1

MONITORING EKOLOŠKO PRIHVATLJIVOG PROTOKA NA MALIM

HIDROCENTRALAMA

2

SADRŽAJ

SADRŽAJ ......................................................................................................................................................... 2

1. UVOD ..................................................................................................................................................... 3

2. ODREĐIVANJE MJERNOG MJESTA ZA PRADENJE PROTOKA .................................................................. 3

3. MONITORING NIVOA ODNOSNO PROTOKA .......................................................................................... 4

3.1. VODOMJERNA LETVA .................................................................................................................... 5

3.2. LIMNIGRAF .................................................................................................................................... 7

3.2.1. Limnigraf sa plovkom............................................................................................................. 7

3.2.2. Pneumatski limnigraf ........................................................................................................... 10

3.2.3. Limnigraf sa senzorom......................................................................................................... 11

3.2.4. Čuvanje podataka ................................................................................................................ 11

3.3. Mjerenje protoka......................................................................................................................... 12

3.3.1. Metoda brzina-površina ...................................................................................................... 12

3.3.2. Mjerenje protoka pomoću flo-tracera ................................................................................ 14

3.3.3. Fukncionalna zavisnost protoka .......................................................................................... 19

4. OBEZBJEDJIVANJE „FLESH“ PROTOK NA VODOTOKU NA KOJEM JE IZGRADJENA HIDROELEKTRANA 20

5. OMOGUDAVANJE VARIJABILNOG PROTOKA NIZVODNO OD VODOZAHVATA U ZAVISNOST OD

SEZONE ........................................................................................................................................................ 22

6. ZAKLJUČCI ............................................................................................................................................ 24

3

1. UVODZa potrebe definisanja metodologije monitoringa varijabilnog ekološki prihvatljivog protoka (EPP)

u Crnoj Gori predviđena je analiza iz oblasti hidrologije na rijekama na kojima su planirane, ili već

izgrađene male hidroelektrane. Ova analiza trebala bi biti model koji bi dao odgovore na glavne

dileme koje se ticu tehnick0-inzinjerskih zahtjeva a predloženja rješenja bi trebala biti prenešena u

Pravilnik o ekološki prihvatljivom protoku (Pravilnik o načinu određivanja garantovanog

minimuma proticaja nizvodno od vodozahvata) i biti dalje usklađena sa zakonima koji regulišu

pitanja voda. U svrhu analize planirano je postavljanje limnigrafa ispod već izgrađenog vodozahvata

da bi se omogućio monitoring ekološko prihvatljivog protoka koji sa jedne strane ne bi smio biti

previše tehnički zahtjevan dok bi sa druge strane omogućio jednostavno očitavanje podataka i

kontrolu poštovanja propisanih protoka.

Osnovni ciljevi analize su:

Monitoring protoka ispod pozicije vodozahvata,

Praćenje nivoa vode rijeke ispod pozicije vodozahvata u cilju uspostavljanja funkcinalne

zavisnosti visine vodotoka i protoka a u cilju definisanja „lične karte“ protoka na

hidrocentrali,

Predlog modela za monitoring varaijabilnog ekološki prihvatljiivog protoka

Obezbjedjivanje varijabilnog protoka nizvodno od vodozahvata odnosno u dijelu

vodotoka od vodozahvata do mjesta vraćanja vode nazad u riječno korito, tokom

godišnjeg ciklusa.

Uslijed nedostatka ekoloških podataka jer ekološki pragovi (koje zahtijeva novi Zakon o vodama u

Crnoj Gori) još nisu određeni, nemoguće je definisati detaljnije ciljeve kao što su održavanje dobrog

ekološkog statusa ili dobrog ekološkog potencijala rijeka što će biti uradjeno nakon implementacije

okvirne drektive o vodama.

Trenutno ne posotji jedna opšte prihaćeni model određivnja EPP već svaka zemlja, shodno svojim

potrebama primjenjuje ponekad i nekoliko njih. Dakle, ne postoji jednostavna niti univerzalna

metoda za određivanje EPP, svaki metod ima svoje prednosti i mane. Kriterijumi za izbor

metodauvijek moraju voditi računa o sledećem: način upotrebe vode, ciljeve upravljanja riječnim

slivom, raspoložive eksperte, dostupno vrijeme i potrebna finansijska sredstva, kao i postojeće

zakonske okvire iz oblasti zaštite životne sredine kao i predstojeće procese.

4

U svrhu praćenja to jese monitoringa ekološko prihvatljivog protoka (praćenje poštovanja

garantovnaih količina vode u riječnom korito ispod mjesta vodozahvata) planirano je postavljanje

limnigrafa ispod pozicije vodozahvata u cilju kontinualnog mjerenja visine vodotoka i mjerenja

protoka na konkretnoj lokaciji. Mjerenje protoka se odnsi na vodu koja ostaje u vodotoku poslije

prolaska kroz vodozahvat odnosno na projektovani biološki minimuma koji je planiran zog

održavanja minimalnih uslova za život riječnih organizama a koji sa druge strane omogućava i

održavanje riječnog kontinuuma. (slika 1).

