14.Ochrona przeciwpowodziowa -obejmuje zespół środków służących do zapobiegania powodziom lub do ograniczenia ich rozmiarów i skutków. Pod względem stosowanych środków technicznych dzieli się ją na ochronę czynną i bierną

Ochrona czynna polega głównie na tworzeniu na drodze przepływu fali powodziowej systemu zbiorników retencyjnych przechwytujących przepływy grożące powodzią .Należy do niej również tzw. Retencyjne przysposobienie zlewni ,obejmujące następujące zadania : - zwiększenie powierzchni zalesienia ,

- zwiększenie zdolności retencyjnej małych zbiorników wiejskich, stawów i cieków wodnych

- właściwą agrotechnikę i agromeliorację.

Ochrona bierna przyczynia się do zabezpieczenia obszarów zagrożonych powodzią przed skutkami powodzi. Polega ona głownie na uregulowaniu zwartego koryta i ochronie terenów przyległych za pomocą wałów. Zaliczamy tu także kanały ulgi i poldery przepływowe , które spełniają podobną rolę. Najbardziej skutecznym środkiem walki z powodzią jest budowa zbiorników retencyjnych za pomocą przegród dolinowych. Zbiorniki wyrównują przepływ w cieku , zmniejszają kulminację podczas wezbrań i łagodzą głębokie niżówki. Oprócz zbiorników średniej i dużej wielkości istotną rolę w ochronie przed powodzią spełniają zbiorniki wiejskie i stawy rybne. W zbiornikach wielozadaniowych na strefę retencyjną przeciwpowodziową przeznacza się większą część pojemności. Strefę tę można podzielić na 3 warstwy :

a)rezerwę przeciwpowodziową - między najwyższym poziomem użytkowym a koroną przelewu,

b)rezerwę przeciwoperatywną -między koroną przelewu a poziomem operatywnym

c)rezerwę przeciwforsowną - między poziomem rezerwy operatywnej a najwyższym poziomem przeciążenia .

Oprócz tego można wyróżnić jeszcze :

a)rezerwę przypadkową - jej wielkość zależy od chwilowego stanu napełnienia zbiornika

b)rezerwę wymuszoną - jest ona uzyskiwana przez częściowe opróżnienie zbiornika w strefie pojemności użytkowej przed nadejściem fali powodziowej.

Miary zagrożenia powodziowego :

a)p_p=[(Q_kat-Q_brzeg)*√A]/Q_śr gdzie:

p_p - potencjał powodziowy

Q_kat - największy znany przepływ

Q_brzeg - przepływ brzegowy

Q_śr - średni przepływ

A - powierzchnia zlewni,

b)M.=(Q_p-Q_bezp)*A*a*(H_p-H_min)*I ,gdzie:

M. - miernik powodziowy

Q_p,H_p - przepływ i stan wielkiej wody o prawdopodobieństwie1 lub 0,1%

Q_bezp - przepływ bezpieczny

H_min - najniższy stan wody

A - powierzchnia zlewni

I - spadek bezwzględny

a - wsp. zagospodarowania doliny (1 - 10).

3.Rodzaje i systemy regulacji. Wyróżniamy trzy działy regulacji :

• ochronę stoków i zabudowę potoków górskich,

• obudowę właściwego koryta dla niskich , średnich i przyborowych stanów wód ,

• ochronę przed powodzią.

Gdy regulacja obejmuje cały bieg cieku lub znaczną jego część wówczas jest to regulacja systematyczna. Na potokach górskich i bystrotokach wyróżniamy system regulacji za pomocą przegród przeciwrumowiskowych i stopni. System ten polega na wykonaniu w wybranych przekrojach stałych budowli przeciwrumowiskowych w poprzek koryta. Zadaniem przegród i stopni jest utworzenie pod ich osłoną zbiorników dla zatrzymywania rumowiska ,skoncentrowanie nadmiernego spadku podłużnego oraz ochrona stoków przed podmyciem i stabilizacja dna.Małe rzeki górskie , potoki w terenie niezabudowanym charakteryzują się tym ,że na ogół płyną w materiale luźnym. Jeżeli na tym cieku istnieje duży ruch rumowiska koryto jest nietrwałe , wtedy budowle regulacyjne mają na celu utrwalenie dna i brzegów.Dno utrwalamy za pomocą progów założonych w poprzek koryta na poziomie dna, natomiast brzegi za pomocą budowli podłużnych w postaci ubezpieczeń brzegowych, opasek lub tam podłużnych. Taki sposób regulacji nazywamy regulacją progową lub korekcją progową. W zależności od nieregularności naturalnego koryta i wymaganego stopnia zaregulowania odciętych przestrzeni koryta rozróżniamy trzy główne systemy zabudowy rzek :

