Wojciech Bartnik, Grzegorz Trala, Stanisław Zając Katedra Inżynierii Wodnej, Akademia Rolnicza w

Krakowie

Warunki przepływu wód katastrofalnych w dolinie potoku

Targaniczanka

Plan prezentacji:

1. Opis zlewni

2. Warunki oceny równowagi hydrodynamicznej

3. Zastosowanie programu HEC-RAS do oceny

zagrożenia powodziowego

4. Wnioski

1. Opis zlewni

Potok Targaniczanka jest lewobrzeżnym dopływem rzeki Wieprzówki ze źródłami znajdującymi się na południowych stokach wzniesień Potrójnej, (800 m n.p.m.) o powierzchni zlewni 23,5 km2.

Targaniczanka ma w początkowej części dorzecza charakter górski o średniej wysokości 400 – 800m n.p.m., posiada kilkanaście dopływów, w większości lewobrzeżnych a jej zlewnia stanowi największą część zlewni rzeki Wieprzówki wpadającej do Skawy w 9 km jej biegu powyżej miejscowości Zator.

Na brzegach wklęsłych koryta potoku Targaniczanka obserwuje się erozję boczną z podmyciem skarp brzegowych. W terenie można zaobserwować liczne budowle regulacyjne (mury oporowe, płyty betonowe na skarpach, narzuty kamienne). W wielu miejscach w korycie potoku zlokalizowane są przejazdy w bród. Dla zapewnienia komunikacji przy przepływach wielkich zostały wybudowane mosty drogowe i kładki dla pieszych.

1. Opis zlewni

2. Warunki oceny hydrodynamicznej

Proponowana metoda oceny równowagi

hydrodynamicznej potoku górskiego opiera się na

przypisaniu wartości liczbowych szeregowi parametrów, do

których należą: opory przypływu, prędkość graniczna,

współczynnik klinowania się ziaren, początek ruchu

rumowiska dennego, kształt ziaren, liczba Froude`a,

transport rumowiska

i prognoza obrukowania dna po przejściu wezbrania.

2. Warunki oceny hydrodynamicznejOcena hydrodynamiczna potoków górskich

Opory

przepływu

Określenie szorstkości dynamicznej dla dna

nieruchomego

w funkcji intensywności transportu

Uzależnienie prędkości granicznej od liczby ruchliwości

w funkcji szorstkości względnej dla materiału:Prędkość

granicznagruboziarnistego drobnoziarnistego

Współczynnik

klinowania się

ziarn

Uzależnienie położenia granicy pomiędzy ruchem

a spoczynkiem ziarna w materiale różnoziarnistym

od efektu klinowania się ziaren

Początek

ruchu

rumowiska

dennego

Określenie granicy pomiędzy ruchem

a spoczynkiem dla drobnych

i grubych frakcji na podstawie naprężeń bezwymiarowych

Kształt ziarnUzależnienie naprężeń bezwymiarowych od

współczynnika kształtu ziaren

2. Warunki oceny hydrodynamicznej

Liczba Froude`a

Określenie granicznej liczby

Froude`a dla materiału

drobnoziarnistego

i gruboziarnistego

Wyznaczenie

początku ruchu

rumowiska i

początku transportu

masowego

Transport całkowity rumowiska wleczonego, jako

suma transportów cząstkowych frakcji przy

zmiennych naprężeniach granicznych, w funkcji

odchylenia standardowego krzywej przesiewu

Transport rumowiska unoszonego

Transport

rumowiska

Określenie masy unosiny

jako funkcji całkowitej

masy rumowiska

wleczonego

Obliczenie transportu

wyerodowanej masy

w oparciu o uniwersalne

równanie strat glebowych

2. Warunki oceny hydrodynamicznej

Prognoza

procesów

obrukowania

Prawdopodobieństwo nieruszenia się ziaren w

zależności od nadwyżki siły wleczenia jako funkcja

naprężeń granicznych do naprężeń normalnych

Naprężenia

graniczneSpadek graniczny Napełnienie graniczne

Parametry korytaRównanie reżimu

przepływu Głębokość SzerokośćSpadek

zwierciadła wody

Analiza

równowagi

hydrodynamicznej

Przepływ zrywający

obrukowanie większy od

przypływu miarodajnego:

stan stabilizacji

Przepływ zrywający

obrukowanie mniejszy

od przypływu

miarodajnego: erozja

wgłębna

3. Zastosowanie programu HEC-RAS do oceny zagrożenia powodziowego

Hec-Ras jest modelem opracowanym przez US Corps of Engineers testowanym w latach osiemćdziesiątych. Odwzorowuje przepływ ustalony we wszystkich przypadkach:

- zabudowa koryt,

- zmiennych kształt doliny rzecznej,

- zróżnicowana długość drogi przepływu,

- transport rumowiska wleczonego i unoszonego.

Program bazuje na:

Wzorze Chezy:

gdzie: C - współczynnik prędkości,

Rh - promień hydrauliczny,

U - obwó zwilżony,

Sf - spadek tarcia.

