1.Wstęp teoretyczny.

Zbiorniki retencyjne ( zaporowe) - sztuczne zbiorniki wodne, których zadaniem jest magazynowanie wody w okresach jej nadmiaru w celu wykorzystania w innych okresach, charakteryzują się dużymi różnicami poziomów wody.

Rodzaje zbiorników retencyjnych:

• Przeciwpowodziowe - zatrzymujące wielkie wody i tym samym opóźniające ich odpływ, zmniejszając przez to niebezpieczeństwo powodzi poniżej zbiornika,

• Energetyczne - wykorzystujące nagromadzoną w zbiorniku wodę do produkcji energii elektrycznej,

• Komunalne - gromadzące wodę na potrzeby nawodnienia, głównie grawitacyjnego,

• Żeglugowe - zapewniające ciągłość żeglugi w okresie niskich stanów i gwarantujące dostateczną głębokość nurtu w przypadku występowania płycizn na przejściach między zakolami,

• Wyrównawcze - budowane poniżej zbiorników głównych (energetycznych) w celu wyrównania przepływu rzecznego poniżej,

• Suche - budowane na potokach górskich, napełniające się wodą w okresie wezbrania i stopniowo opróżniające się po przejście wezbrania,

• Przeciwrumowiskowe - budowane na potokach górskich i gromadzące rumosz skalny - przyczyniają się do zmniejszania spadku zwierciadła wody i siły strumienia.

Zadania zbiorników retencyjnych:

-ochrona przed powodzią terenów leżących w dolinie rzeki poniżej zapory,

-zaopatrzenie w wodę aglomeracji miejskich w okresach deficytowych,

-turystyka i wypoczynek,

-regulacja stosunków wodnych w terenie,

-produkcja energii elektrycznej,

-ochrona biologiczna rzek poprzez zwiększenie minimalnych przepływów w okresie suszy.

Oddziaływanie zbiorników zaporowych na środowisko.

Przegrodzenie rzeki zaporą, jazem czy inną budowlą piętrzącą oraz utworzenie jeziora zaporowego, pociąga za sobą najróżniejsze zmiany w układzie warunków naturalnych, zarówno powyżej jak i poniżej zapory.

Są to zmiany:

1. Hydrologiczne,

2. Hydrograficzne,

3. Hydrogeologiczne,

4. Klimatyczne,

5. Fito i zoo graficzne,

6. W użytkowaniu ziemi,

7. W zasiedleniu,

8. W infrastrukturze,

9. Krajobrazu oraz zagrożenie dla zabytków historycznych i miejsc eksploatacji.

Wielkość wpływu oraz ich charakter zależy głownie od naturalnych warunków danej rzeki oraz od zastosowanych rozwiązań hydrotechnicznych. Należy także dodać, że żadna działalność inżynierska nie wnosi tak wielu różnorodnych zmian w środowisku, jak budownictwo wodne.

1.Zmiany hydrologiczne

Najistotniejszą zmianą, wywołaną utworzeniem jeziora zaporowego jest możliwość regulowania przepływów na rzece, która uległa spiętrzeniu. W pewnych warunkach jest to bardo ważne, zwłaszcza w ciekach górskich, gdzie obserwuje się z reguły ogromne wahania miedzy skrajnymi przepływami w ciągu roku. Magazynowanie wody w jeziorze zaporowym, zależnie od ustroju hydrologicznego oraz potrzeb, umożliwia zmniejszenie tych różnic.

Na skutek regulacji, czyli wyrównania odpływu z jeziora zaporowego, można w rzece zmniejszyć wahania wieloletnie, roczne sezonowe, miesięczne, tygodniowe i dobowe.

Przy wyrównaniu wieloletnim dokonuje się przerzutów części odpływów pomiędzy latami suchymi a wilgotnymi. Przy wyrównaniu rocznym dokonuje się przerzutu części odpływu między wilgotną i suchą porą roku. Miesięczne, tygodnoiwe i dobowe wyrównanie zazwyczaj nie jest związane a warunkami naturalnymi w tych okresach, lecz z nierównomiernością pracy elektrowni wodnej.

Dzięki jeziorom zaporowym można było wyrównać odpływy w wielu rzekach świata. W roku 1970 stopień regulacji wynosił około 10% (1978 - około 15%).

Najkorzystniej jest, gdy jezioro zaporowe może magazynować kilkuletni odpływ rzeki, co pozwala łatwiej dysponować zasobem wodnym, a także skutecznie zwalczać niebezpieczeństwo powstania powodzi. W praktyce realizacja takiego przedsięwzięcia jest trudna z wielu względów, głownie na skutek trudności w znalezieniu odpowiednich „czasz” do gromadzenia dużej masy wody.