Izbor mjesta za postavljanje limnigraga zavisi od prirodnih karakteristika terena i dobrog

poznavanje dinamike vodotoka, i po pravilu treba biti postavljen između mjesta vodozahvata i

prve nizvodne pritoke predmetne rijeke. Treba izabrati dionicu vodotoka sa morfološkim

stabilnim koritom, bez ostrva i sprudova sa obalama od čvrstih materijala koji ne erodiraju.

Slika 1. Primjer vodotoka rijeke poslije prolaska kroz vodozahvat i riblje staze

3. MONITORING NIVOA ODNOSNO PROTOKA

Da bi se uspješno formirala kriva trajanja vodotoka, potrebno je prethodno izvršiti hidrometrijska mjerenja pri različitim vodostajima da bi se ustanovila zavisnost vodostaja (H) i protoka (Q).

Vodostaj predstavlja razliku između nivoa vode i referentne kote (''kote nule''). Može biti pozitivan i negativan i izražava se u cm. U period mjerenja ovaj referentni nivo se ne smije mijenjati. Kota nule se obično postavlja ispod najnižeg opaženog nivoa voda kako bi vodostaji imali pozitivne vrijednosti.

5

Slika 2. Nivo vode(vodostaj)

Protokj vode predstavlja količinu vode koja protiče kroz poprečni presjek vodotoka u jedinici

vremena. Izražava se u m3/ѕ, l/s, m3/h. Kao što smo napomenuli protok vode je jedan od osnovnijih i

najvažnijih hidrauličkih i hidroloških elemenata vodnog toka. On je osnovna i najznačajnija

informacija za sve radove na i u vezi svakog vodotoka.

3.1. VODOMJERNA LETVA Najednostavniji uređaj za mjerenje nivoa vode je vodomjerna letva. Izrađuje se od drveta, plastike,

livenog gvožđa, aluminijuma itd. Letva je graduisana podeocima od po 1 cm tako da je tačnost

očitavanja ±1cm. U okviru redovnih osmatranja, vodostaji se očitavaju jednom dnevno, a po potrebi

(u periodima nailaska talasa sa velikim vodama) i više puta dnevno. Način ugrađivanja vodomjerne

letve zavisi od uslova na terenu. U koliko u profilu vodomjerne stanice ne postoji mostovski stub ili

stijena, letva se ankerisanjem u podlogu postavlja u strogo vertikalni položaj.

Slika 3. Primjeri vodomjerne letve

6

Na sledećoj tabeli je dat primjer kako se iz podataka sa očitavanja na vodomejrnoj letvi računa to

jeste očitava protok na mjernom mjestu. Naravno da se ova tabela konstruiše empirijski to jeste na

osnovu prethodnih mjerenja očitanih visina i proračunatih ili izmjerenih protoka.

Tabela 1. Zavisnost izmjerenog nivao i protoka

Datum Nivo vode [cm]

Protok vode [l/s]

14.05.2011. 23 2010 15.05.2011. 22 1980 16.05.2011. 23 2010

17.05.2011. 40 5010 18.05.2011. 45 5860 19.05.2011. 41 5120

20.05.2011. 32 3450 21.05.2011. 31 3290 22.05.2011. 30 3050 23.05.2011. 29 2850 24.05.2011. 30 3050 25.05.2011. 41 5120 26.05.2011. 40 5010 27.05.2011. 35 3480 28.05.2011. 32 3450 29.05.2011. 31 3290 30.05.2011. 32 3450 31.05.2011. 31 3290 01.06.2011. 30 3050 02.06.2011. 30 3050 03.06.2011. 29 2850 04.06.2011. 30 3050 05.06.2011. 32 3450 06.06.2011. 31 3290 07.06.2011. 30 3050 08.06.2011. 25 2340 09.06.2011. 30 3050 10.06.2011. 21 1830 11.06.2011. 21 1830 12.06.2011. 22 1980 13.06.2011. 19 1790 14.06.2011. 16 1420 15.06.2011. 15 1220 16.06.2011. 15 1220 17.06.2011. 16 1420 18.06.2011. 15 1220 19.06.2011. 13 920 20.06.2011. 10-11 693

7

3.2. LIMNIGRAF

Jedan od najčešće korišćenih instrumenata za mjerenje nivoa vodotoka je limnigraf. Služi za

kontinualno mjerenje nivoa vode. Koristi se kod srednjih i malih nivoa vodotoka, gdje dolazi do

brzih promjena nivoa vode. Postoje tri tipa limnigrafa:

• sa plovkom (najčešće korišćeni);

• pneumatski;

• sa senzrom;

3.2.1. Limnigraf sa plovkom

Limnigraf sa plovkom sastoji se iz sledećeg sistema: plovak-uže-koturača-kontrateg (Slika 4).

