NEMUNO VANDENS KELIO KAUNAS-KLAIPĖDA ZAPYŠKIO …

LIETUVOS ŽEMĖS ŪKIO UNIVERSITETAS

VANDENS ŪKIO IR ŽEMĖTVARKOS FAKULTETAS

Hidrotechnikos katedra

Justinas Ivanauskas

NEMUNO VANDENS KELIO KAUNAS-KLAIPĖDA

ZAPYŠKIO PRIEPLAUKOS POVEIKIS UPĖS HIDRAULINĖMS-

HIDROLOGINĖMS CHARAKTERISTIKOMS

Magistrantūros studijų baigiamasis darbas

Studijų sritis: Technologijos mokslai

Studijų kryptis: Aplinkos inžinerija

Studijų programa: Hidrotechnikos inžinerija

Akademija, 2009

2

Magistrantūros studijų baigiamojo darbo valstybinė kvalifikavimo komisija:

(Patvirtinta Rektoriaus įsakymu Nr. )

Pirmininkas: LR Žemės ūkio ministerijos sekretorius, doc. dr. Kazys Sivickis

Nariai: 1. Vandentvarkos katedros doc. dr. A. Dumbrauskas

2. Melioracijos katedros doc. dr. L. Kinčius

3. Hidrotechnikos katedros doc. dr. A. Radzevičius

4. Statybinių konstrukcijų katedros prof. Č. L. Ramonas

Mokslinis vadovas

doc. dr. Arvydas ŠIKŠNYS, LIETUVOS ŽEMĖS ŪKIO UNIVERSITETAS

Recenzentas

lekt. Alvydas ŽIBAS, LIETUVOS ŽEMĖS ŪKIO UNIVERSITETAS

Katedros vedėjas

doc. dr. Algirdas RADZEVIČIUS, LIETUVOS ŽEMĖS ŪKIO UNIVERSITETAS

Oponentas

prof. habil. dr. Česlovas Linksmutis RAMONAS, LIETUVOS ŽEMĖS ŪKIO

UNIVERSITETAS

3

SANTRAUKA

Analizuojama Nemuno vandens kelio Kaunas-Klaipėda Zapyškio prieplaukos įtaka

upės hidraulinėms - hidrologinėms charakteristikoms. Darbe buvo panaudotos GIS

batimetrinių duomenų bazės ir programų paketas MIKE 21. Siekiant parinkti tinkamą

prieplaukos tipą nagrinėjamame upė ruože buvo pasirinkti du prieplaukos variantai,

modeliuojama upės hidrodinamika ir palyginamosios analizės metodu analizuojami gauti

rezultatai. Modelio duomenų paruošimui ir analizei buvo panaudoti vagos dugno reljefo ir

projektinių vandens lygių paviršiaus skaitmeniniai modeliai, bei GIS programinė įranga.

Konvertavus šiuos duomenis, jie buvo panaudoti kaip batimetriniai duomenys MIKE 21 HD

programoje. Suderinus pakraštines sąlygas ir vagos šiurkštumo koeficientus hidrodinamikos

modeliuose buvo nagrinėjami 2 prieplaukos variantai. Pirmiausiai buvo modeliuojamas šio

ruožo variantas be prieplaukos. Antru variantu buvo modeliuojama krantinės tipo prieplauka.

O trečiajame variante pasirinktas išsikišusi į upės vagą prieplauka. Nustatyta, kad krantinės

tipo prieplauka turi mažiausią įtaką upės hidraulinėms - hidrologinėms charakteristikoms,

lyginant su kito tipo prieplaukomis, ir praktiškai nepakeičia natūralios vagos charakteristikų.

Prasminiai žodžiai: prieplauka,hidrodinamika, ArcGIS, MIKE21, programa.

4

SUMMARY

The analysis of the Nemunas river Kaunas-Klaipėda Zapyškio wharf influence river

hydraulic - hydrological characteristics have been used to package software MIKE 21 HD.

Segment was examined to select two stages in order to compare variations of the results

obtained and the appropriate pier type. Model data preparation and analysis were used for

digital surfaces bottom topography and the design of water at the surface models, and GIS

software. The conversion of these data, it was used as bathymetery data modeling with MIKE

21 HD program. Combining bathymetry and peripheral conditions were run at the section of

the hydrodynamic model. It was first simulated in this section without the option wharf. The

second option was modeled type quay wharf. And as the third version of produtruding the

wharf in the river bed. Found that the type of quay wharf has a minimum impact on river

hydraulic - hydrological characteristics compared with other type of wharf, and is similar to

natural river characteristics.

Keywords: pier, hydrodynamic, ArcGIS, MIKE21, program.

5

TURINYS

ĮVADAS.......................................................................................................................................... 6

1. .............................................................................................LITERATŪROS APŽVALGA 8

1.1. Nemuno vandens kelio tyrinėjimai .............................................................................. 8

1.2. Vandens kelių priežiūra ir būklė................................................................................ 10

1.3. Nemuno baseino apžvalga........................................................................................... 14

1.4. Prieplaukų statinių tipai ............................................................................................. 15

2. ............................................................................. 19TYRIMO TIKSLAS IR UŽDAVINIAI

3. ............................................................. 20TYRIMO METODIKA IR ORGANIZAVIMAS

3.1. ................................................................ 20Pradiniai duomenys ir jų transformacijos

3.2. ...................................................................... 22Hidrodinamikos skaitmeninis modelis

3.3. ........................................................................... 26Batimetrinių duomenų paruošimas

3.4. ................................................................................... 27Pakraštinių sąlygų nustatymas

3.5. ................................................... 2Hidrodinamikos skaitmeninio modelio derinimas 8

3.6. ............................................... 31Nagrinėjamo Nemuno ruožo modeliavimo variantai

3.7. Hidrologinės sąlygos.................................................................................................... 33

3.8. ..................................................................... 3Tyrimų rezultatų palyginamoji analizė 4

4. .................................................. 35TYRIMO REZULTATŲ ANALIZĖ IR APTARIMAS

4.1. ................................................................................ 35Nagrinėjamo ruožo esama būklė

4.2. ............................................................................................................ 36Debito pokyčiai

4.3. Vandens lygių ir tėkmės greičių pokyčiai.................................................................. 39

IŠVADOS ..................................................................................................................................... 49

LITERATŪRA ............................................................................................................................ 50

6

ĮVADAS

Nemunas - ilgiausia ir didžiausia Lietuvos upė, pagrindinė vandens arterija. Jos ilgis iš

viso yra 937 km, Lietuvos teritorijoje teka 359 km, 116 km - Lietuvos siena su Rusijos

Kaliningrado sritimi. Nemuno baseino plotas 98 200 km², iš jų 46 600 km² yra Lietuvoje

(užima 72% Lietuvos teritorijos). Nemunas prasideda Baltarusijoje, 45 km į pietus nuo

Minsko, ir įteka į Kuršių marias. Ties Kaunu pastačius Kauno hidroelektrinę Nemunas yra

užtvenktas. Ties užtvanka susidaręs vandens telkinys yra didžiausias Lietuvoje dirbtinis

vandens telkinys, vadinamas Kauno mariomis. Pagrindiniai Nemuno parametrai yra: gylis iki

5 m, vagos plotis iki 500 m., srovės greitis siekia 1 - 2 m/s. Per metus į Baltijos jūrą iš

Nemuno nuteka vidutiniškai 21,6 km3 vandens (Lietuvos..., 2000).

Vandens transportas turi senas tradicijas Lietuvoje. Nuo seniausių laikų Nemunas

buvo prekybos ir susisiekimo kelias, todėl Lietuvoje, kaip ir daugelyje kitų kraštų, upių vagas

ir jų salpas pradėta reguliuoti, vėliau - tirti, norint plačiau jas panaudoti laivybai, apsaugoti

nuo potvynių, malūnams statyti, žuvininkystei plėsti, tiltams, keliams ir geležinkeliams tiesti

ir kitais praktiniais tikslais. Nors Lietuvos upių tyrimai įvairiais aspektais siekia šimtmečius,

tačiau išsamesni moksliniai apibendrinimai atlikti daug vėliau. Pirmieji reguliavimo ir tyrimo

darbai užfiksuoti pagrindinėje Lietuvos vandens magistralėje - Nemune.

Vandens transporto perspektyva priklauso nuo šalies, o taip pat rytų kaimynų

ekonomikos augimo ir politinės aplinkos. Augant ekonomikai, sausumos keliai stipriai

apkraunami ir susidaro palankios sąlygos plėtoti laivybą. Laivyba upėmis kai kurioms

krovinių grupėms yra 2-3 kartus pigesnė nei sausumos transportas. O svarbiausia - šis

transportas netaršus. Pagrindinė vandens arterija - Nemunas, o perspektyvoje – Neris

(Nemuno, 2003).

