Upravljanje rizicima od poplava i ublažavanje njihovih štetnih posljedica 123

DOI: 10.5644/PI2015-161-10

DRVENI PLUTAJUĆI MATERIJAL I FUNKCIONALNOST MOSTOVA

Veroslav RajčićZavod za vodoprivredu d. o. o.

Miloša Obilića 51, Bijeljina, Bosna i Hercegovina e-mail: vero@lol.ba

SažetakJedan od najznačajnijih uzroka poplave u Doboju u maju 2014. godine je

akumulisanje enormnih količina drvenog plutajućeg materijala na napušte-nom željezničkom mostu neposredno nizvodno od ušća rijeke Usore. To je podstaklo autora da detaljno analizira aktuelnu literaturu s ovom problema-tikom. Aktuelna iskustva upućuju na vodotoke iz alpskog regiona, iako se ona u manjoj mjeri mogu primijeniti i kod nas, na našim vodotocima. Radi se o posebno uređenim retenzijama koje bi u našim prilikama imale dvostruki efekat: smanjile bi količine drvenog plutajućeg materijala na donjem toku Bosne, a ujedno bi spriječile nepovoljnu koincidenciju velikih voda pritoka i samog recipijenta.

U radu je takođe data analiza hazarda od nagomilavanja gore navedenog plutajućeg materijala s obzirom na pojedine uobičajene konstrukcije mostova u hidrotehničkoj praksi. Ključne riječi: drveni plutajući materijal, poplave, retenzije, mostovi.

Uvodne napomeneNajznačajniji uzrok plavljenju u širem području Doboja u maju 2014. go-

dine jesu drveni plutajući predmeti u vidu balvana, granja, izvađenih panjeva i drugog koji su drastično smanjili proticajni profil na pojedinim mostovima na rijeci Bosni. Među najznačajnijim po nagomilavanju ovakvih plutajućih predmeta svakako je lokalitet napuštenog željezničkog mosta u neposrednoj blizini ušća rijeke Usore u rijeku Bosnu. Hidrološko-morfološka i hidraulička analiza, urađena nakon određivanja maksimalnog proticaja, ukazuje na to da je pri maksimalnom proticaju pod mosta bio plavljen, a procjenjuje se da je na ovom lokalitetu proticajni profil smanjen i za preko 60% usljed nagomila-vanja plutajućih predmeta na stubove mosta, između njih ili na samoj nosivoj rešetkastoj konstrukciji položenoj po podu mosta.

124 Upravljanje rizicima od poplava i ublažavanje njihovih štetnih posljedica

Autor napominje da je neophodno analizirati mogućnost izvođenja reten-zija, a ne akumulacija jer bi u slučaju izvođenja akumulacija bio prisutan sukob interesa. Naime, elektroprivredna preduzeća bi nastojala da ovi objekti budu najveći dio vremena pri nivoima u akumulaciji koji omogućavaju naj-veću ekonomsku dobit od proizvodnje električne energije gdje se ne bi pošto-vala mogućnost korištenja dijela akumulacije za zaštitu od poplava. Time bi i efekat ovih objekata u pogledu aktivne kontrole poplava bio znatno umanjen. S druge strane, intenzivna i nekontrolisana sječa dijela šuma u slivu rijeke Bosne može dovesti do češćih scenarija poplava poput onih iz prošle godine u Doboju.

U nastavku ovog rada autor će ukratko dati pregled eksperimentalnog rada i najvažnije zaključke najnovijih istraživanja pronosa drvenog plutajućeg ma-terijala sprovedenih u Švicarskoj, iniciranih nakon velikih poplava u ovoj državi 2005. godine. Sva istraživanja i laboratorijski eksperimenti urađeni su u laboratoriji za hidrauliku, hidrologiju i glacijalnu eroziju Instituta ETH u Cirihu.

Odgovarajući termin za ovaj vid plutajućeg materijala u engleskoj litera-turi je drift accumulation, premda se još koriste i izrazi driftwood, floating debris i Large Woody Debris (LWD).

