M O N O G R A F I E K O M I T E T U G O S P O D A R K I W O D N E J PA Nz. XX 2014

Sławomir BAJKOWSKI

Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska

WYZNACZANIE PRZEPŁYWÓW OBLICZENIOWYCH PRZEPUSTÓW DROGOWYCH PRZYSTOSOWANYCH

DO PRZEJŚCIA DLA ZWIERZĄT

1. WSTĘP

Obliczenia hydrologiczne wodnych przepraw drogowych obejmują ustalenie przepływów obliczeniowych, niezbędnych do zwymiarowania ich światła. Litera-tura dotycząca metod hydrologicznych i procedur obliczeniowych pozwala ustalić przepływy w większości spotykanych lokalizacji mostów i przepustów. W artykule korzystano z metod, które opisują Stachy i Fal (1986, 1987), przytaczają je Byczko- wski (1979, 1999), Ciepielowski i Dąbkowski (2006), Prochal red. (1986) oraz Więzik (1993). W publikacjach tych dostępne są zasady ustalania przepływów miarodajnych do zwymiarowania obiektów hydrotechnicznych na dużych, zazwyczaj kontrolowa-nych rzekach, z wykorzystaniem oceny statystycznej materiału archiwalnego, a także na małych niekontrolowanych ciekach na terenach niezurbanizowanych. Nie mniej cenne od samych metod obliczeniowych są wskazówki proceduralne dotyczące róż-norodnych sytuacji terenowych i hydrologicznych (Czarnecka 1987). Właściwie nie ma lokalizacji, dla której nie byłoby dostępnych metod hydrologicznej oceny przepły-wów. W bardzo obrazowy sposób adaptację procedur hydrologicznych dla zlewni du-żych i małych, kontrolowanych i niekontrolowanych, dla obiektów położonych w róż-nych warunkach hydrograficznych, przedstawili w swojej pracy Stachy i Fal (1986). Inżynierskie podejście do określania charakterystyk hydrologicznych w celu ustalenia przepływów miarodajnych do wymiarowania budowli wodnych w zmiennych warun-kach przepływu i odbioru wody (mosty, przepusty, pompownie depresyjne) w swojej pracy zawarli Ciepielowski i Dąbkowski (2006).

Przy korzystaniu z metod pośrednich duże trudności występują w obszarze ich adaptacji do nowych technik zbierania i przetwarzania niezbędnych danych hydroge-ologicznych oraz wykorzystania ich w programach obliczeniowych. Dotyczy to w szczególności parametrów zlewni o powierzchni od kilku do kilkunastu km2 z okre-

Monografia KGW-PAN, z. XX, tom 1.indb 151 2014-09-05 07:46:45

S. Bajkowski152

sowo pojawiającą się wodą, w których opadem pokrywane są zazwyczaj całe ich po-wierzchnie. W ostatnim okresie właśnie wezbrania na niewielkich ciekach były powo-dem powstawania znacznych szkód w lokalnej infrastrukturze komunikacyjnej. Pewnym rozwiązaniem w tej sytuacji jest stosowanie minimalnych wymiarów otworów przepu-stów (Bajkowski 2006). Nasuwa się jednak pytanie – kiedy zastosowanie wymiarów podawanych jako minimalne dla danej przeprawy umożliwia zachowanie jej bezpie-czeństwa, a kiedy powinniśmy oszacować przepływ i ustalić wymiary indywidualnie?

Szczególną sytuacją jest projektowanie wodnych przejść zespolonych (WZP), w których wymagane jest określenie parametrów przewodu mieszczącego wewnątrz koryto przepływu średniego SQ oraz ścieżki, po których mogłyby przechodzić zwie-rzęta (Bajkowski, Witczak 2005). Przewód przepustu wymiaruje się na przeprowa-dzenie wody miarodajnej Qp% w warunkach określonych schematem hydraulicznym, z możliwością częściowego jego zamulenia (Bajkowski 2008). Każdy z tych elemen-tów ma spełniać określone funkcje, a ich minimalne wymiary narzucone są przepi-sami (Rozporządzenie… 2000). Gabaryty takich przepustów określone są kształtem i wymiarami wewnętrznego przewodu wody średniej, przestrzenią zajętą przez stru-mień, częścią gwarantującą wymagane zapasy przy przepływach wód wielkich, wy-maganiami konstrukcyjnymi gwarantującymi bezpieczeństwo komunikacyjne oraz spodziewaną dużą skutecznością migracyjną (Bajkowski, Marzysz 2004, 2005).