Siekiant užtikrinti saugią laivybą Nemunu, potvynių vandens praleidimą ir apsaugoti

saugomas teritorijas nuo užliejimo būtina išnagrinėti įvairias vagos reguliavimo galimybes.

Šioms galimybėms įvertinti gali būti naudojami įvairūs metodai. Šiuo metu upių hidraulikos

uždavinių sprendimui yra naudojami tiek paprasti hidrauliniai skaičiavimai arba vienmačiai

hidrodinamikos modeliai (Gailiušis, 1996), tiek sudėtingi skaitmeniniai dvimačiai

hidrodinamikos modeliai (Šikšnys, Dumbrauskas, 2006). Iš gautų rezultatų buvo vertinamos

Nemuno vandens kelio plėtros galimybės. Nustatyta, kad Nemuno ruožas nuo Kauno iki

Jurbarko gali būti pagilintas iki 2,5 m garantinio gylio, o Kaune teis Marva rekomenduota

naujo krovininio uosto statyba. Mūsų nuomone, kaip vienas iš variantų gali būti nagrinėjama

ir uosto statyba Zapyškio miestelyje: tiek Marvoje, tiek Zapyškyje nėra geležinkelio, o

atstumas tarp jų yra palyginti nedidelis - apie 10 km.

7

Analizuojant ir tiriant gamtoje vykstančius sudėtingus hidraulinius procesus,

projektuojant įvairius hidrotechnikos statinius ir prognozuojant jų poveikį aplinkai tenka

susidurti su ypatingai sudėtingais uždaviniais, kuriems spręsti nepakanka paprastų hidraulikos

formulių. Tokiais atvejais taikomas hidraulinių reiškinių modeliavimas.

Atvirų vandens telkinių hidrodinamikos skaitmeninis modeliavimas yra palyginti

naujas ir ypatingai sparčiai besivystantis tyrimų metodas, taikomas gamtoje vykstančių įvairių

hidraulinių reiškinių moksliniams tyrimams, sudėtingų hidrotechnikos statinių projektavimui

ir jų poveikio aplinkai vertinimui. Tyrimams atlikti naudojama naujausi programų paketai

Arcview ir MIKE 21 HD (2007 metų versija), kurie atliekant hidrodinamikos skaitmeninį

modeliavimą palengvina ir paspartina tyrimus ir gautų duomenų analizę. Tokiu būdu galima

tiksliau ir patikimiau įvertinti hidrotechnikos statinių įtaką ir priežiūros galimybes.

Naudojant šiuolaikines informacines technologijas ir modernius tyrimų metodus

galima atlikti išsamius tyrimus, įvertinti gautų rezultatų patikimumą ir gauti pagrįstas išvadas

ir rekomendacijas.

Nagrinėjamas objektas − Zapyškio prieplauka, kuri yra 195 km nuo Nemuno upės

žiočių kairiajame upės krante, ties Zapyškio kaimu, Zapyškio seniūnijoje, Kauno rajone.

Nagrinėjamo ruožo viršutinė riba yra, 197 km nuo Nemuno (Atmatos) žiočių, o apatinė riba

yra, 192 km nuo žiočių.

Pagrindinis šio darbo tikslas: nustatyti Nemuno vandens kelio Kaunas – Klaipėda

Zapyškio prieplaukos poveikį upės hidraulinėms – hidrologinėms charakteristikoms.

8

1. LITERATŪROS APŽVALGA

1.1. Nemuno vandens kelio tyrinėjimai

Nemunas – didžiausia ir svarbiausia Lietuvos upė. Laivyba Nemuno upe Lietuvoje turi

senas ir gilias tradicijas. Dar XVI a. ši didžiausia Lietuvos upė buvo plačiai naudojama

įvairiems kroviniams ir miško medžiagai (sieliams) plukdyti (Gailiušis ir kt., 2001).

Nemunas nuo seno buvo svarbus vandens kelias. Juo į viršų Kauno link plaukė

Hanzos prekės, o žemyn — Lietuvos žemėje išauginti javai (jų eksportas ypač padidėjo po

valakų reformos, t. y. nuo XVI a. II pusės) ir ypač miškas. Daug sielių nuplaukė Nemunu i

Prūsiją XVI a. pabaigoje — XVII a. pradžioje, kai Zigmantas Vaza suteikė pirkliams

privilegiją nuomoti ir kirsti Lazdijų, Merkinės, Seinų, Nemunaičio, Darsūniškio. Birštono,

Vilkijos, Skirsnemunės, Jurbarko miškus. Plečiantis prekybai, o vėliau — strateginiais

sumetimais, tyrinėtos galimybės sujungti Nemuną su kitais upynais. Sovietmetyje buvo planų

nutiesti Baltijos — Juodosios jūrų vandens kelią, bet viskas baigėsi preliminariais tyrimais ir

propagandiniais straipsniais spaudoje.

XIX a. apie Nemuną buvo sukaupta daug hidrologinės informacijos. Inžinieriai ir

profesoriai tyrinėjo laivybos sąlygas Nemune. 1893-1897 m. rusų inžinieriaus V.

Cholščevnikovo vadovaujama hidrografinė partija tyrinėjo laivybos sąlygas Nemune.

Tarpukaryje Nemuno tyrinėjimų imasi 1921 m. į nepriklausomą Lietuvą sugrįžęs prof.

S. Kolupaila, o vėliau jo mokiniai. S. Kolupaila pelnytai vadinamas Nemuno metraštininku.

Profesorius „apčiupinėjo“ svarbiausią mūsų krašto upę nuo ištakos iki žiočių, steigė naujas

vandens matavimo stotis, tyrinėjo laivybos sąlygas ir hidroenergijos išteklius.

Iš pokaryje1977 m pasirodžiusių Nemunui skirtų studijų paminėtina M. Lasinsko ir J.

Burneikio parengta knyga, kurioje pateikta žinių apie upės slėnio raidą, hidrologinį ir

hidrocheminį režimą, laivybą, hidroenergija ir kt. ( Kilkus, 1998).

1996 m. buvo atlikti tyrimai ir išanalizuotos Nemuno ir Kuršių marių farvarterio

gilinimo bei platinimo galimybės atsižvelgiant į kelio būklę, laivininkystės bei ekologinius

reikalavimus, hidrotechninių statinių statybą bei Kauno HE tvenkinio išteklių panaudojimą.

Vidaus vandens kelių direkcijos užsakymu sudaryta skaičiavimų metodika iki šiol naudojama

tolimesniems upės laivakelio gilinimo bei platinimo galimybėms analizuoti (Gailiušis, 1996)

Panaši metodika buvo naudojama šiame darbe analizuojant Nemuno vandens kelio ir

prieplaukos galimybes ties Zapyškiu.

2002 m. G. Sabas ir S. Vaikasas atliko minimalių vandens lygių Nemuno žemupyje

modeliavimą. Šio mokslinio darbo tikslas buvo nustatyti ar Nemuno žemupyje vandens gyliai

9

atitinka minimalius reikiamus vandens kelio standartus ir kokią įtaką turėtų dirbtinio

poplūdžio bangos sklidimas pagerinant laivybos sąlygas. Tyrimams atlikti buvo naudojami

hidrometrinių metraščių skaitmeninė paros vandens lygių duomenų bazė ir HEC-RAS

programa. Papildomai duomenims apdoroti buvo sukurta kompiuterinė programa „MinVL“.

Atlikus tyrimo rezultatų analizę buvo gautos tokios išvados (Sabas, Vaikasas, 2002):

1) analizuojamas Nemuno žemupio ruožas atitinka minimalius laivybos sąlygų

reikalavimus;

2) minimalių gylių padidinimas modeliuojamosios vagos ruože vasaros sausmečiu

panaudojant Kauno HE tvenkinio vandenis atsižvelgiant į kompleksinę tvenkinio paskirtį ir

gamtosaugos reikalavimus neįmanomas;

3) Programa HEC-RAS gali būti pritaikyta įvairioms laivybos sąlygoms tirti.

Kylant Lietuvos ekonomikos lygiui atsirado poreikis išvystyti vidaus vandenų

transportą, atlikti vidaus vandens kelių plėtros galimybių studiją .Todėl 2006 m. buvo

parengta galimybių studija „Kompleksinis vidaus vandenų kelio Nemuno upe ir Kuršių

mariomis nuo Klaipėdos iki Kauno kompleksinis sutvarkymas pritaikant krovininei ir

keleivinei laivybai“, finansuojama ES struktūrinių fondų ir valstybės biudžeto lėšomis. Jos

tikslas – argumentuotai pagrįsti tarptautinės reikšmės vidaus vandens kelio E-41 Klaipėda –

Kaunas kompleksinio sutvarkymo ir jo pritaikymo keleivių bei krovinių pervežimui

reikalingumą. Galimybių studijos rengėjai – UAB „Projektų gama“ ir UAB „Hidroprojektas“

išnagrinėjo garantinių gylių suvienodinimo iki 1,5 m ir padidinimo iki 2 m bei 3 m galimybes

visame vidaus vandens kelio Kaunas-Klaipėda ruože.. Galimybių studijos išvadose

neabejojama vidaus vandens kelio E-41 integracijos į Vakarų Europos vidaus vandens kelių

tinklą perspektyva, todėl pabrėžiamas būtinumas jau dabar pradėti vykdyti jo modernizavimą,

kurį siūloma atlikti dviem etapais: artimoje perspektyvoje Kuršių mariose užtikrinant 2,5 m ,

o Nemune – 2 m garantinius gylius (Tarptautinis..., 2005).

