Akademia Rolnicza w Krakowie Wydział Inżynierii Środowiska i Geodezji Katedra Melioracji i Kształtowania Środowiska

Rok akademicki 2002 / 2003 Rok studiów IV Grupa VII

Projekt

odwodnienia rowami otwartymi

i drenowania użytków rolnych w gminie Olkusz,

miasto Olkusz, obiekt - dzielnica Mazaniec

Przyjął:

Dnia:

Ocena:

Wykonał: Aleksander Wirth

Sprawozdanie techniczne

do projektu odwodnienia rowami otwartymi i drenowania użytków rolnych w gminie Olkusz,

miasto Olkusz, dzielnica Mazaniec.

1. Wiadomości wstępne:

Projekt niniejszy sporządził Aleksander Wirth na zlecenie Akademii Rolniczej im. H. Kołłątaja w Krakowie, dla katedry Melioracji i Kształtowania Środowiska. Obejmuje on obszar leżący w dzielnicy Mazaniec, zlokalizowanej w południowo-zachodniej części miasta Olkusz, składający się z działek o nr ewid: 231, 235, 236, 237, 239, 240, 241, 242, 243, 245, obejmujący powierzchnię 147 000m², czyli 14,7ha. Dla obszaru tego i obszarów przyległych zdjęto szczegóły sytuacyjne. Ogólna powierzchnia ww. prac wynosiła 20,5ha. Dla wykonania projektu wykorzystano plan sytuacyjno-wysokościowy terenu objętego opracowaniem, a także ewidencyjną mapę glebowo-rolniczą miasta Olkusz, mapę średnich opadów z wielolecia i mapę podziału administracyjnego województwa małopolskiego. Wykorzystano też informacje zawarte w temacie projektu oraz w opracowaniu „Przydatność rolnicza gleb gminy Olkusz”. Prace związane z opracowaniem projektu rozpoczęto dnia 17.III.2003, a zakończono 23.V.2003.

2. Położenie terenu

Teren w którym wykonuje się projekt, leży w województwie małopolskim, w gminie Olkusz, miasto Olkusz, dzielnica Mazaniec. Jego odległość od najbliższej stacji kolejowej położonej w Olkuszu wynosi 3km, a od miasta wojewódzkiego Krakowa - 35km. Najbliżej położona terenu meliorowanego droga lokalna leży w odległości około 25m od strony zachodniej.

Teren meliorowany graniczy od północy z terenami budowlanymi, od wschodu i zachodu z gruntami ornymi, od południa natomiast z lasami państwowymi.

3. Warunki geognostyczne

Miasto i gmina Olkusz leżą w południowo-zachodniej części Polski, na pograniczu województw śląskiego i małopolskiego, na skraju Wyżyny Olkuskiej, będącej częścią Wyżyny Krakowsko-Częstochowskiej. Miasto rozwinęło się w niecce (365m n.p.m.) i na zboczach doliny wyżłobionej w jurajskich wapieniach przez rzekę Babę. Jego okolice charakteryzują się łagodnym, falistym układem wzniesień, przechodzących w północnej części w bogato rzeźbione, urozmaicone formy skałek i wzgórz jurajskich.

Teren meliorowany jest płaski, lekko pochylony na południowy-wschód. Z wykonanego dla miasta Olkusz studium spadków wynika, że spadki na jego terytorium wahają się od 0 do 13 stopni, a dla terenu meliorowanego od 0 do 1,6 stopni.

Gleby na terenie meliorowanym zaliczają się do dwóch typów:

- Gleby bielicowe i podbielicowe położone na lessach i utworach lessowatych zwykłych i ilastych.

- Gleby brunatne położone na lessach i utworach lessowatych zwykłych i ilastych.

4. Warunki hydrograficzne

Teren należy do zlewni rzeki Baby położonej w południowo-zachodniej części miasta Olkusz, która z kolei łączy się z rzeką Przemszą w Bukownie i razem wpadają do Wisły. Na meliorowany teren nie ma napływu obcych wód powierzchniowych i gruntowych. W chwili obecnej spływ wód powierzchniowych z tego terenu odbywa się w sposób naturalny powierzchniową warstwą gleby do drogowego rowu odwadniającego położonego ok. 18 m. na zachód od terenu meliorowanego. Rów ten leży wzdłuż drogi bezpośredniej obsługi pól o kierunku północ-południe i jest pochylony na południe. Łączy się on z rzeką Baba. Jest on przydatny do wykorzystania dla melioracji terenu objętego projektem ze względu na swoją trasę i nachylenie. Wymaga przy tym usunięcia pokrywającego jego dno mułu oraz poszerzenia i pogłębienia. Po tych zabiegach może służyć jako rów odpływowy odprowadzający wodę z drenów.

