,009 0,021 5198 1220 7733 0,000000 05.04.04 Punkty VĞr

[m · s-1_] h_[m]max _{[m · s}Vmax-1_{] [m · s}V*-1_{] [N · m}W -2_] Fr_[-]max Fr_[-]d50 Re_[-]max Re_[-]d50 Re_[-]ks _[-]4

1A 0,723 0,26 0,808 0,0093 0,0866 0,453 0,890 143705 51886 328862 0,000064 1B 1,420 0,36 1,472 0,0051 0,0260 0,756 1,622 390796 94525 645899 0,000019 1C 0,623 0,15 0,638 0,0101 0,1024 0,514 0,703 71439 40969 283377 0,000075 2A 0,808 0,22 0,812 0,0214 0,4591 0,550 0,895 135892 52143 367525 0,000338 2B 0,487 0,12 0,534 0,0102 0,1031 0,449 0,588 44675 34291 221516 0,000076 3 0,177 0,58 0,184 0,0123 0,1503 0,074 0,203 78480 11816 80510 0,000111 4 0,331 0,12 0,336 0,0066 0,0439 0,305 0,370 30365 21576 150558 0,000032 5 0,137 0,08 0,140 0,0151 0,2268 0,155 0,154 8379 8990 62316 0,000167

08.07.04 Punkty

VĞr

[m · s-1_] h_[m]max _{[m · s}Vmax-1_{] [m · s}V*-1_{] [N · m}W -2_] Fr_[-]max Fr_[-]d50 Re_[-]max Re_[-]d50 Re_[-]ks _[-]4

1A 0,049 0,11 0,060 0,0032 0,0104 0,047 0,066 4120 3853 22288 0,000008 1B 1,169 0,20 1,182 0,0340 1,1536 0,835 1,302 178733 75902 531729 0,000848 1C 0,248 0,06 0,268 0,0066 0,0441 0,323 0,295 11375 17210 112805 0,000032 2A 0,003 0,08 0,005 0,0002 0,00002 0,003 0,006 183 321 1365 0,000000 3 0,007 0,30 0,007 0,0005 0,0003 0,004 0,008 1605 450 3184 0,000000 4 0,137 0,04 0,140 0,0060 0,0358 0,219 0,154 4189 8990 62316 0,000026 29.10.04 Punkty VĞr

[m · s-1_] h_[m]max _{[m · s}Vmax-1_{] [m · s}V*-1_{] [N · m}W -2_] Fr_[-]max Fr_[-]d50 Re_[-]max Re_[-]d50 Re_[-]ks _[-]4

2.1 1,039 0,30 1,107 0,0447 2,0008 0,606 1,219 238285 71086 472598 0,001472 2.2 0,382 0,27 0,397 0,0213 0,4517 0,235 0,437 78847 25493 173756 0,000332 p1 0,020 0,12 0,022 0,0016 0,0026 0,019 0,024 1862 1413 9234 0,000002 3 0,732 0,40 0,750 0,0566 3,2065 0,370 0,826 223836 48161 332956 0,002358 gdzie:

VĞr – prĊdkoĞü Ğrednia; hmax – napeánienie maksymalne; Vmax prĊdkoĞü maksymalna; V* – prĊdkoĞü

dynamicz-na; W – naprĊĪenie styczne; Frmax – liczba Froude;a maksymalna; Frd50 – liczba Froude’a ziarnowa;

Remax – liczba Reynoldsa maksymalna; Red50 – liczba Reynoldsa ziarnowa; Reks – liczba Reynoldsa związana

z wysokoĞcią szorstkoĞci; 4 - wspóáczynnik Shieldsa

Pomiary w dniu 25.04.2003 r. zostaáy wykonane podczas maáego wezbra-nia. W korycie panowaáy warunki turbulentne, o czym Ğwiadczy wielkoĞü liczby Reynoldsa, która byáa najwyĪsza w roztoce Ğrodkowej (punkt 2B) wynosząc Red50 = 63509 i Remax = 151212 dla napeánienia hmax = 0,20 m oraz

Reks = 449855. RównieĪ w tym punkcie najwyĪszą wartoĞü osiągnĊáa liczba

Froude’a wynosząc Fr50 = 1,089, co wskazuje na wystĊpowanie ruchu

nadkry-tycznego. TakĪe naprĊĪenia styczne oraz parametr Shieldsa przyjmowaáy w tym pionie najwyĪsze wartoĞci wynoszące W N ˜ m-2 _{oraz 4 = 0,00325 dla}

prĊdkoĞci dynamicznej V* = 0,0665 m ˜ s-1. Wskazuje to na tworzenie siĊ roztoki

2A-2B.