Ateities vizijoje numatoma tarptautinė laivyba upėmis. Svarbiausia šalies upė

Nemunas Lietuvą jungia su kaimynėmis Baltarusija ir Rusijos Federacijos Kaliningrado

sritimi. Nors bendradarbiavimas su kaimynais krovinių pervežimo, keleivinės ir pramoginės

laivybos srityse vos pastebimas, tačiau norų ir ketinimų atsiranda. Anot G.Labanausko, šiuo

metu vedamos derybos dėl laivybos sąlygų atkūrimo Nemuno ruože Druskininkai –

Baltarusijos valstybės siena. Šio vandens kelio atgaivinimas leistų per Augustavo kanalą

susisiekti su Lenkijos ir kitų Vakarų šalių vidaus vandenų kelių tinklais. Direkcija palaiko

neblogus santykius su Kaliningrado srities Gvardeisko sritimi. Lietuviai ir rusai drauge

prižiūri vandens kelio ruožą Nemune nuo 13-ojo iki 113-ojo kilometro (nuo Atmatos žiočių).

2005 m. buvo atliekama galimybių studija „Neries upės panaudojimo galimybių susisiekimui,

10

hidroenergetikai ir rekreacijai kompleksinis įvertinimas ir rekomendacijų parengimas“ dėl

laivybos sąlygų atkūrimo Neries upės ruože: Neries žiotys – Jonava. Vilniaus miesto

savivaldybės pageidavimu bus analizuojamos laivybos sąlygų atkūrimo galimybės Neries

upėje Vilniaus miesto ribose (Tarptautinis..., 2005).

1.2 Vandens kelių priežiūra ir būklė

Apie Nemuno vagos valymą nuo laivybą trukdžiusių akmenų ir stambių riedulių

turima žinių iš 14 amžiaus. Pavasarį dėl ledų ir aukšto vandens lygio smėlingi Nemuno

krantai buvo labai griaunami. Nugriautų krantų srovės nešamas gružas gula vagoje arba prie

jos krantų, sudarydamas seklumas ir vagos pagilėjimus (sietuvas). Akmenų ir stambaus žvyro

rėvos, smėlio seklumos ir atskiri dideli akmenys trukdė laivininkystę nagrinėjamame Nemuno

ruože.

Nemuno vandens kelio reguliavimo darbai buvo atliekami įvairiais laikotarpiais.

Žemutinio Nemuno reguliavimo darbai buvo atliekami naudojant vietines statybines

medžiagas: akmenys, mediena ir žabai fašinoms buvo ten pat upėje, upės pakraščiuose

arba gretimuose laukuose. 1800-1820 m. laikotarpyje Nemuno šakose Rusnėje ir Atmatoje,

turinčiose 48 km bendrą ilgį, buvo pastatyta 27 būnos. Buvo sukurta darbų strategija siekiant

sureguliuoti Nemuno vagą:

• Iki 1870 metų Nemuno reguliavimo darbai buvo atliekami tik tam, kad apsaugoti

krantus nuo paplovimų ir pagerinti potvynio vandens nuotakį;

• Iki 1870 metų žemutinis Nemunas pradėta reguliuoti sistemiškai tikslu pagilinti

vagą ir pritaikyti ją laivininkystei;

• Nuo 1874 iki 1897 metų buvo atlikti analogiški reguliavimo darbai Nemuno

žiotyse, Atmatos upėje, t.y. Nemuno šakoje įtekančioje į Kuršmares.

1929-1933 m. klausimus, susijusius su Nemuno reguliavimu, nagrinėjo Vandens kelių

valdyba (Merkys, 1934).

1929-1963 m. pradėti sistemingi Nemuno vagos reguliavimo darbai Smalininkų -

Kuršių marių ruože turėjo įtakos tiek minimalių vandens gylių, tiek ir vagos formavimosi

procesų režimui ( Poška ir kt., 1996). Iki 1990 m. laivybos sąlygoms gerinti upės farvateris

buvo reguliariai valomas ir gilinamas (Phare, 1997; Pusteinikovas, 1997).

Pirmieji garlaiviai Nemune pasirodė XIX a. viduryje. Yra žinių, kad jau 1840 m.

žemupyje, t.y. Prūsijos teritorijoje, plaukiojęs garlaivis "Pyrascaph" (Ugninis laivas), o 1855

m. pradėjo reguliarius reisus ir du grafui Reinoldui Tyzenhauzui priklausę garlaiviai-

„Kęstutis" ir „Neris". Buvo laivuojamas 465 km Nemuno ruožas, tačiau reguliariai — tik

11

žemupys (žemiau Kauno), kuriame buvo įrengtos būnės ir dirbo žemsiurbės (per metus buvo

iškasama apie 2 mln. m3 grunto). Šiuo metu Nemuno vandens kelyje nuolat palaikomas ne

mažesnis kaip 1,20 m garantinis gylis Kauno-Jurbarko atkarpoje ir 1,50 m garantinis gylis

Jurbarko — Atmatos žiočių atkarpoje (Kilkus, 1998).

2005 m. buvo atliekami Kuršių marių farvaterio valymo darbai Atmatos žiotyse, ties

Pervalka, Juodkrantėje. Suderinus projektą su aplinkosauginėmis institucijomis ir atlikus

šiuos darbus, Kuršių mariose 2006 metais navigacijos laikotarpiu bus galima pasiekti 2,20 -

2,50 m garantinį gylį (Tarptautinis..., 2005)

Šiuo metu vidaus vandens kelių priežiūrą atlieka Vidaus vandens kelių direkcija.

Vidaus vandens kelių direkcijos strateginis tikslas ir uždavinys – garantuoti reikalingas upių

laivybos sąlygas, užtikrinti jos saugumą. Vandens kelių pagrindiniai rodikliai:

• navigacijos metu prižiūrimų vidaus vandens kelių ilgis siekia 425 km;

pastoviai prižiūrimų vidaus vandens kelių ilgis – 69 km.

• eksploatuojamų vidaus vandens kelių su garantiniais matmenimis ilgis – 291 km.

● vidaus vandens kelių su paženklintu farvateriu ilgis – 356 km:

● nešviečiančiais ženklais – 269 km;

● šviečiančiais ženklais – 87 km.

Navigacijos trukmė VĮ VVKD prižiūrimuose vidaus vandens keliuose:

● Kaunas-Atmatos žiotys (Danė, Minija, Skirvytė, Šyša, Kuršių marios, Jurbarko

laivybinis kanalas) – 230 parų;

● Birštonas – Kauno HE, Druskininkai-Liškiava – 183 paros;

● Trakų ežerai (prieplauka - turistinė bazė), upė Nevėžis, (Nevėžio žiotys – Sitkūnai) -

138 paros.

Šiuo metu palaikomi garantiniai gyliai: Nemune nuo Klaipėdos iki Jurbarko – 1,50 m,

nuo Jurbarko iki Kauno – 1,20 m, Kuršių mariose – 1,50 m (Vidaus..., 2007), (pav 1.1).

Kadangi upių transportas yra 2-3 kartus pigesnis nei sausumos, Nemunu gabenamų

krovinių apimtys iki 1987 m. vis didėjo (l.1 lent.).

1.1 lentelė Nemuno laivininkystės valdybos vežimų apimtys

Metinė vežimų apyvarta

Vežimų rūšys 1970 1980 1987 1990 1991 1992 1993 1994

Kroviniai,

mln. t 119,04 149,45 160 2,4 2 1,4 0,7 0,6

Keleiviai, mln 8,1 8,59 10,34 3,4 2,7 1,5 1,3 1,8

Šaltinis: 1994-1995 m. statistikos duomenys

12

Nors XX a. pabaigoje pasikeitus Lietuvoje ekonominėms sąlygoms krovinių pervežimas

labai sumažėjo, Nemuno vagos navigacinės charakteristikos ir tvarkymas toliau domina

hidrologus ir upeivius. Šie klausimai glaudžiai siejasi tiek su upės vagos farvaterio būkle ir jos

ateities prognozėmis, tiek su minimalių vandens lygių ir gylių dinamika sausuoju metų

laikotarpiu.

