SZKOŁA ASPIRANTÓW PSP
W KRAKOWIE
PRACA ZALICZENIOWA Z TAKTYKI DZIAŁAŃ RATOWNICZYCH
TEMAT: „ZBIORNIKI RETENCYJNE”
WYKONALI: PROMOTOR:
kdt. Kozłowski Krzysztof st. kpt. mgr Marek Drążek
kdt. Kowal Andrzej
kdt. Krupa Andrzej
kdt. Nowak Artur
KRAKÓW 1996.10.31.
- 1 -
WSTĘP
Ulewne lub długotrwałe deszcze, roztopy wiosenne i zatory lodowe są przyczyną nadmiernych wezbrań. Powodują one, że wody rzek wylewają się z koryt i zalewają przyległe tereny, wskutek czego powstają poważne straty materialne.
W Polsce straty gospodarcze spowodowane są wyłącznie wylewami rzek w dorzeczu Odry i Wisły.
Przeprowadzona analiza przebiegu i skutków powodzi wykazała, że w kraju nie wszystkie rzeki są jednakowo pod tym względem groźne-największe zagrożenia występują na 33 rzekach o wysokim stopniu powodziowości. Przyjmując za kryterium wielkość powierzchni zalewanych obszarów oraz spowodowaną wysokość szkód gospodarczych podzielono te rzeki na III kategorie.
Do I kategorii zaliczono: Małą Wisłę, Wisłę, Sołę Skawę, Rabkę, Dunajec, Wisłokę, San, Wisłok, Narew, Bug, Odrę (woj. wrocławskie), Nysę Kłodzką, Wartę i Prosnę.
Do II kategorii zaliczone zostały: Poprad, Nida, Kamienna, Pilica, Radomka, Bzura, Łęg, Ropa, Odra (woj. opolskie) i Noteć.
Do kategorii III zaliczono: Bystrzycę, Kwisę, Bóbr, Nysę Łużycką, Liswartę, Parsętę i Regę.
Najpoważniejsze zagrożenia na terenie kraju koncentrują się głównie na karpackich dopływach Wisły, na Wiśle, Warcie i na niektórych odcinkach Odry. Do istniejących budowli przeciwpowodziowych należą przede wszystkim obwałowania oraz zbiorniki retencyjne, zlokalizowane w górnych
- 2 -
zlewniach Wisły i Odry. Objętość rezerwy powodziowej zbiorników retencyjnych ma istotny wpływ na zmniejszenie fali powodziowej.
Objętość zbiorników rstencyjnych w Polsce i ich skuteczna rezerwa powodziowa powinna wynosić ok. 600 mln m3.
- 3 -
1. ZBIORNIKI RETENCYJNE
Zbiorniki retencyjne - są to zbiorniki wód naturalnych utworzone na ciekach wodnych w wyniku przegrodzenia doliny cieku budową piętrzącą (zaporą).
Zbiorniki retencyjne przyjmują wodę w wypadku jej nadmiaru np. w wyniku powodzi, roztopów wiosennych i oddają ją w okresie jej braku np. w wyniku suszy, nawadniania łąk, podniesienia stanu wód w celach żeglugowych.
Rozróżniamy dwa rodzaje zbiorników retencyjnych:
napełniane stale,
suche - napełniane tylko w razie potrzeby.
Przeznaczenie zbiorników retencyjnych jest następujące:
- chronią tereny przybrzeżne dolin rzek przed ujemnymi skutkami powodzi, tzw. ZBIORNIKI POWODZIOWE - które służą głównie do zatrzymania fali powodziowej, która to na rzekach górskich i nizinnych przybiera różny charakter. Na rzekach górskich przybiera ona gwałtownie, a na rzekach nizinnych przybiera charakter bardziej łagodny. Fale powodziowe należy uchwycić na odcinkach górskich, ponieważ czas trwania powodzi jest tam krótszy niż na odcinkach nizinnych. Zlokalizowane na górskich dopływach rzek nizinnych zbiorniki retencyjne powodziowe lepiej łagodzą przebieg powodzi na całym odcinku dolnym.
- gwarantują odpowiednie głębokości żeglugowe na rzece na odcinkach płytkich przy jednoczesnym gromadzeniu wód w czasie wezbrań powodziowych, tzw. ZBIORNIKI ŻEGLUGOWO - POWODZIOWE - które podobnie jak zbiorniki powodziowe magazynują wodę w czasie wezbrań, ale w tym wypadku zrzut wody jest wykorzystywany w celu
- 4 -
poprawienia głębokości tranzytowych na rzece, na odcinkach przemiału utrudniającego normalne funkcjonowanie żeglugi.