Przeciętne roczne opady na tym terenie wynoszą 631mm.

5. Potrzeba melioracji

Teren przeznaczony do melioracji jest okresowo podmokły i występują na nim objawy zabagnienia. Spowodowane jest to średnio-przepuszczalnym podłożem terenu objętego projektem. Opady atmosferyczne na gruntach średnio-zwięzłych wsiąkają powoli, długo utrzymując się blisko powierzchni. Stagnacja wody uniemożliwia dopływ powietrza do gleby i podglebia, powoduje to zamieranie bakterii tlenowych rozkładających związki azotowe pochodzenia roślinnego i zwierzęcego oraz bakterii rozwijających się na korzeniach roślin motylkowych czerpiących azot wprost z powietrza. Bakterie te wymagają do swojego rozwoju powietrza glebowego i ściśle określonej wilgotności gleby. W wypadku jej przekroczenia następuje ich zamieranie, a na ich miejsce pojawiają się bakterie z grupy beztlenowców, których kierunek działania jest przeciwny do działania tlenowców. Szczątki roślinne i zwierzęce wobec braku tlenu i odpowiednich bakterii nie ulegają zupełnemu rozkładowi i mineralizacji, lecz torfieją, przy czym powstają kwaśne związki humusowe, utrudniające lub nawet uniemożliwiające rozwój roślin uprawnych i traw szlachetnych.

Większość roślin uprawnych i drzew nie znosi wysokiego poziomu wody w glebie, unikają zanurzenia swych korzeni w wodzie i zakorzeniają się tylko w wierzchniej warstwie gleby, podglebie zaś z jego bogatymi zapasami wody i soli mineralnych pozostaje niewykorzystane. Składniki pokarmowe pobierane przez rośliny z gleby w postaci soli rozpuszczonych w wodzie, resztek obumierających jesienią roślin uprawnych, nawozów zwierzęcych i zielonych, rozkładanych na proste związki przez bakterie tlenowe i beztlenowe oraz z nawozów mineralnych nie mogą być przyswojone.

Nadmierna wilgotność gleby uniemożliwia uprawę lub znacznie ją opóźnia, a silne parowanie wilgotnej powierzchni obniża temperaturę gleby. Dodatkowo ze względu na rozmiękanie powierzchni gruntu pojawiają się utrudnienia w prowadzeniu zabiegów agrotechnicznych na jego powierzchni.

Jedynym racjonalnym sposobem obniżenia poziomu wody gruntowej na terenach o zwięzłym podłożu jest drenowanie. Szybkie odprowadzenie nadmiaru wody wolnej ze zwięzłej gleby na wiosnę przyspieszy rozpoczęcie pracy w polu i początek wegetacji.

Pomimo obniżenia zwierciadła wody gruntowej w glebach zwięźlejszych pozostaje nadal znaczna rezerwa wilgoci w postaci wody włoskowatej i błonkowatej, która może być pobierana przez rośliny.

Efektem prac melioracyjnych na tym terenie będzie całkowite usunięcie niedomagań gruntu drenowanego bez potrzeby budowy dodatkowych urządzeń.

6. Opis projektu

a) Obliczenia hydrologiczne wzorami empirycznymi wg Iszkowskiego.

Dane do projektu:

Wielkość zlewni:	A=1,47 [km²]
Konfiguracja terenu:	Pagórkowata
Roślinność:	Silna
Przepuszczalność zlewni:	Średnia
Roczna wysokość opadu:	P=631 [mm]
Współczynniki:
Cs=0,35	Teren pagórkowaty, niespadzisty
Cw=0,070	Teren pagórkowaty, niespadzisty, roślinność silna, przepuszczalność średnia (II)
υ=0,675	Grunt średnio przepuszczalny z silną roślinnością: (1,0+0,8)/2=0,9 korekta na wielkość zlewni - zlewnia <200 [km²] υ=0,9*0,75=0,675
m=24,874	Dla A<300 [km²], pogórze - z interpolacji: m=25-0,42*(25-22,3)/(10-1)=24,874

Oznaczenia:

A	-	Powierzchnia zlewni w km^2;
P	-	Średni opad roczny;
Cs	-	Współczynnik charakteryzujący rzeźbę terenu;
Cw	-	Współczynnik charakteryzujący rzeźbę terenu i przepuszczalność gleby przy obliczaniu przepływu najwyższego, przyjmowany na podstawie tzw. kategorii gruntu i zlewni;
υ	-	Współczynnik charakteryzujący rzeźbę terenu i przepuszczalność gleby;
m	-	Współczynnik charakteryzujący wielkość powierzchni zlewni

Obliczenia:

1. Teoretyczny przepływ absolutnie średni dla normalnego roku, służący do obliczenia właściwych przepływów:

Q_s=0,03171*C_s*P*A [m³/s]

Q_s=0,03171*0,35*0,631*1,47=0,0103 [m³/s]

2. Przepływ absolutnie najniższy:

Q₀=0,2*υ*Q_s [m³/s]

Q₀=0,2*0,675*0,0103=0,0014 [m³/s]

3. Przepływ najniższy doroczny:

Q₁=0,4*υ*Q_s [m³/s]

Q₁=0,4*0,675*0,0103=0,0028 [m³/s]

4. Przepływ średni normalny:

Q₂=0,7*υ*Q_s [m³/s]

Q₂=0,7*0,675*0,0103=0,0049 [m³/s]

5. Przepływ najwyższy, tzw. katastrofalny:

Q₄=C_w*m*P*A [m³/s]

Q₄=0,070*24,874*0,629*1,47=1,6099 [m³/s]

6. Przepływ doroczny wielki zimowy, dla terenów nizinnych:

Q_3L=0,4*Q₄ [m³/s]

Q_3L=0,4*1,6099=0,6440 [m³/s]

b) Obliczenia hydrauliczne:

Dane:

Rodzaj użytków: grunty orne, trwałe użytki zielone Szerokość rowu: b=0,5 [m] Projektowana głębokość rowu: h=1,3 [m] Nachylenie skarp: 1:1,5 => n=1,5 Rezerwa zależna od rodzaju użytków: s=0,3 Przepływ miarodajny: Qm=Q3L=0,6440 [m^3/s] Zakładam t - napełnienie rowu wodą: t=h-s=1 [m]

1. Obliczenie pola powierzchni przekroju poprzecznego:

F=b∙t+n∙t² [m²]

F=2,00 [m²]

2. Obliczenie obwodu zwilżonego:

O=b+2∙t∙√(n²+1) [m]

O=4,1 [m]

3. Obliczenie promienia hydraulicznego:

R=F/O [m]

R=0,49 [m]

4. Obliczenie współczynnika prędkości wzorem Kuttera lub wzorem Bazina:

	c=	100∙√R		c=	87∙√R
							m+√R			γ+√R

γ, m- współczynniki szorstkości koryta rowu, dla dobrze utrzymanego koryta:

	m=	1,5		γ=	1,2
		ck=		31,8			cb=	32,0

5. Obliczenie prędkości przepływu wody w rowie:

v=c∙√(R∙l_min) [m/s]

v=0,89 [m/s]

6. Obliczenie przepływu rzeczywistego (Q_obl.):

Q_obl=F∙v [m³ss]

Q_obl.=1,78 [m³/s]

Q_3L=0,64 [m³/s]

Różnica: 64,0% => wykonujemy obliczenia jeszcze raz, zmieniając przyjętą wielkość tak, aż otrzymamy wielkość przepływu obliczeniowego (Q_obl) najbardziej zbliżoną do wielkości przepływu miarodajnego (Q_m=Q_3L) i spełniającą warunek:

Q_m+5%Q_m>Q_obl>Q_m

Dane⁽¹⁾:

Szerokość rowu:

b=0,5 [m]

Głębokość rowu:

h=1,3 [m]

Nachylenie skarp:

1:1,5 => n=1,5

Rezerwa zależna od rodzaju użytków:

s=0,64

Przepływ doroczny wielki:

Q_3L=0,6440 [m³/s]

Zakładam t - napełnienie rowu wodą:

t=h-s=0,66 [m]

1. Obliczenie pola powierzchni przekroju poprzecznego:

F=b∙t+n∙t² [m²]

F=0,98 [m²]

2. Obliczenie obwodu zwilżonego:

O=b+2∙t∙√(n²+1) [m]

O=2,90 [m]

3. Obliczenie promienia hydraulicznego:

R=F/O [m]

R=0,34 [m]

