Hidrotehnika - Vodne Zgradbe 1_sept.2008 (SLO)

HIDROTEHNIKA Vodne zgradbe I

Franci STEINMAN Primo BANOVEC Ljubljana, 2008 ______________________________________ KMTe Katedra za mehaniko tekoin z laboratorijem Hajdrihova 28, 1000 Ljubljana, Slovenija

KAZALO-i

KAZALO UVOD 1

1. VODNO GOSPODARSTVO 1.1 Osnovni pojmi 1.2 Pojavne oblike vode 1.2.1 Tekoe vode 1.2.2 Stojee vode 1.2.3 Podzemne vode 1.3 Naravne danosti - Vode v slovenskem prostoru 1.4 Osnove vodnogospodarskega nartovanja 1.4.1 Vodnogospodarske koliine 1.4.2 Zadrevanje voda 1.4.3 Naloge vodnogospodarskega nartovanja

1.4.4 Kakovost voda

11 2 3 4 4 5

11 12 13 15 17

2. SPECIFINOST HIDROTEHNINIH OBJEKTOV 2.1 Splono 2.2 Zajezne zgradbe 2.3 Zemeljske pregrade 2.4 Betonske pregrade

11 2

12 14

3. NARTOVANJE PREGRAD 3.1 Nartovanje zemeljskih pregrad 3.1.1 Vrste in lastnosti materialov primernih za zemeljske pregrade 3.1.2 Strina odpornost zemljine 3.1.3 Komprimiranje zemljine 3.1.4 Osnovna naela projektiranja zemeljskih pregrad 3.1.5 Materiali in gradnja 3.1.6 Naini gradnje zemeljskih pregrad 3.1.7 Presoja vodotesnosti 3.1.8 Ureditev filtrov 3.1.9 Dimenzioniranje drena 3.1.10 Presoja stabilnosti in napetosti v zemeljskih pregradah 3.1.10.1 Dokaz stabilnosti - (drsine v zemeljski pregradi) 3.1.10.2 Ostale presoje (kontrole) 3.1.11 Praktini primeri 3.2 Nartovanje betonskih pregrad 3.2.1 Obteba 3.2.1.1 Osnovna obteba 3.2.1.2 Dodatna obteba 3.2.1.3 Posebna obteba 3.2.1.4 Kombinacija obtenih primerov 3.2.2 Analiza stabilnosti tenostnih pregrad 3.2.2.1 Rotacija pregrade 3.2.2.2 Kontrola zdrsa 3.2.2.3 Analiza napetosti gravitacijska metoda 3.2.3 Oblikovanje tenostne pregrade

3.2.4 Stabilizacija in nadvianje 3.3 Steberske pregrade 3.4 Lone pregrade

3.4.1 Splona teorija lonih pregrad 3.4.2 Obteba na lone pregrade 3.4.3 Porazdelitev napetosti v lonih pregradah 3.4.4 Nartovanje lonih pregrad

11 1 3 4 5 5 6 8

10 10 11 11 12 15 21 21 22 24 26 28 30 30 30 34 36 41 44 48 51 52 53 54

KAZALO-ii

4. KONSTRUKCIJSKE REITVE PRI GRADNJI PREGRAD 4.1 Uvod 4.2 Ojaitveno in tesnilno injektiranje 4.3 Drenae za zmanjanje vzgona 4.4 Ureditev telesa pregrade 4.4.1 Nartovanje in izvedba gradnje pregrade 4.4.2 Sloji v betonski pregradi 4.4.3 Medmonolitni, konstrukcijski stiki 4.4.4 Prenos obtebe in kontinuiteta 4.4.5 Kontrolne galerije 4.5 Objekti na pregradah 4.5.1 Evakuacija vode v asu gradnje 4.5.2 Objekti za zajem in odvajanje vode 4.5.2.1 Objekti za odvzem vode 4.5.2.2 Objekti za odvajanje vikov vode 4.5.3 Objekti za disipacijo energije 4.5.3.1 Podslapje 4.6 Opazovanje pregrad

11 1 2 3 3 5 5 6 6 6 7

10 11 18 23 25 26

5. IZBOR LOKACIJE IN VRSTE AKUMULACIJE TER TIPA PREGRADE 5.1 Ocena lokacije pregrade 5.2 Izbor vrste pregrade

12 2

6. VPLIV PREGRAD NA OKOLJE 6.1 Postopek presoje vpliva na okolje 6.2 Presoja vplivov na okolje 6.3 Urejanje medsebojnih razmerij med porabniki 6.4 Spremljanje stanja (monitoring)

13 4

10

F. Steinman, P. Banovec HIDROTEHNIKA, Vodne zgradbe I

UVOD-1

Uvod Hidrotehnika zajema vse dejavnosti, ki so povezane z vodami, torej tehniko in tehnologijo urejanja in varovanja vodnega okolja in gospodarjenje z vodami, ki omogoa smotrno rabo in izrabo voda. Zajema razline dejavnosti, zato je znanih ve podroij dela, ki obsegajo nartovanje, izgradnjo in vzdrevanje hidrotehninih objektov in sistemov, ter ureditev in rabo voda (oz. prostora). Navadno delimo hidrotehnine dejavnosti glede na namembnost objektov in ureditev, vendar moramo biti pozorni tudi na to, da so objekti in ureditve v veini primerov e venamenski. Oskrbovanje naselij z vodo in zbiranje voda iz naselij (kraje vodovod in kanalizacija) obsega oskrbovanje stanovalcev in industrije z vodo in odvajanje odpadne (uporabljene) vode. To podroje obravnava "komunalna hidrotehnika", ker je to povezano s splono skupno potrebo po vodi. S tem podrojem hidrotehnike je povezan pojem "zdravstvena hidrotehnika", ki obsega raziskovanja in prouevanja, tehnine reitve in zagotavljanje kontrole kvalitete voda za zaito zdravja prebivalcev. Voda za preskrbo naselij s pitno vodo mora zadovoljiti predpisane pogoje, zbrana voda iz kanalizacije pa se mora pred izpustom v odvodnik preistiti, drugae bi onesnaila odvodnik (vodotok) in s tem vodno okolje. Voda za vodovod se zajema navadno iz povrinskih tokov: rek in jezer (ponekod tudi iz umetnih jezer, zgrajenih zaradi oskrbovanja z vodo) ali iz podzemlja, redkeje pa iz zbiralnika deevnice (ti. kapnica). Zajeta voda se lahko tenostno po mrei cevovodov napelje do potronikov, e so potroniki na viji koti od zajetja, se voda dovaja s pomojo rpale, rpalia pa so sestavni deli vodovodnega sistema. Tu so pomembni e vodohrani (rezervoarji vode), za obdobja najveje potronje vode. Zajeta voda danes obiajno ni dovolj dobre kvalitete, zato jo moramo predhodno preistiti v istilnih napravah za pitno vodo. Uporabljeno vodo iz naselij in iz industrije zbira kanalizacijska mrea, po kateri se voda odvaja v reko, jezero ali morje, v redkih primerih kjer ni odvodnikov pa ponika v zemljo. Od poloaja glavnega odvodnika je odvisno, ali je potrebno tudi odpadne vode prerpavati. Ker se odpadne vode ne morejo spuati neposredno v odvodnik (recipient), je potrebno zgraditi objekt za ienje (istilno napravo za odpadne vode). V kanalizacijske sisteme doteka poleg odpadnih voda iz domov in industrije e deevnica s streh, ulic in ostalih povrin v naselju. Za deevnico se lahko v primerih, ko loimo odpadne in padavinske vode, zgradita loeni mrei, (odtod pojem "Meteorna kanalizacija"). Za nae razmere pa je znailna ureditev ti. "Meane kanalizacije", kjer v istem omreju zbiramo tako odpadne vode, kot tudi odtok padavin.

Slika 1-1: Kanalizacijski sistem Ljubljane1

Slika1-2: Vodovodni sistem Ljubljane(obmoja, ki jih napajajo posamezne vodarne ljubljanskega sistema)2

Z izboljanjem vodnih razmer na kmetijskih povrinah se ukvarja ti. "Kmetijska hidrotehnika". Znano je, da izboljanje vodo-zranega reima tal bistveno pripomore k izboljanju kmetijske (poljedelske) proizvodnje, pri nekaterih kulturah celo bolj, kot za okolje nesprejemljivo prekomerno gnojenje.

1 Vir: seminar 2 Vir: seminar


UVOD-2

Osnovni dejavnosti sta namakanje in osuevanje kmetijskih povrin, ki pa predstavljata neloljivo celoto, saj en sam ukrep obiajno ni zadosten. Obramba pred kodljivim delovanjem voda (poplave, erozija, zdrsi pogojno stabilnih zemlji) obsega gradbene ukrepe (tj. povezane z izgradnjo objektov - nasipi ob reki, zadrevalniki, pomona korita (by-pass, npr. Gruberjev kanal v Ljubljani, ipd.), in ne-gradbene ukrepe, ki obsegajo predvsem preventivne ukrepe, kot so npr. smotrna raba prostora, torej take, s katerimi prepreujemo prekomerne kode ob nastopu visokih voda. Urejanje vodnega okolja obsega vse ukrepe, s katerim posegamo v vodno okolje, da bi dosegli zaeljeno stanje. Ukrepe lahko delimo v tri skupine: sanacijski ukrepi: v primerih, ko se, zaradi neugodnih uinkov, ki jih povzroajo druge dejavnosti v

prostoru, spreminja vodno okolje v taki meri, da se kaejo znaki neurejenosti in nestabilnosti v hidrotehnikem pogledu oz. ogroenosti ve vrstnosti in vitalnosti vodnega oz. obvodnega biotopa.

nadomestni (izravnalni, kompenzacijski) ukrepi: v primerih, ko ni mona neposredna sanacija, se s posebnimi ureditvami nadomestijo prvotne funkcije na drugih (nadomestnih) lokacijah, da bi izravnali neugodne posledice posegov v vodno okolje.

obogatitveni ukrepi: v primerih, ko s predvidenimi ukrepi ustvarjamo nove elemente v krajini (nove vodne in obvodne povrine, ipd.).

Zaradi lovekovih dejavnosti se pogosto pojavi pospeevanje odtoka voda (npr. asfaltiranje povrin ipd.). Hkrati so padavine razporejene neenakomerno po asu in po prostoru, poraba vode pa ima svojo dinamiko. Zato je pomembno tudi asovno prerazporejanje voda, oz. zadrevanje odtoka. Tu je eno od osnovnih nael zadrevanje voda na mestu nastajanja odtoka. S tem po eni strani prepreimo (oz. omilimo) posledice delovanja visokih voda, saj zmanjujemo konice visokih voda, in se dolvodno pojavi e zmanjani pretok. Temu slui predvsem urejanje povirij, zmanjevanje neprepustnih povrin (asfaltiranje, pozidava, ipd.) in pogozdovanje golih predelov, ter primerna raba kmetijskih povrin. Po drugi strani pa s tako zadrano vodo obogatimo nizke vode v sunem obdobju. Za izkorianje vodnih moi so se razvile tevilne ti. vodosilne naprave. Danes je to preteno podroje "hidroenergetike", pri emer mislimo na proizvodnjo elektrine energije z izkorianjem voda v hidroelektrarnah (hidrocentralah). Zavedati pa se moramo, da praktino ni proizvodnje energije brez znatnih koliin voda (termoelektrarne - premog, plin, jedrska), kjer voda slui kot ogrevalni medij oz. kot hladilni medij.

Slika 1-2: Hidroelektrarna Moste

Slika 1-3:Visoka voda v novembru 1997 na HE Solkan na Soi3

Slika:Veriga HE na Dravi

3 ( Internet: http://193.77.110.133/S/predst/KdoVodi.html-l2)


UVOD-3

V ostale hidrotehnine dejavnosti spada gradnja in upravljanje z objekti in sistemi za turizem, port in rekreacijo. Tu mislimo na izgradnjo umetnih jezer in izboljevanje tistih, ki imajo sicer druge osnovne namene, za kopanje, plavanje, veslanje in jadranje, kot portni bazeni, zajetja in izpusti zdravilnih in termalnih voda in njihovo izkorianje. Tu lahko tejemo tudi regulirana zajetja v potokih in rekah, dela za olepevanje okolice, ipd. Pomembni so tudi ribniki, ki se gradijo kot posebni objekti z dovodom in odvodom vode, da omogoimo vzgojo in rejo rib v naravnih in umetnih vodnih tokovih.