Per paskutinius 10 metų kylant Lietuvos ekonomikos lygiui išaugo krovinių ir keleivių

pervežimas (l.2 lent.). Siekiant sumažinti transporto apkrovimą keliams pradėta ieškoti

alternatyvių krovinių gabenimo būdų. Vienas iš alternatyviausių būdų gabenti krovinius

vidaus vandens keliais. Vėl sugrįžtama prie laivininkystės Nemuno upe.

1.2 lentelė Krovinių ir keleivių pervežimo kiekiai nuo 1995-2005 m.

Vežimų

rūšys 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005

Kroviniai,

tūkst. t 2,6 1,9 2,8 2,8 2,5 3,3 3,3 3,4 3,7 6,6 7,6

Keleiviai,

tūkst. 1003,1 1470,0 1434,9 1563,6 1728,3 1299,9 1323,6 2890,2 1993,6 1973,9 2122,8

Šaltinis: 2005 05 12 statistikos duomenys

Dabartinėms laivybos sąlygoms lemiamą poveikį daro minimalių vandens lygių dinamika

ir gyliai laivakelyje; juos taip pat būtina nustatyti ir prognozuoti pakankamu tikslumu.

Labiausiai navigacijos sąlygas Nemune blogina nešmenys, kurie nusėda ir sudaro

seklumas. Ypač daug nešmenų susidaro potvynių metu. Todėl, kad užtikrinti tinkamas sąlygas

plaukti laivams yra būtinas kasmetinis vandens kelių valymas (1.1 pav.).

13

1.1 pav. Lietuvos vidaus vandens kelių schema

13

14

1.3 Nemuno baseino apžvalga

Kaip ir visos upės, Nemunas skirstomas į aukštupį, vidurupį ir žemupį. Nemuno

aukštupys yra susiformavęs seniausiai, dar pirmo ledynmečio metu. Jis pasižymi

vingiuotumu, meandrų gausumu, plačiais slėniais, smėlėta ir seklia vaga bei lėta tėkme.

Vidurupis, kuris tęsiasi apie 300 km nuo Katros upės iki Neries, susiformavo trečiojo

ledynmečio periodu. Tuomet tėkmė persiliejo per Gardino aukštumas ir pasuko Šiaurės

kryptimi. Vidurupis yra labai kintantis. Slėniai labiau įsigraužę, tiesūs vagos ruožai staiga

pakeičiami išraiškingais vingiais ir meandromis, vagos gylis ir plotis taip pat dažnai keičiasi.

Ties Kaunu Nemunas pasiekia Vidurio Lietuvos žemumą ir suka į vakarus. Tai

žemupio, kuris tęsiasi apie 200 km, pradžia. Upė labai išplatėja, išilginis vagos nuolydis ir

tėkmės greitis sumažėja. Dėl iškrentančių nešmenų, upės vaga čia dažnai pasislenka į vieną ar

kitą pusę, susiformuoja laikinos salos. Nemunas išsiskiria į dvi atšakas 48-ame kilometre nuo

žiočių: dešiniąją - Rusnę ir kairiąją - Matrosovką (Giliją) (1.2 pav.).

1.2 pav. Nemuno baseinas (98200 km2)

15

1.3 pav. Nemuno pagrindiniai intakai, baseino plotas (A = 98200 km2) ir vagos ilgis (L = 937 km)

Nors didesnė upės vagos dalis priklauso Baltarusijai, tačiau baseino ploto atžvilgiu

didesnė jo dalis priklauso Lietuvos teritorijai: Lietuvoje 47,5%, Baltarusijoje 46,4% ir likusi

maža dalis priklauso Lenkijai ir Latvijai (Jablonskis J., 1993). Nemuno baseinas užima 75%

visos Lietuvos teritorijos. Pagrindiniai Nemuno intakai - Berezina, Ščara, Neris ir Nevėžis

(1.2 pav.).

1.4 Prieplaukų statinių tipai

Kompleksas technologiškai tarpusavyje susijusių statinių ir įrengimų, kurie leidžia

aptarnauti laivą, vadinamas prieplauka.

Prieplaukų statiniais vadinami hidrotechnikos statiniai (pagrindiniai prieplaukų

elementai), skirti laivų švartavimuisi bei stovėjimui perkraunant krovinius, įlaipinant ir

išlaipinant keleivius bei visapusiškai aprūpinant laivą, jo stovėjimo bei remonto metu

(Михайлов, 1982). Prieplaukos (kranto) profilis gali būti įvairus (žr. 1.4 pav.). Profilis parenkamas pagal

techninius skaičiavimus. Upių uostuose daugiausia taikomos vertikalaus profilio prieplaukos.

Jos patogiausios, nors ir brangiausios.

Šlaitinio tipo prieplaukos - paprasčiausios: iš esmės tai yra tik sutvirtinti natūralūs

šlaitai. Jos dažniausiai taikomos upėse, kuriose stipriai kinta vandens lygis. Tokio statinio

kaina minimali. Šio tipo prieplaukos taikomos kartu su plūduriuojančiomis prieplaukomis ir

atskirų atramų tipo statiniais.

16

Pusiau šlaitinio profilio prieplaukos įrengiamos daugiausia upėse tais atvejais, kai

prieplaukos eksploatuojamos dažnai esant žemiems vandens lygiams.

a) b) c) d) e)

1.4 pav. Kranto profilio formos

a – vertikali; b – šlaitinė; c – pusiau šlaitinė; d – pusiau vertikali; e, – dviaukštė.

Pusiau vertikalaus profilio prieplaukos įrengiamos retai (pavyzdžiui, vandens

saugyklose, kuriose gali staigiai svyruoti vandens lygis). Jei vandens lygis kinta labai stipriai,

kartais įrengiamos dviaukščio profilio keleivinės ir krovininės (kuriose perkraunama nedaug

krovinių) prieplaukos. Kartais atskirai įrengiamos sezoninės prieplaukos (aukštiems ir

žemiems vandens lygiams).

Prieplaukų statinius galima skirstyti pagal paskirtį, pagal susiejimo su uosto teritorija

sąlygas, pagal pastovumo užtikrinimo sąlygas, pagal numatomą eksploatacijos laiką

(pastovios ir laikinos), pagal galimybę keisti vietą (stacionarios ir perkeliamos), pagal padėtį

plane, konstrukcijos tipą, kapitališkumą, įrengimo medžiagą, statybos būdą ir laiką (pvz.

greitai pastatomos), pagal atskirų atramų tipą ir jų panardinimo būdą, pagal skaičiuojamąją

schemą, reikšmę uosto veiklai ir dar daug požymių.

Konstruktyviniu požiūriu pagrindinės prieplaukų statinių grupės šios (žr 1.5 pav.):

1) gravitaciniai statiniai;

2) plonos sienutės tipo statiniai (dar vadinami įlaidų sienutėmis arba bolverkais ) ;

3) polinės konstrukcijos statiniai (su aukštu poliniu rostverku);

4) specialių tipų statiniai.

a) b) c) d) e) f) g)

1.5 pav. Pagrindinės prieplaukų statinių grupės a, b, c – gravitaciniai statiniai; d, e – plonos įlaidų

sienos; f, g – polių

17

Plonų sienučių ir polinio tipų prieplaukos kartais laikomos viena didele polinių

statinių grupe. Tame pačiame statinyje dažnai taikomi įvairių konstrukcijų elementai. Tokie

statiniai vadinami kombinuotais.

Prieplaukų statinių konstrukcijos tokios sudėtingos ir įvairios, kad šiuo metu nėra jų

griežtos ir visiems priimtinos klasifikacijos (dažniausiai sutinkama klasifikacija pagal

konstrukcijos tipą).

Krantinėmis vadinami statiniai, atstojantys kranto liniją (jiems priskiriamos ir

prieplaukos, įrengtos iškastų kranto juostoje baseinų perimetru). Statiniai, perimantys žymų

grunto slėgį (plonos sienutės, gravitacinės ar polinės konstrukcijos su įlaidu) dažnai dar

vadinami krantinėmis-sienutėmis. Jų konstrukcijoje yra ištisinė sienutė. Tai atraminio tipo

statiniai. Polinės konstrukcijos, dengiančios kranto šlaitą ir neperiimančios grunto slėgio,

vadinamos krantinėmis-estakadomis arba polinėmis estakadomis. Tai neatraminio tipo

statiniai.

Dažnai rekonstrukcijos metu norint padidinti gylį prie prieplaukos, tam kad perimtų

išaugusias apkrovas, prieš esamą krantinę įrengiami kokie nors statiniai (pavyzdžiui, polinė

estakada), kurie šiuo atveju vadinami apvadais. Įvairūs atraminiai statiniai ant atskirų atramų

(pavyzdžiui, siauri pirsai) (ir ant polių) dar dažnai vadinami kiauraisiais statiniais.

