SWOJĄ PRACĘ OCENIAM NA 3,5, WIĘC LEPIEJ NAUCZCIE SIĘ TEGO DOBRZE :)

1. PROBLEMY, KTÓRYMI ZAJMUJE SIĘ INŻYNIERIA WODNA

1. regulacja rzek i potoków

2. ochrona zlewni przed powodzią

3. budowle hydrotechniczne: zapory, tamy, jazy, stopnie wodne i piętrzące

4. umocnienie dna i brzegów rzeki

5. budowa kanałów i śluz

6. przepławki

7. kanały ulgi

8. charakterystyka hydrauliczna i hydrologiczna

9. ujęcia wody

10. mała retencja

2. BUDOWLE PIĘTRZĄCE I JEZIORA ZAPOROWE

ZAPORY ZIEMNE

1. jednorodna zapora filtracyjna

• stały poziom piętrzenia

• stałe warunki filtracji - ustabilizowana filtracja - krzywa depresji

• konieczność montowania drenażu

• konieczność montowania ekranów szczelnych

2. wał przeciwpowodziowy --> [Author:P]

3. zapora z rdzeniem iłowym

• rdzeń hamuje filtrację wody

4. ZBIORNIK RETENCYJNY - funkcje

• wyrównywanie przepływu

• zatrzymywanie fali powodziowej

• podtrzymanie poziomu żeglugowego w rzece

• hydroenergetyczna

• napowietrzanie strumienia w rzece

• rozwój rybactwa i wędkarstwa

• turystyka

• oczyszczająco - przeczyszczjąca

ZAPORY BETONOWE

1. ciężkie (grawitacyjne)

• obciążenia przenoszone są przez dno doliny

• podstawowy warunek stateczności: B/H ≥ 0,7, tzn. iloraz wysokości teoretycznej do szerokości podstawy

2. lekkie łukowe

• cienkościenne

• do budowy potrzebne jest mało materiału

• obciążenia przenoszone są przez ściany doliny

• kształt doliny V-kształtny

• jazy progowe

• spiętrzają wodę na cele jej ujęcia

• jazy z zamknięciem ruchomym

• prowadzenie gospodarki wodnej

1. jazy ze spustem dennym

2. wpływają na zmianę stosunków wodnych

3. głównymi powodami wznoszenia budowli wodnych są

• wykorzystanie energii wodnej

• zapewnienie stałej żeglowności szlaków wodnych

• ograniczenie gwałtownych przyborów wody (przyczyna powodzi zwłaszcza w okresach wiosennych)

• walka z ruchem rumowiska

• budowa ujęć wody pitnej oraz wód przemysłowych

• odprowadzanie i oczyszczanie ścieków

• walka z erozją

5. wszystkie budowle hydrotechniczne dzielimy na dwie kategorie :

• budowle nie powodujące piętrzenia wody

• ostrogi (umacnianie najczęściej brzegów wypukłych),

• tamy podłużne z poprzeczkami lub bez,

• opaski

• wały

• budowle piętrzące wodę

• jazy

• zapory

5. Podstawowym materiałem używanym do budowy są kamienie, ziemia, faszyna, drewno, beton, stal, żelbeton, siatkobeton.

6. zwiększenie zasobów wodnych

7. gospodarcze wykorzystanie zmagazynowanej wody

8. wpływają na kształtowanie się fali wezbraniowej

9. tworzą nowe, atrakcyjne warunki abiotyczne (otwarte powierzchnie wodne, obszary o nadmiernym uwilgotnieniu)