2.Zmiany hydrograficzne

Utworzenie zbiornika zaporowego może być związane z planowanym przerzutem wody z jednej rzeki do drugiej lub z jednej zlewni (dorzecza) do drugiej. Takie przedsięwzięcia są podejmowane w hydroenergetyce i można by je określić mianem ”ukierunkowanej bifurkacji”. Niekiedy przerzuty wody mogą być dokonywane w innych celach, np. zaopatrzenie.

3.Zmiany hydrogeologiczne

Istotnym i często niekorzystnym zjawiskiem wywołanym spiętrzeniem rzeki oraz utworzenie jeziora zaporowego, jest podniesienie się zwierciadła wód gruntowych w jego otoczeniu. Zjawisko to może pociągać za sobą zabagnienie lub podtopienie obszarów położonych poniżej poziomu piętrzenia (tzw. tereny depresyjne).

Podniesienie się poziomu wód gruntowych zależy od rzeźby strefy brzegowej, budowy geologicznej, a także wysokości piętrzenia i reżimu gospodarowania wodą tj. piętrzenia i spuszczania wody. Zasięg przestrzenny zmian i ich wielkość mogą być bardzo różne, nawet w poszczególnych miejscach tego samego zbiornika.

W obszarach nizinnych, gdzie doliny rzeczne mają z reguły dużą szerokość i gdzie często dominują luźne osady, podniesienie poziomu wód gruntowych może być znaczne i objąć obszar wielu kilometrów. W obszarach górskich, gdzie brzegi dolin rzecznych często budują lite skały, a układ poziomów wodonośnych jest skomplikowany, często nawet niezależny od wód w rzece, podpiętrzenie wód gruntowych może być małe lub nawet wcale nie występować.

Podniesienie się poziomu wód gruntowych pociąga za sobą rozmaite zabiegi, mające na celu ochronę terenów i poprawę nowo stworzonego układu stosunków wodnych, np. prze budowę obwałowań, kopanie systemu rowów odwadniających czy studni głębinowych.

Czasami jednak niewielkie podpiętrzenie wód gruntowych może być korzystne, gdyż zwiększa retencję wód gruntowych oraz wilgotność gleby. Umożliwia zmiany użytkowania terenów, np.. budowę stawów rybnych i hodowlę wikliny na terenach zalewowych. Na gruntach piaszczystych umożliwia zmianę mało wydajnych gruntów rolnych na intensywne eksploatowane użytki zielone. W środowisku leśnym zwiększa przyrost drzew.

Do zmian natury hydrogeologicznej należy też zaliczyć filtrację i ucieczkę wody z jeziora zaporowego. Ze względu na słabe rozpoznanie warunków hydrogeologicznych wokół jeziora zaporowego następuje ucieczka wody (z reguły jest ona większa niż liczono w projekcie), co może nie pozwolić na spiętrzenie wody do planowanej rzędnej.

4.Zmiany klimatyczne

Jezioro zaporowe może wywierać mniej lub bardziej wyraźny wpływ na klimat miejscowy. Wpływ taki nie jest jednak zbyt duży, co wykazują dość liczne obserwacje z różnych obszarów świata. Zmiany klimatu, w przypadku jeziora średniej i małej wielkości, Są dostrzegane w promieniu kilku kilometrów, natomiast wokół dużych zbiorników wodnych mogą sięgać do kilkunastu kilometrów.

Intensywność zmian klimatycznych, wywołanym utworzonym jeziorem zaporowym, zależy od wielu czynników, głownie od rzeźby otaczającego terenu, wielkości jeziora, przede wszystkim jego pojemności oraz rodzaju szaty roślinnej. Im wyższe są brzegi, tym szybciej zanika ten wpływ, a im większa jest masa retencjonowanej wody, tym dalej sięga jego oddziaływanie.

Zasadnicze zmiany wywołane w klimacie miejscowym, wywołane powstaniem jeziora, to zwiększenie bilansu promieniowania, osłabienie cech kontynentalizmu, a także zmian w cyrkulacji mas powietrza (m.in. pojawienie się wiatrów typu bryz morskich).

Na wiosnę jezioro zaporowe wywiera wpływ ochładzający na strefę brzegową, a w drugiej połowie lata i jesienią, aż do pojawienia się lodu, przez oddanie nagromadzonego ciepła, działa ocieplająco. Przymrozki jesienne nadchodzą później, zaś wiosenne przesuwają się na wczesne pory dnia.

Pod wpływem jeziora zaporowego w jego otoczeniu maleje kontynentalizm, co polega na mniejszej skrajności temperatur. Amplituda dobowa powietrza maleje, zmniejsza się też różnica między skrajnymi temperaturami miesięcznymi i rocznymi. Nawet niewielkie zbiorniki wodne są regulatorami termicznymi dla otoczenia.

Zwiększone parowanie z wolnej powierzchni z wolnej powoduje znaczny wzrost wilgotności, zarówno bezwzględnej, jak i względnej. Szczególnie dobrze uwidacznia się to w strefach suchych świata.