-poprzeczny , gdzie pożądaną szerokość koryta osiąga się za pomocą tam usytuowanych poprzecznie do linii regulacyjnej tzw. ostróg,

-podłużny , gdzie projektowany brzeg tworzy odwodna skarpa budowli równoległa do osi trasy regulacyjnej, którą może stanowić:

1. tama podłużna gdy budowlę od strony brzegu otacza budowla,

2. opaska gdy tama podłużna jedną stroną przylega do brzegu naturalnego,

3. umocnienie brzegu gdy linia regulacyjna pokrywa się z zarysem brzegu nieubezpieczonego,

-mieszany występują w nim wszystkie rodzaje tam regulacyjnych , usytuowanie ich względem siebie uzależnione jest od rozwinięcia trasy regulacyjnej w planie i od warunków budowy. Najczęściej na brzegach wklęsłych stosuje się tamy równoległe z poprzeczkami a na wypukłych tylko ostrogi. System ten jest najczęściej stosowany.

12.Projektowanie trasy regulacyjnej. Trasę rzeki można zmienić na ciekach z bardzo małym spadkiem podłużnym gdy przyległe grunty są podmokłe. Trasę możemy skrócić gdy łuki są zbyt ostre i powodują zatory lodowe spiętrzające odpływ wielkich wód a na rzekach żeglownych gdy ostre łuki utrudniają żeglugę. Skrócenie może być tylko takie aby w jego wyniku zwiększona siła unosząca nie była większa od oporu koryta. Gdy trasę trzeba znacznie skrócić konieczne jest na tym odcinku zaprojektowanie w odpowiedniej odległości progów wg spadku dla ustalonego koryta. Takie rozwiązanie jest możliwe tylko na ciekach mniejszych. Projektowana trasa powinna przebiegać najniższymi miejscami doliny ,przy trasowaniu należy brać pod uwagę istniejące drogi i mosty. Przy projekcie trasy jest bardzo ważne właściwe ustalenie długości i kształtu łuków. Zastosowanie zbyt długich i łagodnych łuków może spowodować przerzucanie nurtu od brzegu do brzegu.

Dąży się do nadania trasie kształtu odpowiadającego linii nurtu ,jaka tworzy się przy przepływie korytotwórczym. Przy dużych ciekach szerokość koryta jest wielokrotnie większa od głębokości. Powstaje ruch poprzeczny mieszany i prędkości są mniejsze. W takim przypadku stosuje się łuki złożone ,koszowe. Przy trasie złożonej z łuków kołowych i prostych dla wytworzenia łagodnego przejścia w łuk przeciwległy stosuje się tzw. krzywe przejściowe. Krzywe te stanowią połączenie zasadniczego łuku ze wstawką prostą między przeciwległymi łukami lub stanowią pośrednie przejście między dwoma łukami bez wstawki prostej. Łuki kołowe złożone (koszowe) składają się z kilku łuków kołowych ,których promienie stopniowo się zmieniają.

9.Transport rumowiska unoszonego. Przyczyną pojawienia się zjawiska unoszenia rumowiska w masie przepływającej wody jest ruch turbulentny. Na rumowisko unoszone działają dwie siły : ciężar w wyniku którego powstaje proces sedymentacji i pulsacja, która powoduje przeniesienie unosin do innych poziomów wody . Ilość rumowiska unoszonego przypadającego na 1 m³/s przepływającej wody nazywamy mętnością. Ilość rumowiska unoszonego ma duże znaczenie dla tych odcinków rzek, na których woda jest spiętrzona za pomocą stopni, jazów i przegród. Na odcinku wody spiętrzonej prędkość przepływu maleje oraz zmniejsza się zdolność cieku do transportu rumowiska wleczonego i unoszonego. Zmniejszenie zdolności transportowej przejawia się stopniowym opadaniem rumowiska na dno powodując jego podwyższenie. Podstawowe równanie dla wyznaczenia masy rumowiska unoszonego odpływającego z danej zlewni :

I_r=D_r*E_z ,gdzie

I_r -masa rumowiska unoszonego odpływającego ze zlewni,

D_r -wskaźnik odpływu,

E_z -masa gleby erodowanej w zlewni zmywana w poszczególnych częściach zlewni.