Upėse kartais naudojami gelžbetoniniai laivai su anstatu - debarkaderai

(plūduriuojančios prieplaukos), kuriuose yra patalpos keleiviams, kasos ir t.t.

Plūduriuojančios prieplaukos dažniausiai naudojamos keleivinių laivų aptarnavimui. Tačiau

jos brangios, jas sunku eksploatuoti, todėl pastaruoju metu naujuose uostuose nerengiamos.

Palais vadinamos atskirai įrengiamos atramos (gravitacinės, polinės), skirtos laivų

fiksacijai stovėjimo vietoje. Dažnai palai įrengiami upių uostuose, kai krantinė yra šlaitinio

profilio.

Prieplaukų statinių parinkimui didelę įtaką turi geologinės ir ledo sąlygos, vandens

lygio svyravimas, bangų režimas, statybos sąlygos ir laikas, vietinių statybinių medžiagų

buvimas bei jų tipas ir t.t. Galutinis konstrukcijos tipas parenkamas atlikus įvairių variantų

techninę-ekonominę analizę.

Prieplaukų statinių projektavimas turi nemažai ypatumų, kurie priklauso nuo statybos

ir eksploatacijos sąlygų: nuo pagrindinės atraminės konstrukcijos padėties po vandeniu,

eksploatacinių apkrovų poveikio, silpnų pagrindo gruntų buvimo, gamtinių veiksnių

agresyvaus poveikio konstrukcijos medžiagai ir pan.

18

Pagrindiniai prieplaukų gravitacinių statinių (jų pastovumą užtikrina nuosavas svoris)

tipai yra šie:

1) rentinių (medinių ar gelžbetoninių);

2) masyvų mūro (stačiakampių ar fasoninių masyvų);

3) masyvų-gigantų;

4) kampuoto profilio;

5) didelio skersmens kevalų.

Paprastai šių tipų statiniai yra surenkami, tačiau būna ir monolitinių (pavyzdžiui, 1966

metais Gento uoste Belgijoje buvo įrengta monolitinė kampuoto profilio kontraforsinė

krantinė). Gravitacinio tipo prieplaukų statiniai daugiausia buvo statomi iki XX a. vidurio.

Vėliau juos pradėjo išstumti ekonomiškesni poliniai prieplaukų statiniai. Tačiau dar ir dabar

gravitaciniai statiniai yra naudojami ten, kur neįmanoma arba sunku įkalti polines atramas

(uoliniuose gruntuose, taip pat kai pasitaiko stambių riedulių ir pan.), numatomas stiprus ledo

poveikis ir t.t. Kartais gravitaciniai statiniai yra ekonomiškesni už polinius (pavyzdžiui,

minkštuose tankiuose gruntuose). Šio tipo statiniai paprastai susideda iš pagrindinių dalių:

1) dirbtinio pagrindo (akmeninio pado);

2) povandeninės dalies;

3) antvandeninės dalies.

Gravitacinio tipo krantinės yra dalijamos ištisinėmis vertikaliomis temperatūrinėmis

sėdimo siūlėmis. Šios siūlės įrengiamos taip pat ir galimo skirtingo sėdimo vietose - pagrindo

grunto pakitimo, naujo ir seno statinio sujungimo, skirtingo statinio aukščio vietose. Už

gravitacinio tipo sienučių dažnai įrengiamos apkrovą perimančios akmeninės prizmės iš 15-

100 kg svorio akmenų, kurios apsaugo gruntą nuo išplovimo per statinio siūles.

Masyvū mūro statiniai įrengiami ant uolinių ar tankių ir mažai suspaudžiamų gruntų.

Visi kiti statiniai gali būti įrengti ant vidutinio tankumo gruntų (Михайлов, 1982).

Pirsų tipo statiniai naudojami laivų stovėjimui, perkrovimo darbų atlikimui

(perkraunamų krovinių nesandėliuojant statinių teritorijoje). Pirsai gali būti tiesiogiai galu

susieti su krantu, arba su krantu sujungti estakados pagalba. Pirsai nuo senų laikų taikomi kaip

grūdų perkrovimo, naftos produktų perpylimo, remontinės, keleivinės prieplaukos.

Siauri pirsai daugiausia įrengiami iš metalo. Pirsai sekliose ar vidutinio gylio

akvatorijose, taip pat pirsai ant gravitacinio tipo atramų būna gelžbetoniniai. Viršutinė statinių

dalis taip pat dažniausiai būna gelžbetoninė. Pirsai gali būti įrengiami statmenai ar išilgai

kranto ar net įstrižai kranto. Laivai prie pirsų gali švartuotis iš dviejų pusių arba iš vienos

pusės (Katkevičius, 2008).

19

2. TYRIMO TIKSLAS IR UŽDAVINIAI

Pagrindinis šio tyrimo tikslas – nustatyti Nemuno vandens kelio Kaunas – Klaipėda

Zapyškio prieplaukos poveikį upės hidraulinėms – hidrologinėms charakteristikoms.

Uždaviniai:

1) paruošti nagrinėjamo Nemuno upės ruožo vagos ir užliejamų šlaitų GIS duomenų

bazes hidrodinamikos modeliavimui;

2) surinkti ir išanalizuoti nagrinėjamo upės ruožo hidrologines charakteristikas;

3) paruošti nagrinėjamo upės ruožo skaitmeninį hidrodinamikos modelį;

4) paleisti ir suderinti skaitmeninį hidrodinamikos modelį;

5) parinkti charakteringus 3 hidrologinių sąlygų variantus ir kiekvieną iš jų ištirti

hidrodinamikos modelyje, nustatant nagrinėjamo ruožo tėkmės hidraulines

charakteristikas;

6) transformuoti Nemuno vagos skaitmeninį reljefo modelį imituojant 2 prieplaukos

variantus;

7) nustatyti ir įvertinti kiekvieno prieplaukos varianto poveikį upės hidrauliniam-

hidrologiniam režimui.

20

3. TYRIMO METODIKA IR ORGANIZAVIMAS

3.1 Pradiniai duomenys ir jų transformacijos

Šiame darbe nagrinėjamas objektas − Zapyškio prieplauka, yra 195 km nuo Nemuno

upės žiočių kairiajame upės krante, ties Zapyškio kaimu, Zapyškio seniūnijoje, Kauno rajone.

Susisiekimo keliai geri, padengti asfaltbetoniu (žr.3.1.pav.). Nagrinėjamo ruožo viršutinė riba

yra 197,105 km nuo Nemuno žiočių, o apatinė riba yra 192,235 km nuo Nemuno žiočių,

ruožo ilgis 4,870 km.

3.1 pav. Nagrinėjamo Nemuno ruožo ortofotonuotrauka

Pagal Vidaus vandens kelių direkcijos (VVKD) atliktus Nemuno batimetrinių

matavimų duomenis buvo sudarytas matematinio tinklo (grido) pavidalo garantinių vandens

gylių skaitmeninis modelis (SM). Sudaryto grido elementarios gardelės matmenys buvo 5x5m

dydžio.

21

3.2 pav. Nemuno projektinių gylių gridas ties Zapyškiu

Naudojant VVKD projektinių vandens lygių išilginį profilį buvo sudarytas projektinių

vandens lygių SM (3.2 pav.). Nemuno vagos dugno aukščių skaitmeninis reljefo modelis

(SRM) buvo gautas iš projektinių vandens gylių grido atėmus garantinių vandens lygių gridą

(3.3 pav.) (Šikšnys,2000).

3.3 pav. Nemuno ties Zapyškiu vagos dugno aukščių gridas

22

Garantiniai vandens kelio gabaritai yra nustatomi pagal projektinius vandens lygius,

kurie skaičiuojami statistiškai kaip navigacijos laikotarpio daugiamečiai 95% tikimybės

vandens lygiai (Водные пути, 1984).

Gautas dugno aukščių gridas (SRM) buvo transformuotas į hidrodinaminiam modeliui

tinkamą "dfs2" formatą. (SRM) panaudojus ArcView GIS 3.2 ir MIKE 21 programų paketus.

Nemuno hidrodinamikos skaitmeninis modeliavimas buvo atliekamas panaudojant

programinę įrangą MIKE 21 HD ir jos priedus, skirtus duomenų paruošimui bei kontrolei,

modeliavimo rezultatų transformavimui ir atvaizdavimui standartinėmis GIS ir MS Office

programomis. Programų aprašymai ir jų panaudojimo pavyzdžiai aprašyti mokomosiose

knygose ir metodinėje medžiagoje (Šikšnys, 2007; DHI Software, 2007).