Zbiorniki żeglugowe magazynują wody jedynie w czasie wezbrań sięgających ponad poziom wymagany w danym czasie przez żeglugę, a więc nie tylko wezbrania powodziowe, ponieważ zatrzymywana w nich jest również woda w sezonie martwym dla żeglugi. Nagromadzona w ten sposób woda w zbiorniku w okresie nawigacyjnym jest w miarę potrzeby zużytkowana na poprawienie głębokości tranzytowych, szczególnie w okresie niżówkowym.
Zbiorniki energetyczne dzielą się na szczytowe i wyrównawcze. W zbiornikach energetycznych szczytowych jest magazynowana woda w czasie, gdy elektrownia wodna na skutek małego zapotrzebowania na energię elektryczną zużywa niewielkie ilości wody. Nagromadzony w czasie zapas wody jest zużytkowywany na zwiększenie produkcji w czasie dużego zapotrzebowania na prąd, czyli w tzw. okresie szczytu. Pojemność zbiornika jest zależna od zainstalowanej mocy elektrowni, spadu, przepływu średnio-dobowego, a także od przebiegu pracy elektrowni w ciągu doby i w okresie szczytu jesienno-zimowego.
Zbiornik energetyczny wyrównawczy ma za zadanie przyjęcie nierównomiernego odpływu wody z elektrowni szczytowej i rozłożenie go na odpływ równomierny skierowany w dół rzeki.
Zbiorniki komunalno-przemysłowe mają na celu zmagazynowanie takich ilości wód, które pokrywałyby na bieżąco potrzeby wodne ludności miast i zakładów przemysłowych, przy uwzględnieniu nierównomierności rozbioru dobowego rocznego, a także w latach suchych i mokrych.
- 5 -
Zbiorniki rolnicze magazynują wodę w okresie pozawegetacyjnym w celu wykorzystania jej w okresie intensywnego rozwoju roślin dla potrzeb nawodnień rolniczych.
Zbiorniki wielozadaniowe mają za zadanie zaspokojenie potrzeb wielu konsumentów i użytkowników wody w sposób kompleksowy. Zbiorniki te mają zwykle bardzo dużą pojemność użytkową. Zaspokaja się z niej potrzeby wodne: gospodarki komunalnej, przemysłu, rolnictwa, żeglugi, energetyki itp.
Ogólna pojemność zbiornika oprócz pojemności użytkowanej musi być zwiększona o pojemność potrzebną do przyjęcia fali powodziowej oraz o pojemność przeznaczoną do gromadzenia się nanoszonego rumowiska rzecznego. Ilość magazynowanej wody w zbiorniku zależy od zasobności wodnej zlewni i możliwości zlokalizowania budowli w określonych warunkach terenowych. Potrzeby wodne natomiast narzuca gęstość zagospodarowania urbanistycznego, przemysłowego i rolniczego rozpatrywanej zlewni.
Projektując pojemność zbiornika retencyjnego wielozadaniowego należy uwzględnić zarówno rozbiory wody, jakie będą dokonywane w górnej części zlewni, tj. powyżej projektowanego zbiornika, jak też i te ilości wody, które będą przerzucane do odległych obszarów deficytowych w wodę. Przykładem takiego rozwiązania są zbiorniki kaskady Soły, z których woda jest doprowadzana kanałami i kolektorami do Bielska-Białej i do Górnośląskiego Okręgu Przemysłowego w rejonie Katowic.
Ekonomicznym i racjonalnym wykorzystaniem pojemności zbiornika retencyjnego jest możliwość przeznaczenia części rezerwy powodziowej do celów gospodarczych. W tym wypadku szczególne znaczenie ma prawidłowe prognozowanie parodniowe, które w dużym stopniu ułatwia właściwe sterowanie zapasem nagromadzonej wody w zbiorniku w czasie nadejścia fali powodziowej.
- 6 -
2. METODY GOSPODAROWANIA REZERWĄ POWODZIOWĄ
Najwyższe stany w rzekach wyrządzają największe straty gospodarcze, dlatego wykorzystywanie rezerwy powodziowej zbiornika retencyjnego polega na umiejętnym zatrzymaniu w nim samego szczytu fali powodziowej z jednoczesnym wypełnieniem całej wolnej rezerwy. Trudność gospodarowania rezerwą powodziową polega na tym, że w przeważającej ilości wypadków objętości fali powodziowej są dużo większe od dyspozycyjnych rezerw w zbiorniku retencyjnym. Kolejną trudnością jest brak danych prognostycznych co do kształtu fali, szczególnie w górnych biegach rzek i na potokach górskich, gdzie fala powodziowa formuje się zbyt gwałtownie; nie jest możliwe więc dokładne ustalenie prognozy przebiegu fali powodziowej. Dostatecznie dokładne przewidywanie kształtu fali powodziowej jest możliwe w środkowych i dolnych biegach rzek, dla których dysponuje się dostateczną ilością danych prognostycznych hydrologicznych i meteorologicznych. Dlatego na potokach górskich i w górnych biegach rzek stosuje się metody bardziej sztywne, oparte na z góry ustalonych przepisach, natomiast w dolnych i środkowych biegach rzek można stosować metody bardziej swobodne, poparte obliczeniami i obserwacjami co do wielkości spodziewanego spływu.