Slika 1-3: Vpliv zunanjih parametrov v procesu gospodarjenja z vodami Slika 1-4: Vrste potencialov vode

Drube, ki doseejo dovolj visoko stopnjo organiziranosti, so zmone organizirati razvito vodno gospodarstvo, z znailnimi venamenskimi objekti. Voda, ki je omejen naravni vir, je v takih urejenih razmerah na razpolago oz. se uporablja v tistih dejavnostih, ki so v naprej doloene s prioritetami rabe. Te prioritete pa doloa druba preko svojih sistemov odloanja, pri emer upoteva rezultate optimizacije zelo razlinih, parcialnih ciljev, ki izvirajo iz razvojnih ciljev drube na eni strani in ciljev varovanja naravne in kulturne dediine. Poseben pomen ima tudi podroje rabe in izrabe voda. Kot rabo voda pojmujemo tisto rabo, ki izkoria eno ali ve oblik potencialov voda (glej sliko), kot izrabo voda pa tako rabo, pri kateri voda odhaja iz vodnih sistemov v atmosfero. Tipien primer izrabe voda je npr. voda v hladilnih stolpih oz. voda za namakanje, kjer voda izpareva. Vpliv Vodnega gospodarstva na rabo in izrabo voda je le posreden. Spodbujanje smotrne rabe voda (spreminjanje tehnologij v industriji, vekratna raba, recirkulacija, ipd.) je mono pogojevati predvsem preko izdaje vodnogospodarskih soglasij, ter zakonodaje in drugih restriktivnih in stimulacijskih ukrepov. Skrb za vodo, kot omejen naravni vir in ivljenjsko nujnost, pa je porazdeljena na celotno drubo oz. na razlina podroja lovekovega delovanja.


VODNO GOSPODARSTVO-1

1. VODNO GOSPODARSTVO 1.1 Osnovni pojmi

Z naravoslovnega stalia delimo okolje na pet med seboj prepletenih podroij: atmosfero, hidrosfero, biosfero, pedosfero in litosfero. Posameznega podroja ni mono obravnavati popolnoma samostojno, saj ni mogoe potegniti lonic med posameznimi sferami. Vendarle je za dejavnosti vodnega gospodarstva najpomembneja hidrosfera, z njo pa najtesneje povezani atmosfera in pedosfera. Zaradi povezanosti je potrebno tudi vsak poseg v posamezno sfero hkrati obravnavati tudi kot poseg v vse sfere. e gre na primer za ureditev renega odseka, za poseg v podroje voda, ni dovolj, e raziemo samo posledice na tem podroju, kot so denimo zmanjana absorbcija kisika zaradi manje povrine toka in manja sposobnost samoienja, marve je potrebno prouiti tudi posledice v ostalih sferah. Za pedosfero to denimo pomeni, da se bo lahko spremenil nivo talne vode, kar bo povzroilo spremembo v rastlinskem in s tem tudi v ivalskem svetu. e se bo izhlapevanje v ozraje zmanjalo, lahko to povzroi e nadaljnje spremembe v ivalskem in rastlinskem svetu. Zaradi hitrejega toka vode se bo poveala transportna sposobnost vode, kar predstavlja vpliv na pedo- in litosfero, ipd.

Slika 1-5: Povezanost drube in narave, prikazana s povezavami razlinih sfer

Hidrosfera je nastala kot posledica ravnoteja med gravitacijo, ki zadruje pline na zemlji in lastnim gibanjem molekul. Zrak, ki sestavlja atmosfero je zmes plinov, katerih vsebnost se zelo malo spreminja. Izjema je vodna para, katere vsebnost relativno mono niha. V ozraju je lahko od 0,02 do 2 % vodne pare. Je torej meteoroloko zelo pomembna, saj nastopa v vseh treh agregatnih stanjih, namre kot vodna para, tekoa voda in led.



Klima je vremenska slika obravnavanega podroja, doloena z dolgoletnimi opazovanji. Glavne klimatske cone so: tropska, zmerna in arktina. Okvirne meje so povratniki in polarni krog. Vodnogospodarsko je pomembna delitev na: aridno (suno) podnebje, humidno (vlano) podnebje, semiaridno (polsuno) podnebje in nivalno (sneno) podnebje. Vreme je stalno menjajoi se pojav posameznega kraja ali podroja v troposferi v doloenem trenutku. Klima in vreme sta odvisna od zranega pritiska, temperature zraka, gibanja zranih mas, atmosferske elektrike, vode v zraku (zrana vlaga, oblaki, padavine) in sevanja.

1.2 Pojavne oblike vode

Voda se pojavlja v treh agregatnih stanjih kot vodna para, kot tekoina in kot led. Z vodnogospodarskega stalia je najbolj zanimiva tekoa faza vode, ki jo razdelimo, glede na kraj pojavljanja, na povrinske vode, na podzemne vode in na morje. Vode delimo na: Tekoe vode

o Naravne tekoe vode, s padajoo velikostjo oznaene kot vodotok, reka, potok, potoek, ter kot posebnosti, ki jih oznaujejo izrazi: hudournik, bistrica, plimni tok, ipd..

o Umetne tekoe vode, s padajoo velikostjo oznaene kot kanal (plovni, namakalni, osuevalni, energetski, kanal za dovod industrijske vodo, mlinica, ipd.)

Stojee vode

o Naravne stojee vode, s padajoo velikostjo oznaene kot jezero, ribnik, mlaka. o Umetne stojee vode, s padajoo velikostjo oznaene kot jezero (naravno, akumulacijsko),

bazen (ribogojniki, hladilni, bazen za ienje odpadne vode). Podzemne vode Morje

Slika1-6: Podtalnica4 Slika1-7: Reka(Osijek)

4 Vir: www.finesa-mb.si



1.2.1 Tekoe vode (vodotoki) e hiter pogled na hidrografsko karto nam pove, da se dale najveji del tekoih voda zane v gorovjih. Tam izvira zbrana padavinska voda, ali pa se v potoke zbira povrinska voda med padavinami ali pri topljenju snega.

Slika 1-6: Glavni vodotoki v Sloveniji in meje med posameznimi vodnimi obmoji, kot osnovne enote vodnogospodarskih dejavnosti

Obiajno nastane povrinski vodotok v hribovju in sledi po zakonu sile tee padnici terena. Padec tekoe vode, ki nastane v hribovju se tako zmanjuje od zgornjega toka preko srednjega dela toka do spodnjega toka. Vodotok tako v zgornjem delu toka, ko ima veji padec, laje premaguje odpor trih zemeljskih slojev, kot v srednjem toku, medtem, ko jih v spodnjem delu toka le izjemoma. S tem si lahko razlagamo tudi izravnane odseke v zgornjem delu toka in naraajoe zavijanje trase s tokom navzdol. Pri tem je posebno pomemben e en pojav: v zgornjem delu toka, ko ima reka zaradi velikega padca mnogo energije, poglablja reno dno. Poglabljanje traja toliko asa, dokler ni doseeno ravnoteje med vleenim materialom in potencialno vleno silo. V srednjem toku je pojav v glavnem v ravnoteju, medtem, ko se v spodnjem delu toka potencialna vlena sila bistveno zmanja in se pojavi odlaganje plavin.

Slika 1-7: Vodni tok v zgornjem, srednjem in spodnjem delu toka



1.2.2 Stojee vode Glede na nastanek naravnih stojeih voda loimo poglobljena jezera in zajezena jezera. V skupino poglobljenih jezer spadajo:

a) ledenika (glacialna) jezera v neko ledenikih pogorjih, katerih dno pogosto sega pod gladino morja,

b) bazeni, ki so nastali s tem, da je veter odpihal zgornje sloje zemljine, c) kraterska jezera v nekdanjih vulkanskih podrojih, d) jezera, ki so nastala z vdorom strehe nad podzemnimi jamami na krakih podrojih, e) jezera v tektonskih jarkih.

Zajezena jezera so nastala:

a) zaradi ledenodobnih naplavin (morene) b) zaradi naplavin na ustju stranskega toka v glavni tok c) zaradi podora, zdrsa ali drugih naravnih dogodkov d) kot umetne zajezbe: akumulacije, suhi/mokri zadrevalniki, ipd.

1.2.3 Podzemne vode Velik dele padavin pronica v tla in obogati podzemske vodne zaloge. Razlikujemo dve obliki podzemske vode: vodo, ki je ponikla in navlaila zemljo, in podtalnico (t.j. popolnoma zasieno obmoje podtalja, kjer ima voda znaaj tekoine (fluida)). Ob rahlem deju prodre deevnica le v zgornje plasti in tam tudi ostane ujeta, e posebno, kadar je zemljina iz ote ali mono glinastega materiala. To plast imenujemo cono zadrevanja vode. e so padavine moneje, tla pa bolj prepustna (peena ali prodnata), prodre voda skozi zgornje zemeljske plasti v podtalnico, ki se oblikuje nad nepropustno plastjo. Neprepustni zemeljski sloj, nad katerim se zadruje voda, imenujemo horizont podtalnice. Posebno bogate s podtalnico so peene in prodnate zemeljske plasti, ki so nastale v diluviju. V teh plasteh so med posameznimi talnimi delci tevilni majhni medprostori, ki jih lahko napolni voda. rte, ki povezujejo enake viine podtalnice imenujemo linije izenaene podtalnice. Potek teh linij dokazuje smer toka podtalnice oz. v kakni povezavi je podtalnica z vodotoki. Pri nizki gladini v vodotoku se tako vodotoki napajajo s podtalnico (izcejanje iz vodonosnika), pri visoki vodni gladini v vodotokih in pri poplavah pa voda doteka v podtalnico (napajanje oz. infiltracija).

Slika 1-8: Zveza med vodostajem v vodotoku in podtalnice (izcejanje, napajanje)

V coni, v katero pronica voda, je le talna vlaga, vse do nivoja, kjer se oblikuje podtalnica. Nad podtalnico pa se oblikuje e plast, v katero se v talnih kapilarah dviga voda zaradi delovanja povrinskih sil, ko so te moneje od sile tenosti. Pri izhlapevanju kapilarne vode na povrje se tam izloajo v vodi raztopljene soli v obliki soli ali sadre. V trdnih kamninah je lahko voda v razpokah ali kot vodni sloj. Voda v razpokah vdira kot talna vlaga skozi majhne odprtine v kamnine, nato pa te odprtine poasi poveuje zaradi delujoih fizikalnih in keminih



procesov. Kemini procesi so posebno moni, e tla vsebujejo soli ali sadro na apnenastih tleh, kjer vsebuje voda, ki pronica, veliko ogljikovega dioksida. Vodne sloje pa najdemo predvsem v sedimentnih kamninah, na primer v peencih in v prhlici. e so nad vodnim slojem ali pod njim neprepustne zemeljske plasti, lahko nastanejo veliki podzemski vodni tokovi, ki se na primernih lokacijah pojavijo na povrju kot arteki studenci. Podtalnica vsebuje v splonem veliko raztopljenih snovi. Njihova vsebnost je odvisna od asa zadrevanja vode pod zemljo, od temperature, od topnosti in sestave kamnin. Ker je vsebnost kisika v podtalnici obiajno nizka, so oksidacijski procesi v njej omejeni. Zaradi tega ostanejo mnoge spojine topne. Ko pa pride podtalnica na povrje in v stik z zranim kisikom, raztopljene snovi razpadejo kot oksidi. Podzemne vode so vse vode pod trdnim zemeljskim povrjem. V splonem tako zajemajo talne vode, poleg njih pa spadajo k podzemnim vodam e podzemni vodni tokovi, krake vode in talna vlaga nad nivojem talne vode. Podzemne vode, ki nastopajo v kroenju vode in se vraajo kot padavine se v geolokem smislu oznaijo kot vadozne. V nasprotju z njimi prihaja juvenilna voda iz notranjosti zemlje (npr. termalne vode).

1.3 Naravne danosti - Vode v slovenskem prostoru

V Sloveniji pade v povpreju letno ca. 1.500 mm padavin letno (alpski svet tudi nad 3.000 mm, skrajni rob Pomurja pod 800 mm). Glede na takno koliino padavin ter intenzivnost reliefa je pomembna prirodna danost naega prostora naravno zadrevanje odtokov.

