Początek ruchu i transport rumowiska na odcinku Odry swobodnie płynącej w aspekcie wymaganych głębokości tranzytowych

• Autorzy: Kasperek R. , Głowski R.

Warianty tytułu

EN

Incipient Motion and Sediment Transport on the Naturally Flowing Odra River Sector in the Aspect of Required Transit-Depths

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Odra swobodnie płynąca znajduje się między stopniem wodnym Brzeg Dolny (km 282) a ujściem do jeziora Dąbie w Szczecinie (km 742). Kanalizacja rzeki polegająca na zabudowie koryta stopniami piętrzącymi (jaz i śluza) ma na celu zapewnienie odpowiednich głębokości żeglugowych, przekrojów szlaku, ale także ustabilizowanie przepływów i stanów wody. Przegrodzenie rzeki stopniem powoduje zmianę reżimu hydrologicznego oraz naruszenie równowagi hydrodynamicznej koryta. Warunki żeglugowe w Odrze zmieniają się w zależności od zjawisk hydrologicznych. Im większe są wahania przepływów, tym większe trudności w zapewnieniu normalnej żeglugi. Widać to szczególnie na odcinku Odry swobodnie płynącej między Brzegiem Dolnym a Malczycami, gdzie głębokość zależy od wielkości przepływu oraz od procesów fluwialnych (erozja, sedymentacja, transport rumowiska). W pracy przedstawiono analizę ruchu rumowiska w aspekcie żeglugi. Wykorzystano badania innych autorów i własne pomiary hydrometryczne, pobrano materiał denny oraz pomierzono transport rumowiska. Badania rumowiska są niezbędne m.in. do ustalenia przemiałów i obszarów degradacji. Z badań autorów wynika, że przemiały w Odrze są m.in. wynikiem dostawania się i odkładania rumowiska wymytego z dna rzeki na skutek intensywnej erozji poniżej jazu Brzeg Dolny. Przy przepływach niskich przemiały są przesuwane z prędkością rzędu 0,3 m/rok, a przy najwyższych nawet 24 m/rok. Całkowity transport rumowiska (wleczonego i unoszonego) w przekroju rzeki Odry pomierzono na poziomie 5,8 kg/s. Udział rumowiska wleczonego i unoszonego w całkowitym transporcie jest na poziomie odpowiednio 90% i 10%. Najwięcej było cząstek o wielkości 0,5-1 mm (63% w pionie I, 35% w pionie II i 58% w pionie III), a najmniej 5-10 mm i 10-20 mm (kilka %). Do określenia początku ruchu i unoszenia materiału dennego w Odrze posłużono się bezwymiarowym naprężeniem ścinającym ac. Dla trzech pionów pomiarowych określono wartość tego naprężenia, która dla ziaren 1 mm i 1,5 mm była równa odpowiednio 0,335-0,364 oraz 0,223-0,242. Początek unoszenia w Odrze najlepiej opisuje kryterium Van Rijna. W analizie przyjęto, że frakcje, których zawartość w próbach jest rzędu kilku %, są uruchamiane i podrywane z dna (początek ruchu). Dla frakcji 2-5 i 5-10 mm naprężenia ac wynoszą odpowiednio 0,096-0,104 i 0,045-0,048, a początek ruchu przebiega zgodnie z kryterium Shieldsa. Natomiast dla frakcji 10-20 mm ac obliczone w oparciu o pomiary wleczenia wynoszą 0,022-0,024 i są niższe od Shieldsa. W okresie 1997-2009 ilość dni, w których była możliwa żegluga (głębokości wyższe od 1,30 m) na Odrze między Brzegiem Dolnym a Ścinawą zmieniała się w zakresie 121-304. Głębokości 1,80 m i więcej, wymagane dla III klasy drogi wodnej, występowały w roku tylko przez 31-173 dni. W tym okresie najmniejsze głębokości miały miejsce w km 282,65; 299,1-300,5 i 329,8. Z analiz autorów wynika, że w okresie 2010-2015 wzrosła ilość miejsc-przemiałów z 3 (okres 1997-2009) do 11. Głębokości wody w tych lokalizacjach (km 282,3-282,6; 311,2; 312,1; 315,4; 315,8; 317; 319,0; 332,0) podczas niskich przepływów nie spełniają wymogów Rozporządzenia 2002 dla uprawiania żeglugi.