Utworzenie jeziora zaporowego zmienić może także ogólne warunki cyrkulacji mas powietrza. Sprzyja ono zwiększeniu się częstotliwości i szybkości wiatrów oraz zmniejszenie się liczby dni z ciszami.

Zmiany klimatyczne w otoczeniu jeziora zaporowego mogą być wywołane nie tylko bezpośrednio, wpływem nagromadzonej w zbiorniku masy wodnej, lecz także pośrednio, na skutek podniesienia się zwierciadła wody gruntowej. Także zaistniałe zmiany fitoekologiczne mogą pociągać za sobą dalsze zmiany klimatyczne, np. w cyrkulacji mas powietrza.

Zatrzymanie wody w zbiorniku wpływa dość istotnie na warunki termiczne wody w rzece. Na wiosnę i latem temperatura wody przepływającej przez jezioro zaporowe obniża się o kilka stopni. Jesienią i zimą jezioro wpływa ocieplająco na wodę rzeki.

5.Zmiany fito i zoogeograficzne

Powstanie jeziora zaporowego sprzyja rozwojowi fitoplanktonu, a także krzewieniu się roślinności wodnej i bagiennej. Ta druga zajmuje strefy brzegowe i obszar wokół końca cofki, gdzie zachodzą okresowe wahania poziomu wody w jeziorze i następuje osłabienie dna. Często obserwuje się nie tylko obfitość roślin błotnych i wodnych, lecz także pojawienie się nowych, uprzednio nie znanych gatunków.

Rozwój flory brzegowej i bagiennej pociąga za sobą rozmnażanie owadów błotnych - w szczególności komarów, będących roznosicielami zimnicy (malarii), a więc bezpośrednio zagraża zdrowiu.

Budowa zapory przyczynia się z jednej strony do wzrostu rybostanu, a z drugiej - ma niekorzystny wpływ na życie ryb wędrownych tj. troć, łosoś, węgorz. W celu umożliwienia wędrówki rybom budowane są rozmaite urządzenia techniczne i przepławki, podnośniki itp., ale jak wynika z obserwacji, ryby niechętnie korzystają z tych technicznych pomocy. Jak wykazały badania, przepławkami przepływa około 30% ryb wędrujących w górę rzeki. Z tej przyczyny do zachowania rybostanu w jeziorach zaporowych, niezbędne jest zakładanie stacji zarybieniowych.

We wstępnych badaniach przyrodniczych należy przewidzieć mogącą zaistnieć reakcję łańcuchową. Takie niepokojące zjawisko zaobserwowano po wybudowaniu zapory na Nilu i utworzeniu Jeziora Nessera. Zatopienie znacznych terenów doliny pociągnęło za sobą wyparcie na ląd wielkich mas pająków i gadów, natomiast w wodzie jeziora zaporowego pojawiły się nowe, dawniej nie znane, gatunki ryb drapieżnych, które masowo pożerały małe rybki, niegdyś żywiące się komarami. Tym sposobem nastąpiło groźne rozplenienie się tych owadów.

Innym przykładem „zdalnego oddziaływania” zapory i jeziora zaporowego jest zubożenie rybostanu morskiego w rejonie ujścia rzeki, którą przegrodzona. Jest to spowodowane wzrostem zasolenia wskutek zmniejszenia się dopływu wody słodkiej.

Budowa zapór w obszarach gorących, gdzie zachowały się dotychczas pierwotne lasy i fauna, musi być poprzedzona przeniesieniem zwierząt z terenów przewidzianych pod zalew.

6.Zmiany w użytkowaniu ziemi.

Utworzenie jeziora zaporowego przez zatopienie doliny rzeki, gdzie bardzo często koncentrują się uprawy (zwłaszcza w obszarach zwrotnikowych), pociąga za sobą wyłączenie z użytkowania rolniczego. W zależności od wielkości zalewu, wywołanego utworzeniem jeziora, Straty mogą być różne. Na ogół, w przypadku jezior tworzonych w górach, straty te są znacznie mniejsze niż przy jeziorach niżowych. Jednak przy jeziorach górskich należy liczyć się często ze stratami obszarów leśnych. W wielu jednak przypadkach, cenne tereny rolnicze chronione są przez budowanie obwałowań.

Oprócz strat bezpośrednich, wywołanych zalaniem terenów rolniczych i leśnych, występują również nikiedy znaczne straty pośrednie, wywołane podniesieniem się poziomu wód gruntowych, o czym była mowa już poprzednio.

7.Zmiany w zasiedleniu

Wytworzenie jeziora zaporowego pociąga za sobą niekiedy konieczność przesiedlenia ludności, która zamieszkiwała tereny doliny zamienionej w jezioro. Jeśli chodzi o wielkie zalewy, liczba przesiedlonych ludzi może być znaczna. Tylko w nielicznych przypadkach, przy małej gęstości zaludnienia, mają one ograniczony zakres.