10. stwarzają możliwości rozwoju rekreacji i turystyki

11. spełniają liczne i różnorodne funkcje gospodarcze

12. korzystnie wpływają na jakość wody odpływającej ze zlewni

3. WYKORZYSTANIE ENERGETYCZNE ZASOBÓW WODNYCH

1. Moc elektrowni wodnej: N = g * Q *H *  [kW]

2. MEW i EW

3. elektrownie wodne w Polsce można budować na: Podkarpaciu, Pomożu i Mazurach

RODZAJE TURBIN

4. reakcyjne

• kaplana: niskie i średnie stany wody, wygląda tak jak śruba okrętowa, posiada od 4 do 9 łopatek z regulowanym kontem natarcia, pracuje na parcie i na ssanie !, sprawność 95%

5. akcyjne

• peltona: posiada o 1 do 4 dysz, łopatki są tak ukształtowane aby woda jak najszybciej je opuściła („ślad gołego tyłka odciśniętego na mokrym morskim piasku” - Szamowski :), położenie turbiny zawsze nad poziomem wody dolnej - stąd wynikają główne straty, sprawność powyżej 90 %

6. rewersyjne

• francis'a: najbardziej uniwersalna, nie stosuje się jej do dużych spadków, może pracować jako pompa !!!! (zastosowanie w elektrowniach szczytowo-pompowych)

TYPY ELEKTROWNI

7. przepływowe

• najprostrza budowa

• pracuje przede wszystkim jako MEW

• wymaga małych nakładów finansowych

• woda napędzająca turbinę pochodzi z ujęcia brzegowego położonego w górze rzeki nad MEW

• zbiornikowe

• przy zbiornikach retencyjnych

• pracują tylko w szczycie zapotrzebowania mocy elektrycznej

9. szczytowo-pompowe

• gigantyczny akumulator prądu elektrycznego !!!

• w szczycie pracują jako EW

• w szczycie turbiny zasilane ze zbiornika górnego

• poza szczytem woda jest pompowana ze zbiornika dolnego do górnego

• sprawność cyklu 76 %

• elektrownie szczytowo-pompowe w kaskadzie zwartej zasilane przez wiatraki (autorski pomysł Szamowskiego :) - najlepsze rozwiązanie dla Polski !!

• energia wiatru zamieniana w sposób bezpośredni na energię potencjalną wody podnoszonej do góry

• w szczycie spracowuje się warstwę energetyczną

4. DEFINICJA I ZASADA DZIAŁANIA ŚLUZY ŻEGLUGOWEJ

1. element hydrotechnicznej budowli piętrzącej

2. umożliwia łączność między obszarami wodnymi o różnych poziomach wody

3. zawiera jedną lub kilka komór śluzowych, ograniczonych zarówno od strony niższego, jak i wyższego poziomu wody ruchomymi zamknięciami (tzw. wrotami śluzowymi

4. budowane są głównie przy jazach i zaporach

5. CELE, SPOSOBY I SUTKI REGULACJI RZEK

CELE

1. powstrzymanie szkód wywoływanych wodami płynącymi

• powodzie

• erozja boczna (rozmywanie brzegów, zabieranie gruntu)

2. zwiększenie użyteczności rzek i potoków

• wytworzenie odpowiednich głębokości w korycie dla celów żeglugi, rybołóstwa, kąpielisk, rekreacji i wypoczynku

3. ochrona nabrzeżnych gruntów przed zalewaniem, szczególnie w okresie wegetacji

4. regulacja odpowiedniego poziomu wód gruntowych

5. funkcja głównego odbiornika w systemie odwadniającym lub głównego dopowadzalnika w systemie nawodnieniowym

6. uzyskanie nowych terenów ze starorzeczy

7. wykorzystanie energii wodnej do produkcji prądu

8. opóźnienie odpływu powierzchniowego (zbiorniki retencyjne)

SPOSOBY

1. zwarcie koryta - zwężenie i pogłębienie

2. budowa stopni wodnych ze śluzami

3. budowa portów i marin

4. tworzenie trwałych i regularnych brzegów

5. budowa tam podłużnych i poprzecznych (ostróg)