3.2 Hidrodinamikos skaitmeninis modelis

Šiame darbe upės tėkmių (hidrodinamikos) tyrimams buvo panaudotas matematinis

(skaitmeninis) modeliavimas su moderniu Danijos hidrauliokos institute sukurtu

kompiuterinių pragramų paketu MIKE 21, kurio licenziją prieš keletą metų yra įsigijęs LŽŪU

Vandens ūkio ir žemėtvarkos fakultetas. Tai skaitmeninio dvimačio hidrodinamikos

modeliavimo sistema, skirta atvirų (beslėgių) vandens telkinių hidrodinamikos (vandens

lygių, tėkmės debitų ir greičių) skaičiavimams upių žiotyse (estuarijose), jūrų įlankose ir

sausumos vandenyse, jei yra priimtinos šios hidraulinės sąlygos:

nagrinėjamas nenusistovėjęs arba nusistovėjęs beslėgis turbulentinis vandens tekėjimas

kvadratinių pasipriešinimų srityje;

nenusistovėjusi dvimatė (plane) tėkmė gali būti laikoma vientisa ir homogenine

(nestratifikuota);

tėkmės greičio kryptys vertikalės taškuose gali būti laikomos horizontaliomis (t,y.

greičio vertikalusis komponentas lygus arba artimas 0);

bet kurios vertikalės taškuose tėkmės greičių kryptys yra lygiagrečios, t.y. paviršinių ir

dugninių tėkmių kryptys yra tos pačios.

Šios sąlygos paprastai yra tenkinamos nagrinėjant tėkmes palyginti sekliuose atviruose

vandens telkiniuose, kuriuose vertikalusis tėkmės greičio komponentas yra nereikšmingas, o

paviršinių ir dugninių tėkmės linijų kryptys gali būti sutapatinamos. Priešingu atveju

naudojami erdviniai (3D _ trimačiai) skaitmeniniai hidrodinamikos modeliai arba kiti

specialūs tyrimų metodai.

3.4 paveiksle pavaizduotas plane staigiai kintančio tekėjimo ruožas, padengtas

stačiakampių koordinačių tinklu, kuris padalina visą nagrinėjamą akvatorijos plotą į

23

elementarias stačiakampes gardeles. Vandens tekėjimas kiekvienoje elementarioje gardelėje

(3.5 ir 3.6 pav.) aprašomas tokio pavidalo diferencialinių lygčių sistema:

0=++yq

xp

t δδ

δδ

δδζ

, (3.1)

( ) ( ) ( ) ,01

22

222

=+−Ω−⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡+−

−⋅+

++⎟⎠⎞

⎜⎝⎛+⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+

aw

xqxyxxw

px

hfVVhy

hx

hCqpgp

xgh

hpq

yhp

xtp

δδ

ρτ

δδτ

δδ

ρ

δδζ

δδ

δδ

δδ

(3.2)

( ) ( ) ( ) ,01

22

222

=+−Ω−⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡+−

−⋅+

++⎟⎠⎞

⎜⎝⎛+⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+

aw

ypxyyyw

py

hfVVhx

hy

hCqpgp

ygh

hpq

xhq

ytq

δδ

ρτ

δδτ

δδ

ρ

δδζ

δδ

δδ

δδ

(3.3)

čia δ _ dalinės išvestinės simbolis;

),,( tyxζ _ vandens paviršiaus aukštis (altitudė);

_),,( tyxp vienetinis debitas x ašies kryptimi ( hup ⋅= );

_),,( tyxq vienetinis debitas y ašies kryptimi ( hvq ⋅= );

u, v _ vidutinio vertikalėje tėkmės greičio projekcijos x ir y ašyse;

t _ laikas;

x, y _ erdvės koordinatės, m;

g _ gravitacinis pagreitis, m/s2 ;

C (x,y) _ Šezi koeficientas, m0,5/s ;

wρ_ vandens tankis, kg/m3;

yyxyxx τττ ,, _ paviršiaus trinties jėgos (klampos) įtempių projekcijos koordinačių ašyse;

),( yxqΩ _ Koriolio jėgos parametras, s-1;

f(V) _ vėjo trinties koeficientas;

V, Vx, Vy(x,y,t) _ vėjo greitis ir jo projekcijos x ir y ašyse, m/s;

pa(x,y,t) _ atmosferos slėgis, Pa.

Šezi koeficientas yra skaičiuojamas pagal Maningą

24

6/1hMC ⋅= , (3.4)

čia M _ Maningo skaičius, lygus 1/n;

n _ dugno paviršiaus šiurkštumo koeficientas.

Lygtis (3.1) yra vadinama tėkmės vientisumo (vandens balanso) lygtimi, o (3.2)

ir (3.3) lygtys _ judesio kiekio balanso (x ir y ašių kryptimis) lygtimis.

B

A uv

0,Y

B

τ

u

h

A

X

X

Z

0,Z

paV

f(V)

Y

3.4 pav. Modeliuojamos tėkmės schematizavimas

Hidrodinamikos modeliavimas paremtas tėkmės vientisumo ir judesio kiekio dvimačių

lygčių sprendimu erdvės ir laiko atžvilgiu. Lygčių (3.1)...(3.3) sistema sprendžiama iteracijų

25

arba nuoseklaus kartojimo-priartėjimo būdu (baigtinių skirtumų metodu) erdvės koordinačių x

ir y ašių kryptimi kiekvienai elementariai gardelei (3.4 pav.).

Lygčių sistemos sprendinys _ kiekvienam skaičiuojamojo laiko žingsniui kiekvienoje

elementarioje gardelėje apskaičiuotos ir rezultatų faile tam tikra tvarka užrašytos vienetinių

debitų ir bei vandens paviršiaus aukščių ),,( tyxp ),,( tyxq ),,( tyxζ reikšmės. Tėkmės

parametrai elementarios gardelės plote yra tokie, kokie nustatomi centriniam gardelės taškui.

3.5 pav. Elementarios gardelės ribos

j-1 j+1j

k

k+1

k-1

x

y

q(j,k)

p(j,k)

q(j,k-1)

p(j-1,k) A

Δx

Δy

h(j,k)

3.6 pav. Tėkmės elemento (elementarios gardelės) hidraulinių skaičiavimų schema

MIKE 21 HD diferencialinių lygčių sprendimui naudojama vadinamoji neišreikštinė

kintamos krypties skaičiavimų schema (Alternating Direction Implicit), kuri apjungia tėkmės

vientisumo ir judesio kiekio lygtis erdvės-laiko srityje. Čia panaudojamas vadinamasis

26

dvigubo apėjimo (Double Sweep) algoritmas, kuris priartėjimų būdu skaičiuoja tėkmės

charakteristikas x ir y ašių kryptimis išilgai kiekvienos elementarių gardelių linijos.

MIKE 21 HD pasižymi tokiomis svarbiomis savybėmis: tėkmės vientisumo, judesio

kiekio ir energijos skaičiavimų paklaidos, susidarančios dėl elementarios gardelės parametrų

sutelkimo į tašką, yra iš esmės nereikšmingos; santykinai geras sprendimų algoritmas

garantuoja tikslų, patikimą ir greitą uždavinio skaičiavimą.

3.3 Batimetrinių duomenų paruošimas

Pradiniai batimetrijos duomenys turi užtikrinti sklandų ir greitą hidrodinamikos

modelio paleidimą ir derinimą. Todėl parenkant modeliuojamos akvatorijos plotą visų pirma

būtina atsižvelgti į hidrodinamikos modelio atviras ribas ir joms keliamus reikalavimus:

hidrodinamikos modeliavimo programoje MIKE 21 HD bazinės diferencialinės lygtys

yra sprendžiamos baigtinių skirtumų metodu, kuris reikalauja stačiakampių gardelių

tinklo, todėl modeliuojama sritis turi būti stačiakampė;

nagrinėjama akvatorijos sritis turi būti modeliuojamo ploto viduje ir nutolusi nuo

modelio atvirų ribų kiek galima toliau, ne mažiau kaip 10 elementarių gardelių;

į modeliuojamą sritį patartina įtraukti ne tik nagrinėjamą akvatorijos plotą, bet ir šalia

esančią žymiai didesnę akvatorijos dalį, jei, pavyzdžiui, reikia atsižvelgti į vėjo

sukeliamas bangas ir pan.

Hidrodinamikos modelio atvirosios ribos, per kurias į modelį „įteka” vanduo arba iš jo

„išteka”, turi tenkinti šiuos reikalavimus:

modelio atvira riba turi būti kiek galima statmena tėkmės krypčiai;

modelio atviroje riboje ir artimiausioje pakraštinėje modelio dalyje (5_10 gardelių

atstumu nuo modelio ribos) vandens tekėjimas turi būti artimas tolyginiam;

jei modelio atvira riba negali būti statmena tėkmei, tai būtina nustatyti kampą, kurį

tėkmės kryptis sudarys su atvira modelio riba, bet kuriuo atveju šis kampas turi būti

kiek įmanoma statesnis;

nustatant atviros modelio ribos padėtį plane turi būti žinomas vandens lygis modelio

riboje, o jei modeliuojamas nenusistovėjęs tekėjimas, tai turi būti žinoma vandens

lygio priklausomybė nuo laiko išilgai atviros modelio ribos.