Slika 1-9: Porazdelitev povprenih padavin v Sloveniji za obdobje od leta 1926 do leta 1965 (glej Vodnogospodarske osnove Slovenije5)

Slika 1-10: Porazdelitev povprenih padavin v Sloveniji za obdobje od leta 1961 do leta 19906

Pomembna znailnost slovenske hidrografske mree je tudi obseno krako obmoje (ca. 40% slovenskega prostora), kjer se zadri 75 do 85% visokovodnih konic, medtem ko se v alpskem svetu zadrijo predvsem snene padavine. Pomembno vlogo pri zadrevanju padavin ima tudi gozd, zato je slaba sposobnost zadrevanja voda znailna predvsem na grievnatih, slabe poraslih in slabe prepustnih tleh (Goriko, Koprsko). Vode, ki izvirajo ali pritekajo v Slovenijo iz sosednjih drav odtekajo v Jadransko in rno morje. Celotno zbirno obmoje vseh vodotokov, ki prekajo dravne meje in teejo preko Slovenije obsega skupaj 43.274 km2 povrine, pri emer je povrina Slovenije le 20.251 km2. Torej lahko neposredno vplivamo na rabo prostora z vidika varstva in urejanja voda v obsegu manj kot 47%.

5 Internet: http://193.2.92.57/vodinfr/ 6 Vir: www.arso.si



Zaradi geografskih, morfolokih, klimatskih in hidrogeolokih pogojev odteka iz Slovenije skupaj 33.944 mio m3 voda/leto, od esar samo s podroja nae drave 19.170 mio m3/leto. Torej nastane v Sloveniji 57% skupnega odtoka. Skupni srednji pretok na dravni meji pri izhodu iz R Slovenije znaa 1072 m3/sek. Za gospodarjenje z vodami pa je pomembneje, kakni so minimalni in maksimalni odtoki vode iz Slovenije, saj so te razmere z vidika varstva pred vodami in monosti gospodarske izrabe in rabe vodnih koliin merodajni.

Preglednica 1-1: Minimalni odtoki, ugotovljeni na vodomernih postajah na prehodu ez dravno mejo

Poreje Drave 72,8 m3/sek Poreje Save 40,4 m3/sek obalno morje s Soo 13,5 m3/sek torej znaa skupni minimalni odtok iz RS 126,7 m3/sek

Razmerja med maksimalnimi in minimalnimi pretoki kaejo na hudourniki znaaj naih vodotokov.

Slika 1-11: Karta vodomernih postaj (ARSO, 2000)

Celotna hidrografska mrea v Sloveniji je ocenjena na 26.603 km, od esar je 17.894 km niinskih vodotokov in 8.709 km hudournikov. Hidrografska mrea pomembnejih vodotokov v R Sloveniji meri 9.781 km, od tega je 7.469 km niinskih vodotokov in 2.312 km hudournikov. Le na manjem delu teh vodotokov so bili e izvedeni regulacijski posegi. Dolina urejevanih vodotokov znaa 2.441 km, pri emer pa je 25,5 % pomembnejih vodotokov e reguliranih ali drugae umetno urejevanih. Od skupnega hidrografskega omreja R Slovenije so bili doslej izvedeni hidrotehnini posegi le na 9 % vodotokov in hudournikov.

Preglednica 1-2: Razmerja med maksimalnimi (vQv(k)) oz. minimalnimi (nQn(k)) pretoki pomembnejih vodotokov pred prehodom ez dravno mejo

Vodotok vQv(k) nQn(k) Razmerje Mura 1440 m3/sek 35,9 m3/sek 40:1 Drava 2708 m3/sek 55,0 m3/sek 49:1 Sava 3650 m3/sek 46,3 m3/sek 79:1



Soa 1900 m3/sek 11,6 m3/sek 164:1. Zaradi teh posegov se je zmanjala ogroenost (naravnih) poplavnih povrin. Vejih poplavnih povrin je v Sloveniji 71.170 ha, od teh je vsaj 20 % takih, na katerih zaradi obasnih poplav ni veje kode. Ostale poplavne povrine so sicer e v veliki meri branjene, vendar so glede na pomembnost povrin, varovane z razlino stopnjo varnosti (od Q5 do Q100 : glej poglavje 1.4).

Preglednica 1-3: Izpostavljenost delovanju erozijskih procesov

prispevno podroje ogroena povrina koliina sproanja hribinskega materiala

Drave in Mure 2500 km2 5.000.000 m3 Save 4400 km2 870.645 m3 Jadrana (Soe in obale) 1900 km2 441.000 m3

Slika 1-12: Prikaz raztrosa podatkov o koliini transportiranega suspendiranega materiala

Za Slovenijo je znailna velika reliefna in geoloka raznolikost, hkrati pa je dobra tretjina ozemlja plazovita (glinasti kriljavci, glinene usedline in fli), na podroju Alp in Karavank pa sestavljajo tla menjajoe se vodopropustne in vodonepropustne plasti. Krovna plast preperine in plodnih tal je ravnovesno labilna; voda, preperevanje, nepremiljeni posegi v okolje lahko sproajo erozijske procese, plazove in velike premike kamenin in zemljine. Kar 8.800 km2 povrine Slovenije (torej 43.5%) je izpostavljene delovanju erozijskih procesov. Vode odnesejo v dolino cca 47 % sproenega materiala, (tj. 2,350.000 m3/leto), kot plavine v vodotokih. Od celotne koliine je 750.000 m3/leto rinjenih plavin (prod) in 5.574.000 m3/leto lebdeih plavin (kalnost, suspenzije). Od 750.000 m3/leto rinjenih plavin ugotavljamo, da znaa transport preko meja Slovenije 335.000 m3/leto, razlika 415.000 m3/leto, pa zaprojuje struge, rene zadrevalnike in akumulacije e zgrajenih HE.

Da bi uskladili naravne danosti in potrebe po vodi, so potrebne doloene storitve, ki jih na podroju voda zagotavlja dravna ali lokalna vodna gospodarska javna sluba (VGJS). Proces od izraenega interesa (potrebe) do zagotovljene storitve je prikazan na sliki.



Storitev Izvajalec javne slube(upravljalec sistema)

Opredelitev:- Javnih interesov- Skupnih interesov- Interesov posameznikov

Osebe javnegain zasebnega prava

Nartovanje in analiza: - pravni robni pogoji - ekonomski robni pogoji - tehnini robni pogoji

Slika 1-13: Dva ciklusa procesov od izraenega interesa do zagotovljene storitve

V Sloveniji se je ele v zadnjih 20 letih resneje pristopilo h gradnji zadrevalnikov visokih voda in manjih akumulacij. Doslej je njihova prostornina narasla na 103,6 mio m3 vode. Glede na skupni odtok (33.944 mio m3) torej v Sloveniji namensko zadrimo le 0.3 % odtoka! Pri tem pa je e pomen teh objektov veji v pogledu varovanja povrin pred visokimi vodami, kot pa za venamensko rabo. Njihov vpliv na poveanje minimalnih pretokov v rekah je zanemarljiv, le deloma pa se akumulirana voda e uporablja v gospodarske namene (preskrba z vodo, kmetijstvo). Bilanca sunih voda je izhodie za oceno monosti oskrbe s pitno, tehnoloko in hladilno vodo ter vodo za namakanje. Te vode morajo biti zagotovljene kadarkoli s 95 % gotovostjo (ti: Q355, glej poglavje 1.4). Skupni odtok Q355 iz Slovenije znaa 230 m3/s. V vodotokih je potrebno v vsakem asu ohraniti minimalne pretoke, ki znaajo Qmin=128 m

3/s, zato je torej v ekstremnih primerih (za preskrbo z vodo, za industrijo, za namakanje,...) mono odvzeti iz vodnih sistemov Slovenije ob vsakem asu najve do 102 m3/s vode. Po posameznih vodnih obmojih ali njihovih delih so monosti za zagotavljanje gospodarsko izkoristljive vode zelo razlini. Obmoje Save razpolaga le s Q=28,8 m3/s, obmoje Drave z Muro pa z 9,3 m3/s izkoristljive vode. Za oskrbo s pitno in kakovostno tehnoloko vodo so zato pomembne predvsem rezerve podtalnih voda. Skupna bilanca vodnih koliin podzemnih voda v Sloveniji znaa 43,8 m3/s. Od teh koliin podzemnih voda razpolaga vodno obmoje obalnega morja le z 2,2 %, poreje reke Soe z 11 %, vodno obmoje Save z 71 % ter obmoje Drave z Muro s 14,5 %. Ocenjuje se, da je od teh voda v kritinih obdobjih na razpolago le 38 m3/sek, kvaliteta te vode pa je vedno bolj vpraljiva. V najbolji I. kakovostni razred sodijo le e nekatere vode v povirjih rek. Preteen del povrinskih voda pa se nahaja v II. kakovostnem razredu ali na meji med II. in III. kakovostnim razredom. V III. kakovostnem in deloma v IV. razredu se nahajajo predvsem reke: Sava, Savinja in Drava pod vejimi onesnaevalci kot so Ljubljana, Krko, Celje z Lakim in Maribor.



Slika 1-14: Koliina vode po vodnih obmojih

Ugotavljamo, da se nekatere emisije v slovenske vode in obalno morje zmanjujejo, druge pa zviujejo. Najpomembneji viri emisij so industrijske odplake, komunalne odpadne vode, emisije kmetijskih dejavnosti, posebni ali komunalni odpadki, ter transport nevarnih ali kodljivih snovi. V preteklem obdobju se je najbolj menjala struktura in koliine tehnolokih odplak, zmanjale so se, ali pa stagnirajo, emisija in stopnja kodljivih odplak klasinih onesnaevalcev kot so: rna in barvna metalurgija, industrija celuloze in papirja, usnjarska industrija, tekstilna industrija in rudarstvo. V porastu so emisije kemine industrije, kovinsko predelovalne industrije, prehrambene industrije, predvsem pa vse oblike emisij iz kmetijstva (kmetijska proizvodnja in ivinoreja). Emisija prebivalstva in komunale urbanega prostora se postopoma zmanjujejo. V absolutnem porastu pa so emisije iz neurejenih komunalnih deponij odpadkov ali odlagali posebnih odpadkov. Posledice teh procesov se kaejo v spremembah strukture in koliin emisij. Koliine emisij se le postopoma zmanjujejo, slaba se struktura emisij v vode. Vse ve je kemijskih spojin, ki so strupene ali toksino delujejo na vode. Nitrifikacija podtalnih voda je v naglem porastu, poveujejo se fosfatne spojine in emisije ogljikovodikovih spojin, ter kovine (v vodotokih in sedimentih ter v podtalnicah). V Sloveniji je e 90% vseh vodotokov v veliki meri ohranilo svoje prirodne lastnosti. Zato je tako ribje bogastvo, kot drugi ivi svet v in ob vodotokih e relativno dobro ohranjen. ivljenje v vodah v bistveno veji meri ogroajo emisije in slaba kakovost voda. Fizini posegi v vode, siromaenje ali unievanje biotopov, ki omogoajo ivljenje v vodah, so v dolgoronem pogledu nevarneji. Pri nartovanju novih posegov v prostor in zaradi njih spremljajoih novih ureditev voda se obstojei biotopi varujejo in bogatijo. Ribam in drugim vodnim organizmom bo potrebno poleg gojitvenih vodnih povrin zagotoviti e monost za migracije, povrine za drst in vzgojo mladic ter prostor za mirovanje in poitek. Pri iskanju optimalnih ureditev povrinskih voda je potrebno upotevati e rekreativne in estetske vrednote voda in vodnih zemlji. Napake, ki so bile napravljene v preteklosti pri tem segmentu oblikovanja prostora, bo mogoe zmanjati ali postopoma odpraviti. Ocenjuje se, da znaa energetski potencial slovenskih vodotokov cca 42.000 GWh neto vodne energije, od esar bi bilo mono tehnino izkoristiti 85 % neto hidro potenciala. Zaradi ostalih omejitvenih pogojev pa je izkoristljivost hidro potenciala za proizvodnjo energije e bistveno manja. Upotevati je potrebno, da je energetski potencial reke Drave v Sloveniji e skoraj v celoti izkorien. Najveje rezerve potencialov



vodne energije so razporejene na povodju rek Save in Mure. Energetski potencial reke Soe e ni v celoti izkorien, vendar ni verjetno, da bi bila gradnja vejih objektov na tem vodotoku mona. V veliki meri je e neizkorieni potencial manjih vodotokov za gradnjo malih HE, za katere pa obstajajo monosti za gradnjo teh objektov le ob pogoju, da bodo ti posegi usklajeni z interesi varstva voda in okolja.