6. tworzenie zbiorników retencyjnych

7. zalesianie zlewni

8. budowa kanałów ulgi

9. obwałowywanie

SKUTKI

1. ścięcie fali powodziowej

2. możliwość wykorzystania wody na cele EW

3. swobodne przejście kry

4. oczyszczanie wody przez zbiorniki retencyjne

5. utrzymanie stałego poziomu piętrzenia

6. żeglowność

7. turystyka

8. transport rzeczny

6. SPOSOBY OCHRONY PRZED POWODZIĄ

CZYNNA OCHRONA PRZECIWPOWODZIOWA

1. zbiorniki retencyjne

2. zbiorniki suche z zamknięciami

3. poldery z zamknięciami

4. jeziora z urządzeniami umożliwiającymi ich nadpiętrzenie

5. zbiorniki przepływowe z wyrównaniem dobowym

6. zbiorniki wyrównawcze

7. kanały ulgi z zamknięciami

8. lodołamacze

9. materiały wybuchowe

10. worki z plastikiem itp.

11. urządzenia do transportu i wbudowywania materiałów budowlanych

12. organizowanie działalności ludzi przyczyniające się do ograniczenia skutków powodzi

13. poldery - jest to pewna odmiana zbiorników suchych, są budowane na rzekach obwałowanych, na obszarach dolin rzecznych, odciętych od rzek wałami przeciwpowodziowymi; zadaniem polderów jest obniżenie szczytów fal i lepsze rozłożenie przepływów w czasie wezbrań

BIERNA OCHRONA PRZECIWPOWODZIOWA

(Bierną ochronę przed powodzią dają obiekty gospodarki wodnej, które chronią pewne tereny przez sam fakt swego istnienia)

1. wały przeciwpowodziowe

2. poldery nie sterowane (bez zamknięć)

3. zbiorniki suche bez zamknięć

4. kanały ulgi bez zamknięć

5. rzeki uregulowane

Do zmniejszenia negatywnych skutków powodzi przyczyniają się też jeziora, bagna i rozlewiska, zwiększające tzw. retencję terenową, która w sposób istotny wpływa na zmniejszenie wysokości fal powodziowych.

7. JAZY Z ZAMKNIĘCIAMI (RUCHOME)

1. budowla hydrotechniczna spiętrzająca wodę ponad poziom średni,

2. zazwyczaj żelbetowa,

3. wznoszona w poprzek koryta rzeki,

4. w celu zapewnienia jej żeglowności w okresach niskiego stanu wody, stworzenia dogodnego ujęcia wody do celów komunalnych, przemysłowych, energetycznych itp., odpowiedniego nawilgocenia gleby przez podniesienie poziomu wody gruntowej itp.

5. W zależności od rodzaju konstrukcji rozróżnia się jazy stałe - bez jakichkolwiek zamknięć (ruchomych odcinków piętrzących) oraz jazy ruchome - z zamknięciami w postaci, zasuw itp.



Schematy zamknięć jazów: a) belkowe, b) zastawkowe i zasuwowe, c) i d) kozłowe, e) segmentowe, f) walcowe, g) i h) sektorowe, i) dachowe, j) i k) klapowe, l) zastrzałowe, m) pływające

8. ZABEZPIECZENIE PODŁOŻA BUDOWLI PIĘTRZĄCEJ PRZED FILTRACJĄ

9. FUNKCJE ZBIORNIKÓW RETENCYJNYCH (ZAPOROWYCH)

Retencyjny zbiornik, jezioro zaporowe, sztuczne jezioro, akwen utworzony przez człowieka, sztuczny obiekt wodny, powstały wskutek przegrodzenia doliny rzecznej zaporą lub przez podpiętrzenie jeziora.

Zbiorniki retencyjne nizinne charakteryzują się zazwyczaj znaczną powierzchnią i niewielką głębokością, górskie zaś - małą powierzchnią, ale dużą głębokość. Głównym celem zbiornika retencyjnego jest wyrównanie odpływu rzecznego i zgromadzenie wody w okresach jej nadmiaru (retencja), w celu wykorzystania w czasie niedoboru.  




