Typy obiektów hydrotechn w gosp wodnej i ich zad. Budowle piętrzące - przegrody powodujące podniesienie zwierciadła wody; służą do magazynowania wody w zbiornikach wodnych oraz do wyrównania poziomu wód i stworzenia większych ich głębokości. Są to zapory (za zaporą powstaje zbiornik, którego wody wykorzystuje się do celów energetycznych, irygacyjnych, żeglugowych, ochrony przeciwpowodziowej, zaopatrzenia w wodzie) i jazy (podniesienie poziomu wody w korycie rzeki w celu umożliwienia żeglugi w okresach niskiej wody i uzyskania dogodnego ujęcia wody dla celów przemysłowych, energetycznych, irygacyjnych, bytowych itp., nawilgocenie gleby przez podniesienie poziomu wód gruntowych, regulacja przepływu (np rozładowanie fali powodziowej) Budowle regulacyjne -celem regulacji rzek jest uporządkowanie i ściśnienie koryta rzeki dla wyrównania przepływu wód i zwiększenia głębokości, ułatwienia spływu lodów, ochrony przyległych terenów przez wylewami w czasie przechodzenia fali powodziowej itp. Regulacja rzeki polega na zabudowie jej brzegów budowlami regulacyjnymi w celu nadania jej regularnych kształtów, ściśnienia nurtu, likwidacji przemiałów i wysp oraz nieużytecznych odgałęzień. Są to opaski, ostrogi, tamy równoległe, przetasowania (zamknięcie starych koryt rzecznych), zabudowa biologiczna (umocnienie brzegów za pomocą drzew i krzewów), wały przeciwpowodziowe ( chronią przyległe tereny od zalewu wezbranych wód), poldery (tereny zalewowe), kanały ulgi. Budowle kompleksowe -budowa stopni wodnych (skokowa różnica poziomów wody na cieku wodnym uzyskana w wyniku spiętrzenia wody) przyczynia się do lepszego wykorzystania zasobów wodnych tych rzek do produkcji energii elektrycznej, poboru wody dla rolnictwa, przemysłu i gospodarki komunalnej. Są to zapory, jazy, śluzy, podnoście statków, progi, przepławki dla ryb, hydroelektrownie, zbiorniki retencyjne (bardziej efektywne wykorzystanie wody i ochrona jej zasobów; służą do wytwarzania energii elektrycznej, zabezpiecza przed powodzią doliny rzeki, zaopatrzenia w wodę ludności podczas niedoborów, przemysłu i rolnictwa, do celów wypoczynkowo - turystycznych, umożliwiają gromadzenie wody w okresach wezbraniowych i udostępnienie jej użytkownikom w okresie niskich przepływów), ujęcia wody. W celu zaopatrzenia w wodę terenów, na których występuje deficyt stosuje się także kanały dopływowe, którymi woda jest dostarczana z miejsc bogatszych w wodę; lub kanały melioracyjne w odniesieniu do rolnictwa, kanały przerzutowe -służące do przemieszczania wód z regionów zasobnych w wodę do regionów deficytowych. W okresach niskich przepływów stosuje się także pojęcie przepływu nienaruszalnego (w celu ochrony przyrody), w odniesieniu do którego podczas przepływów równych mu i niższych zabrania się pobierania wody dla celów przemysłowych.Oczyszczalnie ścieków -umożliwiają redukcję zanieczyszczeń zawartych w ściekach odprowadzanych do wód powierzchniowych. Podział pojemności zb ret i przeznacz poszczeg warstw. Zad konflikt realizowane przez zb ret. Pojemność martwa -zawsze jest w zbiorniku, znajduje się poniżej upustu. Jest tam rumowisko. Pojemność użytkowa -znajduje się pomiędzy min a max napełnieniem zbiornika. Od rezerwy powodziowej zbiornika oddziela ją normalny poziom piętrzenia użytkowego. Rezerwa powodziowa - jest to ta część zbiornika która przyjmuje falę wezbraniową. Pojemność czynna zbiornika VZ . Pojemność całkowita VC - znajduje się poniżej maksymalnego dopuszcz poziomu napełnienia, obejmująca pojemność martwą. Zad konfliktowe: zaopatrzenie ludności w wodę podczas chwilowych stanów niedoboru wody.
