Opracowanie koncepcji budowy suchego zbiornika

Temat + materiały pomocnicze (opis projektu, tabele współczynników)

są dostępne na stronie:

http://ziw.sggw.pl/dydaktyka/ Zbigniew Popek/Ochrona przed

powodzią

„RAPORT Z WYKONANIA WSTĘPNEJ OCENY RYZYKA POWODZIOWEGO”

Mapa obszarów narażonych na niebezpieczeństwo powodzi

• 44 % rzek w Polsce o całkowitej długości 18 500 km posiada doliny narażone na ryzyko powodzi,

• Całkowita powierzchnia obszarów narażonych na ryzyko powodzi wynosi ok. 2,0 millionów ha, co stanowi ok. 7 % pow. kraju,

• Obszar ten zamieszkuje ok. 1,5 milliona osób.

Temat ćwiczeń projektowych:

Opracowanie koncepcji budowy suchego zbiornika przeciwpowodziowego

Dane:

Zlewnia Rzeka Miejscowość

Drzewiczka Brzuśnia Brzustowiec

1. Na podstawie www.geoportal.gov.pl - „Geoportal 2” zlokalizować rzekę i miejscowość, w pobliżu której znajduje się dogodne miejsce do budowy suchego zbiornika:

• korzystając z zakładki „ortofotomapa” wpisać w oknie „szukaj” jedną z podanych w temacie projektu nazw:

- danej rzeki, - lub miejscowości - lub zlewni rzeki głównej

www.geoportal.gov.pl – Geoportal 2

Mapy topograficzne i ortofotomapy w różnych skalach oraz inne dane geodezyjno-kartograficzne

Wybieramy „Ortofotomapa”

www.geoportal.gov.pl

Wpisujemy nazwę rzeki (np. „Bełdówka”) lub miejscowości

Zakres opracowania: 1. Pokazać orientacyjnie położenie analizowanej rzeki – Załącznik 1

Rzeka Bełdówka Rzeka Bełdówka

www.geoportal.gov.pl – Geoportal 2:

Ustawiamy suwakiem z lewej strony skalę mapy i wybieramy „Raster” – otworzy się mapa warstwicowa

2. Mapa w skali 1:2000 (1:5000) – Załącznik 2:

- Rzędne warstwic w czaszy i pobliżu zbiornika,

- Lokalizacja przekroju obliczeniowego - oś zapory zbiornika

Przekrój obliczeniowy – oś zapory suchego zbiornika

• Powierzchnia zlewni A = ……..…. km2 (podana w temacie projektu)

• Długość drogi spływu L +l = …………………………... km, gdzie:

L = ……… km – długość cieku do przekroju obliczeniowego do źródła, l = ………… km – długość suchej doliny na przedłużeniu osi doliny rzeki,

mierzona od źródła do wododziału • Średni spadek cieku = ………………………...… o/oo

gdzie: Wg = ……………. m n.p.m.– wysokość terenu na wododziale w punkcie przecięcia z

osią suchej doliny, Wd = ……………. m n.p.m.– wysokość terenu w przekroju obliczeniowym,

lL

WWJ

dg

• Określić dominujące w zlewni utwory glebowe - wg „Mapy gleb Polski”

3. Charakterystyka zlewni i analizowanej rzeki do przekroju obliczeniowego:

• Długość drogi spływu L +l = …………………………... km, gdzie: L = ……… km – długość cieku do przekroju obliczeniowego do źródła, l = ………… km – długość suchej doliny na przedłużeniu osi doliny rzeki,

mierzona od źródła do wododziału

Bełdówka

Granica zlewni

Wg = 192,70 m n.p.m.

Pomiar długości odcinka (linii łamanej)

• Długość drogi spływu L +l = …………………………... km, gdzie:

L = ……… km – długość cieku do przekroju obliczeniowego do źródła, l = ………… km – długość suchej doliny na przedłużeniu osi doliny rzeki,

mierzona od źródła do wododziału

Białka

Granica zlewni

160,00

167,50

168,75

Wg = 169,00 m n.p.m.

Widok strony – Geoportal 2

Wybrać widok „pełny”

Suwak do ustawienia skali mapy

Pomiar długości

Pomiar powierzchni

4. Wykonać profil podłużny rzeki – dane do profilu odczytujemy z mapy (rzędne brzegów, odległości, rzędna zwierciadła wody – jeżeli jest podana).