2. LOKALIZACJA OBIEKTÓW

Analizy przedstawione w artykule dotyczą przepraw drogowych wybranych obiektów zamykających małe zlewnie rolnicze. Są one zblokowane w dwóch grupach lokalizacyjnych. Pierwsza obejmuje przeprawy położone w środkowej części Polski, druga w części północno-wschodniej. Lokalizację obiektów na tle regionów określenia wskaźnika stopnia redukcji przepływów maksymalnych oraz obszarów wyboru metod obliczeniowych pokazano na rys. 1.

Według regionalizacji Polski badane obiekty położone są w pasie Nizin Środko-wopolskich, grupa od 1 do 5 znajduje się w jej środkowej części na obszarze Niziny Mazowieckiej, pozostałe w części północno-wschodniej na Nizinie Podlaskiej. Obiekt 1 położony jest na pograniczu Równiny Kozienickiej i Doliny Środkowej Wisły; 2 i 3 we wschodniej części Wysoczyzny Rawskiej; 4 w obrębie Równiny Warszaw-skiej; 5 znajduje się na Równinie Garwolińskiej. Obiekty 6, 7, 8, 9 położone są w Ko-tlinie Biebrzańskiej, 10 w zachodniej, a 11 i 12 w północnej części Wysoczyzny Bia-łostockiej. Najbardziej na wschód ku Wzgórzom Sokólskim wysunięte są obiekty 13 i 14. Ze względu na przyjmowane wartości wskaźnika stopnia redukcji przepływów maksymalnych obiekty przynależą do makroregionu nizin w regionie 4a (rys. 1a) (Sta-chy i in. 1986). Obiekty położone w obszarze północno-wschodnim cechuje występo-wanie wezbrań roztopowych, a w części środkowej kraju – wezbrań opadowych. We-dług hydrologicznego podziału wyboru metod obliczeniowych wszystkie obiekty znajdują się w 6 obszarze nizinno-pojeziernym wschodnim stosowania obszarowych równań regresji (rys. 1b). Obiekty 1, 2, 3, 4 znajdują się w strefie zasięgu stosowania formuły opadowej, pozostałe – formuły roztopowej (rys. 1b).

Monografia KGW-PAN, z. XX, tom 1.indb 152 2014-09-05 07:46:45

Wyznaczanie przepływów obliczeniowych przepustów drogowych... 153

a bRys. 1. Położenie obiektów: a – mapa makroregionów i regionów wskaźnika stopnia redukcji maksymalnych przepływów krzywych regionalnych wg Stachy i in. (1986); 1a, 1b – Sudety, 2a, 2b – Karpaty, 3a, 3b, 3c – Wyżyny, 4a, 4b – Niziny, 5a, 5b, 5c – Pojezierza, b – mapa obszarów równań regresji i zasięgu stosowania formuły roztopowej wg Czarneckiej (1987); 1 – sudecki, 2 – nizinno-pojezierny zachodni, 3 – pomorski, 4 – tatrzański, 5 – karpacki, 6 – nizinno-pojezierny wschodni, 7 – lubelski

Tablica 1Parametry hydrograficzne obiektów

Lp. Obiekt Ciek A [km2]

H1 [mm]

φ [-]

Id [‰]

ψ [‰]

F1 [-]

K01 [-]

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

1. Sarnów Zwolenka 31,11 80 0,40 4,13 8,52 0,0161 0,00702. Lewiczyn Kraska 23,50 90 0,40 4,76 9,90 0,0179 0,01203. Kruszew Kruszewka 11,40 90 0,35 4,64 11,11 0,0245 0,01104. Dobrzenica dop. z Dralewa 15,44 90 0,57 1,70 3,83 0,0188 0,01105. Borków dop. z Chełstu 11,59 80 0,43 6,31 11,87 0,0230 0,00706. Mroczki dop. z Milewa 8,25 83 0,50 8,29 13,54 0,0342 0,00387. Mejły Kosodka 12,85 83 0,50 8,84 17,39 0,0336 0,00388. Kulesze Kosodka 19,37 83 0,50 6,81 16,75 0,0246 0,0038