Hidrodinamikos modelio batimetriniai duomenys charakterizuoja modeliuojamos

akvatorijos dugno paviršiaus reljefą: kiekvienai modelio gardelei suteikiama dugno aukščio

(altitudės) reikšmė; šie duomenys tam tikra tvarka surašomi ir išsaugomi modelio batimetrijos

duomenų faile, kuriame gali būti papildomai redaguojami; jie yra būtini hidrodinamikos

27

skaičiavimams, bet gali būti panaudoti ir kitiems tikslams (dugno reljefui grafiškai

atvaizduoti, tėkmės profiliams sudaryti, darbų kiekiams skaičiuoti ir kt.).

Batimetrijos duomenys sparčiausiai paruošiami naudojant standartinį ASCII (.txt)

batimetrinių duomenų failą, kuris gali būti sukurtas įvairiomis priemonėmis, pvz.,

eksportuojant batimetrinius duomenis iš skaitmeninių planų, ACAD, GIS duomenų bazių ir

pan. Šie duomenys gali būti transformuojami į MIKE 21 formatą (.dfs2) grido redaktoriumi

(Grid Editor). Toks batimetrinių duomenų paruošimo būdas dažniausiai naudojamas

modeliuojant palyginti didelius akvatorijų plotus ir esant dideliam akvatorijos gardelių

skaičiui.

Kad patogiau būtų galima modeliuoti, modelio koordinatės „pririšamos” prie

stačiakampių koordinačių sistemos (Lietuvos koordinačių sistema LKS-94).

Tėkmės gylio arba dugno aukščio reikšmė, kuri užrašoma elementarios gardelės

centriniam taškui, suteikiama ir visiems kitiems tos modelio gardelės taškams (žr. 3.4 pav.).

Detalesnė informacija ir batimetrinių duomenų paruošimo ypatumai aprašyti

mokomosiose knygose ir metodinėje medžiagoje (Šikšnys, 2007; DHI Software, 2007).

3.4 Pakraštinių sąlygų nustatymas

Jei pagal svarbą pirmasis hidrodinamikos modeliavimo uždavinys yra batimetrijos

duomenų paruošimas, tai antrasis _ pakraštinių sąlygų nustatymas. Kuo geriau nustatomos

modelio pakraštinės sąlygos, tuo labiau tikėtini sklandūs skaičiavimai ir patikimi

modeliavimo rezultatai.

MIKE 21 modelyje baigtinių skirtumų metodu yra sprendžiamos diferencialinės

lygtys, aprašančios vandens tekėjimą horizontalioje plokštumoje. Tokio tipo lygtims, kurių

nežinomi (ieškomi) kintamieji yra vandens lygis bei vienetinių debitų projekcijos x ir y ašyse,

yra būtina nustatyti atitinkamas pakraštines sąlygas.

Formuluojant pakraštines sąlygas kiekvienai atviroje modelio riboje esančiai gardelei

būtina nurodyti tik dviejų (iš paminėtų trijų) kintamųjų reikšmes kiekvienam skaičiuojamojo

laiko žingsniui. Tačiau dažniausiai yra žinomi tik vandens paviršiaus aukščiai ir pagrindinė

vandens tekėjimo kryptis arba bendras vandens debitas, kuris įteka ar išteka per atvirą

modelio ribą.

Programa MIKE 21 HD leidžia pasirinkti vieną iš dviejų pakraštinių sąlygų nustatymo

būdų:

1) nustatyti vandens lygį ir tėkmės kryptį;

28

2) nustatyti suminį vandens debitą, įtekantį arba ištekantį per atvirą modelio ribą, bei

tos tėkmės kryptį.

Modeliuojant buvo taikomi abu pakraštinių sąlygų nustatymo būdai.

3.5 Hidrodinamikos skaitmeninio modelio derinimas

Modelio derinimu (kalibravimu) vadinama procedūra, kurios metu modelio

hidraulinės-hidrologinės charakteristikos yra suderinamos su atitinkamomis upėje realiai

išmatuotomis charakteristikomis. Šiuo atveju buvo žinomi upės vandens lygiai ir debitai, o

vagos šiurkštumo koeficientai nustatomi modelio derinimo metu.

Modeliuojamos upės tėkmės gylių santykinė variacija yra palyginti didelė, todėl vagos

šiurkštumo koeficientas charakterizuojamas Maningo skaičiumi, kurio normalios reikšmės

paprastai būna nuo 20 iki 40 m1/3/s. Paprastai ši reikšmė yra tikslinama hidrodinamikos

modelio derinimo procedūrose taip, kad natūroje išmatuotos tėkmės charakteristikos (vandens

lygiai, tėkmės greičiai ir debitai) taptų lygios modelyje apskaičiuotoms atitinkamų

charakteristikų reikšmėms (su priimtina paklaida).

Šiame darbe nagrinėjamo Nemuno ruožo hidrodinamikos modelis buvo derinamas

pagal žinomus projektinius vandens lygius atvirose modelio ribose ir skaičiuojamąjį upės

debitą: vandens lygis nagrinėjamo ruožo pradžioje – 17,67 m, ruožo pabaigoje – 17,27 m;

skaičiuojamasis debitas - Q=239 m3/s.

Paleidžiant modelį pirmą kartą Maningo koeficiento reikšmė buvo pasirinkta iš

literatūros (Киселева М. , 1972) ir lygi 32 (vagos šiurkštumo koeficientas n=1/M=0,031).

Modelio pakraštinėse sąlygose buvo užfiksuoti jau aptarti vandens lygiai, pradinis vandens

lygis visoje nagrinėjamoje akvatorijoje prilyginamas vandens lygiui ruožo pradžioje (t.y.

17,67 m), o pradiniai tėkmės greičiai prilyginami 0. Hidrodinamikos modelis buvo

paleidžiamas su „apšilimu“, ir skaičiuojamas iki nusistovėjusio tekėjimo. Apie nusistovėjusį

tekėjimą buvo sprendžiama pagal apskaičiuoto vandens debito stabilizaciją, kaip pavaizduota

3.7 paveiksle.

Atlikus pirmąjį skaičiavimą ir gautų rezultatų analizę buvo pastebėta, kad modelio

apskaičiuotas debitas buvo lygus 236,127 m3/s (3.7 pav.). Jis nežymiai, bet skyrėsi nuo

skaičiuojamojo debito (239 m3/s).

Santykinė debito paklaida buvo skaičiuojama pagal formulę:

%100⋅−

=Q

QQMQε ; (3.5)

29

šiuo atveju gaunama:

%2,1%100239

239127,236=⋅

−=Qε .

3.7 pav. Modeliuojamos tėkmės debito kitimo skaičiuojamojo laiko atžvilgiu grafikas

Modelis yra laikomas suderintu, kai apskaičiuota santykinė paklaida yra nežymi arba

mažesnė už hidrometrinių matavimų tikslumą (1%).

Atlikus papildomą modelio derinimą ir padidinus Maningo koeficientą iki 39,8,

modelyje apskaičiuota stabilaus debito reikšmė buvo lygi 239,011 m3/s (3.8 pav).

30

3.8 pav. Modeliuojamos tėkmės debito kitimo laiko atžvilgiu grafikas

Šiuo atveju santykinė debitų paklaida %0,0100239

239011,239=⋅

−=Qε . Santykinė

paklaida neviršijo hidrometrinių matavimų tikslumo (0,0%<1%).

Pagal formulę (3.6) buvo apskaičiuotas vagos šiurkštumo koeficientas n:

0251,08,39

11===

Mn (3.6)

Nagrinėjamo ruožo skaičiuojamoji vagos šiurkštumo koeficiento reikšmė (0,025)

palyginus su vagos šiurkštumo koeficiento orentacinėmis reikšmėmis (0,020<0,025<0,045)

neišeina už literatūroje (Kiseliov, 1974) rekomenduojamo intervalo ribų. Toks

hidrodinamikos skaitmeninis modelis buvo laikomas suderintu. Šio suderinto modelio

parametrai naudoti ruošiant naujus hidrodinamikos modelius su kitomis hidrologinėmis

sąlygomis ir transformuotais vagos dugno aukščiais.

31

3.6 Nagrinėjamo Nemuno ruožo modeliavimo variantai

Vagos dugno skaitmeninis reljefo modelis buvo transformuojamas naudojant MIKE

21 HD programinę įrangą, kurios pagalba buvo atliekami tokie veiksmai:

1) pirmąjame prieplaukos variante Nemuno upės ruože įkomponuojama krantinės tipo

prieplauka (3.9 pav);

2) antrąjame prieplaukos variante modeliuojamame upės ruože įkomponuojama išsikišusi

į upės vągą prieplauka (3.10 pav).