Różnice między wezbraniem a powodzią. Wezbranie - podniesienie stanu wody w rzece w wyniku wzmożonego zasilenia lub piętrzenia wody przez zator lodowy lub śryżowy, nagromadzenie pni i gałęzi drzew, a nawet nadmiernego rozwoju roślin w korycie rzecznym. Wezbrania są wywołane wzmożonym dopływem wody do koryta lub jej spiętrzeniem. Wezbranie jest zjawiskiem hydrologicznym, natomiast powódź to zjawisko o charakterze przyrodniczo gospodarczym. Powódź jest to wezbranie rzeki przynoszące szkody człowiekowi i gospodarce narodowej, stanowi jedną z klęsk żywiołowych. Powódź zaczyna się od momentu, kiedy pojawiają się straty. Nie każde wezbranie wywołuje powódź, lecz każda powódź jest wywołana wezbraniem. Techniczne środki ochrony przed powodzią dla rzek nizinnych i górskich. Poldery, obwałowania, biologiczna regulacja rzek, przeciwdziałania tworzeniu się zatorów. Dla rzek górskich są to suche zbiorniki z zamknięciami lub bez. Info do wyznaczenia pojemności rezerwy powodziowej w zb ret. Warunki meteorologiczne na danym obszarze. Dane historyczne: historyczne ciągi przepływów, historyczne hydrografy fal powodziowych, statystyczne charakterystyki przepływów oraz ciągi generowane. Bieżące obserwacje oraz prognozy przepływu w najbliższym przedziale czasowym. Przepływ dozwolony, objętość szczytu fali. Info do wyznaczenia odpływu ze zb ret w warun zagrożenia powodziowego. Napełnienie początkowe. Aktualny dopływ wody do zbiornika. Prognozy dopływu. Odpływ pożądany. Wielkość przepływu nieszkodliwego. Wielkość rezerwy przeciwpowodziowej i pojemność użytkowa zbiornika. Historyczne ciągi przepływu. ^Przepływ dozwolony i przepływ dopuszczalny (ma nie dopuścić do powstania strat powodziowych w dolinie poniżej zbiornika). *Rzeźba terenu. Warunki meteorologiczne. Stan obwałowań w rzece za zbiornikiem. Podst zadania gosp wodnej. Potrzeby społeczne uzasadnione, ekonomiczne uzasadnione, zadania konsumpcyjne i niekonsumpcyjne. 1-zaspokojenie potrzeb użytkowników wód (zaopatrzenie w wodę ludności, przemysłu, rolnictwa, energetyka wodna, żegluga śródlądowa, turystyka, rekreacja wodna), 2-ochrona zasobów wodnych przed zanieczyszczeniem i nadmiernym wykorzystaniem oraz utrata walorów przyrodniczych, 3- ochrona przed powodzą. Zadania konsumpcyjne (częściowe lub całkowite zużycie pobranej wody): -ochrona środowiska i ekosystemów wodnych, ochrona jakości wód -zaopatrzenie w wodę ludności, przemysłu, rolnictwa -użytkownicy konsumpcyjni -gospodarka komunalna; Zadania niekonsupcyjne (korzystanie z zasobów wodnych, nawet chwilowo ich nie uszczuplające): -hydrogenetyka, - zasługa śródlądowa -rekreacja i turystyka -ochrona jakości wód -ochrona przed powodzią. Potrzeby wodne zmieniają się w czasie, zmienią się też hierarchia ważności poszczególnych potrzeb: -żegluga -hydroenergetyka -zużycie wody -powstawanie aglomeracji miejsko - przemysłowych -ochrona jakości i ilości -pojawiają się deficyty. Potrzeby dzielimy na: -bezwzględne - zaspokajanie w oparciu o kryteria społeczne, przepływ nienaruszalny, potrzeby wodne ludności. Potrzeby obejmują: a) człowieka i jego potrzeby na wsi (picie, mycie) *utrzymanie inwentarza żywego na wsi *potrzeby sanitarne w zależności od wyposażenie *potrzeby komunalne *rzemiosło, drobny przemysł *przemysł, b) przemysł - produkcja piwa, napoi chłodzących, c) rolnictwo - woda biologicznie niezbędna dla roślin. -względne - niezbędny rachunek ekonomiczny (woda jest środkiem produkcji). Potrzeby względne powinny być przedmiotem analiz ekonomicznych (substytucja) - max (E-C), -min C, gdzie E -efekt, korzyść, C -koszt, cel.