9A. Downary Gołda 20,30 83 0,35 9,14 15,80 0,0268 0,00389B. 0,02729C. 0,0280

10A. Krzeczkowo Nareśl 27,81 83 0,50 1,95 9,36 0,0170 0,003710B. 0,017711. Chodorówka Maryna 13,34 82 0,40 4,96 14,13 0,0159 0,003512. Okopy Olszanka 33,06 82 0,50 7,00 14,44 0,0228 0,0035

13A. Mościcha Mościszanka 20,00 82 0,50 4,35 16,21 0,0253 0,003413B. 0,025714A. Bierwicha Bierwicka 22,37 82 0,35 5,10 14,86 0,0205 0,003414B. 0,0206

Monografia KGW-PAN, z. XX, tom 1.indb 153 2014-09-05 07:46:46

S. Bajkowski154

W artykule przedstawiono wyniki obliczeń przepływów maksymalnych i śred-nich do zwymiarowania światła przepustów przystosowywanych do przejścia dla zwierząt. Prowadzono je według dostępnych, najczęściej wykorzystywanych metod, zalecanych do stosowania dla obiektów drogowych na ciekach nizinnych o małych niezurbanizowanych zlewniach. Podstawowe charakterystyki hydrologiczne oraz fi-zycznogeograficzne cieków i zlewni niezbędne do ustalenia przepływów zestawiono w tablicy 1. Przepływy maksymalne obliczono następującymi metodami:• obszarowych równań regresji według Stachy i Fal (1986, 1987), • formuły opadowej według Stachy i Fal (1986), w obliczeniach korzystano rów-

nież ze wskazówek podanych przez Ciepielowskiego i Dąbkowskiego (2006), Czarnecką (1987), Prochala (1986) oraz Więzika (1993),

• formuły roztopowej według Stachy i Fal (1986).

3. OBLICZENIE PRZEPŁYWU MAKSYMALNEGO3.1. Obszarowe równanie regresji

Zasady opracowania równań i ich wynikowe postacie, a także analizy adapta-cyjne przedstawili w swoich publikacjach Stachy i Fal (1986, 1987). Równanie re-gresji dla obszaru 6 nizinno-pojeziernego wschodniego ma postać:

gdzie:A – powierzchnia zlewni zestawiona w kolumnie 4 tablicy 1 w [km2], H1 – maksymalny opad dobowy o prawdopodobieństwie pojawienia się p = 1%

[mm]. Wartości H1 odczytane z mapy na rys. 9 wg Stachy i Fal (1986) zesta-wiono w kolumnie 5 tablicy 1.

φ – bezwymiarowy współczynnik odpływu (kolumna 6 tablicy 1) ustalono we-dług zasad podanych przez Czarnecką (1987) dla wydzieleń gleb na polskiej mapie gleb w skali 1:500 000.

Id – zwyczajny spadek rzeki i jej suchej doliny w [m km-1, ‰] podano w kolum-nie 7 tablicy 1. Spadek ten obliczono jako stosunek różnicy rzędnych terenu działu wodnego w przedłużeniu doliny cieku Wg [m n.p.m.] i w przekroju zamykającym zlewnię Wd [m n.p.m.] do sumy długości najdłuższego cieku w zlewni Lk [km] i jego suchej doliny, mierzonej od źródeł w górę, do prze-cięcia osi doliny z działem wodnym Ld [km].

ψ – średnie nachylenie zlewni ustalone jako iloraz wysokości zlewni i pierwiast-ka jej powierzchni [m km-1, ‰] (kolumna 8 tablicy 1). Wysokość zlewni jest równa różnicy najwyższej rzędnej w zlewni Wmax [m n.p.m.] i rzędnej w przekroju zamykającym zlewnię Wd [m n.p.m.].

JEZ – wskaźnik jeziorności zlewni. Na terenie badanych zlewni nie ma jezior o powierzchni aj większej od 0,01 powierzchni ich zlewni Aj, stąd JEZ = 0.

B – wskaźnik zabagnienia obliczany jako iloraz powierzchni zajętych przez tor-fowiska i powierzchni całej zlewni, przy braku bagien w zlewniach B = 0.