Kolejne pomiary wykonano 14.06.2003 r. podczas suszy hydrologicznej. Woda znajdowaáa siĊ tylko w roztoce lewej (1A-1C). W caáym korycie pano-waáy warunki ruchu podkrytycznego, na co wskazuje wartoĞü liczby Froude’a z zakresu 0,308 – 0,714. WartoĞü liczby Reynoldsa w zakresie 9112 – 261543 Ğwiadczy o ruchu turbulentnym. NajwiĊksza wartoĞü parametru Shieldsa oraz naprĊĪenia stycznego wystąpiáy w Ionie 1B przyjmując wartoĞü 4 = 0,00124 i W = 1,6860 N ˜ m-2 _{dla napeánienia h}

max = 0,18 m i prĊdkoĞci

dynamicznej V* = 0,0411 m ˜ s-1. Najmniejsze naprĊĪenia styczne wystąpiáy

w punkcie 1A i wynosiáy W = 0,0455 N ˜ m-2 _{dla napeánienie h}

max = 0,08 m

i prĊdkoĞci dynamicznej V* = 0,0067 m ˜ s-1.

NastĊpnie pomiary wykonano 29.07.2003 r. podczas maáego wezbrania. Przekrój rzeki byá nieznacznie zmieniony, poniewaĪ woda páynĊáa po áasze bocznej znajdującej siĊ na brzegu lewym. Na tej áasze zostaá usytuowany nowy punkt pomiarowy nr 4. W pionie 1B wystąpiá ruch nadkrytyczny, na co

wska-zuje liczba Froude’a wynosząca Frd50 = 1,278. W pozostaáych punktach

wystĊ-powaá ruch podkrytyczny, przy czym najmniejszą wartoĞü liczby Froude’a od-notowano w punkcie 3 znajdującą siĊ za áachą prawą Frmax = 0,040 przy

napeá-nieniu wynoszącym hmax = 0,70 m. w caáym korycie wystąpiá ruch turbulentny

(Re = 8412 – 518083). NajwiĊksze naprĊĪenia styczne wystąpiáy w pionach 1A i 1B wynosząc odpowiednio W = 2,0102 N ˜ m-2 _{dla V}

* = 0,0448 m ˜ s-1 oraz

W = 2,7439 N ˜ m-2 _{dla V}

* = 0,0524 m ˜ s-1. RównieĪ parametr Shieldsa osiągnąá

najwyĪsze wartoĞci w pionach 1A (4 = 0,001478) i 1B (4 = 0,002018). Wyso-kie wartoĞci naprĊĪeĔ stycznych w punkcie 2A i 2B wynoszące odpowiednio W = 0,9105 N ˜ m-2 _{i W = 1,2074 N ˜ m}-2 _{wskazują na dalszy rozwój roztoki w tym}

miejscu.

Podczas kolejnych pomiarów wykonanych 17.10.2003 r. odnotowano ni-skie stany wody, co spowodowaáo stagnowanie wody w roztoce prawej oraz za áachą prawą (punkty 2A i 3). W punkcie 2A ruch wody byá laminarny, a liczba Reynoldsa wynosiáa Remax = 894 i Red50 = 1220. W pozostaáych punktach ruch

byá turbulentny. Woda w korycie Ğrodkowym pojawiáa siĊ tylko na ¾ szerokoĞci roztoki jako wypáyw spod Īwiru. Maáe stany wody oraz jej sta-gnowanie spowodowaáy wstrzymanie dalszego procesu tworzenia siĊ roztoki 2A-2B. W punkcie 3 zaobserwowano zerwane obrukowanie dna. W miejscu tym naprĊĪenia styczne i parametr Shieldsa osiągnĊáy wartoĞü najniĪszą wynosząc W = 0,0004 N ˜ m-2 _{i 4 = 3 ˜ 10}-7 _{przy prĊdkoĞci dynamicznej V}

* = 0,0007 m ˜ s-1.

We wszystkich punktach pomiarowych ruch wody byá podkrytyczny, o czym Ğwiadczą wartoĞci uzyskanych liczb Froude’a (Fr = 0,009 – 0,783). NajwyĪsze wartoĞci naprĊĪenia stycznego oraz parametru Shieldsa odnotowano w roztoce gáównej (punkt 1A), które wynosiáy W = 0,1999 N ˜ m-2 _{i 4 = 0,000147 dla}

hmax = 0,08 m.