248,75

Wykonujemy hektometraż rzeki – przyjmując położenie „hm 0+00” w punkcie przecięcia warstwicy leżącej poniżej przekroju zapory

hm 0+00

hm 0+95

hm 2+50

hm 5+10

hm 7+90

Punkty przecięcia warstwic z korytem rzeki – wyznaczają rzędne brzegu rzeki

246,85 – rzędna brzegu w osi zapory, odczytana z profilu podłużnego

245,30 – rzędna zw. wody średniej

Pomiar odległości

Tabela 1. Dane do profilu podłużnego

Hektometr Rzędna brzegu Rzędna zw.wody Rzędna dna

0,00 246,25

2,50 247,50

5,10 248,75

7,90 250,00

11,00 251,25

UWAGA Rzędne zw. wody i dna uzupełnimy później – na podstawie obliczeń hydraulicznych w p. 7

Załącznik 3 - Profil podłużny rzeki ..... (Narysować w programie Excel)

Z profilu odczytujemy rzędną brzegu rzeki w osi zapory - hm 0+95

244,00

245,00

246,00

247,00

248,00

249,00

250,00

251,00

252,00

0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 8,00 9,00 10,00 11,00

Rzędna brzegów Rzędna zw. wody Rzedna dna 0ś zapory

246,85 - rzędna brzegu w osi zapory

5. Parametry suchego zbiornika

Dla wybranej lokalizacji suchego zbiornika dolinowego na

podstawie analizy mapy topograficznej określić:

• krzywą powierzchni zalewu Fz = f (Rz.zw.w.), tj. zależność powierzchni

zalewu Fz w [ha] od rzędnej zwierciadła wody spiętrzonej w zbiorniku;

• krzywą pojemności zbiornika Vz = f (Rz.zw.w.) - na wykresie przedstawić

Vzb w [tys.m3].

Określić powierzchnię i pojemność zbiornika przy rzędnych wody spiętrzonej równym rzędnym warstwic terenu.

246,85 - rzędna brzegu rzeki w osi zapory

248,75

247,50

250,00

Obliczenie pojemności zbiornika

246,85 - rzędna terenu w osi zapory

Rzędna

(m n.p.m.)

Grubość warstwy (m)

Pow. zalewu (m2)

Objętość warstwy (m3)

Objętość całkowita (m3)

246,85 0 0

247,50 0,65 16 100 5 233 5 230

248,75 1,25 41 100 35 750 41 000

250,00 1,25 91 800 83 063 124 000

ii1i

i h2

FFV

Objętość warstwy:

52302

161000h

2

FFV 1

101

Objętość 1 warstwy: . 0,65 = 5230

Narysować krzywe powierzchni i pojemności zbiornika

Rzędna (m n.p.m.)

Grubość warstwy (m)

Pow. zalewu (m2)

Objętość warstwy (m3)

Objętość całkowita (m3)

246,85 0 0

247,50 0,65 16 100 5 233 5 230

248,75 1,25 41 100 35 750 41 000

250,00 1,25 91 800 83 063 124 000

246,85

247,50

248,75

250,00

Fz [ha]

Rzędna [m n.p.m.]

Vz [tys.m3]

6. Przepływy charakterystyczne W analizowanej zlewni nie prowadzone są obserwacje

wodowskazowe - jest to tzw. zlewnia niekontrolowana, w której wartości przepływów określono według wzorów empirycznych:

• Przepływ średni roczny – wzór Byczkowskiego i Mandes (Byczkowski 1996):

SSQ = 10-3· Sq · A [m3·s-1] (1) gdzie: A – powierzchnia zlewni [km2] Sq – średni roczny odpływ jednostkowy [dm3·s-1·km-2]

dany wzorem:

Sq = 2,33·10-6·P 2,3·(Jez + 1)2,6·ψ 0,11 (2) gdzie: P – normalny opad roczny w zlewni [mm] – przyjmowany dla

najbliższej stacji opadowej IMGW według Tabeli 1A, Jez – jeziorność zlewni [-] obliczona ze wzoru:

6. Przepływy charakterystyczne – c.d.

Jez= Fj / A (3) gdzie: Fj – powierzchnia jezior w zlewni [km2] A – powierzchnia zlewni [km2] ψ – stoczystość zlewni, określona wzorem:

ψ=(Hmax - Hmin) / A0,5 (4) gdzie: Hmax – wysokość najwyższego punktu terenu na wododziale,

na przedłużeniu suchej doliny rozpatrywanego cieku [ m n.p.m.]

Hmin – wysokość najniższego punktu terenu w przekroju zamykającym zlewnię (w przekroju obliczeniowym) [ m n.p.m.]