QOb. = 3,075 · 10-3 · A0,92 · H1,111 · φ1,07 · I1,10

d · ψ0,35 · (1 + JEZ)-2,11 · (1 + B)-0,47 (1)

Monografia KGW-PAN, z. XX, tom 1.indb 154 2014-09-05 07:46:46

Wyznaczanie przepływów obliczeniowych przepustów drogowych... 155

3.2. Formuła opadowa

Obliczenia przepływów miarodajnych dla podanych przekrojów według for-muły opadowej prowadzono, wykorzystując wskazówki zawarte w publikacji Stachy i Fal (1986). Do obliczenia maksymalnych przepływów rocznych o zadanym prawdo-podobieństwie występowania w małych zlewniach niekontrolowanych (A < 50 km) zastosowano formułę opadową w postaci:

gdzie:ƒ – bezwymiarowy współczynnik kształtu fali. Wszystkie obiekty położone są w

makroregionie nizin, w regionie 4a (rys. 1a). Wskazuje to na zasadność przyjęcia stałej wartości współczynnika kształtu fali równego 0,6.

F1 – maksymalny moduł odpływu jednostkowego, zależy od hydromorfologicznej charakterystyki koryta cieki i czasu spływu po stokach ts:• ø, charakterystykę koryta obliczono ze wzoru:

gdzie:(Lr +Ld) – długość cieku wraz z suchą doliną do działu wodnego [km],mk – współczynnik szorstkości koryta cieku zależny od charakteru koryta. Dla

„koryt stałych i okresowych rzek nizinnych o stosunkowo wyrównanym dnie” z tablicy 20 wg Stachy i Fal (1986) współczynnik mk = 11.

Id1 – uśredniony spadek rzeki i jej suchej doliny [m km-1], obliczony jako równy 0,6 wartości średniego spadku rzeki i jej suchej doliny Id [m km-1] ustalonego we-dług wskazówek do wzoru (1).• ts, czas spływu po stokach [min] odczytano z tablicy 19 według Stachy i Fal

(1986) w zależności od hydromorfologicznej charakterystyki stoków obli-czonej ze wzoru:

gdzie:Ls – średnia długość stoków [km] liczona jako odwrotność iloczynu 1,8 ·ρ, gdzie ρ

jest gęstością sieci rzecznej [km] określaną ze wzoru:

gdzie:∑n

i=1(Lr + Ld)i – suma długości cieków wraz z ich suchymi dolinami [km],ms – współczynnik szorstkości stoków określono z tablicy 20 (Stachy, Fal 1986)

jako równy 0,20,

QOb. = ƒ · F1 · φ · H 1· A · λp · δJ (2)

ør = 100 (Lr + Ld)

mk · Id11/3 · A1/4 (φ · H1)1/4 (3)

øs = 100 (Ls)1/2

ms · Is1/4 (φ · H1)1/2 (4)

ρ = ∑n

i=1 (Lr + Ld)i

A (5)

Monografia KGW-PAN, z. XX, tom 1.indb 155 2014-09-05 07:46:46

S. Bajkowski156

Is – średni spadek stoków [m km-1]:

gdzie:∆h – różnice poziomów między warstwicami [m] podano w kolumnie 4 tablicy

3, jako górny indeks przepływu. Dla większości obiektów przyjęto jedną wartość ∆h. Dla obiektu 9 obliczenia wykonano przy ∆h = 1,25; 2,50 i 5,00 m – oznaczając wyniki odpowiednio 9A, 9B i 9C – dla obiektów 10, 13 i 14 ∆h wynosiły 2,50 m i 5,00 m.

∑mi=1k – łączna długość warstwic [km].

H1 – maksymalny opad dobowy o prawdopodobieństwie pojawienia się p = 1%, określony dla obliczeń według obszarowego równania regresji,

φ, A, δJ – jak w metodzie obszarowych równań regresji,λp – kwantyl rozkładu zmiennej λp = μp/μ1 odczytany dla p = 1% z tablicy 12

według Stachy i Fal (1986) wynosi λp =1,0.Według Rozporządzenia… (2000) „§10.1. Dla zwierząt dziko żyjących powin-

no być zapewnione bezkolizyjne przemieszczanie się ich z jednej na drugą stronę drogi klas A, S, GP i G, w miejscach nasilonej migracji, a w szczególności w więk-szych kompleksach leśnych oraz obszarach bagiennych i innych przeciętych drogą siedliskach rzadkich i zagrożonych gatunków, wskazanych przez właściwe organy administracji rządowej lub właściwe jednostki samorządu terytorialnego”. Dla wskazanych klas dróg prawdopodobieństwo występowania przepływów miarodaj-nych do wymiarowania przepustów stałych p = 1%.