Ze względu na przeznaczenie wyróżnia się zbiorniki retencyjne: przeciwpowodziowe (ochrona dolin rzek przed powodzią poprzez zatrzymanie wód powodziowych w zbiorniku), energetyczne (wykorzystanie spiętrzenia wód do napędzania turbin elektrowni wodnej), żeglugowe (zapewnienie odpowiedniej głębokości rzeki do żeglugi), komunalno-przemysłowe (magazynowanie wody pitnej i do celów przemysłowych dla ośrodków miejskich) i wielozadaniowe.

Podstawowym parametrem zbiornika retencyjnego jest pojemność, przy czym wyróżnia się pojemność całkowitą i użytkową, czyli taką, którą można wykorzystać do celów gospodarczych.

FUNKCJE

1. ograniczenie niszczących skutków powodzi

2. znaczny wzrost produkcji energii w elektrowniach wodnych

3. zwiększenie możliwości nawadniania użytków wodnych i dostarczania wody do miast

4. powstanie nowych rejonów turystycznych

5. poprawa spławności rzek

6. rozwój rybołówstwa śródlądowego

7. regulacja rzek i potoków

Najważniejsze zbiorniki sztuczne

Po II wojnie światowej uruchomiono tylko 20 dużych zbiorników retencyjnych. Największe z nich to:

• Solina na Sanie - 472 mln m³

• Włocławek na Wiśle - 408 mln m³

• Jeziorsko na Warcie - 203 mln m³

• Rożnów na Dunajcu,

• Goczałkowice na Wiśle,

• Otmuchów na Nysie,

• Sulejów na Pilicy,

• Turawa na Małej Panwi,

• Dębe na Narwi .

System dużych zbiorników wodnych powinien być uzupełniany tzw. małą retencją, chodzi o renowację młynówek i magazynowanie wód we wnękach terenowych nie dających się do rolniczego zagospodarowania.

10. RODZAJE ZAPÓR

Zapora wodna, budowla hydrotechniczna (H>15m) w postaci wału lub muru przegradzającego w poprzek koryto rzeki. Zapory wodne wznosi się w celu utworzenia zbiorników retencyjnych. Klasyfikuje się je wg: materiału, z którego są zbudowane (ziemne, betonowe) i położenia względem zbiornika (czołowe i boczne). Parametry charakteryzujące zaporę wodną to: długość, wysokość i objętość.



Typowy przekrój zapory czołowej

ZAPORY ZIEMNE

1. jednorodna zapora filtracyjna

• stały poziom piętrzenia

• stałe warunki filtracji - ustabilizowana filtracja - krzywa depresji

• konieczność montowania drenażu

• konieczność montowania ekranów szczelnych

2. zapora z rdzeniem iłowym

• rdzeń hamuje filtrację wody

3. ZBIORNIK RETENCYJNY - funkcje

• wyrównywanie przepływu

• zatrzymywanie fali powodziowej

• podtrzymanie poziomu żeglugowego w rzece

• hydroenergetyczna

• napowietrzanie strumienia w rzece

• rozwój rybactwa i wędkarstwa

• turystyka

• oczyszczająco - przeczyszczjąca

ZAPORY BETONOWE

5. ciężkie (grawitacyjne)

• obciążenia przenoszone są przez dno doliny

• podstawowy warunek stateczności: B/H ≥ 0,7, tzn. iloraz wysokości teoretycznej do szerokości podstawy

6. lekkie łukowe

• cienkościenne

• do budowy potrzebne jest mało materiału

• obciążenia przenoszone są przez ściany doliny

• kształt doliny V-kształtny

11. SPOSOBBY I CELE USZCZELNIANIA PODŁOŻA POD BUDOWLAMI PIĘTRZĄCYMI

12. DODATKOWE POJĘCIA MOGĄCE SIĘ PRZYDAĆ NA EGZAMINIE

Zlewnia to obszar z którego woda spływa do jednego odbiornika, rzeki bądź jeziora. W przypadku gdy zlewnia obejmuje cały system rzeczny a więc rzekę główną wraz z jej dopływami, pojęcie zlewni równoznaczne jest z dorzeczem.