Slika 1-15: Struktura povprenega rauna za gospodinjstvo v Sloveniji Preglednica 1-4: Tarifne postavke za obraun omrenine in dodatkov tarifnim odjemalcem

Delovna energija (SIT/kWh)

Odjemna skupina

Obra. mo meseno

(SIT/ Kw) VT

MT

ET

Ves odjem na nizki napetosti 191,18 8,043 6,325 7,184 OD TEGA ZA

60,62 6,625 5,096 5,860 34,10 0,820 0,631 0,726 64,16

0,038 0,038 0,038 32,30 0,530 0,530 0,530

distribucijsko omreje prenosno omreje sistemske storitve Agencijo za energijo RS prednostno dispeiranje borzen 0,030 0,030 0,030 VT-veje dnevne tarifne postavke ob delavnikih od ponedeljka do sobote v asu od 6. do 13. in 16. do 22. ure; v razdobju, ko se uporablja poletni

as pa od 7. do 14. in od 17. do 23. ure. MT-manje dnevne tarifne postavke v asu od 22. do 6. ure in od 13. do 16. ure; v razdobju, ko se uporablja delovni as pa od 23. do 7. ure in od

14. do 17. ure. Ob nedeljah je manja dnevna tarifa ves dan. ET-enotarifno merjenje Ne glede na stroke poslovanja, vam elektrino energijo prodajamo po veljavnem ceniku, ki ga je sprejela Vlada RS (Ur.l.t. 67/2002) in je stopil v veljavo dne 1. 8. 2002. Nujno pa je opozoriti, da ima voda pomembno vlogo praktino pri vseh nainih proizvodnje energije. Zato je potrebno razen razpololjivega hidro potenciala, upotevati e omejitve, ki jih voda, (kot npr. sprejemnik odvine toplote), vnaa v scenarije za preskrbo z energijo.



1.4 Osnove vodnogospodarskega nartovanja

Iz dolgoletnih opazovanj na VP izhajajo analize znailnosti odtonega reima na prispevnem (zbirnem) obmoju.

Slika 1-16: S pomojo vodomerne postaje (VP) doloimo lastnosti odtonega reima

Slika 1-17: Ureditev za meritev vodostajev na VP

Iz zbranih dalj asa trajajoih meritev lahko doloimo iz serij posameznih podatkov tako imenovane glavne koliine (glej npr. Vodnogospodarske osnove Slovenije). V preglednici 1-5 so predstavljene najvaneje oznake izvrednotenih koliin. Za natannejo predstavitev posameznih koliin je potrebno upotevati e predpostavke in omejitve, ki veljajo za metode matematine statistike in hidrologije, s pomojo katerih so bile te karakteristike pridobljene.

Preglednica 1-5: Pregled glavnih oznak za izmerjene vrednosti v vodomernih prerezih

Pojasnilo Q-odtok m3/s Nivo vode cm

Najvija znana vrednost, datum je podan Qv(p) Hv(p) Najvija vrednost v danem asovnem obdobju vQv(k) vHv(k) Srednje visoke vrednosti, asovno obdobje je podano- konica sQv(k) sHv(k) Srednja vrednost v danem asovnem obdobju sQs sHs Srednje nizke vrednosti, asovno obdobje je podano - konica sQn(p) sHn(p) Najnija vrednost v danem asovnem obdobju nQn(p) nHn(p) Najnija znana vrednost, datum je podan Qn(p) Hn(p)

Na sliki spodaj je prikazan niz obdelav, ki izvirajo iz enoletnega opazovanja nivoja v merskem prerezu.

Slika 1-18: Obdelava merjenih podatkov: rta meritev gladin in pretokov, linija pogostosti, linija trajanja



1.4.1 Vodnogospodarske koliine Za presojo vodnih koliin, ki narekujejo razline ureditve oz. podajajo omejitve rabe vode, potrebujemo podatke o razlinih komponentah vodne bilance:

1. Osnovni pretok Qo (m3/s); (oz. dotok v obravnavani prerez). Glede na cilje obravnave je potrebno upotevati razline (povprene ali kritine) vrednosti.

2. Odvzeti pretok Q' (m3/s); ki predstavlja skupne koliine zaradi: o izhlapevanja in ponikanja, o biolokega minimuma, ki mora kot ekoloko sprejemljivi pretok (QES) ostati v vodotoku, o odjema koliin za ostale rabe vode (industrija, pitna voda,...).

3. Razpololjivi pretok Q1 = Qo - Q' (m3/s).

4. Uporabni pretok Qe (m3/s); kot del pretoka Q1, na katerega lahko raunamo pri nartovanju objektov (turbine, rpalke...), ki ga je mono torej gospodarsko izrabiti.

5. Najveji uporabni pretok Qi (m3/s): to je najveji moni Qe, pogojen z objektom; Qi je torej konstantna koliina (ti. instalirani pretok).

6. Potrebni odtok Qb (m3/s), podan z linijo porabe (za razline porabnike vode)

7. Deficit odtoka Qf- = Qe - Qb (m3/s) za Qb>Qe (negativna vrednost),

suficit odtoka Qf+ = Qe - Qb (m3/s) za Qb



1.4.2 Zadrevanje voda Koliina vode dana z naravnim odtokom Q kae, da se v naravi pojavljajo mona nihanja. Antropogena poraba vode le redko lahko naravni dinamiki vodnatosti, zato se pri veanju porabe kmalu pojavi razkorak med razpololjivimi in potrebnimi koliinami (npr. turistina poraba poleti). Obiajno je potrebno dosei izravnavo z zadrevanjem voda, z racionalno rabo in z recirkulacijo voda. Naravna jezera in movarne niine z nepropustno podlago delujejo kot naravni zadrevalniki. V splonem pa mora lovek s posegi v okolje vzpostaviti umetno zadrevanje voda s tem, da zmanja intenzivnost in hitrost odtekanja, ali pa na primernih mestih zgradi zadrevalnike. Zadrevalniki se lahko uporabljajo za kritje potreb po vodi za razline dejavnosti: za preskrbo s pitno in industrijsko vodo, namakanje, zadrevanje visokih voda, pridobivanje energije, redenje odpadne vode, izboljanje plovnosti rek, ipd. V veini primerov sluijo zadrevalna (akumulacijska) jezera kot venamenski objekt. Posebno teavo predstavlja pri zadrevalnikih dotok materiala (plavin), ki zapolnjujejo zadrevalni prostor. Tako zapolnjevanje zmanjuje koristni volumen zadrevalnika, hkrati pa ogroa tudi stabilnost objekta, saj lahko onemogoi delovanje varnostnih (talnih) izpustov. Dotok plavin je zato potrebno predvideti e pri nartovanju objektov. Okvirno je potrebno pri nartovanju odlaganja materiala v zadrevalni prostor upotevati 100 letno (ivljenjsko) obratovalno dobo objekta. Glede na razline namene in cilje, ki jih elimo dosei z zadrevanjem padavinskih voda uporabljamo razline metode. Oglejmo si nekatere dejavnosti, kot jih je razlenil Stephenson, (1981), glede na namen:

Preglednica 1-6: Metode zadrevanja padavinskih voda

namen metoda razlog 4.1. Zmanjevanje koninega odtoka opazovanje neviht

povrinsko pridrevanje zadrevanje v strugah hrapave povrine zadrevanje na strehah zadrevanje na parkiriih neprikljuevanje prepustnih povrin

napovedovanje poplav zmanjevanje poplav zmanjevanje poplav zakasnitev odtoka zakasnitev in zmanjanje odtoka zakasnitev in zmanjanje odtoka infiltracija in zmanjanje odtoka

4.2. Zmanjevanje volumna celotnega odtoka zadrevanje v zadrevalnikih razbremenjevanje prepustne utrjene povrine ponikanje v bazenih ponikanje z dreni infiltracija

odstranitev pretoka zmanjenje pretoka infiltracija zmanjanje pret. in napajanje podtalnice zmanjanje pret. in napajanje podtalnice zmanjanje pretoka

4.3. Zaita pred poplavo zavarovanje pri zavarovalnici zaitni objekti v poplavni coni opazovanje in javljanje

nadomestilo za kodo zmanjanje kode evakuacija ljudi in materialnih vrednot

4.4. Ukrepi ob katastrofi evakuacija nameanje vre s peskom zasilni prelivi ojaevanje objektov namestitev vodnih rezervoarjev

poruitev objekta vianje nivoja vode kontrola pretoka nevarni nivoji poplavnih vod onesnaenje virov pitne vode

4.5. Kontrola erozije polone breine zatravljenje, ozeljenjvanje kamnometi gnojenje poplavnih podroij sedimentacijski bazeni odstranjevanje sedimentov

manja vlena sila stabilizacija bregov in zakasnitev odtoka kontrola pretokov pospeuje zatravljanje zajemanje plavin poveevanje pretonosti

4.6. Kontrola onesnaevanja pometanje ulic odsesavanje ulic pranje ulic lovljenje prvega (istilnega) vala odstranjevanje smeti in odpadkov zadrevanje gradnja usterznih smeti zatravljevanje cestnih bankin

prestrezanje vejih trdnih snovi prestrezanje drobnih snovi odstranjevanje veine onesnaenja zmanjevanje onesnaenja odvodnika higienske zahteve odsedanje zaita povrinskih vod in podtalnice zajem drobnih delcev

4.7. Zakonska regulativa zakonodaja kazni in globe, stimulacije

postavljanje standardov pospeevanje pravilnih ukrepov, zmanjevanje nepravilnosti



Slika 1-20: Zadrevalnik je neposredno pred nevihto prazen (izplakovalni prekat je prazen). Zane se dotok padavinske vode, nivo v bazenu naraa. Voda dosee nivo izstopne ree prekata za izplakovanje. Samodejno se vklopi vakuumska rpalka, izplakovalni prekat se polni. Ko je doseen maksimalni nivo, se rpalka izklopi.

Slika 1-21: Zadrevalni bazen se po nevihti izprazni. Trdni delci, prineseni z meteorno vodo, sedimentirajo in onesnaijo tla zadrevalnika. Potem ko se izprazni ves bazen, se sproi sistem za izplakovanje. Zadrana voda sunkovito odtee iz prekata. Moan val uinkovito oplakne dno bazena.

Ta sistem za izplakovanje lahko deluje tudi pri sunem stanju. Sistem je mono vgraditi v vsak e obstojei zadrevalni bazen.

Glede na velikost zadrevalnega volumna so zadrevalniki lahko: Majhni zadrevalniki

Z njimi dosegamo dnevno ali tedensko izravnavo pretonih volumnov, torej gre za kratkorono izravnavo med dotokom in porabo ter odtokom. V dnevnih zadrevalnikih zadovoljuje zajeti dotok 24-ih ur potrebe enega dne. Pri tedenskih zadrevalnikih se zadruje predvsem preseni pretok ob koncu tedna in se ga razporeja po delovnih dneh.

Slika1-22: Neuravnavano in uravnavano zadrevanje

Slika1-23: Neuravnavano in uravnavano zadrevanje Veliki zadrevalniki

as izenaevanja dotokov je letni ali veletni. Letni zadrevalniki omogoajo v enem letu s povprenim dotokom izravnavo med dotokom in porabo. V primeru veletnih zadrevalnikov se izravnava razlika med dotokom in odvzemom vode (vkljuno z izhlapevanjem in pronicanjem) v ve zaporednih letih.



1.4.3 Naloge vodnogospodarskega nartovanja S porastom tevila prebivalstva, naraajoim ivljenjskim standardom, intenziviranjem poljedelstva ter razvojem industrije so povezane tudi vse vije zahteve po koliinah in kvaliteti vode. Vodno bogastvo pa je doloeno z naravnim kroenjem vode in je zatorej omejeno. To zahteva smotrno urejanje posameznih vodnogospodarskih dejavnosti v okviru skupnega vodnogospodarskega narta, ki se izdeluje za zaokroeno podroje, torej za posamezna povodja, celotna ali delna poreja ter za vodna obmoja, v okviru katerega se usklajujejo naloge za zagotovitev koliine, kvalitete in biologije voda. Tako okvirno urejanje doloenega povodja predstavlja vodnogospodarsko nartovanje. Naloga vodnogospodarskega narta je urejanje vejega, naravno pogojenega (omejenega) podroja, po pravilu prispevnega obmoja reke, z naslednjih vidikov: skupne, naravne in uporabne vodne danosti, poraba vode in razvoj porabe, monosti pokrivanja porabe iz naravnih danosti z ozirom na zaito pred visokimi vodami in

kvaliteto voda.