Wartości maksymalnego modułu odpływu jednostkowego F1 interpolowane według ør oraz ts z tablicy 17 (Stachy, Fal 1986) podano w kolumnie 9 tablicy 1.

3.3. Formuła roztopowa

Według Stachy i Fal (1986) formuła roztopowa do obliczania maksymalnych przepływów rocznych o zadanym prawdopodobieństwie występowania w małych zlewniach niekontrolowanych ma postać:

gdzie:α – współczynnik korygujący wartość K01 odczytany z mapy na rys. 13 (Stachy

i Fal 1986) dla wszystkich obiektów jest równy 1,00,K01 – współczynnik stopnia redukcji przepływów maksymalnych w zlewni elemen-

tarnej, określony z mapy na rys. 13 według Stachy i Fal (1986) zestawiono w kolumnie 10 tablicy 1.

Is = ∑m

i=1

A∆h k

(6)

QRo. = α · K01 · h1 ·A

(A + 1)0,2 δJ · δB · λp (7)

Monografia KGW-PAN, z. XX, tom 1.indb 156 2014-09-05 07:46:46

Wyznaczanie przepływów obliczeniowych przepustów drogowych... 157

h1 – wysokość warstwy odpływu roztopowego o prawdopodobieństwie p = 1%, określona z mapy na rys. 12 według Stachy i Fal (1986),

φ, A, δJ, δB, λp – jak w metodach obszarowego równania regresji i opadowej.Wartości obliczonych przepływów maksymalnych według wzorów (1, 2, 3) ze-

stawiono w tablicy 2, a wykres dla poszczególnych obiektów – na rys. 2. Widoczne jest znaczne zróżnicowanie wartości przepływów uzyskanych według prezentowa-nych metod dla analizowanych lokalizacji.

4. OBLICZANIE PRZEPŁYWU ŚREDNIEGO

Średnie przepływy roczne wyznaczane są dla obiektów mostowych, w których znajdują się przejścia dla zwierząt. Poziom założenia ścieżek dla zwierząt ustala się według Rozporządzenia (2000):

Rys. 2. Przepływy maksymalne roczne w przekrojach obliczeniowych

Rys. 3. Przepływy średnie roczne: 1, 2, ... , 14 – oznaczenia obiektów

Monografia KGW-PAN, z. XX, tom 1.indb 157 2014-09-05 07:46:47

S. Bajkowski158

• § 26.1. W razie konieczności uwzględnienia ekologicznej funkcji doliny cieku w funkcjonowaniu środowiska i migracji zwierząt, długość mostu powinna być zwiększona o pasy terenu przybrzeżnego pokrytego roślinnością. Pasy te powinny mieć szerokość nie mniejszą niż 1,5 m mierzoną przy średnich poziomach wód.

• §44.2. Przepusty przewidziane do przechodzenia małych zwierząt powinny mieć uformowaną ścieżkę dla zwierząt o szerokości nie mniejszej niż 0,5 m, wzniesioną ponad zwierciadło średniej wody w przepuście.Roczne przepływy SQ wyznaczono dla wszystkich analizowanych przekrojów

metodami empirycznymi zebranymi w publikacjach Byczkowskiego (1979, 1999), wykorzystując wzory określające wysokość warstwy odpływu według:• współczynnika odpływu Kajetanowicza dla rzek nizinnych, ze wzoru 4.61 po-

danego przez Byczkowskiego (1979):

gdzie:H – warstwa odpływu [mm],c – współczynnik odpływu [-]:P – wysokości warstwy normalnego opadu rocznego w [mm], określone według

Lorenc (2005). Obiekty 1-5 położone są w strefie opadu poniżej 550 mm, po-zostałe – w strefie 550-600 mm.