Nierzadko dla potrzeb przesiedlanej ludności należy budować nie tylko wsie i osiedla, ale nawet całe miasta. Poza tym konieczna jest ochrona terenów znajdujących się w pobliżu jezior zaporowych. Te inwestycje wymagają zazwyczaj znacznych nakładów finansowych, prowadzenia dużego frontu robót, a także uzyskania nowych terenów uprawnych dla ludności rolniczej.

8.Zmiany w infrastrukturze

Utworzenie jeziora zaporowego może pociągnąć niekiedy likwidację dróg biegnących doliną rzeki, która uległa spiętrzeniu. Z reguły, występuje to w terenach górskich, gdzie doliny stanowią główne ciągi komunikacyjne. W miejsce likwidowanej drogi konieczna jest budowa nowych połączeń. Niejednokrotnie jest to przedsięwzięcie kosztowne i trudne technicznie, ponieważ nowa droga musi być prowadzona zboczami lub tworzy długi objazd.

W przypadku pozostawienia dróg, kolei, mostów czy rurociągów w sąsiedztwie utworzonego jeziora, wymaga to dużego zakresu robót zabezpieczających.

9.Zmiany krajobrazu i zagrożenie zabytków historycznych i miejsc eksploatacji.

W niektórych warunkach utworzenie jeziora zaporowego może pociągnąć za sobą utratę lub zagrożenie zabytków architektonicznych i historycznych, które należy uratować dla potomności. Są to najczęściej różnego rodzaju świątynie i zamki. Zachowanie i ochrona tych zabytków wiąże się z budową obwałowań, wykonaniem zabezpieczeń, a czasami przeniesieniem w bezpieczne miejsce, co jest bardzo kosztowne i niekiedy trwa kilka lat.

W wielu krajach dużą uwagę przywiązuję się do ochrony krajobrazu na brzegach jeziora zaporowego. Takimi przykładami mogą być kaskady Dunaju, Rodany, Drewy i wielu innych.

Budowa zapory zwłaszcza betonowej, może istotnie pociągnąć za sobą zeszpecenie lokalnego krajobrazu doliny, toteż w tych krajach, które dbają o piękno krajobrazu stosuje się różne zabiegi techniczne (np. odpowiednie kształty korpusu), mające na celu zmniejszenie do minimum tego niepożądanego efektu.

Zapory ziemne lub z narzutu kamiennego na ogół nie przyczyniają się do zeszpecenia krajobrazu, tym niemniej i tutaj należy z dużą troską podchodzić do formowania samej budowli, Zwłaszcza od strony odpowietrzanej. Dobre efekty przynosi obsiewanie trawą zapór ziemnych i wykonanie tzw. ławeczek na bokach.

Również ochronie podlegają złoża mineralne, punkty eksploatacji kopalin, źródeł mineralnych itp., znajdujących się w sąsiedztwie jezior zaporowych. W przypadku zatopienia źródeł mineralnych położonych na obszarze jeziora trzeba wykonać ich ujęcie wyżej.

Koszty wydatkowane na ochronę zabytków kultury, terenów rolniczych, lasów, a także złóż mineralnych, są bardzo wysokie i nierzadko sięgają 1/3 całości kosztów inwestycji.

2.Wykonanie ćwiczenia i obliczenia.

Na mapie wybrałem miejsce z pomocą prowadzącego, gdzie najlepiej wybudować zaporę (wąska dolina o dużym spadku stoków), następnie mieliśmy wybrać 5 warstwic, które określają granice zalewu zbiornika retencyjnego. Po konsultacji z prowadzącym zajęcia, wybrałem 4 ponieważ 5 (piąta) warstwica wychodziła poza obszar mapy. Zmierzyłem kolejno ich powierzchnie planimetrem według podanych wzorów obliczyłem pojemność zbiornika.

Obliczenia przedstawiono w tabeli nr 1.

Gdzie:

V- pojemność zbiornika w m³,

Ai- powierzchnia ograniczona warstwicami oraz korpusem zapory w km²,

Δhi- różnica wysokości pomiędzy warstwicami w km [10m = 0.01km].

Tabela nr 1.

H [m n.p.m.]	Ai [km^2]	Vi [km^3]	Vi [hm^3]
460	0	0	0
470	0.052	0.000173	0.173
480	0.136	0.001113	1.113
490	0.221	0.002898	2.898
500	0.381	0.005908	5.908

[km³]

[km³]

[km³]

[km³]

Pojemność całkowita mojego zbiornika retencyjnego wynosi:

V= 0.005908 [km³] = 5908000 [m³] = 5.908 [hm³]

1hm³ - hektometr sześcienny = 1000000 m³.

---