Vertikalno pomijeranje plovka prenosi se na papirnu (ili bušenu) traku koja se, kasnije, može

obraditi i elektronskim čitačima. Papirna traka se namotava na doboš koji može biti vertikalni i

horizontalni.

Slika 4. Limnigraf sa plovkom

8

Slika 5. Primjer postavljenog limnigrafa sa plovkom

Od trenutka kad se limnigraf postavi na predviđeno mjerno mjesto, potrebno je baždariti uređaj

(Slike 5 i 6).

Slika 5 . Primjer podešavanje limnigrafa

9

Slika 6. Primjer podešavanje limnigrafa

Vrijeme i datum se podešavaju za vremensku zonu gdje se postvlja limnigraf. Svaki put kad

limnigraf očita vrijednost visine vodotoka, automatski se prikažu vrijeme i datum očitavanja

vrijednosti.

Primjer podataka koji dobijamo sa limnigrafa

Max 24.03.2011 11:41 0.32

Min 24.03.2011 11:32 0.20

25.03.2011 00:30 0.31

25.03.2011 01:00 0.31

25.03.2011 01:30 0.32

25.03.2011 02:00 0.31

25.03.2011 02:30 0.32

25.03.2011 03:00 0.32

25.03.2011 03:30 0.32

25.03.2011 04:00 0.31

25.03.2011 04:30 0.32

25.03.2011 05:00 0.32 25.03.2011 05:30 0.31

25.03.2011 06:00 0.32

10

Slično kao i kod vodmejrne letve, i iz ovih podataka se nadalje očitava protok na osnovu prethodno konstruisane i na empiriji zasnovan funkcionalne zavisnosti zimedju izmjerenih nivao i protoka.

3.2.2. Pneumatski limnigraf

Ovaj liminigraf se sastoji od boce sa komprimovanim vazduhom iz koje se, preko redukotora pritiska, vazduh potiskuje u cijev koja je potopljena u vodu. Iz ove cijevi vazduh stalno izlaziu vidu mjehurova. U zavisnosti od dubine vode h iznad izlaza cijevi, u njoj se proizvodi pritisak čija je veličina jednaka hidrostatičkom pritisku p=γh, gdje je γ specifična težina vode. Preko etalon manometra ovaj pritisak se pretvara u silu koja djeluje na polugu vage sa klizajući tegom. Traka je u vezi sa satnim mehanizmom. Papirna traka je dužine 16 m i premotava se sa valjka na valjak i omogućuje neprekidno registrovanje podataka tokom više mjeseci.

Slika 7. Pneumatski liminigraf

Mada su ovi uređaji znatno skuplji od limnigrafa sa plovkom, troškovi njihove ugradnje su manji jer

ne treba graditi bunare ili cijevi za zaštitu plovka.

11

3.2.3. Limnigraf sa senzorom.

Kod ovih limnigrafa nivo vode se mjeri kao hidrostatički pritisak sa poluprovodnikom – senzorom

(piezo-sonda), koji se transformiše u električni signal sa integrisanim pojačalom.

Limnigrafi mogu biti opremljeni elektronski uređajima za telemetrijsko prenošenje podataka o

nivou vode. Mjrenje vodostaja se takođe može vršiti pomoću kapacitivne sonde, ultrazvučnog

davača, pokretne igle sa servo uređajem, i drugim metodama gdje se kao rez mjerenja dobija neka

električna veličina.

Čuvanje podataka vrši se preko memorijske kartice.

3.2.4. Čuvanje podataka

Podaci se čuvaju u periodu od 10 godina na memorijskoj kartici ili nekom drugom madijumu. Na

sledecoj slici prikazan je proces „skidanja“ podataka iz limingrafa u lap top radi kasnije obrade i

pravljenja baze podataka

Slika 8. „Skidanje“-uzimanje podataka iz limnigrafa i prenošenje u lap top

12

3.3. Mjerenje protoka

Prilikom određivanja protoka, za mjerenje brzine mogu se koristiti hidrometrijska krila,

elektromagnetne i ultrazvučne sonde. Protok vode je zapremina vode koja proteče kroz poprečni

presjek vodotoka u jedinici vremena.

3

[ ]m

Q F vs

Postoji više metoda sa mjerenje protoka vode. Osim volumetrijskih metoda, tu spadaju mjerenje

protoka pomoću izmjerenih brzina, pomoću trasera (soli), pomoću preliva i brana raznih profila,

kao i u današnje vrijeme sve više i više rasprostranjene radarske metode. Načini na koji se mogu

izvršiti ova mjerenja su ručno, sa mosta, iz čamca, pomoću žičare itd.

3.3.1. Metoda brzina-površina

Za mjerenje brzine u prirodnim vodotocima najčešće se koristi hidrometrijsko krilo. Njegov glavni

dio je elisa na osovini koja je pričvršćena na metalnu šipku odnosno držač.