Slika 1-24: Osnovni vzorec za izdelavo okvirnega vodnogospodarskega narta



OBSTOJEE STANJE

NARAVNE DANOSTI

GEOGRAFIJARELIEF

ZARAST

INENIRSKA GEOLOGIJA

HIDROGEOLOGIJA

SEIZMOLOGIJA

POVRINSKE ZNAILNOSTI

PADAVINE

IZHLAPEVANJE

OSTALI PARAMETRI

HIDROGRAFIJA

IZVIRI

POVRINSKI ODTOK

PODZEMNE VODE

OBALNO MORJE

PRETONOST STRUG

POPLAVE

OGROENE POVRINE

ODVODNE STRUGE

MORFOLOGIJA

NARAVNA DEDIINA

KULTURNA DEDIINA

GEOLOGIJA

PEDOLOGIJA

METEOROLO-GIJA

KLIMATOLO-GIJA

HIDROLOGIJA

EROZIJAPRODONO-

SNOST

DEDIINA

VPLIV LOVEKA

PREBIVALSTVO

GOSPODARSKE DEJ.

VODNA, PRIOBALNA ZEMLJ.

MINERALNE SUROVINE

INFRASTRUKTURA

NARAVNE STRUGE

EROZIJA

VARSTVO PRED VODAMI

ZBIRALNIKI

MELIORACIJE

IZVIRI

POVRINSKE VODE

PODZEMNE VODE

OBALNO MORJE

PITNA VODA

OSTALA RABA

KANALIZACIJA

ONESNAEVANJE

ISTILNE NAPRAVE

OBSTOJEA IZRABA

POTENCIALNE MONOSTI

RIBITVO

TURIZEM

PORT REKREACIJA

DEMOGRAF.

NAMENSKA RABA

PROSTORA

VARSTVO PRED

KODLJIVIM DELOVANJEM

VODA

VARSTVO VODNIH

KOLIIN IN KAKOVOSTI

VODE

OSKRBA Z VODO

KAKOVOST VODE

IZRABA VODNE MOI

DRUGE RABE VODE V

PROSTORU

EL. S

TAN

JA P

RO

ST.

ELE

M. S

TAN

JA V

OD

NE

GA

RE

IM

AE

LEM

EN

TI R

ABE

IN IZ

KO

RI

ANJA

VO

DA

VODNE MASE

ODTONE KOLIINE

VG PROFILI

MALE VODE

OCENA UREJENOSTI

KODLJIVO DELOVANJEVODNE KOLIINE

KAKOVOST VODE

VODNA, PRIOB.ZEMLJ.V

G B

ILA

NC

A

PR

EG

LED

STA

NJA

NA

INI I

N P

O-

GO

JI R

AZVO

JA

VOD

. RE

IM

A

SINTEZA

EROZIJA, HUDOURNIKI

KODLJIVO DELOVANJE

PITNA, TEHNOLOKA

VARSTVO IN BOGATENJE

OSTALA RABA

JEZERA, RIBNIKI

VODNI ZBIRALNIKI

MALE AKUMULACIJE

KANALIZACIJA

IENJE ODPADNIH VODA

ODPADNE SNOVI

OSUEVANJE

NAMAKANJE

OGROENOST

PRIMERNOST

RANLJIVOST

USTREZNOST

MONOSTI UREJANJA VODNEGA

REIMA

MONOSTI RABE IN IZKORI.

ZADREVANJE VODA

DISPOZICIJA IN IENJE ODPADNIH

VODA

HIDROTEHNINE MELIORACIJE

UREJANJE VODE V OKOLJU

MONOSTI RAZVOJA

KATEGORIZACIJA VODOTOKOV

OPREDELITEV VODNOGOSPODARSKIH ORGANIZACIJSKIH ENOT

ORGANIZACIJSKO TEHNINE MONOSTI

UPRAVLJANJA Z VODAMI

RAZVOJNO PLANSKA IZHODIA IN KRITERIJI

ZA POSTOPKE PLANIRANJA

UPRAVLJANJE Z VODAMI

VSEBINA VODNOGOSPODARSKIH OSNOV

Slika 1-25: Zgradba vodnogospodarskih osnov (po EU direktivi o vodah River Basin Characteristics)

Iz podane sheme je razvidno, kako zahtevno je vodnogospodarsko nartovanje. Iz Vodnogospodarskih osnov (VGO) izhajajo po EU direktivi o vodah (WFD) 6-letni narti, katerih vsebine, ki so bile izvedene, se vnesejo v VGO.

)

CIL

JNO

STA

NJE

AS 6 let

VG NARTPOREJA

(1...n)

VGO

DRAVNIVG

NART

PROGRAM VG UREDITVE POVODJA (1...n)

Slika 1-26: V estletnih obdobjih poteka nartovanje in programiranje na podroju voda (po WFD)

Na ta nain je doseeno obnavljanje in posodabljanje VGO in nartovanje ter programiranje ukrepov iz sprejetih nartov.



1.4.4 Kakovost voda Poleg ustrezne koliine vode (kvantitativen pristop) mora imeti voda tudi dovolj dobre lastnosti za uporabo (kakovost). Osnova za analizo kvalitete vode je seveda zahteva, da mora biti voda primerna za predvideni vodnogospodarski namen (vkljuno s kvaliteto vodnih in obvodnih biotopov). V to podroje dela sodijo tako preventivni ukrepi (varstvo voda, vodnega in obvodnega prostora) kot sanacijski ukrepi (raziskovanje in odprava vzrokov onesnaenja), ki naj zagotovijo ustrezno kakovost voda in zmanjanje onesnaenja voda. Ugotavljanje stanja kakovosti voda temelji tako na stanju vodnih in obvodnih organizmov (vrste, ...), kot tudi s kemijskimi analizami vzorcev vode. Vsako vodno telo razpolaga z doloeno samoistilno sposobnostjo. Bioloko samoienje z odpadnimi snovmi onesnaenega vodotoka se prine z rastjo gnilobnih organizmov, predvsem beljakovinskih snovi in se zakljui z mineralizacijo. Razline stopnje pri tem procesu oznaujejo posebne biocenoze t.i. saprobe. Na opazovanju le-teh sloni saprobni sistem Kolkwitz-a in Marsson-a, ki loi posamezne skupine saprob, glede na onesnaenost voda, v katerih se lahko idealno razvijajo. S strokovnim izrazom oligosaprobni se oznaujejo organizmi, ki jih lahko zasledimo v malo onesnaenih vodah. Mezosaprobni so vodni organizmi, ki jih zasledimo v zmerno (-mezosaprobni) do mono (-mezosaprobni) onesnaenih vodah. Za polisaprobne oznaimo organizme v mono onesnaenih vodah. Podrobneje to tematiko podajajo predavanja pri drugih predmetih.

Slika 1-197: Skupna ocena kakovosti povrinskih vodotokov v Sloveniji v letu 2000 (Vodno bogastvo Slovenije, 2003)


2. SPECIFINOST HIDROTEHNINIH OBJEKTOV

2.1 Splono

Vsak lovekov poseg ali funkcionalno zakljuena celota (sistem) deluje v okviru robnih pogojev (glej sliko).

Slika 2-1: Prikaz robnih pogojev delovanja sistema

Za hidrotehnine objekte pa veljajo doloene skupne in specifine lastnosti: Gradnja jezov je bila primarna gradbena dejavnost. Ko je bila doseena zadostna stopnja

organiziranosti drube starih civilizacij, je bila mona gradnja velikih vodnogospodarskih objektov (npr. namakanje itd.).

Ti objekti imajo velik pomen e sedaj - za zagotovitev primernega celostnega gospodarjenja z vodami.

Unikatnost gradnje - dejavniki hidrologija, geologija, nartovanje in gradnja - visoko specializirana dejavnost, katere oris podajamo v tem predmetu - povezava ve znanstvenih disciplin.

Statistika pregrad: 35.000 visokih pregrad do leta 1985, ocenjuje se, da je vseh pregrad preko 250.000. Vsako leto je v svetu zgrajenih cca. 1000 novih pregrad.

Specifinost hidrotehninih objektov Loimo objekte, naprave in ureditve ter obmoja s pravnim reimom. Za hidrotehnine objekte je znailen: vpliv zgradbe na vodo in vode na zgradbo vpliv objekta na okolje - iskanje kompromisnih reitev pri umeanju v prostor zelo dragi, potencialno tudi nevarni objekti (zato se zahteva velika varnost), dolgotrajna gradnja,

zavzemajo veliko prostora - npr. akumulacija in jih le redko razgradimo, vplivajo na transportno sposobnost vodotoka, ipd.

Slika 2-2: Delitev hidrotehninih objektov glede na namen

SPECIFINOST HIDROTEHNINIH OBJEKTOV-1


Za nadaljnje delo je potrebno, da opredelimo vodnogospodarske objekte, naprave in ureditve e glede na njihov status. Iz slike 2 je razvidno, da je uveljavljena osnovna delitev na infrastrukturo ter na objekte v posebni rabi. Pri infrastrukturi pa je mogoa e delitev na razline resorje, saj njihove pristojnosti (glede na primarno rabo) doloajo podroni zakoni.

Vodnogospodarski objekti, naprave in ureditve

Vodna infrastruktura (kaj obsega, doloa

Zakon o vodah)

Druga infrastruktura na vodah (prometna, kmetijska, itd., kot jo doloajo

podroni predpisi)

V posebni rabi (posameznega subjekta ali skupine

subjektov) Slika 2-3: Delitev med infrastrukturo in posebno rabo. Primer cestne infrastrukture na vodah so npr. lahko prepusti

(dravna/obinska cesta ?), saj so del cestne infrastrukture, ki je hkrati vodnogospodarski objekt. Tako je pravzaprav mono, da ima lahko ISTI tip vodnogospodarskega objekta, naprave ali ureditve glede na pogoje njegove uporabe razlien status. Status nakazuje tudi na obveznosti lastnika (dravna ali lokalna infrastruktura, zasebni sektor), ki pa naj bi bile naeloma enake. Delitev glede na podroje uporabe: zdravstvena hidrotehnika - vodooskrba in zbiranje ter obdelava odpadnih vod, agrarna hidrotehnika - drenaa in namakanje, vodne moi, vodni transporti - transportne poti in pristania, regulacije rek ter hudournikov - zaita pred erozijo in visokimi vodami na vodotokih ter zaita

brein pri stojeih vodah (valovanje!), ekoloka inenirika - voda kot biotop, povezava z inenirskimi posegi. Za posamezen (npr. vodovodni) sistem je treba obravnavati tevilne faze v celotnem ivljenjskem ciklusu sistema oz. objekta.

Osnovni podatki o vodovodnem sistemu - digitaliziranje podatkov (GIS podpora)

Nartovanjenovih posegov

Analiza obratovalnihstanj/razmer

Meritve

Umerjanjemodela

Modeliranje

Storitev

Povratni podatki

Povratni podatki

Slika 2-4: Prikaz procesa modeliranja, analize in nartovanja

2.2 Zajezne zgradbe

Iz iroke palete hidrotehninih objektov si bomo v nadaljevanju, zaradi omejitev pri obsegu snovi, ogledali le zajezne zgradbe (pregrade, jezove). Problematika, ki bo podana, pa je skupna veini objektov in ureditev in jo je mono v preteni meri smiselno uporabiti tudi za druge primere.



Definicija zajeznih zgradb Zajezne zgradbe obsegajo: dolinske pregrade, visokovodne

zadrevalnike, zajezitvene objekte, rpalne akumulacije, prodne lovilce

(bazene), prodne pregrade, zajezitve (ribniki,

bazeni,...).

Slika 2-5: Shematski prikaz dolinske pregrade in jezu

Slika 2-6: Zajezitev (Kranjska gora) Slika 2-7: Zajezitev (Kranjska gora)

Slika 2-5: Pregrada slikana od zgoraj1 Slika 2-6: Pregrada2

Zaradi potreb uporabnika se zgradi vrsta objektov od zajezne zgradbe do izliva. Glede na krivuljo trajanja pretokov (suno, povpreno, mokro leto) se doloi projektni pretok (npr. koliina odvzema).