A – powierzchnia zlewni [km2]

6. Przepływy charakterystyczne – c.d.

• przepływ średni niski SNQ – wzór Stachy (1990), stosowany dla obszaru kraju z wyłączeniem Karpat:

SNQ = 4,068·10-4·A 1,045·SSqg 0,96 J 0,11 (Jez + 1)0,23 (5)

gdzie: SSqg – średni z wielolecia odpływ jednostkowy pochodzący z zasilania

podziemnego [dm3·s-1·km-2] – przyjmowany jako 0,4 ÷ 0,5 ·Sq J – spadek cieku [‰] Pozostałe oznaczenia jak we wzorach (1) i (2).

7. Przepustowość koryta rzeki

Parametry trapezowego przekroju poprzecznego koryta: Głębokość koryta t = ………….. [m] Szerokość dna b = ………….. [m] Nachylenie skarp 1: ………… Wsp. szorstkości n = ……………. Lokalny spadek zw. wody J = …………………. [-] – należy przyjąć jako równy spadkowi terenu na podstawie profilu podłużnego koryta na odcinku zbiornika

244,00

245,00

246,00

247,00

248,00

249,00

250,00

251,00

252,00

0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 8,00 9,00 10,00 11,00

Rzędna brzegów Rzędna zw. wody Rzedna dna 0ś zapory

246,85 - rzędna brzegu w osi zapory

J = Δh / X

Δh

X

7. Przepustowość koryta rzeki – c.d.

Wyniki obliczeń przepustowości koryta Napełnienie

koryta

t [m]

Szerokość zw. wody

B [m]

Pole powierzchni

F [m2]

Obwód zwilżony

U [m]

Promień hydrauliczny

R [m]

Prędkość średnia

V [m/s]

Natężenie przepływu

Q [m3/s]

SNQ Qb

tSNQ

t

Q

Tabela 1. Dane do profilu podłużnego

Rzędne terenu odczytane z mapy – kolor czarny Rzędne obliczone – kolor czerwony

t = 1,2 m

bd

Parametry przekroju poprzecznego koryta

Rzędna brzegu

Obliczone rzędne: hm 0+00: Rz. dna = 246,25 – 1,2 = 245,05 m n.p.m.

Głębokość wody hSNQ = 0,3 m

Rz. zw. wody SNQ = 246,05 + 0,3 = 245,35 m n.p.m. Rzędna dna

Rzędna zw. wody SNQ

tSNQ

Hektometr Rzędna brzegu Rzędna zw.wody Rzędna dna

0,00 246,25 245,35 245,05

2,50 247,50 246,60 246,30

5,10 248,75 247,85 247,55

7,90 250,00 249,10 248,80

11,00 251,25 250,35 250,05

hm 2+50 Rz. dna = 247,50 – 1,2 = 246,30m Rz. zw. wody SNQ = 246,30 + 0,30 = 246,60 m n.p.m.

8. Wysokość dobowego opadu maksymalnego Według metody IMGW wyznaczyć wysokość maksymalnego opadu o

prawdopodobieństwie 1 % i czasie trwania 24 godz. (opad dobowy) Wzór (6) Bogdanowicz i Stachy (1997):

584,033,0max plnt,Rt42,1p,tP

gdzie: Pmax(t,p) – wysokość opadu maksymalnego [w mm] o określonym

czasie trwania (t) i prawdopodobieństwie wystąpienia (p),

t – czas opadu [min],

p – prawdopodobieństwo opadu [-],

– współczynnik zależny od regionu Polski (R) i czasu opadu (t).

W obliczeniach przyjmujemy: t = 24 h = 1440 minut

p = 1 % ( p = 0,01)

Regiony maksymalnych opadów w czasie: a) 5 – 30 minut, b) 1 – 12 godzin, c) 12 –72 godziny

Pmax=1,42 t0,33 + (R,t)(-ln p)0,584

t – czas trwania opadu [min], (R,t) – parametr zależny od regionu (R) i czasu opadu (t), p – prawdopodobieństwo opadu (dla 1 % – p = 0,01).

Wyznaczanie wysokości opadów prawdopodobnych:

Rzeka Bełdówka

Równania do określenia wartości parametru (R, t)

9. Określić maksymalne natężenie przepływu (przepływ kulminacyjny) w czasie wezbrania opadowego, stosując formułę Stachy i Fal (1989):

gdzie: Q max p% – przepływ maksymalny o określonym prawdopodobieństwie

wystąpienia [m3/s]

jppp APFfQ %11%max(7)

f – bezwymiarowy wsp. kształtu fali, równy 0,45 na pojezierzach i 0,60 na pozostałych obszarach kraju;

F1 – maksymalny moduł odpływu jednostkowego, określony wg Tabeli 2;

– współczynnik odpływu przyjmowany w zależności od utworów glebowych - według Tabeli 4;

Pp=1% - wysokość opadu dobowego o prawdopodobieństwie 1 % [mm];

A – powierzchnia zlewni w przekroju obliczeniowym [km2];

λp – kwantyl rozkładu zmiennej dla przepływu o danym prawdopodobień- stwie pojawienia się - według Tabeli 5;

δj – współczynnik zależny od wskaźnika jeziorności – Tabela 6.