Slika 9. Hidrometrijsko krilo

Kad se krilo spusti u vodu tako da se vodena struja kreće ka elisi, elisa će se okretati brzinom koja

zavisi od brzine vodene struje. Broj obrtaja elise je u funkcionalnoj vezi sa brzinom, a ta veza je

najčešće višestruka i linerna. Osovina elise je povezana sa električnim brojače obrtaja, tako da se

praktično registruje broj obrtaja u određenom vremensko period dok se brzina računa prema

13

odgovarajućoj jednačini. Veličina elise može biti različita. Manje elise se koriste za manje brzine i

vodotoke, a veće za veće brzine i vodotoke.

Praktična procedura sastoji se u odabiranju određenog broja brzinskih vertikala i broja i položaja

tačaka na vertikali u kojima se mjere brzine. Znači protok se računa integrisanjem polja brzine u

poprečnom presjeku brzine.

( )

0 0

( , ) ( , )

h xB

Ax y

Q v x y dA v x y dxdy

,

gdje je A površina poprečnog presjeka vodotoka, x rastojanje od lijeve obale, B širina vodnog

ogledala, y dubina mjerena od površine, a h(x) ukupna dubina na rastojanju x od lijeve obale.

Najprije se vrši integracija po dubini za svaku vertikalu

( )

0

( )

h x

y

q x vdy

; ovako dobijena veličina

naziva se elementarni protok. Elementarni protok predstavlja protok po jedinici širine korita ili na

dimenziju 2 1L T . Na osnovu njega može se odrediti i srednja brzina na vertikali ( )

( )( )

v

q xv x

h x ;

U drugom koraku definiše se elementarni protok po širini korita kako bi se dobio ukupan protok

0

( )

B

x

Q q x dx

Za proračun Q u praksi se koriste dvije metode: grafička i analitička. Na sledećoj slici je prikaz

grafičke metode

Slika 10. Grafički prikaz brzina izmjerenih hidrometrijskim krilom na profilu vodotoka

14

Slika 11. Mjerenje brzine protkoka hodrometrijskim krilom

3.3.2. Mjerenje protoka pomoću flo-tracera

Za mjerenje u otvorenim tokovima najekonomičnije je koristiti kuhinjsku so, a njenu koncentraciju

je najlakše odrediti iz podatka o provodnosti vode sondom za kontinualno mjerenje. Prikazana

metoda je primenljiva u uslovima gde je omogućeno da se kuhinjska so ravnomerno izmiješa sa

vodom u vodotoku u poprečnom pravcu, što je uglavnom slučaj sa manjim, brzim i turbulentnim

planinskim vodotocima. Velika prednost navedene metode je što za određivanje protoka nije

potrebno poznavanje geometrije vodotoka. Sa druge strane, ova metoda ne daje nikakve informacije

o rasporedu brzina duž poprečnog preseka.

Slika 12. Shema mjerenja protoka uz pomoć kunjihske soli i flo-trejsera

Konstantno injektiranjekoncentracije rastvora trasera Csa protokom ubacivanja q

1

Ubačena masa trasera M

Metod integracije

C0

Vreme

Protok je:

QM

(C-C )dt0

Kon

cent

raci

ja Sonda za merenjeelektroprovodnosti

Vreme

Kon

cent

raci

ja

C0

CM

Merenje sa konstantnim injektiranjem

Protok je:

QC -C1 m

C -Cm 0q

15

Slika 13. Uredaj za mjerenje koncentracije soli – Flo tracer

Slika 14. Mjerenje koncentracije soli nizvodno od mjesta ispustanja

Postoje dva osnovna principa primjene metode:

1) trenutno injektiranje, kada se cjelokupna koncentracija flo-tracer soli dodaje u vodotok istovremeno, i

2) konstantno injektiranje, kada se flo-tracer so dodaje konstantnom brzinom tokom određenog perioda vremena.

16

Jedan od problema vezanih za metodu razblaženja koncentracije soli jeste „šum“ u izmjerenim

podacima, prouzrokovan varijabilnom baznom koncentracijom trasera: kod trenutnog injektiranja

je teško precizno odrediti trenutak kada je flo-tracer stigao do mjernog profila i kada ga je prošao, a

u slučaju kontinualnog injektiranja, značajan šum u signalu imaće za posledicu nepreciznu procjenu

vrednosti koncentracije flo-tracera u ustaljenom režimu tečenja.

Greške pri proračunu protoka mogu biti posledica: 1) šuma u signalu; 2) nekompletnog miješanja

trejsera i vodotoka; 3) kratkog vremena mjerenja koncentracije trejsera; 4) degradacije ili

absorpcije trejsera; 5) nepotpunog rastvaranja trejsera prije ubacivanja u vodotok; 6) greške pri

mjerenju koncentracije trasera ili pri kalibraciji mjernog uređaja; 7) dotoka ili oticaja u okviru

mjerne dionice i 8) neustaljenog tečenja.