4. Obliczenie współczynnika prędkości wzorem Kuttera lub wzorem Bazina:

	C=	100∙√R		c=	87∙√R
							m+√R			γ+√R

γ, m- współczynniki szorstkości koryta rowu, dla dobrze utrzymanego koryta

	m=	1,5		γ=	1,2
		ck=		28,04			cb=	28,49

5. Obliczenie prędkości przepływu wody w rowie:

v=c∙√(R∙l_min) [m/s]

v=0,67 [m/s]

6. Obliczenie przepływu rzeczywistego (Q_obl.):

Q_obl=F∙v [m³/s]

Q_obl=0,65 [m³/s]

Q_3L=0,64 [m³/s]

Różnica: 1,7% => założenia zostały spełnione i przechodzimy do dalszej części obliczeń:

c) Obliczenia dla doboru odpowiedniego typu ubezpieczenia koryta rowu.

1. Darniowanie na płask:

Wartość prędkości maksymalnej dla darniowania na płask: v_max=1,00 [m/s]

Współczynnik szorstkości dna: kanał ziemny zarośnięty trawą: m=2,00

Obliczenie wartości spadku granicznego dla maksymalnej wartości prędkości przy danym typie ubezpieczenia:




Obliczenia rozpoczynam od wstawienia v_max dla najsłabszego ubezpieczenia.

Ponieważ:

Q_m=F∙v_max [m³/s]

Po przekształceniu otrzymuję:

F=	Qm	[m^2]
			vmax

Skąd obliczam wielkość powierzchni F:

F=0,644 [m²]

Mając wcześniej ustalone wielkości b i n obliczam z równania kwadratowego:

n∙t²+b∙t=F

Wielkość napełnienia t dla danego rodzaju ubezpieczenia przy prędkości wody v_max, a następnie wielkość obwodu zwilżonego O, promień hydrauliczny i spadek graniczny:

t1=0,509 t2=-0,842

t=0,509; O=2,34; R=0,28; c=20,79 => Igr=0,84%

7. Konserwacja urządzeń melioracyjnych

Normalna konserwacja odarniowanych rowów polega na corocznym (zwykle jesienią lub na przednówku) usunięciu namułów i roślinności z dna, dwukrotnym w ciągu roku wykaszaniu traw ze skarp oraz na niezwłocznym poprawieniu wszelkich uszkodzeń przypadkowych lub spowodowanych przez wielkie wody. Mniejsze uszkodzenia skarp można usuwać przez darniowanie na płask, większe tylko darniowaniem na mur i płotkowaniem.

Naprawa zniszczonego rowu polega na:

• wyrzuceniu namuliska i przywróceniu początkowej niwelety oraz szerokości dna rowu,

• obustronnym opłotkowaniu skarp, uformowaniu dolnej części zniszczonych skarp z darni kładzionej na mur, za którą zasypuje się i ubija ziemię,

• uformowaniu przez nasyp górnej części skarpy rowu i odarniowaniu na płask,

• odbudowaniu zniszczonych obiektów lub uzupełnieniu pozostałych ściankami szczelnymi, sięgającymi w nienaruszony grunt skarp.

Konserwacja drenowania jest bardzo rzadka i wymagana jest praktycznie tylko przy uszkodzeniu drenów. Uszkodzenia takie są najczęściej wynikiem zarośnięcia rurociągów drenowych korzeniami drzew i roślin, zamulenie rurociągów związkami żelaza lub dostającym się przez styki drobnym piaskiem oraz uszkodzeniami mechanicznymi rurek.

Przy uszkodzeniach związanych z zarośnięciem rurociągów bądź zamuleniem związkami żelaza bardzo skutecznym sposobem jest czyszczenie za pomocą przeciąganego przez dreny druta. Poczynając od dołu uszkodzonego odcinka odkrywa się rurociąg co 10, 20m, wyjmuje się w tych miejscach jeden lub dwa dreny i przeciąga między sąsiednimi otworami drut rozbijając powstałe zatory. Działanie takie musi być jednak połączone z zabiegami zapobiegającymi powstawaniu podobnych zatorów w przyszłości.

Powstawanie zamuleń cząstkami podglebia związane jest z błędami w projekcie melioracji, przypadkowymi mechanicznymi uszkodzeniami lub wynikają z niestarannego wykonania. Niezbędne jest wtedy przełożenie zamulonego rurociągu lub jego fragmentu.

Kraków, dnia 23.V.2003

Aleksander Wirth

- 10 -

---