Podział pojemności zbiornika z uwzgl war powodziowych. Pojemność martwa - zawsze jest w zbiorniku, znajduje się poniżej upustu. Jest tam rumowisko. Pojemność użytkowa - znajduje się pomiędzy minimalnym a maksymalnym napełnieniem zbiornika. Od rezerwy powodziowej zbiornika oddziela ją normalny poziom piętrzenia użytkowego. Rezerwa powodziowa - jest to ta część zbiornika która przyjmuje falę wezbraniową. Rezerwa powodziowa forsowana. Pojemność czynna zbiornika VZ . Pojemność całkowita VC - znajduje się poniżej maksymalnego dopuszczalnego poziomu napełnienia, obejmująca pojemność martwą. Rezerwa powodziowa przypadkowa. Rezerwa wymuszona - powstała na skutek wypuszczenia ze zbiornika zwiększonego odpływu po otrzymaniu meldunku o nadchodzącej fali. Czynna i bierna ochrona przeciwpowodziowa. Czynna -działania, które mogą przyczynić się do zmniejszenia negatywnych skutków powodzi. Jest to bezpośrednie przeprowadzenie powodzi przez obszar, w trakcie trwania powodzi podejmujemy decyzje. Aby skutecznie ją realizować należy mieć do dyspozycji zbiorniki retencyjne, poldery, zbiorniki wyrównawcze itp. oraz dysponować odpowiednim sprzętem, materiałami wybuchowymi, workami z piaskiem itp. Bierna - przygotowania przed powodzią, w trakcie już nic nie możemy zrobić. Ochronę dają obiekty gosp. wodnej, które chronią określone tereny przez sam fakt swego istnienia np.: wały przeciwpowodziowe, rzeki uregulowane itp. Techniczne środki ochrony przed powodzią: czynne *zbiorniki retencyjne *suche zb przeciwpowodziowe z regulowanym odpływem *poldery z zamknięciami *kanały ulgi z zamknięciami; bierne: *wały przeciwpowodziowe *poldery bez zamknięć *suche zb przeciwpowodziowe bez zamknięć *suche zb przeciwpowodziowe bez zamknięć *kanały ulgi *regulacja rzek. Informacje do wyznaczenia wielkości pojemności użytkowej zbiornika. Przepływ nienaruszalny, powierzchnia zlewni, średni przepływ obliczony na podstawie pomiarów wykonanych przez określony okres czasu. Informacje do wyznaczenia wielkości odpływu ze zbiornika ret. W warunkach niskich i średnich stanów wód. Określenie wielkość odpływu ze zbiornika dla warunków normalnych i niedoboru wody: *dysponuje się prognozą dopływu wody Q w rozpatrywanym przedziale czasowym t *zbiornik retencyjny zaopatruje w wodę 1 użytkownika lub zespól użytkowników, których potrzeby można przedstawić w postaci odpływu pożądanego *funkcja strat wywołanych deficytami wody u użytkownika jest liniowa. ! Przy takich założeniach wielkość odpływu ze zbiornika wyznaczona zgodnie z zasadami polityki standardowej jest optymalna z punktu widzenia kryterium minimalizacji strat wywołanych deficytami wody. W przypadku, gdy zbiornik retencyjny zaopatruje w wodę zespół użytkowników należy wyznaczyć wielkość odpływu pożądanego tzn takiej najmniejszej ilości wody, którą należy wypuścić ze zbiornika, aby całkowicie pokryć zapotrzebowania wszystkich użytkowników.