Za vrijeme poplavnih događaja drveni plutajući materijal, koji je inače u stanju stabilnosti, ulazi u rijeku pri čemu se razlikuju tri režima pronosa: neprigušen, poluprigušen i zagušen transport ovog materijala, što uglavnom zavisi od poprečnih profila vodotoka i prisustva prepreka slobodnom toku. Poseban značaj analiziranog rada je nagomilavanje drvenog plutajućeg ma-terijala na mostovima ili pregradama jer za vrijeme poplava ovaj materijal može imati izražen destruktivni uticaj na pomenute objekte u riječnom koritu.

Slika 1. Drveni plutajući materijal na: (a) željezničkom mostu u mjestu Sarnen i (b) pregradi Perlen u Lucernu za vrijeme poplava u Švicarskoj 2005. godine

Figure 1. Drift accumulation at (a) railway bridge at location of Sarnen and (b) Perlen weir in Luzern during floods in Switzerland in 2005

Upravljanje rizicima od poplava i ublažavanje njihovih štetnih posljedica 125

Dosadašnja istraživanja ukazuju na dvije moguće posljedice u slučaju mosto-va: nagomilavanje materijala u zoni mostovnih stubova ili blokiranje cijelog raspona mosta. Analiza 100 mostova ugroženih ovim materijalom za vrijeme poplava u Švicarskoj u 2005. godini ukazuje na obostrani značaj projekta mo-sta i riječne morfologije, a u slučaju mostova na kojima je izveden prelazak raznih instalacija i cjevovoda rizik od štetnog dejstva nagomilavanja ovog materijala je još veći.

Opis hidrauličkog fizičkog modelaHidraulički eksperimenti su vođeni u riječnom hidrotehničkom kanalu.

Kanal je 13 metara dugačak, 0,60 metara širok, 0,60 metara visok i s proticaj-nim kapacitetom od Q = 150 l/s. Kanal je hidraulički gladak i s usmjerivačem toka na svom ulazu kako bi se osigurao neporemećen tok. Različiti proticaji su obezbijeđeni podešavanjem proticaja i dna kanala.

Odgovarajuća normalna dubina u kanalu je mjerena ultrazvučnim mjera-čem s tačnošću ±1 mm.

Model mostova je postavljen na visini od H = 0,15 m iznad dna kanala i 8,30 m od ulaza u kanal. Pod mosta je dugačak 0,60 m, širok 0,10 m i debljine 0,010 m. Analizirana su četiri tipa mostova, i to: klasični drumski most, most s rešetkastim nosačem na svom podu (truss bridge), most s ogradom u vidu stubića s prečkama (railing bridge) i most s difuzorom (baffle bridge), kao što je prikazano na slici 2. Radijus mosta s difuzorom je iznosio 0,002 m.

Slika 2. Analizirani tipovi mostova: (a) Klasični drumski most, (b) Most s rešetkastim nosačem, (c) Most s ogradom u vidu stubića i prečki, (d) Poprečni presjek mosta s ogradom sa stubićima i prečkama, (e) Poprečni presjek mosta s

difuzorom Figure 2. Analyzed bridge types: (a) typical road bridge, (b) Truss bridge (c) railing

bridge (d) cross section of railing bridge, (e) cross section of baffle bridge

126 Upravljanje rizicima od poplava i ublažavanje njihovih štetnih posljedica

Na slici 3 je dat shematski prikaz analiziranog modela s naznakom da je usvojena brzina drvenog plutajućeg materijala jednaka brzini toka (V), L se od-nosi na dužinu trupca, DL je prečnik trupca, h je normalna dubina u vodotoku, H svijetli otvor mosta, a B širina mosta (kanala). Odgovarajući Frudov broj iznosi v/(g h)1/2. Korišteni trupci su bili prirodni bez ogranaka i njihova dužina je vari-rala od B/4 = 0,15 m do 1,5B = 0,90 m, a prečnik trupaca je varirao od 0,015 do 0,02 m (Slika 4). Maksimalni dijametar panjeva je varirao od 0,12 do 0,22 m.