Ws – średnia rzędna zlewni nad poziomem morza [m n.p.m.] według Reitza (wzór 4.33 za Byczkowskim 1999),

ψ – średnie nachylenie zboczy (wskaźnik stoczystości) zlewni [m km-1], liczone jako iloraz wysokości rzeki i pierwiastka jej powierzchni. Wysokość rzeki jest równa różnicy rzędnej źródeł Wz [m n.p.m.] i rzędnej w przekroju zamykającym zlewnię Wd [m n.p.m.].

A – jak poprzednio.• zależności od czynników kształtujących odpływ:

– Wołoszyna za Byczkowskim (1999):

– Punzeta za Byczkowskim (1979):

gdzie:Sq – średni roczny odpływ jednostkowy [l s-1 km-2],Ir – średni spadek cieku [m km-1], liczony jako stosunek różnicy rzędnych terenu

źródeł cieku Wz [m n.p.m.] i w przekroju zamykającym zlewnię Wd [m n.p.m.] do długość cieku od źródeł do badanego przekroju Lk [km],

N – wskaźnik nieprzepuszczalności gleb wg Bołdakowa odczytany z tabeli 4.9 po-danej przez Byczkowskiego (1999),

Wz, Wd, P, A – jak poprzednio.

SQK = 0,0317H · A = 0,0317c · P · A = 0,0317 (0,063Ws0,25 · ψ0,10) · P ·A (8)

SQW = 0,0317H · A = 0,0317 (0,905P – 340) ·A (9)

SQP = 10-3 Sq · A = 21,576 · 10-3 P2,06 · Ir0,065 · N -0,044 ·A (10)

Monografia KGW-PAN, z. XX, tom 1.indb 158 2014-09-05 07:46:47

Wyznaczanie przepływów obliczeniowych przepustów drogowych... 159

– Byczkowskiego i Mandes za Byczkowskim (1999):

gdzie:SSq – średni roczny odpływ jednostkowy [l s-1 km-2],J – jeziorność zlewni [%], liczona jako stosunek powierzchni jezior Aj do całko-

witej powierzchni zlewni A,ψ, P, A – jak poprzednio.

Wartości obliczonych przepływów średnich rocznych zestawiono w tablicy 2, a ich graficzną zależność od powierzchni zlewni pokazano na rys. 3.

5. PODSUMOWANIE

Analizowane przekroje lokalizacji przepraw drogowych, położone w różnych warunkach hydrologicznych, wykazały zależność przepływów maksymalnych od

SSQBM = SSq · A = 2,33 · 10-6 P2,3 (J +1)2,6 · ψ0,11 · A (11)

Tablica 2Zestawienie wyników obliczeń rocznych przepływów maksymalnych i średnich

Lp. Obiekt

Przepływy maksymalne Przepływy średnie

QOb.

[m3 s-1]wzór (1)

Qop.*[m3 s-1]

wzór (2)

QRo.

[m3 s-1]wzór (7)

SQK

[m3 s-1]wzór (8)

SQW

[m3 s-1]wzór (9)

SQP

[m3 s-1]wzór (10)

SSQBM

[m3 s-1]wzór (11)

1 2 3 4 5 6 7 8 9

1. Sarnów 8,61 9,62 8,70 0,136 0,138 0,130 0,1602. Lewiczyn 8,11 9,08 9,97 0,110 0,111 0,104 0,1313. Kruszew 3,75 5,28 4,17 0,053 0,054 0,050 0,0634. Dobrzenica 5,21 8,91 6,79 0,060 0,073 0,062 0,0755. Borków 4,40 5,51 4,40 0,053 0,051 0,051 0,0656. Mroczki 4,24 7,02 2,11 0,043 0,051 0,046 0,0607. Mejły 7,00 10,75 3,18 0,067 0,079 0,072 0,0918. Kulesze 9,81 11,86 4,43 0,101 0,119 0,106 0,138

9A.Downary

7,06 9,47 5,44 0,104 0,128 0,114 0,1439B. 9,629C. 9,90

10A.Krzeczkowo

9,86 11,80 6,83 0,128 0,163 0,135 0,16410B. 12,2411. Chodorówka 4,94 4,17 4,39 0,065 0,074 0,068 0,08612. Okopy 15,07 18,51 9,71 0,164 0,184 0,168 0,207

13A.Mościcha

9,43 12,44 5,73 0,097 0,111 0,097 0,12113B. 12,6314A.