Metoda se sastoji iz nekoliko sukcesivnih koraka. Prvo se tačno izmjerena količina soli, rastvorena u vodi iz vodotoka, naglo ubacuje u vodotok na izabranoj lokaciji (uzvodnom poprečnom profilu).

Nakon ubacivanja, rastvor soli se brže miješa sa tokom po dubini vodotoka, a sporije po širini. Može

se očekivati da se, pošto su neki djelovi toka brži od ostalih, oblak soli širi neravnomjerno

zahvaljujući procesu zvanom longitudinalna disperzija. Longitudinalna disperzija rezultira time da

oblak ima krajnju ivicu sa relativno niskim koncentracijama soli, centralnu zonu sa visokim

koncentracijama, a u ostalim tačkama koncentracija opada od centra ka spoljnim ivicama. To znači

da je na početku oblak soli kompaktan i da je so neravnomjerno raspoređena po poprečnom

preseku. Sa povećanjem rastojanja od tačke ubacivanja, so postaje ravnomjernije raspoređena i

najzad dostiže optimalni i podjednak stepen rastvorenosti. Od tačke kada se dostigne ravnomjerna

koncentracija soli po poprečnom presjeku moguće je nizvodno odabrati poprečni presjek za

mjerenje te koncentracije.

Slika 15. Shematski prikaz mjerenja protoka uz pomoc flo tracera

Ukoliko je poznata masa ubačene soli i ukoliko je izmjerena njena koncentracija u vodotoku, moguće

je izračunati protok. Protok vode kroz neki poprečni presjek se definiše kao zapremina vode koja

prođe kroz taj presjek u toku određenog vremena prema sledećim jednačinama:

Potpunoizmešan

traserpo

preseku

Zonamešanja

Mesto ubacivanjatrasera

Q

Sonda za merenjeelektroprovodnosti

17

dVQ dV Q dt

dT

gdje su: –protok, –protekla zapremina zapremine, a –interval vremena. Masena

koncentracija supstance rastvorene u vodi definiše se kao:

( ) ( )dm

C t dm C t dVdV

gdje su vrednosti u izrazu (2): –koncentracija rastvorene supstance u određenom

vremenskom trenutku, –djelić mase rastvorene supstance i –djelić zapremine vode (fluida).

Kada se promena zapremine u izrazu (2) zameni izrazom (1), dobija se sledeća jednačina:

.

Integracijom ove jednačine se dobija:

,

gdje predstavlja protok kroz poprečni profil, a prosječnu koncentraciju u profilu

(pretpostavlja se da je koncentracija trasera na lokaciji mjernog mjesta prosječna za cijelu širinu

toka). Rješavanjem ovog integrala u navedenom izrazu, uz pretpostavku da je protok konstantan, tj.

tečenje ustaljeno, mogu se izračunati masa soli i protok:

Ukoliko je poprečni presjek za mjerenje koncentracije ispravno odabran (traser u potpunosti

izmiješan po širini toka) elektroprovodnost, snimljena u nekoj tački nizvodno, će dostići svoj

maksimu (pik) u trenutku kada jezgro oblaka prođe kroz tačku u kojoj se mjeri. Nakon toga,

elektroprovodnost ponovo opada na vrijednost bazne (početnu vrijednost). Na taj način je moguće

dobiti dijagram vrijeme–elektroprovodnost, koji se može, uz pomoć kalibracione krive, preračunati

u dijagram vrijeme-koncentracija.

Q dV dt

C t

dm dV

dm Q C t dt

0 0

( )

M T

dm Q C t dt

Q C t

0

( )

T

M Q C t dt

0

( )

T

MQ

C t dt

18

Slika 16. Dijagram vrijeme provodljivost kao rezultat mjerenja

Iako se cjelokupni postupak mjerenja može obaviti direktno na terenu, dio pripreme mjerenja je

najbolje sprovesti u kontrolisanim uslovima u laboratoriji prije izlaska na teren. Priprema mjerenja

se sastoji iz provjere instrumenata za mjerenje i pripreme rastvora kuhinjske soli koji će biti

korišćen za kalibraciju mjerača elektroprovodnosti. Ostali dio priprema se mora organizovati na

mjernoj lokaciji jer zahtijeva upotrebu vode iz vodotoka u kojem se mjeri protok.