9. Określić maksymalne natężenie przepływu (przepływ kulminacyjny) w czasie wezbrania opadowego, stosując formułę Stachy i Fal (1989):

F1 – maksymalny moduł odpływu jednostkowego, określony wg Tabeli 2 na podstawie czasu spływu wody po stokach ts wg Tabeli 1

oraz wskaźnika hydromorfologicznej charakterystyki koryta rzeki obliczonego ze wzoru (5):

jppp APFfQ %11%max(7)

25,0

1

25,033,0

1000

PAJm

lLr

(8)

r

Oznaczenia we wzorze (5):

L +l – długość drogi spływu [km],

25,0

%1

25,033,0

1000

p

rPAJm

lL

Wskaźnik hydromorfologicznej charakterystyki koryta rzeki :

(8)

m – współczynnik szorstkości koryta cieku, przyjmowany według Tabeli 3; J – uśredniony spadek cieku [o/oo];

A – powierzchnia zlewni [km2];

– współczynnik odpływu przyjmowany w zależności od utworów glebowych według Tabeli 4;

Pp=1% – maksymalny opad dobowy o prawdopodobieństwie wystąpienia p = 1 % [mm].

Lp.

Region Polski

Czas ts [min]

1 Sudety 15 - 30

2 Karpaty 10 - 20

3 Wyżyny 30 - 60

4 Niziny 40 - 120

5 Pojezierza 30 - 100

Tabela 1 Czas spływu po stokach ts w zlewniach większych od 10 km2

Tabela 2. Maksymalny moduł odpływu jednostkowego F1 w funkcji hydromorfologicznej charakterystyki koryt i czasu spływu

po stokach ts.

Wartości pośrednie interpolujemy liniowo

np. dla Φr = 165 i ts = 60 min wartość F1 = 0,0141

Tabela 3. Współczynnik szorstkości m koryt rzecznych do wzoru (5)

Lp.

Ogólna charakterystyka koryta rzeki na całej długości od źródeł do przekroju

obliczeniowego

Współczynnik

m

1 Koryta stałych i okresowych rzek nizinnych o stosunkowo wyrównanym dnie

11

2 Koryta stałych i okresowych rzek wyżynnych meandrujących o częściowo nierównym dnie

9

3 Koryta stałych i okresowych rzek górskich o bardzo nierównym otoczakowo-kamienistym dnie

7

Tabela 4. Współczynniki odpływu φ i odpowiadające numery wydzieleń

glebowych na „Mapie gleb Polski” w skali 1: 500 000

λp – kwantyl rozkładu zmiennej dla przepływu o danym prawdopodobień- stwie pojawienia się według Tabeli 5;

δj – współczynnik zależny od wskaźnika jeziorności – Tabela 6.

jp1%pmax APFfQ

Obliczenia przepływu maksymalnego wykonać:

• dla IV klasy ważności obiektu Qm = Qp=1% , Qk = Qp=0,5%

• dla III klasy ważności obiektu Qm = Qp=0,5% , Qk = Qp=0,2%

• oraz niezależnie od klasy obiektu Qdop = Qp=50%

Qdop = Qp=50% - przyjęto jako dopuszczalny (nie powodujący strat)

przepływ brzegowy w przekroju obliczeniowym.

(7)

jp1%pmax APFfQ

λp – Wartość kwantyla rozkładu zmiennej dla danego

prawdopodobieństwa, zależy od położenia zlewni w regionie Polski:

Rzeka Bełdówka – obszar 4a

(7)

Tabela 5. Wartości kwantyli rozkładu λp dla określonego prawdopodobieństwa pojawienia się p %.

Dla IV klasy budowli: Qk i Qm Qdop = Qp=50%

Tabela 6. Współczynniki redukcji jeziornej δj

Wskaźnik jeziorności JEZ = Ajezior / Azlewni

Charakterystyka geologicznych utworów powierzchniowych na podstawie bazy danych

Państwowego Instytutu Geologicznego

Charakterystyka geologicznych utworów powierzchniowych na podstawie bazy danych

Państwowego Instytutu Geologicznego

Charakterystyka geologicznych utworów powierzchniowych na podstawie bazy danych

Państwowego Instytutu Geologicznego

Charakterystyka geologicznych utworów powierzchniowych na podstawie bazy danych

Państwowego Instytutu Geologicznego

Charakterystyka geologicznych utworów powierzchniowych na podstawie bazy danych

Państwowego Instytutu Geologicznego