Granicę zlewni stanowi dział wodny, rozdziela on kierunki odpływu wód do dwóch różnych systemów wodnych. W związku ze sposobem odpływu wody ze zlewni mówimy o dziale wodnym powierzchniowym i podziemnym.

W zależności od formy odpływu wody wyróżnia się:

• zlewnię powierzchniową (topograficzną)

• zlewnię podziemną (hydrologiczną)

w związku z tym mówiąc o zlewni, należy brać pod uwagę zarówno wody powierzchniowe jak i wody podziemne.

Dorzecze to obszar, z którego woda spływa do jednego systemu rzecznego.

Obszary dotknięte deficytem wody

• Górnośląski Okręg Przemysłowy

• Wyżyna Kielecko-Sandomierska

• Wyżyna Łódzka

• Nizina Wielkopolska i Kujawy,

• Roztocze i Wyżyna Lubelska,

Nadwyżki wody w Polsce

• Karpaty i Podkarpacie,

• Pojezierze Pomorskie i Warmia,

• Środkowe Sudety,

• Obszary w dolinach większych rzek.

Kanalizacja rzeki, zagospodarowanie biegu rzeki przez regulację jej koryta, budowę stopni wodnych itp. umożliwiające wykorzystanie jej do celów żeglugowych, energetycznych, przemysłowych, irygacyjnych itp.

Ostroga regulacyjna, główka, rodzaj mechanicznej regulacji cieku, w formie kamiennego lub faszynowego wału, poprzecznego do biegu potoku. Ostroga regulacyjna służy do ochrony brzegu przed podmywaniem poprzez odepchnięcie nurtu w kierunku osi doliny.

Powódź, zalanie przez wodę terenów, zazwyczaj nadbrzeżnych, powodujące szkody gosp. i społ., klęska żywiołowa; przyczyną p. są najczęściej obfite i długotrwałe opady deszczu (p. opadowa) lub nagły spływ wód roztopowych (p. roztopowa).

Regulacja rzeki, regulacja cieku, prace hydrotechniczne powodujące zmianę profilu poprzecznego i podłużnego wybranego odcinka rzeki w celu polepszenia i ujednolicenia spływu wody, lodu i rumowiska rzecznego. 
Najczęściej regulacja rzeki polega na budowie obwałowań, tam, ostróg regulacyjnych. Służy zabezpieczeniu terenów wzdłuż rzeki przed powodzią, melioracji użytków rolnych, ułatwia budowę ujęć wody. Często regulacja rzeki poprzedza kanalizację rzeki.

Retencja wodna, naturalne zjawisko okresowego magazynowania wody opadowej, opóźniające jej odpływ z danego terenu.
Rozróżnia się: retencję wodną powierzchniową, czyli zatrzymanie wody w dolinach rzek, jeziorach, zbiornikach retencyjnych, bagnach, a także w postaci lodu i śniegu, oraz retencję wodną podziemną, czyli występującą w skałach podłoża, gdzie tworzą się zbiorniki wody podziemnej, które sprzyjają powstawaniu wód mineralnych, gdyż woda uwięziona w podłożu, często przez wiele lat, podlega mineralizacji, rozpuszczając skały, w których krąży.
Retencja wodna jest ważnym elementem w gospodarce wodnej. Współczesne działania człowieka, np. nadmierne wycinanie lasów powodują zmniejszenie retencji wodnej, co wywołuje niekorzystne skutki, jak wzrost zagrożenia powodziowego.