Bierwicha7,03 7,89 6,48 0,111 0,118 0,107 0,136

14B. 7,91

Monografia KGW-PAN, z. XX, tom 1.indb 159 2014-09-05 07:46:47

S. Bajkowski160

powierzchni zlewni, a także charakterystyk cieku i układu topograficznego zlew-ni. W obliczeniach pominięto jeziorność oraz zabagnienie, ponieważ na obszarach badanych zlewni nie zlokalizowano jezior o powierzchni większej od 0,01 obszaru zlewni oraz bagien o powierzchni powyżej 0,20 obszaru zlewni cieku.

Dla większości obiektów uzyskano najwyższy przepływ według formuły opa-dowej, tylko dla obiektu 2 jest to przepływ obliczony z formuły roztopowej (rys. 2). Obiekt ten znajduje się w strefie stosowania formuły opadowej. Obiekt 5, leżący na pograniczu obszaru stosowania empirycznych metod pośrednich, cechuje się po-dobnymi przepływami, uzyskanymi według poszczególnych metod. Zmniejszenie cięcia analizowanych warstwic nie wpłynęło znacząco na wynikową wartość prze-pływu (tablica 2, rys. 2). Dla obiektów położonych w rejonie północno-wschodnim kraju formuła roztopowa dała najniższy przepływ maksymalny, jedynie dla obiektu 11 Chodorówka wszystkie analizowane metody dały wartości zbliżone. Przyjmu-jąc kryterium największego przepływu, ich wartości w małych zlewniach należy obliczać, stosując formułę opadową. Uzyskujemy wtedy relatywnie duże wymiary wodnych przepraw drogowych. Uwzględniając genezę opracowania metod i zasady obszarowych zakresów ich stosowania, dla obiektów w północno-wschodnim re-jonie kraju według formuły roztopowej, uzyskujemy najmniejsze natężenia prze-pływów miarodajnych. Projektowane obiekty według tych przepływów będą miały stosunkowo małe wymiary.

Wartości średnich rocznych przepływów uzyskane ze wzoru (11) dla większo-ści przekrojów obliczeniowych są największe (rys. 3). Jest to wzór opracowany dla dorzecza Narwi i rzek sąsiednich. Uwzględniając zasadę największego przepływu i uzyskanie koryta wewnętrznego dużych wymiarów, wzór ten należy przyjąć do obliczenia wewnętrznego koryta wyznaczającego poziom ścieżek dla zwierząt w obiektach położonych w północno-wschodniej Polsce. Dla obiektów znajdują-cych się poza wskazanym regionem stosowania wzoru (11) zaprojektowanie ścieżek według tego przepływu umożliwi wykorzystanie ich przez zwierzęta przez dłuższy okres w sezonie. Po uwzględnieniu zasad stosowania formuł przeznaczonych dla danego obszaru dla obiektów w rejonie północno-wschodnim należy stosować wzór (11), dla pozostałych – wzór (8) opracowany dla terenów nizinnych lub inną z metod nieprezentowanych w artykule.

Zaprojektowanie przejść pod drogami według przepływu miarodajnego Qp% oraz średniego SQ, określonych pośrednimi metodami empirycznymi, nie daje gwarancji dużej ich skuteczności (Bajkowski, Witczak 2005). Jednocześnie należy ustalić czasy ich trwania i okresy dostępności przejścia.

Wykorzystanie prezentowanych metod nasuwa wiele wątpliwości przy inter-pretacji współczynników we wzorach i określaniu parametrów z map, wykresów i tabel. Do obliczenia przepływów w małych niekontrolowanych zlewniach nie wy-klucza się stosowania innych metod i formuł lub programów obliczeniowych.

Monografia KGW-PAN, z. XX, tom 1.indb 160 2014-09-05 07:46:47

Wyznaczanie przepływów obliczeniowych przepustów drogowych... 161

DETERMINING THE DESIGN DISCHARGES FOR ROAD CULVETRS ADAPTED TO THE ANIMALS’ PASSAGES

AbstractThe major concern in designing water-road objects is to determine the design flows.