Slika 3. Shematski prikaz eksperimentalnog modela: (a) uzdužni profil, (b) situacioni prikaz

Figure 3. Scheme of experimental model: (a) view side (b) lay out

Slika 4. Primjeri korištenih trupaca i korijenja (3, 4) Figure 4. Samples of used logs and rootstocks

Upravljanje rizicima od poplava i ublažavanje njihovih štetnih posljedica 127

Ukupno je testirano 11 uslova tečenja, 4 tipa mostova i 13 tipova pluta-jućeg drveta i svaki od ovih testova je urađen 8 puta, što znači da je urađeno ukupno 4.576 individualnih testova.

Najvažniji zaključci izvedenih testova˗ Vjerovatnoća blokiranja drvenim plutajućim materijalom se povećava s

povećanjem dubine toka, kao i dimenzija samog plutajućeg materijala. ˗ Pojedinačni panjevi pokazuju veću vjerovatnoću blokiranja od pojedi-

načnih trupaca s obzirom na njihov glomazni oblik i veći stepen slobode. ˗ Vjerovatnoća blokiranja se povećava sa smanjenjem nadvišenja na mo-

stu, odnosno s vjerovatnoćom da ovaj plutajući materijal dodiruje pod mosta.

˗ Vjerovatnoća blokiranja za trupce i panjeve opada s povećanjem Frudo-vog broja.

˗ Posebno je povećan rizik od blokiranja za slučaj rešetkastog i mosta s ogradom od stubića i prečki, dok mostovi s difuzorom omogućavaju prolaz drvenog plutajućeg materijala bez oštećenja. „Glatki“ mostovi stoga smanjuju vjerovatnoću blokiranja.

˗ Sprovedeni testovi se ne odnose na mostove sa stubovima u samom koritu.

Slika 5. Novoizgrađeni most s difuzorom na rijeci Chirel, Švicarska (baffle bridge) Figure 5. Recently constructed baffle bridge on the Chirel river in Switzerland

128 Upravljanje rizicima od poplava i ublažavanje njihovih štetnih posljedica

Aktuelna iskustva u primjeni retenzija za sakupljanje drvenog plutajućeg materijala

Pored u uvodnom dijelu pomenutih iskustava iz Italije u pogledu izvođenja retenzija za sakupljanje drvenog plutajućeg materijala u vodotocima, u posljed-njih par godina pojavila su se interesantna rješenja autora iz Švicarske, koja su prvenstveno namijenjena alpskom regionu, ali će se pomenuti i ovdje zbog novog i savremenog razmišljanja o ovom problemu u riječnoj hidrotehnici.

Slika 6. Shema jedne by-pass retenzije (2) Figure 6. Scheme of one by pass retention

Jedan ovakav objekat je već izveden u Švicarskoj, a objekat prikazan na slici 7 treba da se izvede sljedeće godine. Predračunska vrijednost objekta je oko 20 miliona eura.

Slika 7. Jedan konkretan primjer projektovanja by pass retenzije (2) Figure 7. Design of one case study by pass retention

Upravljanje rizicima od poplava i ublažavanje njihovih štetnih posljedica 129

U slikama br. 6 i 7 data je shema jedne ovakve by-pass retenzije kao i jedno konkretno rješenje iz prakse na jednom lokalnom vodotoku u blizini Ciriha u Švicarskoj. Rješenje se sastoji u tome da se u vodotoku razdvoji pronos nano-sa od pronosa drvenog plutajućeg materijala izvođenjem retenzije s objektom ulazne građevine u vidu bočnog preliva koji je dimenzionisan na rjeđe velike vode od desetogodišnjih velikih voda. Na ovoj by-pass retenziji predviđeni su metalni graničnici za usmjeravanje i zadržavanje drvenog plutajućeg ma-terijala. Na ovaj način odstranjuje se drveni plutajući materijal iz osnovnog vodotoka i deponuje u retenziji. Predviđeno je periodično uklanjanje ovog materijala iz retenzije. Za stabilniju funkciju samog bočnog preliva predviđen je objekat poprečnog stabilizacionog praga u osnovnom koritu, neposredno nizvodno od samog objekta bočnog preliva (Slika 7).