1 Vir: Wasser wirthshaft 2 Vir: Wasserwirthshaft



Slika 2-8: Shematski prikaz odvzema vode iz vodotoka

Slika 2-9: Iz krivulje trajanja pretokov se doloi vpliv projektnega odvzema (Q projektni)

Legenda: 1 Zajeti (porabljeni) odtok2 Instalirani pretok 3 Potrebni odtok

V vodotoku mora ostati VG minimum. Ta je enak QES, e med odvzemom in izlivom ni drugih uporabnikov, e pa so, je enak vsoti QES in QVP (vseh podeljenih vodnih pravic).

Slika 2-10:Hidrogram poplavnega vala (nekaj ur do nekaj dni)

Slika 2-11:Letna vsotna rta pretokov skupna in uporabljiva koliina

Zadrevalniki obsegajo pregrado z ustreznimi objekti, ter prostor (posodo) za vodo, ki je lahko tudi suh (suhi zadrevalnik), e se v njem voda zadri le za nekaj dni, sicer pa je prostor namenjen drugi (prilagojeni) rabi zemlji, npr. kmetijstvu. Delitev prostornine v stalno ojezereni akumulaciji je prikazana na naslednji sliki. Opozoriti je potrebno na potrebno varnostno nadvianje, ki je veje, e je telo pregrade bolj obutljivo na prelivanje.

Slika 2-12: Osnovni volumni akumulacijed



Slika 2-13: Procesi zapolnjevanja prostornine akumulacije s sedimenti

Nekatere visoke pregrade v Sloveniji (pri hidroelektrarnah) Mednarodna definicija visoke pregrade uporablja naslednje kriterije: viina pregrade od temelja do krone > 15 m ali viina pregrade od temelja do krone > 10 m, krona dalja od 500 m ali volumen akumulacije za pregrado > 1.000.000 m3 = 106 m3 ali kapaciteta prelivov > 2000 m3/s ali neobiajna gradnja (unikatnost).

Preglednica 2-1: Pomembneje zajezitve hidroelektrarn v Sloveniji

reka ime tip elektrarne Hbruto (m)

Lkrone (m)

Vakum. (106m3)

Qmax. (m3/s)

DRAVA Dravograd Vuzenica Vuhred Obalt Fala Marib.otok Zlatolije Formin (Golica)

rena rena rena rena rena rena derivacijska derivacijska pregradna

9,0 13,7 17,4 17,4 14,6 14,2 33,0 29,0

735,5

~150 ~150 ~110 ~200 ~200 ~150 ~140 ~120 ~300

7,0 14,2 19,4 13,3 2,9

18,8 4,6

4,2* 16,2

4200 4600

8 SAVA Moste

Mavie Medvode Vrhovo

pregradna rena rena rena

68,0 17,0 21,2

7,86 10,7 7,0

570 2200 2200

SOA Doblar Plave Ajba Solkan

pregradna derivacijska derivacijska rena

45.5 24.9 11.5 20.7

~50 ~75 jez

~100

5,8 1,65

HE Plave 7,6

* pri denivelaciji 1m Poleg natetih objektov je v Sloveniji e cca 15 zadrevalnikov, ki po zgoraj natetih definicijah tudi spadajo med visoke pregrade.



Slika2-12:Hidroelektrarna Solkan,19853

Slika2-13: Elektrarna Mariborski otok in poslovna stavba Dravskih elektrarn4

Delitev pregrad Mone so razline delitve, zato si oglejmo le osnovno, glede na izvedbo, oziroma na nain prevzemanja vodnih pritiskov.

Slika 2-14: Delitev pregrad glede na njihovo zgradbo

3 Vir: Primorje 4 Vir: foto: Sao Bizjak



Zemeljske pregrade lahko pregledno razdelimo e po naslednji shemi:

Slika 2-15: Delitev zemeljskih pregrad

Osnovna delitev glede na geoloke razmere upoteva tako mone posedke v tleh, kot velikost (obsenost) objekta.

Slika 2-16: Primernost posameznih tipov pregrad glede na nosilnost tal

Pri izbiri vrste pregrade se globalno lahko drimo naslednje razdelitve pri odloanju za posamezno vrsto pregrade: ZEMELJSKE ZEMLJINSKE so primerne za kamnita ali zemeljska temeljna tla, prenaajo

omejene diferenne posedke zaradi relativno irokega in plastinega jedra, potrebne so loitvene plasti, nizki pritiski na temeljna tla, potrebne so velike koliine razlinega materiala;

ZEMELJSKE KAMNINSKE so primerneje za kamnita temeljna tla razline kvalitete, lahko delno preperena, potrebne so tevilne loitvene plasti, relativno nezahtevno vgrajevanje, potrebne so velike koliine razlinega materiala;

BETONSKE TENOSTNE so primerne za iroke doline, izkop je plitveji, od 5 do 10 m, lahko delno preperena skala, preveriti geoloke diskontinuitete, nizki kontaktni pritiski, porabimo precej cementa;

BETONSKE STEBERSKE lastnosti podobno kot tenostne, vije kontaktne napetosti zahtevajo trdno skalo, prihranek cementa v primerjavi z tenostnimi je 40 do 60%;

BETONSKE LONE so primerne za ozke soteske, enotna vrsta skala velike trdnosti in majhnih deformacij temeljev in brein, velika obteba na breine, prihranek cementa v primerjavi z tenostnimi je 50 do 85%.



Slika 2-17: Pregrada Slika 2-14:Kamena pregrada v kanjonu Badnjevice5

Slika 2-15:Pregrada Malpasset Slika 2-16: Pregrada Malpasset poruena lona pregrada

Zaradi potencialne nevarnosti, ki jih visoke pregrade vedno predstavljajo, spremlja razmere in dogodke na njih mednarodno drutvo za visoke pregrade (ICOLD - International Comission on Large Dams), oziroma enako drutvo v RS (SLO COLD).

Preglednica 2-2: Velike pregrade: Svetovni statistini register (ICOLD 1984)

Skupina Tip ICOLD koda tevilo Procent zemeljske pregrade zemljinske TE kameninske ER

28845 82.9

zidane pregrade tenostne PG 3953 11.3 lone VA 1527 4.4 steberske CB 337 1.0 velone MV 136 0.4

5 Vir: www.destinacije.com



Preglednica 2-3: Najvije pregrade - 50 jezov je vijih od 200 m (po Mermelu 1988)

Pregrada Drava Tip Zgrajena Viina (m) Rogun Rusija TE/ER 1989 335 Nurek Rusija TE 1980 300 Grand Dixence vica PG 1962 285 Inguri Rusija VA 1980 272 Vaiont Italija VA 1961 262

Preglednica 2-4: Pregrade z najvejim volumnom (po Mermelu 1988)

Pregrada Drava Tip Viina (m)

Zgrajena Volumen pregrade ( x 106 m3)

Chapeton Argentina TE/PG 35 (1996) 296.2 Pati Argentina TE/PG 36 (1990) 238.2 Tarabela Pakistan TE/PG 143 1976 105.9 Fort Peck ZDA TE 76 1937 96.1 Lower Usuma Nigerija TE 49 (1990) 93.0

23 pregrad ima volumen veji od 50 x 106 m3

Preglednica 2-5: Pregrade z najvejim volumnom rezervoarja (20 rez.>50 x 109 m3) (po Mermelu 1988)

Pregrada Drava Tip Viina (m)

Zgrajena Volumen rezervarja ( x 109 m3 )

Owen Falls Uganda PG 31 1954 2700.0 Kariba Zimbabve VA 128 1959 180.6 Bratsk Rusija TE/PG 125 1964 169.3 Aswan High Egipt TE/ER 111 1970 168.9 Akosombo Gana TE/ER 134 1965 148.0

Slika 2-18: Osnovni parametri hidroenergetske izrabe vodne sile vodotoka



Slika 2-19: Shematski prikaz ureditve centrale s rpalno akumulacijo

Slika 2-20: Primer kombinacije centrale s tedensko akumulacijo in centrale s rpalno akumulacijo v Mostah

Slika 2-21: Razlini tipi HE v verigi



Slika 2-22: Propelerska in centrifugalna rpalka

Slika 2-23: Skupni izkoristek sistema je produkt delnih izkoristkov

Slika 2-20: Polna rpalka Slika2-21:Polna rpalka

Slika2-22: Primerjava karakteristik rpanja centrifugalne ter polaste rpalke (Gradbeni vestnik, letnik

56, avgust 2007, str. 200)



2.3 Zemeljske pregrade

Lahko jih delimo na homogene in slojevite pregrade. V slednjih je tesnitev doseena z vgrajevanjem neprepustnega jedra in spremljajoih plasti (filtri, gorvodna zaitna plast, dilatacije...).

Slika 2-24: Osnovni elementi zemeljskih pregrad

Slika 2-25: Razdelitev zemeljskih pregrad



Vrste in znailnosti zemeljskih pregrad Definicija: so pregrade, konstruirane iz naravnih materialov, izkopanih v bliini gradbia. Razpololjivi materiali so uporabljeni na najbolji moni nain glede na njihove fizikalne lastnosti. Naravni materiali so vgrajeni oziroma komprimirani brez dodatka veznega sredstva, z uporabo visoko sposobne strojne opreme. Delitev na zemljinske in kamninske: e je ve kot 50% zemljine - zemljinske drugae kamninske. Prednosti kamninskih pregrad: ni potrebno intenzivno komprimiranje, veji strini kot in s tem manje dimenzije pregrade, ni pojava pornih tlakov na zrani strani. Prednosti zemeljskih pregrad: primernost za zajezitev irokih dolin, prilagodljivost na razline pogoje temeljenja, uporaba naravnih materialov (iz blinjih nahajali), v pregrado je mogoe glede na danosti in potrebe vgraditi zelo razline materiale, zelo mehaniziran proces gradnje in zelo kontinuiran, izhajajo iz toke 5 so stroki gradnje relativno manji v primerjavi z betonskimi pregradami. Slabosti: veja monost poruitve, v primeru prelivanja visokih voda, kot pri zidanih pregradah, nevarnost pronicanja skozi telo pregrade in notranje erozije je veja kot pri zidanih pregradah.

Slika 2-26: Naini tesnjenja zemeljskih pregrad na prepustni in neprepustni podlagi



Slika 2-24: Osnovni elementi zemeljske pregrade6

2.4 Betonske pregrade

Te pregrade so v celoti nadomestile zidane pregrade (iz velikih, tudi do 10 ton tekih skal). Od leta 1950 se betonu dodajajo e razlini dodatki (lindra, pepel), da bi odpravili teave z odveno toploto pri vezavi betona oziroma, da bi zmanjali stroke za agregat. Glede na nain prevzema vodnih pritiskov poznamo: Tenostne pregrade; velika lastna tea zagotovi stabilnost (vasih so lahko razbremenjene -

votla konstrukcija), V osnovi so trikotne, vasih z zakrivljeno osjo, lahko iz estetskih razlogov, lahko pa se tako prenaa tudi del obtebe. Takrat govorimo o lono-tenostnih pregradah.

Slika 2-27: Shematski prikaz tenostne pregrade

Steberske pregrade; konstrukcijski koncept pregrade je sestavljen iz kontinuirane elne stene in stebrov, ki jo podpirajo na enakomernih razmakih. elna stena je lahko ravna ali zaobljena, kot del stebra ali samostojni element. Te pregrade lahko iz konceptualnega vidika smatramo tudi kot olajane tenostne pregrade.

6 Vir: www.fgg.uni-lj.si/kmtal



Slika 2-28: Shematski prikaz razlinih tipov stebrskih pregrad

Lone pregrade; os pregrade ima opazno gorvodno zakrivljenost in deluje konstruktivno kot

horizontalni lok pri emer prenaa obtebo bolj na boke doline kot na dno. Poznamo enojno zakrivljene, enakokotne in dvojno zakrivljene lone pregrade. pri lonih pregradah je odloilnega pomena stabilnost (nosilnost) brein v katere se pregrada opira (Slika 1-9).

Slika 2-29: Shematski prikaz lone pregrade

Ostale betonske pregrade; Obstaja veje tevilo manj pogostih variant betonskih pregrad, kot npr. votla tenostna, Ambursenova, velona, itd. Konstruktivna zasnova teh pregrad je obiajno kombinacija konstruktivnih zasnov prvih treh vrst.