W Polsce, zależnie od charakteru rzek, stosuje się następujące metody gospodarowania rezerwą powodziową na zbiornikach retencyjnych: automatyczną, sztywną i półsztywną, przewidywanego dopływu i sterowania fali powodziowej.
- 7 -
Metodę automatyczną gospodarowania rezerwą powodziową stosuje się w górnych biegach potoków górskich, gdzie buduje się suche zbiorniki retencyjne o niewielkich pojemnościach, których zlewnia nie przekracza 100 km2 powierzchni. Metoda automatyczna polega na wykorzystaniu rezerwy fosforowanej otwartej, która przebiega w sposób niesterowany w czasie przeciążenia zbiornika warstwą przelewową. Zapora zamykająca zbiornik o wysokości kilku do kilkunastu metrów ma upusty denne stale otwarte o niewielkim świetle (2÷5m2).
Metoda przewidywanego dopływu oparta jest na wynikach prognozowania objętości fali powodziowej. Na podstawie sygnalizowanych przez służbę hydrologiczno-meteorologiczną ilości i natężenia opadów z całego dorzecza oraz na podstawie odpowiednich obliczeń przewiduje się objętości wód, jakie spłyną do zbiornika. Znając spodziewaną sumę dopływów i wielkości dysponowanej rezerwy przeciwpowodziowej można ustalić odpowiedni odpływ ze zbiornika, aby uchwycić szczyt fali i we właściwy sposób wypełnić rezerwę. Rezerwa powodziowa powinna być opróżniana natychmiast po przejściu fali powodziowej w celu przyjęcia następnej fali.
Metoda sterowania fali powodziowej w gospodarowaniu rezerwą powodziową polega na tym, żeby tak dysponować odpływem wody ze zbiornika retencyjnego i tak operować rezerwą powodziową, aby wpłynąć na zmniejszenie szczytu fali powodziowej na cieku głównym.
- 8 -
3. ZASADY GOSPODAROWANIA WODĄ NA ZBIORNIKACH RETENCYJNYCH
Gospodarka wodna na zbiornikach retencyjnych polega na właściwym rozrządzie przechwyconych wód dyspozycyjnych zlewni w odpowiednim czasie. W okresie niżówkowym nagromadzone wody z zbiorniku retencyjnym zapewniają w rzece poniżej zbiornika co najmniej minimalny przepływ gwarantowany, określony potrzebami gospodarczymi użytkowników z danego regionu wodno-gospodarczego. W okresie pojawienia się wód przyborowych i powodziach gospodarka na zbiorniku retencyjnym polega na zmniejszeniu fali powodziowej o różnym charakterze i we wszystkich możliwych sytuacjach powodziowych.
W czasie powodzi rozróżniamy następujące wody powodziowe:
- wody przyborowe - są to wody, których stan przekracza stan średni roczny, ale nie wyrządzają ona jeszcze szkód gospodarczych,
- wody powodziowe - są to wielkie wody, które są przyczyną powstania szkód gospodarczych,
- przepływ nieszkodliwy lub dozwolony - jest to taki przepływ, który jeszcze nie wyrządza szkód gospodarczych, ale wszystkie wyższe od niego będą przypływami szkodliwymi,
- przepływ wyjątkowo dopuszczalny - jest to przypływ większy od dozwolonego, powodujący z góry przewidziane szkody materialne.
W razie konieczności opróżnienia zbiornika retencyjnego powinno wypuszczać się odpływ, a w wyjątkowych tylko wypadkach decydować się na wypuszczenie ze zbiornika przepływu wyjątkowo dopuszczalnego.
- 9 -
W gospodarce wodnej zbiorników retencyjnych ważną rolę spełnia tzw. woda robocza - przez którą rozumie się max ilość wody, jaka zmieści się w przełyku turbin podczas spiętrzenia. Przepływ roboczy jest znacznie niższy od przepływu dozwolonego, a odpływy przekraczające wodę roboczą stanowią zrzut jałowy, czyli wody nie zużytkowane.