Prije odlaska na teren treba pripremiti određenu količinu soli koja će biti upotrebljena za mjerenje

protoka. Ukoliko se ne posjeduje neka mala vaga koja je najmanje tačnosti ± 10 g, onda se

odmjeravanje potrebne količine soli može izvršiti pre odlaska na teren. Takođe, potrebno je

pripremiti i svu mjernu opremu za određivanje kalibracionog faktora (posuda odnosno menzura od

500 ml, mililitarska pipeta, rastvor soli od 3 g/l destilovane vode, i sonda za mjerenje

elektroprovodnosti) kao i opremu za mjerenje protoka (sonda za mjerenje elektroprovodnosti,

držač za sondu, kofa od 10 l ili 20 l, vaga za mjerenje soli, ukoliko ona već ranije nije izmjerena,

kuhinjska so, instrument za snimanje podataka, metar, varjača ili nešto slično za miješanje vode u

kofi i kašičica za sipanje soli).

Slika 17. Oprema za mjerenje provodljivosti

220

230

240

250

260

270

280

290

300

310

0 50 100 150 200 250 300

t [s]

EC

[m

S/c

m]

2

19

3.3.3. Fukncionalna zavisnost protoka

Cilj mjerenja nivoa i protoka vodotoka rijeke je dobijanje funkcionalne zavisnosti između vodostaja i

protoka u cilju približnog poznavanja toka rijeke zavinosti od dužine mjernog perioda.

U sledećoj tabeli (Tabela 2.) prikazane su dobijene zavisnosti između vodostaja i protoka. Kriva

zavisnosti vodostaja i protoka prikazana je na slici (slika 10), pri čemu jednačina koja je opisuje ima

sledeći polinomni oblik,

3 24.2730.079 103.9 532.8H HQ H

Tabela 2. Primjer - zavisnost visine vodostaja i protoka

H(cm) 8 10 12 16 18 20 27 34 35 44

Q(l/s) 100 150 198 330 410 490 785 1130 1245 2530

Slika 18. Funkcionalna zavisnost Q=f(H)

Tabela 3. Primjer - zavisnost visine vodostaja i protoka

H(cm) 2 5 7 8 10 12 16 18 20

Q(l/s) 20 38 80 100 150 198 330 410 490

y = 0.0794x3 - 4.2794x2 + 103.9x - 532.89

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

0 10 20 30 40 50

Q(l

/s)

H (cm)

Kriva protoka Q=f(H)

20

Slika 19. Funkcionalna zavisnost Q=f(H) pri manjim protocima

Ekološko prihvatljiv protok ispod mjesta vodozahvata jednak je zbiru protoka riblje staze i

protoka koji prolazi preko vodozahvata.

rsQ → protak riblje staze,

vzQ → protok koji prolazi preko vodozahvata.

U slučaju da je vz

Q = 0,00 l/s, tada je takodje ekološki prihvatljiv protok,na osnovu podataka koje

nam daju mjerni uredjaji za praćenja nivoa vode i protoka sa terena. Tako da je Epp rsQ Q .

4. OBEZBJEDJIVANJE „FLESH“ PROTOK NA VODOTOKU NA KOJEM JE

IZGRADJENA HIDROELEKTRANA

U Crnoj Gori sve rijeke su bujičnog tipa i postoji ogromna razlika između minimalnih i maksimalnih

protoka (po dvjesta i više puta su veći maksimalni od minimalnih protoka, gdje je npr. srednji

minimalni protok za Rijeku Vrelo iznosi 0,073 a sredjni maskimalni 3,350 m3/s, dakle veći je

45puta).

Akvatični organizmi su se tokom evolucije prilagodili ekstremnim variranjima vodostaja pa te

povodne periode koriste za centralne događaje u svom razviću. Ovakvi visoki vodostaji u

crnogrskim rijekama dešavaju se makar dva puta godišnje tokom kojih se akvatični organizmi ili

intezivno razmnožavaju ili migriraju duž vodotokova u potrazi za boljim uslovima za ishranu i

skladište energiju za nepovoljno doba niskih voda. Stoga, tokom visokih vodostaja svi organizmi u

rijeci moraju imati dovoljan, tj. nešto povećan protok koji bi korisnik vode morao da obezbijedi. Ovaj

y = -0.0629x3 + 2.8355x2 - 10.234x + 29.713

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

0 5 10 15 20 25

Pro

tok

(l/s

)

H (cm)

vzEpp rsQ Q Q

21

fenomen bujičnih tokova je inkorporiran u takozvani varijabilni EPP (ekološki prihvatljivi protok)

koji „traži“ najviše vode tokom povodnih perioda, nešto manje tokom „normalnih“ vodostaja dok je

u toku ljetnjih suša potrebno ispuštati minimalne količine kroz dio rijeke koji je ili zaobidjen

cjevovodom ili se nalazi ispod akumulacije.