Kolejne pomiary przeprowadzono 05.04.2004 r. po przejĞciu fali wezbra-niowej. Koryto zostaáo bardzo zmienione, nastąpiáo zalanie brzegu lewego oraz prawego, a takĪe áachy pomiĊdzy roztoką pierwszą i drugą, gdzie zostaáa poáa-mana porastająca ją roĞlinnoĞü. Ruch nadkrytyczny wystąpiá w punkcie 1B, na co wskazuje wartoĞü liczby Froude’a Frd50 = 1,622. W pozostaáych punktach

woda poruszaáa siĊ ruchem podkrytycznym. We wszystkich pionach pomiaro-wych wartoĞü liczby Reynoldsa wskazywaáa na ruch turbulentny, gdzie maksy-malna jej wartoĞü wyniosáa Reks = 645899 w punkcie 1B. NajwiĊksze wartoĞci

naprĊĪeĔ stycznych i parametru Shieldsa zanotowano w pionach 2A i 5. Ich wartoĞci byáy nastĊpujące: W = 0,4591 N ˜ m-2 _{i 4 = 0,000338 dla prĊdkoĞci}

dy-namicznej V* = 0,0214 m ˜ s-1 (punkt 2A) oraz W = 0,2268 N ˜ m-2 i 4 = 0,000167

dla prĊdkoĞci dynamicznej V* = 0,0151 m ˜ s-1. Wskazuje to na dalszy rozwój

roztoki 2A-2B oraz uruchomienie roztoki prawej. W punkcie 3 zaobserwowano znaczący wzrost naprĊĪeĔ stycznych (W = 0,1503 N ˜ m-2_{) i parametru Shieldsa}

(4 = 0,000111) w porównaniu z poprzednim pomiarem, co byáo skutkiem dodatkowego zasilania z roztoki prawej.

Podczas pomiarów w dniu 08.07.2004 r. aktywne pozostawaáo tylko ko-ryto 1A-1C. Niskie stany wody (hmax = 0,08 m), maáe wartoĞci naprĊĪeĔ

stycz-nych i parametry Shieldsa wynoszące W = 0,0003 N ˜ m-2 _{i 4 = 2 ˜ 10}-8 _{w roztoce}

2A-2B spowodowaáy, Īe roztoka przestaáa siĊ rozwijaü. Woda páynĊáa tam ruchem laminarnym, o czym Ğwiadczą wartoĞci liczby Reynoldsa Re = 183 – 1365. W pozostaáych punktach ruch byá turbulentny. Liczba Frou-de’a w punkcie 1B wynosiáa Fr = 1,302, co Ğwiadczy o wystĊpowaniu ruchu nadkrytycznego. W pozostaáych pionach pomiarowych stwierdzono ruch pod-krytyczny. NaprĊĪenia styczne oraz parametr Shieldsa osiągnĊáy najwyĪszą wartoĞü w punkcie 1B wynosząc W = 1,1536 N ˜ m-2 _{i 4 = 0,000848 dla}

prĊdko-Ğci dynamicznej V* = 0,0340 m ˜ s-1. Przesiąki wody z punktu 4 w roztoce

pra-wej nie wpáynĊáy na wielkoĞü parametrów hydrodynamicznych w punkcie 3. Pomiary w dniu 29.10.2004 r. byáy wykonane w warunkach zdewastowa-nego koryta. PowyĪej badazdewastowa-nego przekroju trwaáy roboty regulacyjne. Nastąpiáo przerwanie naturalnego procesu roztokowania koryta. ĝrodkowa roztoka zostaáa udroĪniona, utworzyá siĊ kanaá z bardzo skoncentrowaną strugą wody. NaprĊĪe-nia styczne oraz parametr Shieldsa przyjĊáy najwyĪsze wartoĞci w punkcie 3: W = 3,2065 N ˜ m-2 _{i 4 = 0,002358 dla prĊdkoĞci dynamicznej V}

* = 0,0566 m ˜ s-1.

RównieĪ wysokie wartoĞci tych parametrów wystąpiáy w punkcie 2.1: W = 2,0008 N ˜ m-2 _{i 4 = 0,001472 dla prĊdkoĞci dynamicznej V}

* = 0,0447 m ˜ s-1.