Their values impact on the establishment of dimensions and design of the crossing, which in turn affects the operational safety of the communication rout e. Special requirements for de-signing the cross-section relate to bridges and culverts with animal passageways. The article presents methods for determining the design flows used for designing road culverts. Available methods for determining the mean flows and probability discharges in the small uncontrolled catchment, which are located objects type such that were described. The analysis of the operating conditions the water common passages (WCP), in which the water flow space is used by animals to pass under the roads was presented. Their dimensions are determined using the mean flow to design internal channel and the probability flood discharge to deter-mine the total conductor cross-section according to the requirements of carrying great wa-ter and animals crossing. The article presents the characteristics of the examined catchment areas and the results of mean flow and probability discharge calculations for cross water-courses located in various hydrographic conditions. Boundary for maximum river flows were established as well as conditions for the application of the minimum dimensions of the cul-vert’s conduits.

Key words: discharge, road culvert, animal passageway.

BIBLIOGRAFIA

Bajkowski S., 2006, Przejścia dla zwierząt w przepustach i pod mostami, Przegląd Naukowy Inżynieria i Kształtowanie Środowiska, XV, 2 (34), 172-180

Bajkowski S., 2008, Wpływ zabudowy przepustów na ich wydatek, Przegląd Naukowy Inżynieria i Kształtowanie Środowiska, XVII, 4 (42), 49-58

Bajkowski S., Marzysz P., 2004, Możliwości wykorzystania przepustów drogowych na przejścia dla zwierząt, Acta Scientiarum Polonorum. Architectura, 3 (2), 69-78

Bajkowski S., Witczak U., 2005, Kształtowanie przepustów przeznaczonych na przejścia dla zwierząt. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych, 507, część 1, 25-32

Byczkowski A., 1979, Hydrologiczne podstawy projektów wodnomelioracyjnych. Przepływy charakte-rystyczne, Państwowe Wydawnictwo Rolnicze i Leśne, Warszawa

Byczkowski A., 1999, Hydrologia, II, Wydawnictwo SGGW, WarszawaCiepielowski A., Dąbkowski L., Sz., 2006, Metody obliczeń przepływów maksymalnych w małych zlew-

niach rzecznych (z przykładami), Oficyna Wydawnicza Projprzem-EKO, BydgoszczCzarnecka H., 1987, Zasady obliczania maksymalnych przepływów prawdopodobnych – parametry

fizyko-geograficzne cieków i zlewni, Gospodarka Wodna, 3, 56-59Lorenc H., 2005, Atlas Klimatu Polski, IMGW, WarszawaPolska Mapa Gleb 1:500 000, 1972, Komitet Gleboznawstwa i Chemii Rolnej PAN, Instytut Uprawy

Nawożenia i Gleboznawstwa, Polskie Towarzystwo GleboznawczeProchal P. (red.), 1986, Podstawy melioracji rolnych, 1, PWRiL, Warszawa

Monografia KGW-PAN, z. XX, tom 1.indb 161 2014-09-05 07:46:48

S. Bajkowski162

Rozporządzenie Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej z dnia 30 maja 2000 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać drogowe obiekty inżynierskie i ich usytuowanie, Dz. U. 2000, nr 63, poz. 735, ze zmianami

Stachy J., Biernat B., Dobrzańska I., 1986, Zasady obliczania maksymalnych przepływów prawdopo-dobnych – obliczenia przy krótkich seriach statystycznych (cz. II), Gospodarka Wodna, 6, 131-139

Stachy J., Fal B., 1986, Zasady obliczania maksymalnych przepływów prawdopodobnych, Prace Insty-tutu Badawczego Dróg i Mostów, 3-4, 91-147

Stachy J., Fal B., 1987, Zasady obliczania maksymalnych przepływów prawdopodobnych – obszarowe równania regresji, Gospodarka Wodna, 1, 8-13

Więzik B., 1993, Obliczenie przepływów maksymalnych rocznych w zlewniach niekontrolowanych o określonym prawdopodobieństwie przewyższenia za pomocą formuły opadowe, Politechnika Kra-kowska, Instytut Inżynierii i Gospodarki Wodnej, Kraków

Adres do korespondencji – Corresponding author: dr inż. Sławomir Bajkowski, Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie, Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska, Katedra In-żynierii Wodnej, 02-776 Warszawa, ul. Nowoursynowska 159, e-mail: slawomir_bajkowski@sggw.pl

Monografia KGW-PAN, z. XX, tom 1.indb 162 2014-09-05 07:46:48