Zaključci˗ Transportovani drveni plutajući materijal za vrijeme poplava može iza-

zvati akumuliranje i blokiranje riječnih mostova i pregrada, što opet može izazvati pojačanu eroziju ili povećanje nivoa i značajna plav-ljenja. Iako se ovaj problem plutajućeg materijala uglavnom javlja u šumsko-planinskim područjima, ovaj materijal može doći i do gusto naseljenih područja u donjim tokovima rijeke, kao što je bio slučaj s poplavom u Doboju u maju 2014. godine.

˗ Dosadašnji objekti za zaustavljanje ovog vida plutajućeg materijala su bile mreže ili graničnici, ali su oni bili nedovoljni za moćne alpske rije-ke te su se javljala plavljenja naseljenih mjesta.

˗ U radu je dat uticaj konstrukcija pojedinih mostova, bez stubova u osnovnom koritu, na njihovo blokiranje ovim drvenim plutajućim ma-terijalom. Ukazano je na opasnost od primjene rešetkastih mostova, kao i klasičnih mostova s ogradom od stubića i prečki. Ujedno je dat pri-jedlog da se mostovi rade kao glatki objekti s tzv. difuzorom. U radu je takođe dat prikaz najnovijih prijedloga by pass retenzija za zaustavlja-nje drvenog plutajućeg materijala. Uz već navedena iskustva sa sjevera Italije (1), ovi prijedlozi bi mogli uskoro biti u manjoj mjeri aktuelni i kod nas u slivu rijeke Bosne s obzirom na već duži niz godina ne-kontrolisanu i intenzivnu sječu pojedinih područja šume u ovom slivu. Primjena ovih objekata bi značajno smanjila prisustvo drvenog plutaju-ćeg materijala u osnovnom koritu, a u manjoj mjeri bi objekti aktivno učestvovali u zaštiti od poplava.

130 Upravljanje rizicima od poplava i ublažavanje njihovih štetnih posljedica

Literatura(1) Rajčić, V. 2011. „Objekti retenzija u Italiji“, Voda i mi, br. 73, 41-49.(2) Schmocker, L., Weibrecht, V. 2013. „Driftwood: Risk Analysis and Engineering

Measures“, Journal of Hydraulic Engineering, ASCE, 683-695.(3) Schmocker, L., Hager, W. H. 2010. „Drift accumulation at river bridges“, RiverFlow

2010, Braunschweig, Njemačka, 713-720.(4) Schmocker, L., Hager, W. H. 2011. „Probability of Drift Blockage at Bridge Decks“,

Journal of Hydraulic Engineering, ASCE, 470-479.(5) Zavod za vodoprivredu, Bijeljina 2015. Zaštita od poplava i uređenje korita rijeke

Bosne na sektoru grada Doboj na potezu od Novog mosta pa do ušća rijeke Usore.(6) Zavod za vodoprivredu, Bijeljina 2002. Hidrološko-morfološka analiza rijeke Bosne u

Doboju od Rudanskog mosta do ušća rijeke Usore.

WOODEN FLOATING MATERIAL AND FUNCTIONALITY OF BRIDGES

Summary

One of the most significant course of floods in Doboj in May 2014 was driftwood accumulation on abandoned railway bridge in a vicinity of the Usora mouth. It initiated the author’s interest in recent literature dealing with this problem. Recent experience refers to the Alpes waterstreams even these experiences can be applied on our waterstreams but in a lower scale. It leads to a special type of retensions application that have both benefits: they de-crease significantly the drift accumulation and slightly the coincidence of high waters of the recipient and its tributaory.

The paper also deals with hazard of drift accumulation on particular most common bridge constructions in river engineering. Key words: Drift accumulation, Floods, Retensios, Bridges.