2/12/1fh SRCv

3. Zastosowanie programu HEC-RAS do oceny zagrożenia powodziowego

Obliczanie położenia linii energii odbyw się przy użyciu równania:

Lokalne wartości modułu przepływu obliczane są dla danego obszaru przepływu w przekroju poprzecznym ze wzoru Manninga:

ehg

vhZd

g

vhZd

22

222

22

211

11

3/21RA

nK

3. Zastosowanie programu HEC-RAS do oceny zagrożenia powodziowego

- wyznaczenie stref erozji

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 50000.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

Main Channel Distance (m)

Ve

l Le

ft (m

/s),

Ve

l Ch

nl (

m/s

), V

el R

igh

t (m

/s)

Legend

Koryto glowne Q 1%

Koryto glowne Q 50%

Lewy brzeg Q 1%

Prawy brzeg Q 1%

Prawy brzeg Q 50%

Lewy brzeg Q 50%

E - erozja

Największa dopuszczalna prędkość

3. Zastosowanie programu HEC-RAS do oceny zagrożenia powodziowego

Ocena zagrożenia budowli, zbadanie rzędnych zw. w. przepływów charakterystycznych

- most do przebudowy.

160 165 170 175 180

327.0

327.5

328.0

328.5

329.0

329.5

330.0

Station (m)

Ele

vatio

n (

m)

Legend

Q 1%

Q 10%

Q 50%

Koryto glowne

.1 .06 .1

3. Zastosowanie programu HEC-RAS do oceny zagrożenia powodziowego

Ocena zagrożenia budowli, zbadanie rzędnych zw. w. przepływów charakterystycznych

- most do przebudowy.

660 665 670 675

346.5

347.0

347.5

348.0

348.5

349.0

Station (m)

Ele

vatio

n (

m)

Legend

Q 1%

Q 10%

Q 50%

Koryto glowne

.1 .05 .1

3. Zastosowanie programu HEC-RAS do oceny zagrożenia powodziowego

Ocena zagrożenia budowli, zbadanie rzędnych zw. w. przepływów charakterystycznych.

2160 2165 2170 2175

392

393

394

395

Station (m)

Ele

vatio

n (

m)

Legend

Q 1%

Q 10%

Q 50%

Koryto glowne

.1 .06 .1

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 50000

3

5

8

10

13

15

18

20

23

25

28

30

33

35

38

40

43

45

48

50

Main Channel Distance (m)

Top

Wdt

h A

ct (

m),

Top

Wid

th (

m)

Legend

Q 1%

Q 10%

Q 50%

3. Zastosowanie programu HEC-RAS do oceny zagrożenia powodziowego

Określenie szerokości zwierciadła wodyprzy przepływach charakterystycznych. - Średnia

szerokość dla Q 1%

- Średnia szerokość dla Q 10%

- Średnia szerokość dla Q 50%

Szerokość [m]

4. Wyniki

- flora porastająca część korytową i przykorytową tworzy naturalne umocnienie dna i brzegów,

- przepływ Q50% powoduje jedynie wymywanie drobnych frakcji,

- wzrost obrukowania dna zwiększa średnicę miarodajną,

- obliczenia położenia zwierciadła wody dla przepływów charakterystycznych pozwalają wskazać mosty zagrożone zniszczeniem,

- tylko przy przepływie Q50% nie występuje ruch krytyzny.

4. Wyniki

Koryto niestabilne:

- akumulacja rumowiska

4. Wyniki

Koryto niestabilne:

- erozja brzegowa

4. Wnioski- flora jaka porasta pas korytowy, brzegowy oraz przybrzegowy stworzyła

miejscami naturalne umocnienia brzegów, stoków i skarp broniąc je przed erozją, podmywaniem przez większe wody i obsuwaniem się.

- określony został przepływ, który będzie tworzył obrukowanie dna. Przepływ Q50% nie spowoduje zerwania obrukowania, a jedynie wypłukanie drobnych frakcji rumowiska dennego

- w skutek wytworzenia obrukowania dna nastąpi zwiększenie średnicy miarodajnej rumowiska.

- przeprowadzona symulacja przepływu wód pokazała, że konstrukcja trzech mostów przy przepływie Q1% jest zagrożona, a most nr 59 przy tym samym przepływie jest całkowicie zatopiony. średnia szerokość zwierciadła wody wynosi odpowiednio: dla Q1% - 15,26 m, dla przepływu Q10% - 10,38m, a dla przepływu Q50% - 7,57m. Przy przepływie Q10% i Q50% jest ona przekroczona w przekrojach o numerze 33, 34, 36, 37, 39, 52, 54, a przy przepływie Q1% dodatkowo w przekroju nr 60.

- ruch krytyczny (Fr = 1) występuje przy przepływie Q1% w przekrojach o numerze 43, 49, 58, natomiast przy przepływie Q10% w przekrojach nr 40, 55, 58. Przy przepływie Q50% ruch krytyczny nie występuje.