EN

The freely flowing Odra River is found between the Brzeg Dolny barrage (km 282) and outlet to the lake Dabie in Szczecin (km 742). The canalization of the Odra River relying on the building of channel with barrages (weir and lock) targets the assertion of suitable navigable depths, route cross-sections, but also the homoeostasis of flows and water levels. Partitioning of the river with the barrage causes change of the hydrological regime and breach of the hydrodynamic channel equilibrium. Shipping conditions in the Odra River change depending on hydrological phenomena. To them greater are oscillations of flows, these greater difficulties in assertion of the normal shipping. It is visible this particularly on the naturally flowing Odra River sector between Brzeg Dolny and Malczyce, where the depth depends on the flow size and fluvial processes (erosion, sedimentation, sediment transport). In the work one presented sediment movement analysis in the shipping aspect. One used investigations of other authors, own hydrometric measurements, bed material and sediment transport have been sampled. Tests of the sediment are necessary among other things to estimate outwashes and degraded areas. From research of authors it results that outwashes in the Odra River are among other things a result of getting and the postponement of the sediment washed from the bottom as the result of the intensive erosion below the Brzeg Dolny weir. At low flows meals are shifted with the speed 0.3 m/year and at highest 24 m/year. Total transport of the suspended and bed load in Odra River has been measured on level 5.8 kg/s. Participation of the bed load and suspended load in total transport is suitably 90% and 10%. Particles about the size 0.5-1 mm was most (63% in vertical I, 35% in II and 58% in III), and least 5-10 mm and 10-20 mm (several %). To describe the beginning movement and suspension of bed material in the Odra River has used the dimensionless shear stress ac. In 3 measuring verticals value of this stresses ac has determined which for grains 1 mm and 1.5 mm was equal suitably 0.335-0.364 and 0.223-0.242. Suspension in the Odra River best describes the Van Rijn criterion. In this analysis one accepted that fractions whose content in samples is several %, are started and raised from the bottom (beginning movement). For the fraction 2-5 mm and 5-10 mm the stresses ac carries out suitably 0.096-0.104 and 0.045-0.048, and the incipient motion takes place in compliance with the Shields criterion. However for the fraction 10-20 mm of the stresses ac calculated based on the sediment transport measurements are equal 0.022-0.024 and lower from Shields values. In a period of 1997-2009 the quantity of days in which was the possible shipping (higher depths from 1.30 m) on the Odra River between Brzeg Dolny and Scinawa changed within the range 121-304. Depths 1.80 m and more, required for II class of the water route, appeared in the year only through 31-173 days. In this period least depths took place in the km 282.65; 299.1-300.5 and 329.8. From analyses of authors it results that within a period of 2010-2015 increased the quantity of outwashes about 3 (period 1997-2009) to 11. Depths of water in these locations (km 282.3-282.6; 311.2; 312.1; 315.4; 315.8; 317; 319.0; 332.0, during low flows do not fulfill requirements of the Decree 2002 for the shipping.

Słowa kluczowe

PL

rzeka; ruch rumowiska; głębokości tranzytowe

EN

river; sediment movement; transit-depths

• Wydawca: Politechnika Koszalińska
• Czasopismo: Rocznik Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2016
• Tom: Tom 18, cz. 1
• Strony: 550--564
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., tab., rys.

Twórcy

autor

Kasperek R.

• Uniwersytet Przyrodniczy, Wrocław

autor

Głowski R.

• Uniwersytet Przyrodniczy, Wrocław

Bibliografia

• 1. Banasiak, R. (1999). Badanie transportu rumowiska unoszonego w korytach otwartych. Praca doktorska, Akademia Rolnicza, Wrocław.
• 2. Dubicki, A., Kosierb, R., Działa, I., Wilk-Stawarz, B., Głowicki, B., Chudzik, B., Bogucki, J., Bogusz, A., Tokarczyk, T. (2013). Uwarunkowania hydrologiczno-meteorologiczne i hydrotechniczne Odrzańskiej Drogi Wodnej. W: J. Kulczyk, A. Dubicki, D. Olearczyk (red.), Odrzańska Droga Wodna (s. 45-71). Wrocław: Dolnośląskie Wydawnictwo Edukacyjne.
• 3. Faulhaber, P., Alexy, M. (2005). Artificial bed load supply at the River Elbeinvestigation and realization. Arch. Hydrobiol. Suppl., 155, 539-547.
• 4. Feng, X.X., Li, J.B., Zhang, L. (2013). Sediment transport and its effect on navigation in long tailrace of hydropower station. Adv. Mat. Res., 779-780, 1147-1151
• 5. Haddadchi, A., Omid, M.H., Dehghani, A.A. (2013). Bedload equation analysis using bed load-material grain size. J. Hydrol. Hydromech., 61(3), DOI: 10.2478/johh-2013-0031, 241-249.
• 6. Kasperek, R. (2015). Changes in the meandering Upper Odra River after the flood in 1997 and 2010. Part II. Sediment and water. Pol. J. Environ. Stud., 24(6), DOI: 10.15244/pjoes/59036, 35-40.
• 7. Kasperek, R., Mokwa, M., Wiatkowski, M. (2013). Modelling of pollution transport with sediment on the example of the Widawa River. Arch. Environ. Prot., 39(2), 29-43.
• 8. Kasperek, R., Wiatkowski, M. (2014). Hydropower generation on the Nysa Klodzka River. Ecol. Chem. Eng. S, 21(2), DOI: 10.2478/eces-2014-0025, 327-336.
• 9. Kulczyk, J., Winter, J. (2003). Śródlądowy transport wodny. Wrocław: Wydawnictwo Politechniki Wrocławskiej.
• 10. Laks, I., Kałuża, T., Sojka, M., Walczak, Z., Wróżyński, R. (2013). Problems with modelling water distribution in open channels with hydraulic engineering structures. Rocz. Ochr. Sr. (Annual Set The Environment Protection), 15, 245-257.
• 11. Parzonka, W., Kasperek, R., Głowski, R. (2010). Ocena degradacji koryta właściwego Odry Środkowej i program działań naprawczych. Infrastruktura i Ekologia Terenów Wiejskich, 8(1), 59-68.
• 12. Radecki-Pawlik, A. (2011). Hydromorfologia rzek i potoków górskich. Działy wybrane. Kraków: Wydawnictwo Uniwersytetu Rolniczego.
• 13. Rozporządzenie Rady Ministrów z dnia 7 maja 2002 r. w sprawie klasyfikacji śródlądowych dróg wodnych. Dz.U. nr 77, poz. 695.
• 14. Söhngen, B., Witte, H.M., Kellermann, B. (1998). Investigations concerning Danube River engineering works to improve navigation. Conference ICERD, IAHR, Budapest.
• 15. Wiatkowski, M., Rosik-Dulewska, Cz., Kuczewski, K., Kasperek, R. (2013). Ocena jakości wody zbiornika Włodzienin w pierwszym roku funkcjonowania. Rocz. Ochr. Sr. (Annual Set The Environment Protection), 15, 2666-2682.

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.