Lastnosti betonskih pregrad Prednosti betonskih pregrad: Primerne za bolj ozke doline podobne soteskam s primerno nosilno podlago, niso obutljive na prelivanje (pri izjemno visokih vodah), mono je urediti preliv preko krone pregrade, izpusti, ventili, zajetja in ostale intalacije so lahko vgrajene v telo pregrade, sposobnost prenaanja potresne obtebe brez katastrofalne poruitve je relativno visoka. Posamezne vrste betonskih pregrad se loijo glede na sistem prenosa obtebe. Tako so npr. pri stebrasti pregradi veji lokalni pritiski na temeljna tla pod stebri kot pri tenostni, kar torej pogojuje izbor vrste pregrade glede na nosilnost temeljnih tal. Podobno zahtevajo lone pregrade neprimerno vejo nosilnost brein. Slabosti v primerjavi z zemeljskimi pregradami: Bet. pregrade zahtevajo dobro podlago za temeljenje - vrsto skalo. Za bet. pregrade potrebujemo obdelan naravni material doloene kvalitete in koliine ter dovoz in

shranjevanje velikih koliin cementa. Obiajno so te pregrade delovno intenzivne, gradnja pa je precej nekontinuirana. Obiajno je zato cena kubinega metra vgrajenega v pregrado mnogo vija kot pri zemeljskih

pregradah, kar le redko cenovno odtehta sicer manji potrebni volumen pregrade.


NARTOVANJE PREGRAD-1

3. NARTOVANJE PREGRAD

3.1 Nartovanje zemeljskih pregrad

3.1.1 Vrste in lastnosti materialov primernih za zemeljske pregrade Pri obravnavi tega poglavja je privzeto da bralec do doloene mere pozna mehaniko tal in uporabno geologijo. Zato so podane le oporne toke: a) razlika med zemljinami in kamnitim drobirjem b) nastanek anorganskih zemljin (teksturni diagram slika 3-1)

o iz kemino nestabilnih kamenin - postopen nastanek dvodimenzionalnih mineralnih ploic - glin

o iz kemino stabilnih kamenin - samo fizikalen razpad (zmrzovanje, erozija...) - gramoz, pesek, melj

Slika 3-1: Teksturni diagram

c) meja plastinosti, meja idkosti d) faze v zemljini: trdna, tekoa, plinasta

Slika 3-2: Porni pritiski v zemljini s podtalnico



Porni pritisk pod vodno gladino (podtalnice) zmanjuje kontaktni tlak in s tem povzroa zmanjanje efektivnega pritiska zemljine. Efektivni pritisk zemljine je tedaj manji od polnega pritiska zemljine za koliino ekvivalentno vrednosti pornega pritiska. Tako je vrednost efektivnega pritiska:

= u w kjer je:

' geostatini tlak uw porni tlak.

Sprememba pornega pritiska je praviloma reakcija na dodano obtebo (v telo pregrade, v temeljna tla). S spremembo pornega pritiska se spremeni tudi maksimalna mobilizirana strina napetost v zemljini (poruitev):

polni pritisk zemljine: f nc= + tan efektivni pritisk zemljine: += tannf c

kjer je:

c kohezija

strini kot normalna napetost.

e) stisljivost in konsolidacija - vzrok za posedke so trije procesi:

o elastina deformacija delcev zemljine o stisljivost pornih tekoin (zraka in vode) o iztiskanje pornih tekoin iz obremenjenega podroja, s prerazporeditvijo delcev

f) prepustnost zemljine: obiajno velja Darcy-ev zakon:

v k grad i=

Slika 3-2: Pregrada Streevo1 Slika 3-3: Vodna stran zemeljske pregrade Mola2

1 Vir: http://slocold.ibe.si 2 Vir: http://slocold.ibe.si



.1.2 Strina odpornost zemljine

ot strina odpornost zemljine je definiran najveji upor strinim napetostim, ki ga zemljina lahko

kohezija, c, ki nastane zaradi elektrinih sil, ki veejo glinene delce; in ojnega zagozdenja delcev.

trino odpornost zemljine v toki na ravnini lahko izrazimo kot linearno funkcijo normalne napetosti, n,

3 Kmobilizira. Ko je ta vrednost preseena, se struktura podre, obiajno vzdol prepoznavne strine ploskve. Strino odpornost karakteriziramo z dvema parametroma: kota strine odpornosti, , ki nastane zaradi trenjskega upora in medseb Sz uporabo Mohr-Coulomb-ovega kriterija zdrsa:

f nc= + tan ,

kjer je f strina napetost ob zdrsu. ot e omenjeno, je strina odpornost zemljine bolj odvisna od efektivne (medzrnske) normalne napetosti

Kkot od totalnih napetosti in tako dobimo Coulombovo enabo v obliki:

f nc= + tan ,

kjer sta c' in ' parametra strine odpornosti izraena v obliki za efektivne napetosti in ' efektivna normalna napetost (upotevani so porni pritiski).

Slika 3-3: Ovojnice porunih napetosti in Mohr-Coulombov kriterij



topnja komprimiranja (suha gostota):

3.1.3 Komprimiranje zemljine Komprimacija je proces zgoevanja s tem, da odstranjujemo zrak iz zemljine. To ni proces konsolidacije, kjer gre za postopno odstranjevanje vode iz zemljine.

S d w= +/ ( )1 , kjer je:

gostota in situ (v naravnem stanju)

w vlanost.

Sloje komprimiramo v debelini 150 - 250 mm.

Slika 3-4: Proctorjev preizkus

Slika 3-5: Razmerje med dejavniki, ki vplivajo na komprimacijo



stik zemljine: vlanosti od wopt!)

ohezivnih materialih je e dodaten

.1.4 Osnovna naela projektiranja zemeljskih pregrad

naslednje:

nik morata imeti zadostno

stabilnost

do mora biti omejeno v taki meri, da ne povzroa sufozije in regresivne erozije. Hidravlini gradient, pronicevalni pritiski in hitrosti morajo biti torej v

aitena pred zunanjimi vplivi (valovi, led...).

ako, da je ob objektu oziroma vzdol preboja tesnilnih plasti.

entov zemeljske pregrade potrebujemo 3 tipine kategorije materialov.

ilni element potrebujemo slabo prepusten material, ki ima srednjo ali visoko plastinost, da se

b) eni materiali naj imajo dovolj visok strini kot, da je mono graditi ekonomino, t.j. pri najvijih

c) porabljen material naj bo ist in kemino obstojen. Primerni so fini naravni prod, lomljenec in grob

Komprimiranje povzroi spremembo veine karakteri strine trdnosti (najveje, dolgorone vrednosti doseemo pri nekoliko viji stisljivost (veja stopnja zgoevanja zmanja posedke) sprememba volumna (glede na vsebnost vlage ob komprimiranju) prepustnost zemljine (manja pri vejem zgoevanju. Le pri k

vpliv narave in strukture por)

3 Pri projektiranju zemeljskih pregrad moramo biti posebej pozorni na Prelivanje krone pregrade in varnostno viino: preliv visokih voda in odvod

kapaciteto tudi za izjemne razmere. Varnostna viina mora biti dovolj velika, da preprei prelivanje zaradi valov, vanjo mora biti vkljuena tudi viina zaradi predvidenega posedanja pregrade.

Stabilnost: pregrada in njeni temelji morajo biti dimenzionirani tako, da zagotovijo

konstrukcije (breine, temeljna tla, telo pregrade) v vseh pogojih obratovanja (as gradnje, razlina stanja po izgradnji).

Kontrola pronicanja: pronicanje skozi in pod pregra

mejah, ki jih dani material e lahko prenese. Zaita vodne strani: Vodna stran mora biti z Iztok in drugi objekti: Iztok in drugi objekti skozi telo pregrade morajo biti konstruirani t

prepreeno pronicanje vode Posledice zaradi neupotevanja navedenih postavk so prikazane na naslednjih slikah. 3.1.5 Materiali in gradnja Za vgrajevanje obiajnih treh elem a) Jedro

Za tesnne pojavi razpokanost jedra. Najbolje je, e je dele gline 25-30%, vgrajevati pa je mono tudi peeno glino in melje. Vgradnja glinastih jeder je obiajno vpraljiva pri zahtevah za dolgotrajnejo vodotesnost. Telo Vgrajnaklonih, s e vedno stabilnimi breinami. Material je lahko heterogen, kot je pa na volj v bliini. Zaeleno je, da ima dovolj veliko prepustnost, da se lahko porni tlaki uinkovito porazdelijo. Drenaa/filter Udo srednji pesek. Zaradi zahtevnosti (filtrsko pravilo!) je ta element drag, zato morajo biti njegove dimenzije racionalne (zmanjane na najmanjo sprejemljivo mejo).



Slika 3-6: Korito, drenana cev, geotekstil na preklop in reni gramoz3

Slika 3-7: Polaganje drenae4

Pri vgrajevanju plasti morajo biti upotevana naslednja naela: jedro naj bo im veje, kolikor e dopua ekonominost, fineji material naj bo v telesu im blije jedru, bolj grobe materiale v telesu vgrajujemo ob breinah, kjer se ne moremo izogniti hitrejim spremembam tipa materialov, moramo vkljuiti prehodne

oziroma vmesne plasti.

3.1.6 Naini gradnje zemeljskih pregrad Zemeljske pregrade lahko gradimo: z mehaninimi transporti, s hidravlinimi transporti. Gradnja obsega 4 osnovne dejavnosti: Priprava nahajalia materiala: odprtje nahajalia, ureditev fiksne mehanizacije (drobilci ipd.),

dovozne poti, odlagalia humusa... Priprava temeljenja: lahko jo izvedemo istoasno s pripravo nahajalia (izgradnja obtoka - tunel ali

prekop in pomone zgradbe, odstranitev vrhnje plasti, predhodna konsolidacija). Vgradnja opreme za nadzor pornih tlakov in tesnenja. Ta faza se kona z izgradnjo horizontalne drenane plasti na dolvodnem delu pregrade.

Vgrajevanje materiala: Upotevanje vseh zahtev (glede na material in nain vgradnje) in posebna

pozornost pri vgrajevanju jedra. Nadzor pornih tlakov in vasih, za pospeitev konsolidacije, e vgradnja horizontalnih drenanih plasti (na vertikalnih razmakih 3-5 m). Istoasno poteka tudi

3 Vir: www.novolit.si/slo/fasadnisis11.html 4 Vir: www.novolit.si/slo/fasadnisis11.html



vgradnja merske opreme. Faza se kona z ureditvijo zaite brein (tlakovanje gorvodno, zatravitev ipd. na dolvodni strani).

Gradnja potrebnih objektov: obsega vse spremljajoe zgradbe: visokovodni preliv, dro in podslapje,

talni izpust, zajetje, idr.

Slika 3-5: Gradbie prelivnega dela pregrade z 22 prelivnimi polji (ena odprtina predstavlja eno prelivno polje)5

Slika 3-5: Gradbie levoobrene strojnice6

Slika 3-6: Prelivni objekt in dra na prekladi Klivnik7

5 Vir: http://google.si 6 Vir: http://google.si 7 Vir: http://slocold.ide.si



3.1.7 Presoja vodotesnosti Precejanje V naelu loimo dve vrsti precejanja: skozi telo pregrade, pod pregrado.

Slika 3-6: Primer pronicanja pod pregrado

Slika 3-7: Primer pronicanja skozi slojevito pregrado

Obmoje z vzpostavljeno gladino precejajoe vode moramo imbolj oddaljiti od zrane strani, saj bi porni tlaki sicer povzroili nestabilnost breine (lokalno razmoenje, erozija, zdrsi). Razen vertikalne in horizontalne drenae (zaitene z ustreznimi plastmi po filterskem pravilu) je mona vrsto razlinih tesnitev (glej sliko 3-7). Obiajno je koeficient pronicanja anizotropen, zato uporabljamo pretvorbeni faktor pri risanju tokovnic in ekvipotencialnih rt:

= k kv h/ , kjer je:

kv Darcyev koeficient prepustnosti v vertikalni smeri

kh Darcyev koeficient prepustnosti v horizontalni smeri.