Stopień wodny,

1) różnica poziomów wody w cieku wodnym wywołana spiętrzeniem wody (np. zaporą na rzece);

2) zespół budowli hydrotechnicznych na rzece (np. zapora i utworzony przy niej zbiornik wodny, jaz, śluza żeglugowa), umożliwiających realizację zadań energetycznych, komunalnych, rolniczych, transportowych itp.

Tama, grobla, niewielka budowla hydrotechniczna, obwałowanie ziemne utworzone w celu zahamowania rozlewającej się wody lub ścieków. Tamy budowane są np. przy kopalniach, przy zbiornikach flotacyjnych (flotacja), przy osuszaniu części akwenów morskich i tworzeniu polderów.

Najdłuższa tama zbiornika kopalnianego znajduje się w Arizonie (USA) - New Cornelia Tailings (30 km). Najwyższa jest Victoria Tailings w Nevadzie (USA) - 32 m. Tama ma mniejsze rozmiary i inne przeznaczenie niż zapora.

Upust, budowla hydrotechniczna umożliwiająca odpływ nadmiaru wód ze zbiornika lub przepuszczanie wód spiętrzonych. Zależnie od przeznaczenia rozróżnia się następujące rodzaje upustów: jazy, spusty, przelewy i śluzy.



Poglądowy rysunek prostego upustu

BUDOWLE NIE POWODUJĄCE PIĘTRZENIA

Budowle regulacyjne: ostrogi, tamy podłużne z poprzeczkami lub bez, opaski i wały. Podstawowym materiałem używanym do budowy są kamienie, ziemia, faszyna, drewno, beton, stal, żelbeton, siatkobeton.

Ostrogi - umacnia się nimi najczęściej brzegi wypukłe, ponieważ występuje tam stosunkowo małe wymywanie, budowane są najczęściej z elementów faszynowych i obciążane narzutem z kamienia.

Tamy podłużne - spotkać je można głównie na brzegach wklęsłych; ich zadaniem jest kierowanie nurtu w pożądanym kierunku; z czasem przestrzeń między tamą a brzegiem ulega zamuleniu; aby ten proces przyspieszyć stosuje się tzw. Poprzeczki oraz przerwy w tamie, co umożliwia ruch rumowiska; po zalądowieniu tama staje się opaską brzegową .

BUDOWLE PIĘTRZĄCE

Budowle piętrzące to przede wszystkim jazy i zapory . Jazy spiętrzające wodę dzielą się na stałe i ruchome. Ruchome pozwalają na opuszczanie lub podnoszenie części ruchomych, przez co istnieje możliwość regulacji spiętrzenia.

Ze względu na stabilność całego urządzenia najważniejsze jest podłoże i umocnienie dolne jazu. Części te zabezpieczają jaz przed podmyciem co mogłoby doprowadzić do przewrócenia jazu. Podłoże górne nazywa się ponurem a dolne poszurem. Ważnym elementem jazu jest obecność tworów zmniejszających energię kinetyczną wody po przejściu przez jaz. Jednym ze sposobów wytracania tej energii jest rozbijanie wody spadającej o dodatkowe elementy umieszczone w poszurze. W tym przypadku chodzi o dobudowanie niecki, której zadaniem jest zmniejszenie prędkości wody opuszczającej jaz. Innym rodzajem takich dodatków jest ścianka poprzeczna, ,zęby do rozpraszania energii, belki rozpraszające, szykany.

Kanały. Budowanie kanałów umożliwia usprawnienia w żegludze oraz dotarcie szlakami wodnymi do wybranych obiektów. Najczęściej spotykane kanały mają szerokość od 10 - 15 m, głębokość do 4,5 m. Ściany kanałów mogą opadać pod kątem lub są pionowe. W kanałach prędkość wody nie jest duża gdyż utrudniałoby to prowadzenie nawigacji.

Śluzy. Są to urządzenia wodne umożliwiające przepływanie statków przez budowle piętrzące.

---