Wysokie wartoĞci parametrów hydrodynamicznych zaobserwowano w wyniku skoncentrowania strugi w tym miejscu, przez co zwiĊkszyáa siĊ prĊdkoĞü prze-páywu (Vmax = 0,750 m ˜ s-1 i Vmax = 1,107 m ˜ s-1 dla punktu 3 i 2.1).

We wszystkich pionach oprócz punktu 2.1 liczba Froude’a wskazywaáa na ruch podkrytyczny. Ruch laminarny wystąpiá tylko w pionie p1, o czym Ğwiadczy wartoĞü liczby Reynoldsa Red50 = 1413 i Remax = 1862. W pozostaáych punktach

pomiarowych ruch byá turbulentny.

PODSUMOWANIE

Na podstawie przeprowadzonych badaĔ moĪna wysunąü nastĊpujące wnioski:

1. Podczas wezbraĔ koryto Ğrodkowe oraz prawe byáy uruchamiane, co skutkowaáo aktywnym tworzeniem siĊ roztoki, w gáównej mierze Ğrodkowej. W okresach niskich stanów wody oba koryta byáy nieaktywne i nie zachodziáy Īadne zmiany w ich morfologii.

2. Podczas niskich stanów wody, przegáĊbienie znajdujące siĊ za prawą áachą korytową zmieniaáo poziom wody, nie tracąc jej, co moĪe sugerowaü, Īe duĪa czĊĞü páynącej wody poruszaáa siĊ gáównie poprzez aluwialny materiaá Īwirowy.

3. We wszystkich punktach pomiarowych wartoĞü liczby Reynoldsa uwzglĊdniająca szorstkoĞü koryta byáa kilkakrotnie wyĪsza niĪ w przypadku liczby Reynoldsa obliczonej z maksymalnego napeánienia i Ğrednicy miarodaj-nej. ĝwiadczy to o bardzo duĪym wpáywie szorstkoĞci na warunki przepáywu w korycie.

4. WartoĞci naprĊĪeĔ stycznych oraz parametru Shieldsa w analizowanym korycie zaleĪaáy gáównie od prĊdkoĞci przepáywu. Parametr przyjmowaá prze-waĪnie najwyĪszą wartoĞü w pionie, w którym prĊdkoĞü byáa najwiĊksza, nato-miast wpáyw gáĊbokoĞci byá mniej znaczącym elementem.

5. Przekrój koryta charakteryzowaá siĊ róĪnorodnymi wartoĞciami para-metrów hydrodynamicznych, w zaleĪnoĞci od umiejscowienia pionu pomiaro-wego, co ma bezpoĞredni wpáyw na rozwój i róĪnicowanie warunków siedli-skowych dla ichtiofauny.

6. Przeprowadzona 30.03.2010 r. wizja lokalna na badanej rzece pokazaáa, Īe mimo dewastacji koryta w badanym przekroju utworzyáa siĊ áacha korytowa oraz warkocze, co wskazuje to na dąĪenie rzeki do odtworzenia siĊ naturalnego procesu roztokowania koryta.

BIBLIOGRAFIA

KrzemieĔ K. Wspóáczesne zmiany w modelowaniu koryt potoków w Gorcach. Zeszyty Naukowe UJ, Prace Geograficzne, 59, 83-96. 1984.

Strategia Rozwoju Gminy Ochotnica Dolna na lata 2008–2020. 2008. Ochotnica Dolna.

Gordon D.N., McMahon T.A., Finlayson B.L. Stream Hydrology – an Introduction for Ecologists. Wiley and Sons. London. 1992.

Dyrektywa 2000/60/WE Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 23 paĨdziernika 2000r. ustana-wiająca ramy wspólnotowego dziaáania w dziedzinie polityki wodnej.

KsiąĪkiewicz M., Samsonowicz J., Ruhle E. Zarys geologii Polski. Wydawnictwa Geologiczne. Warszawa. 1965.

WarszyĔska J. Karpaty Polskie. Przyroda, czáowiek i jego dziaáalnoĞü. Wydawnictwo UJ. Kraków. 1995.

Prof. dr hab. inĪ. Artur Radecki-Pawlik Mgr inĪ. Renata Jasek Mgr inĪ. Karol PlesiĔski Katedra InĪynierii Wodnej i Geotechniki Uniwersytet Rolniczy w Krakowie 30-059 Kraków, al. Mickiewicza 24/28, Polska Recenzent: Dr hab.Stanisáaw Weglarczyk, prof. PK