Nakon ljeta,u kojem preovladjuju niski vodostaji i visoka temperature u riječnom koritu dolazi do

bujanje algi,u jesenjem periodu do opadanja lišća koje se takodje sakuplja u riječnom koritu.Da bi

riječni ekosistem mogao da funkcioniše, potrebno je da u toku godine postoje takozvani „flash“

protoci to jste da se u novembru mjesecu dozvoli kratkotrajno sapiranje riječnog korita a koje bi se

desilo makar dva puta u toku pomenutog mjeseca. U smislu tehničkog rješavanja obezbjedjenja

takozvanog „flash“ protoka postoje dvije teorijske varijante kada je u pitanju količina dostupne

vode:

1. Prvi je da su maksimalni protoci u mjesecu novembaru znatno veći od instalisanog

protoka, koji prolazi kroz cjevovod. U tom slučaju će sav višak vode ići preko zahvata

i korz riječno korito te će se isprati korito rijeke.

2. Drugi je u slučaju da maksimalni protoci u mjesecu novembru nijesu veći ili su

neznatno veći od instalisanog protoka pa je tada potrebno je zatvoriti odredjeni broj

mlaznica kako bi se smanjila količina vode koja dolazi na instalaciju turbine, a

samim tim bi se omogućio veći proticaj preko zahvata i koji bi pročistio korito rijeke

Slika 20. Hidrogram rijekeVrelo

Hidrogram predstavlja grafički prikaz vode u odnosu na vrijeme. Prikazuje količinu vode koja otiče

vodotokom prije, za vrijeme i poslije kiše. Kao što vidimo sa slike 20. u toku godine se jave bar tri

spica ili maksimuma od kojih je najizraženiji onaj u mjesecu aprilu. Crvena linija prestavlja

22

instalirani protok na mini hidroelektrani „Vrelo“ (maksimalna količina vode koju može da primi

cjevovod i da je dovede na turbine), tako da sva voda iznad crvene linije idi preko zahvata kroz dio

riječnog korita od vodozahvata do mašinske zgrade (mjesto gjde se voda vraća nazad u vodotok

nakon prolaska preko turbina) i dalje nizvodno.

5. OMOGUĆAVANJE VARIJABILNOG PROTOKA NIZVODNO OD

VODOZAHVATA U ZAVISNOST OD SEZONE

Nizvodno od vodozahvata protok je varijabilan u zavisnosti od mjeseca to jeste godišnjeg doba. Od

invenstitora se traži, prema modelu varijabilnog EPP-a, da u različitim periodima godine u rijeku

(nizvodno od vodozahvata) ispušta različite količine vode. Prema modelu varijabilnog EPP-a, ljeti

se zahtijeva da riječnim koritom ispod mjesta vodozahvata teče takozvani ljetenji minimum (npr

360 l/s), zatim tokom jesenjih mjeseci pa sve do janura koritom je potrebno da u svakom mometu

(ukoliko su te količne dostune iznad vodozahvata) teče npr. 1500 l/s i onda u proljeće (period

februar – jun) treća količina od 850 l/s. Ove različite količine vode se može obezbijediti pomoću

dvostruke regulacije na vodozahvatu. Prva je regulisanje protoka kroz turbinu koja nam omogućava

u zavisnosti od potrebe da veća ili manja količina vode preliva preko rešetke. Jednostavnim

zatvaračem na ulazu vode u sistem cijevi odredjuje se količna vode koaj ide na turbinu odnosno ona

količina vode koja preliva i nastavlja da teče riječnim koritom. Druga regulacija pomoću zatvarača

na ribljoj stazi kojim se odredjuje količina vode koja protiče kroz riblju stazu i zaobilazi mjesto

uzimanja vode za potrebe rada turbine. Zbirom količina vode koja prolazi korz riblju stazi i količina

koje nijesu zahvaćene i sprovedene na turbinu dobija se količina vode koja teče riječnim koritom

nizvodno od vodozahvata. Provjera željenog odnosno definisanog protoka kontorloše se pomoću

liminigrafa ili nekog drugog mjernog uređeja koji je postavljen nizvodno od vodozahvata i mjesta

gdje se voda iz riblje staze uluva u riječno korito i to na dijelu toka prije prve nizvodne pritoke. Na

osonvu očitavanja ovog protoka vrši se i regulacija ali i monitoring propisanog minimalnog protoka.

23

Slika 21. Presjek koz mjesto vodozahvata na Mini HE „Vrelo“

Ovaj dio objekta je zamišljen tako da živom svijetu vodotoka omogući što prirodniji ambijent i

odgovori biološkim zahtjevima svih migratornih vrsta koje žive u vodotoku.

Otvor riblje staze je u odnosu na ostale elemente na najnižoj tački, uvjek je potopljen i obezbedjuje

minimalni protok koji je karakterističan za jletnje mjesece, sa druge strane zatvarač za ispiranje

može da se podigne i obezbijedi potrebni protok za ispiranje korita rijeke, takozvani “flash” protok.

Riblja staza je dimenzionisana da zadovolji protok biološkog minimuma, potrebe nizvodnih

korisnika (vodenica) i ispuni biološke zahtjeve postavljene u odnosu na živi svijet vodotoka. Može se

primijeniti sledeći proračun.

gdje je B(m) širina preliva,g=9,81m/s2 gravitacija,Hp(m) visina prelivanog mlaza,a za koeficijent K se

može usvojiti:

3/ 222

3pQ K B g H 0.602 0.075

pHK

p

24

gdje je p(m) visina preliva.