Zbiorniki retencyjne-powstałe w wyniku przegrodzenia dolin rzecznych zaporami. Robi się by wytworzyć objętość. Dla energetyki, rolnictwa, przemysłu, przeciwpowodziowe. Polder- zbiornik, zlokalizowany w dolinie rzeki za wałem PP. Zbiornik przepływowy-zapewnia różnice poziomu wody. Przepływa tyle wody ile odpływa, powstałe w wyniku przegrodzenia dolin rzecznych jazem. Zapory-dużo wyższy i większy obiekt piętrzący od jazu. Przegradza nie tylko koryto rzeki ale też jego dolinę. Podstawowym zadaniem zapór jest tworzenie zb retencyjnych o zmiennych rzędnych piętrzenia zależnych od ilości zmagazynowanej w danym okresie wody. Cechy systemów wodno-gosp: -wysoki stopień złożoności, -występowanie obiektów o bardzo zróżnicowanej dynamice, -przestrzenne rozmieszczenie obiektów o dużych obszarach, -jakościowo różny charakter zadań systemu i zasad pracy obiektów hydrotechnicznych w war normalnych i awaryjnych, wielkość i różnorodność celów działania, -losowy charakter procesu zasilania systemu w wodę oraz potrzeb wodnych niektórych typów użytkowników wody. Budowa zbiorników to duża ingerencja zarówno w środ przyrodnicze jak i życie ludzi; -zmiana reżimu hydrologicznego rzek oraz jakości wód, - zmiana stosunków wodnych i mikroklimatu w swoim otoczeniu -przesiedlania ludności, -wyłączenie z użytkowania (poprzez zalanie) dużych powierzchni terenów, stanowią barierę w wędrówkach ryb, -uszczuplanie zasobów wodnych przez zwiększenie strat wody na parowanie. Techniczne środki działania (budowle hydrotechniczne) umożliwiające kształtowanie czasowo-przestrzennego rozkładu zasobów dyspozycyjnych i ich jakości. Wśród obiektów tych najważniejszymi są zb retencyjne, kanały przerzutowe, oczyszczalnie ścieków. Ekonomiczne środki działania: -opłaty za pobór wody i odprowadzanie ścieków; -opłaty za korzystanie z urządzeń wodnych, -kary za naruszanie warunków, jakim powinny odpowiadać odprowadzane ścieki, -dotacje przyznawane na realizację przedsięwzięć w dziedzinie gospodarki wodnej i ochrony wód, handel pozwoleniami na odprowadzanie ścieków, zróżnicowanie stawek ubezpieczeniowych w zależności od stopnia zagrożenia powodziowego. Instrumenty ekonomiczne umożliwiają stymulowanie działań użytkowników w kier zgodnych z polityką państwa w zakresie wykorzystania i kształtowania zasobów wodnych; do najczęściej stosowanych należą: opłaty za pobór wody i odprowadzenie ścieków, opłaty za korzystanie z urządzeń wodnych, kary za naruszanie warunków korzystania z wód, dotacje, zróżnicowania podatkowe i celne, zróżnicowanie stawek ubezpieczeniowych w zal od stopnia zagrożenia powodziowego. Elementy zb retencyjnego: -zapora czołowa -budowla piętrząca ziemna lub betonowa wyposażona w urządzenia do jej przepuszczania (przelewy, spusty) i ewentualnie hydroelektrownię (przepływową, szczytową lub szczytowo-pompową), -czasza zbiornika, -zapory boczne i obwałowania -budowle odgraniczające obszar zbiornika od zagospodarowanych terenów przyległych położonych poniżej poziomu wody w zbiorniku; zapory boczne chronią doliny dopływów do rzeki przegrodzonej zaporą czołową; wyposażone w upusty i pompownie umożliwiające odprowadzenie wody z obszaru chronionego i odprowadzenie wód dopływów; obwałowania chronią zagospodarowane części doliny rzeki głównej (piętrzonej), wyposażone w rowy opaskowe i pompownie; -system odwadniający -sieć rowów opaskowych i pompowni umożliwiających odprowadzenie przesiąków i wód opadowych z terenów chronionych obwałowaniami i zaporami bocznymi; -przepławka dla ryb; -obiekty infrastruktury; drogi dojazdowe, linie energetyczne i telekomunikacyjne -dodatkowo osłona hydro-meteorologiczna -zbieranie informacji o bieżących zjawiskach hydro meteorologicznych i prognozowanie przyszłych zjawisk.
