88

ftmryA Kasza

Chcąc określić prędkość unoszenia cząstek zakładamy, te unoszenie cząstek spowodowane jol wodą rzeczną dopływającą do zbiornika na głębokości t o natężeniu przepływu Q (m¹ * s'). W efekcie warstwa wody letąca nad poziomem jej dopływu unosi się Z prędkością w, - 0/A, (gdzie .4, - powierzchnia zbiornika na głębokości z) Jeśli V, -w,, to cząstki będą wytrącać się do osadów /nająć powyższe prędkości, możemy określić graniczne rozmiary cząstek podlegających sedymentacji w wodzie zbiornikowej Oto konkretny przykład wyliczony dla zbiornika Upper Artów, położonego na rzece Kolumbia Kanady jska (Fricdl, WOest 2002) Średnie netę Urnie dopływ wody Q • 1190 m¹ s¹ przy powierzchni zbiornika A • 330 km² spowoduje pionową prędkość unoszenia w • 0.3 m • dzień¹. Z przekształcenia wyżej przedstawionego wzoru wynika, te cząstki o średnicy większej niż:

będą sedymentowac do osadów zbiornika Dla cząstek mineralnych, dla których p'-p * 1700 kg m \ taką graniczną średnicą będzie jej wymiar wynoszący =1.* pm. zaś dla cząstek organicznych, dla których p-p = 20 kg m~' średnica wynosi w przybliżeniu = 22 pm. T* więc w tym konkretnym przykładzie, spośród mineralnych cząstek dopływających rzeką zostaną w wodzie zbiornikowej (nie będą osadzać się w osadach dennych) tylko frakcje koloidalne. Natomiast wśród cząstek organicznych nawet duże cząstki będą utrzymywać się w toni wodnej, z której mogą być stopniowo usuwane za zaporę, zwłaszcza gdy woda odpływać będzie upustem położonym u podstawy przegrody. Powyższy przykład dotyczy warunków przy średnim dopływie Zmiany objętości dopływającej wody będą pociągać za sobą ekwiwalentne zróżnicowanie cząstek wymywanych ze zbiornika. Poza tym, woda dopływająca do zbiorników stopniowo wytraca w nich szybkość, tak że w profilu podłużnym następuje segregacja cząstek odkładanych w osadach. Im drobniejszy materiał i lżejszy, tym dalej w kierunku zapory będzie transportowany.

Warunki umożliwiające sedymentację wnoszonego rzeką materiału o największym ciężarze występują już w strefie cofki. Tam też w dnie powstaje próg ograniczający, utworzony przez stożek napływowy, który stopniowo narasta w stronę centrum zbiornika.

W środkowej i dolnej czaszy zbiornika osadzać się będą zarówno cząstki drobniejsze, jak i duże, organiczne o niewielkim ciężarze (Jaguś, Rzętała 2003).

Zjawisko depozycji materiału w zbiornikach zaporowych jest przyczyną stopniowego zmniejszania ich pojemności. Redukcja pojemności zbiornika wiąże się z ograniczeniem jego zdolności retencyjnych, co ma wpływ na ochronę przeciwpowodziową (poprzez coraz mniej skuteczną redukcję fal wezbraniowych) oraz na objętość ujmowanej wody przeznaczonej na potrzeby gospodarcze, np. zmniejszenie pojemności zbiorników służących energetyce będzie | oddziaływać na wielkość produkcji energii elektiycznej. Efektem końcowym procesu zamulania jest nadmierne wypełnienie misy zbiornika nanoszonym materiałem i utrata znaczenia gospodarczego oraz wycofywanie z eksploatacji. Okres praktycznej żywotności zbiorników zaporowych kończy się, gdy ich pojemność użytkowa zostanie całkowicie zamulona. Krytyczna wielkość zamulenia, określająca okres praktycznej żywotności, jest cechą indywidualną każdego zbiornika i waha się szeroko - od kilku do około 90%

pojemności początkowej (Lajczak 1995). Według łlartunga, zbiornik nie spełnia już swej funkcji, jeżeli jego pojemność zostanie zmniejszona o 80% (Madeyski i in. 2008).

Przyczyną ograniczającą żywotność zbiorników wodnych są procesy erozyjne w zlewni, gdyż znaczna ilość dostarczonych do rzek produktów erozji ulega odłożeniu w spiętrzeniu przegrodzonej zaporą rzeki. Ilość materiału osadzanego w poszczególnych zbiornikach zaporowych - odnoszona do wnoszonego ładunku rumowiska - jest zróżnicowana W niektórych wydajność sedymentacji może nawet dochodzić do 99% (Williams. Wolman - za Phiilipsem 2001). O masie wnoszonego materiału i procencie jego akumulacji decydują przede wszystkim areał zlewni zbiornika oraz czynniki mające wpływ na wielkość denudacji w zlewni, tj. rzeźba terenu, skład litologiczny skał, szata roślinna, klimat, działalność człowieka. Denudacja to ustawicznie trwający proces przemieszczania górnej warstwy gruntu (gleby) przez opad. wiatr, spływ powierzchniowy. Na relatywną ilość odłożonego w osadach materiału wielki wpływ wywiera czas retencji wody. Im dłuższy, tym wydajność sedymentacji nanoszonego materiału jest większa, gdyż intensywność osadzania jest odwrotnie proporcjonalna do tempa przepływu. W zbiorniku przepływowym „wydajność" sedymentacji jest mniejsza niż w zbiorniku limnicznym. Na wielkość akumulacji wniesionego do zbiornika materiału wpływa też umieszczenie upustu - zbiornik z upustem górnym (usytuowanym przy powierzchni) jest „pułapką” dla wnoszonej zawiesiny; upust dolny umożliwia znacznej części materiału, transportowanego i uruchomionego przez resuspensję osadów, opuszczenie zbiornika. Świadczą o tym pomiary zmącenia zbiorników i rzek poniżej zapory (Teisseyre - za Lajczakiem 1995).

Tempo zmniejszania się pojemności retencyjnej zbiorników, spowodowane sedymentacją wnoszonego materiału, w dużej mierze zależy także od lokalizacji. Według danych uzyskanych z badań 47 zbiorników (Baza Wiedzy Światowej Komisji ds. Zapór), a dotyczących prędkości utraty ich pojemności retencyjnej wynika, że w położonych w dolnym biegu rzeki zbiornikach nawarstwianie się osadów zachodzi szybciej (rys. 3.4).

Rys 3.4. Utrata czynnej pojemności retencyjnej zbiorników z powodu sedymentacji w poszczególnych odcinkach rzeki (Zapory a rozwój 2000 - zmienione)

SO

bieg górny    hegiwftwy **S^<lolf*