Nizvodno i uzvodno od prelivnog praga planirano je osiguranje obala i korita rijeke kamenom ili

kamenom u betonu (dio koji će biti detaljnije razmatran u sledećim nivoima razrade projekta).

6. ZAKLJUČCI

Predlažemo da svaka hidrocetnrala, bilo da se radi o malim, srednjim ili velikim

hidrocentralama, mora imati izradjenu takozvanu „ličnu kartu“. Lična karata

hidrocentrale je u suštini tabela koja sardži medjusobnu zavisnost nivoa vode i protoka

nizvodno od vodozahvata i mjesta gjde se uliva riblja staza a uzvodno od mjesta ulivanja

prve prtoke nakon vodozahvata. U cilju izrade “lične karte” potrebno je koristiti

limnigraf za mjerenje nivoa vode kao i flo-tracer za mjerenje protoka, kako bi se dobila

funkcionalna zavisnost između protoka i nivoa vode.

Svrha izrade „lične karte“ hidrocnetrale jsete da se na jednostavna i precizan način

omogući monitoring definisanih minimalnih odnosno grantovanih protoka (EPP).

Nadleži inspektori će na osnovu table koja će biti postavljena na mjernom mjestu, na

kojoj će biti prikazana funkcionalna zavisnost (protok u zavisnost od svih izmjerenih

nivoa vode na tom mjestu u zadnjih 10god, ili manje ukoliko za konkretan vodotok ne

postoje podaci desetogodišnjg mjerenja), moći očitati protok vodotoka rijeke za trenutni

nivo vode.

Za mjerenje nivoa vode koriste se mjerne letve, limnigrafi sa plovkom, pneumacki

limnigrafi i limnigrafi sa senzorom. Mjerna letva prestavlja najeftiniji i najednostavniji

način mjerenja nivoa vode, ali je nestabilna, može doći do zakrivljenja, nepreciznog

očitavanja, jer zavisi od ljudskog faktora isto tako nedozvoljava potrebu očitavanja u

prethodnih stanja. Kod limnigrafa sa plovkom ugradnja je skupa, jer je potrebno izgradit

cijev za zaštitu plovka. Kod ovog limnigrafa prednost je što se mogu elektronskim putem

uzeti podaci o nivou vode a pružaju mogućnost kontrole za period do 10 godina unazad.

Pneumatski limnigrafi su skuplji od limnigrafa sa plovkom, ali im je postavljanje prosto.

Limnigraf sa senzorom je najskuplji, ali je greška mjerenja minimalna. Nedostatak mu je

što u praksi često dolazi do otkaza senzora, koji nije nimalo jeftin.

Što se tiče naših vodotoka najbolje je izabrati limnigraf sa plovkom za mjerenje nivoa

vode.

Prilikom konstruisana „lične karete“ hidrocentrale koriste se uredjaji za mjerenje

protoka a u praksi se koriste kao što smo renije istakle, hidrometrijsko krilo i flo-tracer.

3/ 22 pQ mb g H

25

Mana kod hidrometrijskog krila je ta što je minimalne protoke teško mjeriti, zavisi od

ljudskog faktora ,tako da su greške pri mjerenju veće u odnosu na flo-tracer.

Flo-tracer je dosta skup uredjaj, ali je greška pri mjerenju minimalna, a lak je za

održavanje.

Za naše vodotoke, za mjerenje protoka predložili bi upotrebu flo-tracer jer nije velika

razlika u cijeni, a mjerenje je mnogo jednostavnije i greške su minimalne.

Sve ovo gore inzešeno (ovo i prethodna poglavlja) omogućilo bi da se na relativno

jednostavan način omogući obezbjedjivanje varijabilnog protoka na godišnjem nivou i

reltivno jednostavna kontrola ispuštanja traženih količina vode za konkretan vodotok.

Ovo bi omogućilo da se riječnim organizmima obazbijede minimalni uslovi za

preživljavanje u smislu održavanja riječog kontinuuma ali i obezbjeđivanja minimalnih

ali dovoljnih količina vode u riječom koritu u različitim djelovima godišnjeg ciklusa.

I na kraju želimo da istaknemo da sva ova tehnička rješenja ne predstavljaju značajnije

uvećanje ukupne investicije a ovo naročito ako se odmah od starta, prilikom izrade

idejnog rješenja ali i tokom sledećih faza projektovanja, sve ovo ima na umu i

inkorporira u projekat.

Smatramo da je i na već postojećm objektima moguće obezbijediti sve gore iznešeno ali

opet napominjemo da je najbolje i najefektnije ako su investitor i projektanti od starta

upozanti sa ovim zahtjevima i potrebama.