In v raunu namesto k uporabimo k':

=k k kv h



Tok podtalnice na tekoi meter pregrade znaa (glej Hidromehaniko, Rajar) torej:

q k H NN

f

d

= ( )( )

, kjer predstavlja (Nf)/(Nd) koeficient oblike tokovne mree (Nf tevilo tokovnih kanalov in Nd tevilo ekvipotencialnih razdelitev), H' pa celotni hidravlini gradient. V primeru nehomogene (slojevite) zemeljske pregrade uporabimo to enabo za vsako vrsto zemljine posebej in jih zdruimo v sistem enab s kontinuitetno enabo:

q levo od tesnilnega jedra = q tesnilnega jedra = q desno od tesnilnega jedra

Slika 3-8:Vodotesnost pregrade na propustnih tleh: a) tesnilno jedro in injektiranje tal pod njimi b) tesnilno jedro sega v tla do neprepustnega sloja c) neprepustni gorvodni tepih podalja pot strujanja d) neprepustna diafragma pod tesnilnim jedrom e) prepustni dolvodni tepih in drenane zavese (vodnjaki

zmanjajo visoke porne tlake na dolvodni strani)

Slika 3-9: Naini tesnjenja zemeljskih pregrad

Uinkovitost tesnilnih ureditev ocenjujemo z dvema meriloma: zmanjanje vzgonske viine (iz meritev v piezometrih) EH = h' / H' zmanjanje koliine precejanja (iz meritve precejene koliine vode) EQ = 1 - Q/Q0



kjer je: Q pretok po dodatni ureditvi

Q0 pretok brez dodatnih ureditev.

Pri dobro izvedenih ureditvah sta bila doslej izvrednotena oba koeficienta v mejah 50-60%.

3.1.8 Ureditev filtrov Vsak prehod (oz. izcejanje) iz finejih v bolj grobe materiale mora biti postopen. Hkrati z drenao moramo urediti e spremljajoe sloje, prikazane na spodnji sliki.

Slika 3-8: Prikaz spremljajoih slojev

Prehodni sloji in filter se praviloma izvedejo slojevito, pri tem pa morajo izpolnjevati dve zahtevi: prepreiti izpiranje finih delcev iz zemljine, omogoiti zadostno izcejanje. Eden od iroko uporabljenih, empirino doloenih pristopov (t.i.filtrsko pravilo) zahteva izpolnitev naslednjih razmerij tipinih zrn, doloenih iz presejnih krivulj:

D filterD zemljina

15

85

5 , D filterD zemljina

15

15

5 in D filterD zemljina

50

50

25 . Noveji razvoj narekuje, da se zaradi teav s hidravlinim lomom, pri dimenzioniranju plasti uporablja relativna prepustnost slojev.

3.1.9 Dimenzioniranje drena Okvirno lahko debelino horizontalne drenae doloimo z enabo:

t qL kd d= / H k kd1 / , kjer je:

L dolina drenane plasti (od jedra do zrane plasti)

kd prepustnost drenae

k1 prepustnost na zrani strani telesa pregrade

faktor 1.5 izvira iz tipinega naklona brein pregrad.



3.1.10 Presoja stabilnosti in napetosti v zemeljskih pregradah 3.1.10.1 Dokaz stabilnosti-(drsine v zemeljski pregradi) Stabilnost zemeljskih pregrad moramo preverjati na vse pogoje obratovanja: as gradnje prvo polnjenje obratovanje (vkljuno s praznjenjem) Stabilnostna analiza temelji na presoji statinega ravnoteja "potencialno aktivne" mase zemljine, ki lei na doloeni zdrsni ploskvi. Faktor varnosti pri tem definiramo kot:

F f= kjer je:

f najveja strina napetost, ki jo lahko mobiliziramo v zemljini in dejanska strina napetost, ki jo povzroa zemljina.

V procesu kontrole iemo najmanji faktor varnosti Fmin, ki ga dobimo za razline predpostavljene (mone) drsine. Stabilnost je zelo obutljiva na porne pritiske uw. Le-tega moramo oceniti iz tokovne slike in/ali predvideti glede na parametre zemljine. Vasih je zato primerneje obravnavati porne pritiske z brezdimenzionalnim razmerjem pornega pritiska ru:

ru = uw / ( g z), kjer je z globina pod zemljo (predpostavljeni geostatini pritisk). Torej je potrebno izvajati stabilnostno analizo z vidika efektivne strine odpornosti (upotevati parametra c' in '). Stabilnostno analizo s koeficientoma c in je dovoljeno izvajati samo za primer kratkoronih razmer in okvirnih stabilnostnih analiz (npr. stabilnost v asu gradnje). Upotevati moramo naslednje obtebene primere: konec gradnje, bazen prazen - kontrola obeh brein, stalno stanje, poln bazen - kritina je zrana (dolvodna) breina, hitra izpraznitev - kritina je vodna stran (zastojni tlaki), potresna obteba v kombinaciji z e natetimi. Izraunane vrednosti Fmin moramo obravnavati precej kritino (t.j. z veliko rezerve). Okvirne vrednosti pa so podane v tabeli:

Preglednica 3-1: Okvirne vrednosti koeficienta varnosti

Koeficient varnosti Fmin* Zrana (dolvodna) stran Vodna (gorvodna) stran

(1) Med gradnjo in ob zakljuku del 1.25 1.25 (2) Redno obratovanje, polna akumulacija 1.5 1.5 (3) Hiter padec nivoja akumulacije / 1.2 (4) Potresna obteba v kombinaciji s tokami 1, 2 in 3 1.1 1.1

* Upotevati je potrebno e nezanesljivost pri doloitvi uw, c', ' Opozoriti je potrebno, da faktorji varnosti niso konstante, temve se spreminjajo v skladu s spreminjanjem obtebe, t.j. s spremembami pri gradnji oziroma kasneje pri obratovanju, kar nazorno kae slika v nadaljevanju.



Slika 3-9: Spreminjanje parametrov stabilnosti brein (as gradnje, obratovanje)

Lastnik oziroma upravljavec takega objekta mora vsak trenutek dokazovati, da so dejanski faktorji varnosti veji (ali vsaj enaki) predpisanim. Zato je izvedeno ustrezno spremljanje stanja funkcionalno zakljuene celote (monitoring), ki obsega vse objekte, naprave in ureditve. 3.1.10.2 Ostale presoje (kontrole) Kontrola napetosti v materialih

Uporabo zahtevnih matematinih metod omejujejo teave zaradi mone vgradnje velikega tevila razlinih materialov ter kompleksnosti njihovega (medsebojnega) obnaanja. Zato tehnike modeliranja, kot npr. MKE, uporabljamo le v zelo specifinih projektantskih tudijah. Pritiski obiajno niso problematini zaradi troosnega napetostnega stanja. So manj kritini kot pri betonskih pregradah, saj je pri zemeljskih pregradah kritina stabilnost.

Hidravlini lom tal

Analiza nevarnosti hidravlinega loma je pri zemeljskih pregradah obiajno omejena le na razmere v nepropustnem jedru. Hidravlini lom, in posledino notranja erozija, se pojavi, e skupni tlak v jedru pade pod nivo lokalnega pornega pritiska. V tem primeru se pojavi nosilni sistem horizontalnega loka



za prenos horizontalne strine sile. Nevarnost hidravlinega loma zmanjamo z uporabo ustreznega materiala (plastinost) za dovolj debelo jedro pregrade, ter z uporabo ustreznih filterskih plasti ob jedru.

Potresna obteba Podrobneja analiza presega okvir snovi pri tem predmetu. Nekoliko pa je ta tema obravnavana v poglavju o betonskih pregradah.

Posedki in deformacije Snov je v zadostnem obsegu podana pri predavanjih o mehaniki tal.

Nekaj primerov teav, ki se lahko pojavijo, je prikazanih na sledeih slikah:

Slika 3-10: Pojav prenih razpok v kroni pregrade zaradi neenakomernih posedkov vzdol osi pregrade

Slika 3-11: Pojav vzdolnih razpok v kroni pregrade zaradi razlinih posedkov razlino komprimirane podlage

Slika 3-12: Pojav prenih razpok v kroni pregrade zaradi razlinih posedkov razlino komprimirane podlage

Slika 3-13: Razpoke v jedru zaradi lonega uinka pri razlinih posedkih



Slika 3-14: Pojav notranjih razpok zaradi razlinih posedkov in/ali slabo izvedene dilatacije

Slika 3-15: Pojav razpok zaradi lokalne izbokline na temeljnih tleh

Dosedanje izkunje so pokazale najpogosteje oblike pokodb, vzroke zanje in mone ukrepe (preventiva je tudi tu bolja kot kurativa!)

Preglednica 3-2: Pokodbe in preventivni ukrepi na zemeljskih pregradah

POKODBA ZUNANJE POKODBE

ZNAILNOSTI VZROKI PREVENTIVNI IN KOREKCIJSKI UKREPI

prelivanje pregrade tok preko pregrade in mono prelivanje pregrade; veja nevarnost pri manj kohezivnih zemljinah!

neprimeren odtoni kanal in/ali varnostna viina pregrade posedanje pregrade zmanjuje varnostno viino; zamaen odtoni kanal

ustrezna kapaciteta odtoka in varnostna viina pregrade sanacija posedkov; zaita krone pregrade; dobro vzdrevanje

erozija zaradi valov pokodbe na gorvodni strani zaita breine pregrade nezadostna ali pokodovana

pravilno nartovanje in vzdrevanje

erozija pete pokodba pete zaradi poplavnega vala dolvodno

odtoni kanal slabo nartovan ali lociran

dobro hidravlino nartovanje;

lebljenje erozija dolvodne strani zaradi padavin

slaba povrinska drenaa vegetacija in/ali drenaa

Preglednica 3-3: Pokodbe in preventivni ukrepi na zemeljskih pregradah

POKODBA ZNAILNOSTI VZROKI PREVENTIVNI IN KOREKCIJSKI UKREPI

PRONICANJE POD ALI SKOZI PREGRADO izgube vode porast izgub zaradi

pronicanja: vidno: mehko zemljie na breini ali dolvodno

prepustnost pregrade/temeljne zemljine; nezadostno tesnjenje tesnilne zavese notranja razpoka

tesnilna zavesa ali injiciranje v jedro pregrade natanno nartovanje, naknadno injiciranje

erozija zaradi pronicanja (skrita notranja erozija)

kalno pronicanje notranja razpoka notranja drenaa; filtri; skrbno coniranje polnitve

NESTABILNOST zdrs temeljnih tal nenosilna temeljna tla ali

visoki porni pritiski konsolidacija zemljine; drenae; izboljanje zemljine

dolvodna stran sprememba morfologije dolvodne strani; nabrekanje in deformacije vodijo k

visoki porni pritiski; prestrm nagib; hiter spust gladine vode v akumulaciji

drenae; zmanjati nagib brein ali konstruirati stabilizacijske berme

gorvodna stran rotacijskem ali translacijskem zdrsu

zdrs hitri pojavi toka posledica potresa; najbolj so ogroene meljaste zemljine

ustrezno komprimiranje ali dodana berma v peti pregrade

DEFORMACIJE posedki izgube varnostne viine;

lokalni posedki deformacija in/ali konsolidacija pregrade in/ali temeljnih tal; posledica notranje erozije, itd.

vzpostavitev varnostne viine; skrbno notranje detajliranje, da se zmanja nevarnost razpok, zaitni filtri

notranje deformacije zunanja deformacija profila; notranje razpoke

relativne deformacije con ali materialov

skrbno detajliranje s irokimi prehodnimi conami, itd.



3.1.11 Praktini primeri

Podani primeri sluijo kot kratek pregled monih izvedb. Obiajno pa zahtevajo razmere na dani lokaciji e dodatne ureditve.

Slika 3-16: Pregrada Nurek8

Slika 3-16: Zemeljska pregrada Nurek (biva ZSSR)

Slika 3-17: Zemeljska pregrada Viljuiskaja Rusija

8 Vir: http://en.wikipedia.org



Slika 3-19: Pregrada Durlassboden9

Slika 3-18: Zemeljska pregrada Durlassboden Avstrija

Slika 3-19: Zemeljska pregrada Frauenau Nemija

9 Vir: http://nw-ialad.uibk.ac.at/



Slika 3-21: Pregrada Serre Poncon10 Slika 3-22: Pregrada Serre Poncon11

Slika 3-20: Zemeljska pregrada Serre Poncon - Francija

Slika 3-21: Primer zemeljske pregrade z ilovnatim jedrom

10 Vir: http://perso.orange.fr 11 Vir: http://www.provenceweb.fr



Slika 3-22: Zemeljska pregrada Wehra Nemija

Slika 3-24: Zemeljska pregrada Megget12

Slika 3-23: Zemeljska pregrada Megget kotska

12 Vir. www.waterbriefing.org


NARTOVANJE PR

Documents

Hidrotehnika - Vodne Zgradbe 1_sept.2008 (SLO)