Urządzenia do przepuszczania wody powinny: -gwarantować bezpieczne przeprowadzenie wielkich wód (miarodajnych i kontrolnych), -zapewnić możliwość przepuszczania lodu; -umożliwiać regulowanie odpływu z wymaganą dokładnością, -stwarzać możliwość opróżniania zbiornika. Do regulacji odpływu służą: -przelewy powierzchniowe-są to urządzenia do przepuszczania wody „górą” przez wybrany fragment zapory lub zbocze doliny rzecznej; odprowadzenie wody przez przelewy możliwe jest tylko wtedy, gdy poziom wody w zb jest powyżej krawędzi przelewu. Urządzenia przelewowe wykorzystywane są w okresach powodziowych. -upusty (spusty)-są to przewody o zamkniętym przekroju prowadzące wodę z górnego do dolnego stanowiska budowli przechodzące przez korpus zapory lub zbocze doliny, do których wlot znajduje się poniżej poziomu wody w zbiorniku; najczęściej zlokalizowane są w najniższej części doliny rzecznej w przekroju zapory; -upusty denne wyposażone w zamknięcia nazywane zasuwami;-sztolnie hydroelektrowni -są to przewody zamknięte doprowadzające wodę do turbin hydrogeneratora. Zadania urządzeń upustowych: odprowadzenie pożądanego odpływu (wynikającego z zapotrzebowania na wodę) w war pożądanego odpływu (wynikającego z zapotrzebowania na wodę) w warunkach normalnej pracy zbiornika (poza okresami powodziowymi) oraz współdziałanie z przelewami przy przepuszczaniu fali powodziowej przez zbiornik. Przelewy powierzchniowe: -eksploatacyjne (z zamknięciami klapowymi, segmentowymi lub zasuwami umożliwiającymi sterowanie ilością odprowadzonej wody lub bez zamknięć działające automatycznie po przekroczeniu określonego stanu wody w zb); -pomocnicze i awaryjne stanowiące dodatkowe zabezpieczenia zapory przed przekroczeniem bezpiecznego dla stabilności zapory poziomu wody w zb. Krzywe charakterystyczne zb.A krzywa powierzchni zalewu F=F(h) określająca zależność powierzchni zwierciadła wody od stanu wody w zbiorniku; podstawą wyznaczenia tej krzywej jest mapa warstwicowa czaszy zbiornika; B krzywa pojemności zb. V=V(h) określająca zależność objętości wody zgromadzonej w zbiorniku od stanu wody w tym zbiorniku. Podstawą wyznaczenia tej krzywej jest krzywa powierzchni zalewu oraz zależności: Vi=Vi-1 +1/3(h1-hi-1)*(F1+Fi*Fi-1+Fi-1) C krzywa wydatku upustu dennego Qu=Qu(h,zu) określająca zależność wielkości odpływu przez upusty denne od stanu wody w zbiorniku (h) i stopnia otwarcia zasuwy (zu) D krzywa wydatku przelewu Q= Qp(h,z) określająca zależność wielkości odpływu przez przelew od stanu wody w zbiorniku (h) oraz stopnia otwarcia zamknięcia przelewu (zp). Polityka standardowa jest najprostszym, a zarazem najczęściej wykorzystanym w analizach wodno-gospodarczych planem dyspozytorskim dla realizacji zadania zaopatrzenia użytkowników w wodę jest polityka standardowa. Polityka stand. warunkowa jest modyfikacją polityki standardowej, w której uwzględnia się możliwość wyróżnienia 2 grup ważności użytkowników wody. Modyfikacja ta umożliwia zwiększenie stopnia realizacji potrzeb użytkowników ważniejszej grupy.
Polityka „n- dni” - umożliwia prowadzenie bardziej ostrożnej niż polityka standardowa gosp. zasobami wodnymi w okresach ich niedoboru. W polityce tej zakłada się, że zbiornik zaopatruje w wodę pojedynczego użytkownika lub zespół użytkowników, których potrzeby można przedstawić w postaci odpływu pożądanego (TP). Polityka sztywna polega na magazynowaniu w rezerwie powodziowej zbiornika nadwyżek dopływu (Q) ponad przepływ nieszkodliwy (Qdoz). Polityka ta jest skuteczna, gdy dysponuje się dostatecznie dużą objętością rezerwy powodziowej. Gosp. a sztywna stosowana jest przede wszystkim dla zbiorników zlokalizowanych na rzekach górskich, gdzie praktycznie nie możliwości uzyskania wiarygodnej prognozy z odpowiednim czasem wyprzedzania. Polityka półsztywna typ I jest modyfikacją polityki sztywnej pozwalającą zwiększyć prawdopodobieństwo obniżenia kulminacji fali powodziowej. Poli. półsztywna typ II jest modyfikacją polityki półsztywnej typu I, w której udowodniono dodatkowo, że w fazie napełnienia rezerwy kolejne dyspozycje odpływu (Ti)nie mogą być mniejsze od realizowanej poprzednio (Ti-1). Poli. półsztywna typ III - w polityce tej przy określeniu wskaźnika dyspozycji odpływu (WT) uwzględnia się prognozę objętości wody (PV), jaka dopłynie do zbiornika w ciągu najbliższych t godzin oraz stopień zapełnienia rezerwy powodziowej (stosunek objętości wolnej rezerwy powodziowej w danym kroku czasowym Rp do objętości wolnej rezerwy w chwili rozpoczęcia wezbrania Rp0): WT = (PV - Rp*αRp0)/(t*3600).