Dla wezbrań spowodowanych deszczami Williams zaproponował zmodyfikowaną postać równania strat glebowych (USLE) : y=a(v*Q_p)^b*K*L*S*C*P,y -masa rumowiska unoszonego odpływającego ze zlewni,

Q_p - kulminacja wezbrania

a,b - parametry równania wg Williamsa.

Wzór Fostera : E=R*K*L*S*C*P

E - średnia ilość rumowiska unoszonego z wielolecia

P - średnia roczna erozyjność deszczy i spływów

K - podatność gleby na erozję

L - bezwymiarowy współczynnik długości zbocza

S - bezwymiarowy współczynnik rodzaju upraw i sposobu użytkowania

P - bezwymiarowy współczynnik zabiegów przeciwdziałających erozji

R - erozyjność opadów i spływów , składa się na nią erozyjność deszczy i wywoływanych nimi spływów powierzchniowych R_r oraz erozyjność spływów roztopowych R_s

R=R_r+R_s

Erozyjność pojedynczego deszczu jest wyznaczana jako iloczyn energii kinetycznej i max 30 minutowej intensywności tego deszczu

R_rj=E_k*I₃₀/100

15.Projektowanie wałów. Wały przeciwpowodziowe są to budowle ziemne ograniczające zasięg zalewu i profil czynny wielkiej wody chroniąc teren nadrzeczny od zalania. Pod względem pełnionych zadań wały ochronne dzielimy na :

a)o pełnej ochronie ,które nie dopuszczają do przelania się przez koronę wody,

b)o częściowej ochronie , przez które możliwe jest przelanie się wód większych od wody przyjętej za podstawę obliczeń.

Wały głównie buduje się wzdłuż cieku a przede wszystkim tam ,gdzie ciek rozwija swój naturalny bieg. Trasę wałów należy dostosować do trasy koryta właściwego. Ze względu na usytuowanie rozróżniamy dwa rodzaje rozstawy wałów :

1 - rozstawę hydrauliczną stosowaną gdy koryto jest zwarte uregulowane i umocnione

2 - rozstawę ekonomiczną stosowaną gdy koryto właściwe nie jest ustabilizowane

Trasę wałów należy prowadzić po terenie nienaruszonym ,tak aby woda nie rozmyła wałów. Na brzegach wklęsłych należy przybliżać wały do koryta właściwego, należy przy tym zachować zgodność łuków do linii brzegowej. Łuki trasy wałów powinny być łagodniejsze od łuków brzegów koryta. Przekrój czynny między wałami nie powinien się nagle rozszerzać lub zwężać ponieważ powstają wtedy strefy przyspieszonego lub opóźnionego ruchu wody. Koronę wałów wznosi się ponad poziom wody miarodajnej o 0,5 - 1,3 m. Zadaniem wałów jest wytrzymanie uderzenia ciał pływających ,kry lodowej oraz spiętrzenia. W tym przypadku skarpy chronimy przez wykonanie odpowiedniego trwałego ubezpieczenia.

Wały cofkowe (wsteczne) - spiętrzenie w obrębie cofki może być hydrostatyczne ,gdy przez ciek główny przechodzi kulminacja a na odpływie woda już opadła lub jeszcze nie wystąpiła oraz hydrodynamiczne ,gdy wezbranie na cieku głównym i dopływie występuje równocześnie.

Wały morskie - ich kształt odbiega od kształtów wałów nadrzecznych. Wody morskie narażone są na działanie silnych wiatrów , sztormów oraz duże falowanie wody. Powinny one mieć obszerne ,płaskie przedpole ,które przechodzi w skarpę.

6.Obliczenia hydrauliczne stopnia i zapory

a)obliczenie szerokości przelewu - przelew zupełny niezatopiony b=Q/(2/3*μ*h*√2*g*h)

h - głębokość wody w przelewie (max 1 m.)

b)obliczenie przepływu jednostkowego

q=Q/b

c)położenie linii energii

E₀=H+h_p

H - wysokość zapory,

H_p - głębokość wody na przelewie

d)pierwsza głębokość sprzężona

h₁=q/(ϕ*√2*g*E₀)

ϕ - współczynnik zależny od wielkości wsp. Coriolisa

e)druga głębokość sprzężona

h₂=0,5*h₁*(√1+8*Fr -1)

Fr - liczba Froude'a

Fr=q²/h₁³*g

f)głębokość niecki wypadowej

d=1,1*h₂-t_d

t_d - napełnienie poniżej zapory

g)współczynnik zatopienia odskoku

δ=(t_d+d)/h₂<1,05 - wprowadzenie zatopienia odskoku hydraulicznego

h)długość odskoku

L₀=2,5*(1,92*h₂ - h₁)

i)zasięg padania strugi wody

L₁=1,64*√h_p*(h_z+d+0,24*h_p)

Obliczenia hydrauliczne identyczne jak dla zapory możemy stosować dla stopnia - posługujemy się wysokością stopnia i możemy go liczyć jako zatopiony i niezatopiony.

Obliczenie czasu zalądowacenia zapory

a)pojemność zbiornika

V=1/8*B_d*H*L (dolina v)

V=2/9*B_d*H*L (dolina o przekroju paraboli)

V=1/3*B_d*H*L (dolina o przekroju o szerokiej podstawie)

b)zasięg oddziaływania zapory

L=H/I₀*I_gr

I_gr=f_m.*Δγ_s*du₁/h*I

c)czas zalądowacenia

T=V/(G_w+G_u)

G_w - rumowisko wleczone

G_u - rumowisko unoszone

7.Początek ruchu rumowiska wleczonego. Warunki kształtujące charakter ruchu rumowiska wleczonego są odmienne w materiale jednorodnym i niejednorodnym. W przypadku materiału niejednorodnego używany przy materiale jednorodnym parametr Shieldsa jest w zasadzie nieprzydatny, gdyż materiał niejednorodny charakteryzuje się zmienną wartością naprężeń i przyjęcie stałej wartości f nie może stanowić właściwego rozgraniczenia między ruchem a spoczynkiem. Dlatego w materiale niejednorodnym początek ruchu rumowiska jest uzależniony od następujących parametrów:

• liczby ruchliwości,

• liczby Reynoldsa

• szorstkości względnej

• oporów przepływu

• liczby Froude'a

• współczynnika klinowania się ziaren

• intensywności turbulencji

• szorstkości.

Udowodniono że w materiale niejednorodnym występuje zmienna wartość naprężeń ,co spowodowane jest klinowaniem się drobnego ziarna oraz łatwiejszym wchodzeniem do transportu większych kamieni. Granicę pomiędzy ruchem a spoczynkiem w materiale wielofrakcyjnym możemy określić równaniem :

f_i=1,025*d_i^-0,73*((ρ_s/ρ -1)*g/v²)^-0,237 - dla rumowiska drobnego

f_i=8,205*d_i^-0,73*((ρ_s/ρ -1)*g/v²)^-0,237 - dla

rumowiska gruboziarnistego, gdzie :

• f_i - naprężenia bezwymiarowe dla i-tej frakcji

• d_i -średnica ziarn i-tej frakcji

• ρ - gęstość wody

• ρ_s - gęstość rumowiska

• g - przyspieszenie ziemskie

• v - prędkość wody.

10.Przepływ korytotwórczy i brzegowy.

Przepływ korytotwórczy jest to przepływ najbardziej aktywny w procesie kształtowania łożyska cieku.Zdolność do przeobrażania koryta przez poruszanie i przemieszczanie rumowiska dennego bywa tym większa im wyższy jest stan wody ,a zatem im większe są prędkości i przepływy w korycie rzeki. Największe przeobrażenia koryta zachodzą przy przepływach dla których iloczyn częstości przepływów i intensywności wleczonego rumowiska jest największy.

Przepływ brzegowy to taki przepływ przy którym woda wypełnia główne koryto cieku do krawędzi brzegów . Powyżej tego przepływu woda występuje z koryta i zalewa teren doliny.

1.Wielkość zasobów wód powierzchniowych w Polsce.

2.Zasady Frague'a i Girardona.

3.Rodzaje i systemy regulacji.

4.Naturalna regulacja rzek.

5.Wymiarowanie koryt z dnem ruchomym.

6.Obliczenia hydrauliczne stopnia i zapory.

7.Początek ruchu rumowiska wleczonego.

8.Obliczenie transportu rumowiska wleczonego w fali powodziowej.

9.Transport rumowiska unoszonego.

10.Przepływ korytotwórczy i brzegowy.

11.Koryta stabilne.

12.Projektowanie trasy regulacyjnej.

13.Budowle regulacyjne.

14.Ochrona przeciwpowodziowa - miary zagrożenia powodziowego.

15.Projektowanie wałów.

---