3.9 pav. Nagrinėjamas upės ruožas su prieplauka (1 variantas)

3.10 pav. Nagrinėjamas upės ruožas su prieplauka (2 variantas)

32

Tokiu būdu buvo sukurti 2 nauji dugno reljefo skaitmeninai modeliai. Modeliuojant

upės hidrodinamiką įvairiomis hidrologinėmis sąlygomis (žr.3.7 sk.) ir analizuojant gautus

rezultatus buvo vertinama prieplaukų įtaką upės hidraulinėms-hidrologinėms

charakteristikoms.

Nemuno vagos dugno ir šlaitų skaitmeninis reljefo modelis, naudojamas

hidrodinamikos modeliavimui, buvo transformuojamas pagal užsiduotus prieplaukų variantus,

esant 3 skirtingiems vandens debitams: 1 variantas – esant projektiniam vandens debitui

Q=239 m3/s; 2 variantas – esant vidutiniam daugiamečiui Nemuno debitui, kai Q=540 m3/s; 3

variantas – esant maksimaliam potvynio debitui, kai Q=2280 m3/s (Гидрологический, 1966).

Tokiu būdu buvo sukurti dar 9 hidrodinamkos modeliai su vandens debitais Q=239 m3/s,

Q=540 m3/s ir Q=2280 m3/s.

3.1 lentelė. Hidrodinamikos modelių sąrašas ir jų pakraštinės sąlygos

Varianto kodas

Upės debitas

m3/s

VL viršutinėje modelio riboje,

m

VL žemutinėje modelio riboje,

m

Prieplaukos variantas

Modelio vagos

Maningo koeficientas

Var1-239 239 17.67 17.27 Be prieplaukos 39.8

Var1pr1-239 239 17.67 17.27 Su 1 tipo prieplauka

39.8


39.8

Var2-540 540 18.36 17.97 Be prieplaukos

39.8


39.8


39.8

Var3-2280 2280 22.66 22.28 Be prieplaukos

39.8

Var3pr1-2280 2280 22.66 22.28 Su 1 tipo

prieplauka 39.8

Var3pr2-2280 2280 22.66 22.28 Su 2 tipo

prieplauka 39.8

33

3.7 Hidrologinės sąlygos

Šiame darbe nagrinėjamo upės ruožo debitas buvo nustatytas pagal 3.2 lentelės

duomenis, o projektiniai vandens lygiai modelio atvirose ribose buvo gauti iš VVKD (Vidaus

vandens kelių direkcijos) projektinių vandens lygių.

3.2 lentelė. Hidrodinamikos modelių derinimo hidrologinės sąlygos

Svarbesnis

Nemuno intakas

arba atšaka

Vietovės

pavadinimas

Atstumas nuo

Atmatos žiočių,

Km

Skaičiuojamasis

debitas,

m3/s

Projektinis

vandens lygis,

m

Dubysa Seredžius 169.6 246 14,46

Vilkija 181.5 240 15,76

Bružė 185.8 239 16,54

Paštuva 187.6 239 16,73

Nevėžis Zapyškis 195 239 17,49

Neris Lampėdžiai 206.8 220 18,55

Kaunas 211.6 143 19,32

Norint nustatyti prieplaukų įtaką esant skirtingom hidrologinėm sąlygom buvo

keičiamos modelio pakraštinės sąlygos pagal 3.3 lentelėje pateiktas Lampėdžių matavimo

posto duomenis.

3.3 lentelė. Nemuno upės nagrinėjamojo ruožo hidrologinės charakteristikos

Pavadinimas Tikimybė,

%

Vandens

debitas Q,

m3/s

Vandens

paviršiaus

lygis VM

poste, m

Vandens paviršiaus

lygis

skaičiuojamajame

pjūvyje, m

Maks. pavasario potvynio 10 2280 23.56 22.50

Vidutiniai daugiamečiai VL 50 540 19.26 18.20

Vidutiniai daugiamečiai VL 95 239 18.55 17,49

34

3.8 Tyrimų rezultatų palyginamoji analizė

Hidrodinamikos nusistovėjusio tekėjimo modeliavimo rezultatai buvo analizuojami

naudojant palyginamąjį metodą, t.y. nustatant upės hidraulinio-hidrologinio režimo pokyčius

dėl prieplaukų poveikio. Šiuo metodu hidrodinamikos modeliavimo rezultatai, gauti su abiejų

prieplaukų projektavimo variantais, buvo lyginami su nereguliuotos vagos hidrodinamikos

modeliavimo rezultatais vienodomis hidrologinėmis sąlygomis.

Tokiu būdu buvo eliminuotos paklaidos dėl batimetrijos ir modelio derinimo

netikslumų, skaičiavimų algoritmo trūkumo ir kt., o pasiektas didelis modelio jautrumas leido

patikimai ir pakankamai tiksliai įvertinti prieplaukos poveikį upės hidrauliniam-hidrologiniam

režimui.

35

4. TYRIMO REZULTATŲ ANALIZĖ IR APTARIMAS

4.1 Nagrinėjamo ruožo esama būklė

Hidrodinamikos modelio batimetriniai duomenys charakterizuoja modeliuojamos

akvatorijos dugno paviršiaus reljefą (4.1 pav.). Šiame darbe batimetriniai duomenys buvo

paruošti panaudojant standartinį ASCII (.txt) batimetrinių duomenų failą, kuris buvo gautas

eksportavus batimetrinius duomenis iš GIS duomenų bazių. Šie duomenys buvo

transformuojami į MIKE 21 formatą (.dfs2) grido redaktoriumi (Grid Editor ).

4.1 pav. Nagrinėjamos vagos dugno skaitmeninis reljefo modelis

Iš skaitmeninio batimetrinio plano buvo nustatytos tokios nagrinėjamo ruožo

charakteristikos:

Modeliuojamo ruožo pabaiga 192,235 km nuo Atmatos žiočių Modeliuojamo ruožo pradžia 197,105km nuo Atmatos žiočių Modeliuojamo ruožo ilgis 4,870 km.

4.2 pav. Modeluojamo upės ruožo greičių vektoriai ir tėkmės gyliai (varianto be prieplaukos)

36

4.3 pav. Modeluojamo upės ruožo greičių vektoriai ir tėkmės greičiai (varianto be prieplaukos)

Analizuojant hidrodinaminio modelio derinimo rezultatus ir juos grafiškai atvaizdavus

pastebėta, kad nagrinėjamame upės ruože pasireiškia vykdytų vagos reguliavimo būnomis

įtaka, nuolatiniai vaginiai procesai, vykdomi vagos valymo darbai. Iš 4.2 ir 4.3 paveikslų

matyti, kad:

1) ties bunomis susidaro seklumos ir salos;

2) kai kuriose vietose suspaudžiama tėkmė ir padidėja tėkmės greičiai;

3) minimalūs tėkmės greičiai formuojasi pakrančių ir sūkurių zonose;

4) maksimalūs tėkmės greičiai formuojasi didžiausių gylių zonose;

5) tėkmės greičiai atvirkščiai proporcingi tėkmės skerspjūvio plotui;

6) gretimų gardelių tėkmės greičių vektorių dydis ir kryptis kinta palaipsniui, be staigių

šuolių.

4.2 Vandens debito (upės pralaidumo) pokyčiai

Modeliuojant buvo siekiama nustatyti kokią įtaką projektuojama prieplauka,

suspausdama upės tėkmę kairiajame krante, daro upės debitui (pralaidumui), jei jo

pakraštinėse atvirose ribose vandens lygiai išliktų nepakitę. Poveikis buvo nustatomas

lyginant trijų hidrodinamikos modelių nusistovėjusios tėkmės debitus (4.4,4.5,4.6 pav.).

37

4.4 pav. Nulinio varianto (Var3-2280 be prieplaukos) debitų laiko serijos rezultatų lentelė

4.5 pav. Pirmo varianto (Var3pr1-2280 su 1 tipo prieplauka) debitų laiko serijos rezultatų lentelė

38

4.6 pav. Antro varianto (Var3pr2-2280 su 2 tipo prieplauka) debitų laiko serijos rezultatų lentelė

Nulinio varianto (be prieplaukos) suderinto upės modelio nusistovėjusios tėkmės

debitas QM svyruoja nuo 2279,84 m3/s iki 2279,95 m3/s, vidutiniškai lygus 2279,90m3/s

Nulinio varianto modelyje standartinė paklaida buvo skaičiuojama pagal formulę:

δ( )

nQQ∑ −

=2

,m3/s; (4.1)


δ = ( ) ( )=

−++−11

81,227995,2279...81,227948,2279 22

0,615, m3/s.

Pirmo varianto suderinto upės modelio debitas QM svyruoja nuo 2279,68 m3/s iki

2279,70 m3/s, vidutiniškai lygus 2279,69m3/s. Antro varianto suderinto upės modelio debitas

QM svyruoja nuo 2279,32 m3/s iki 2279,43 m3/s, vidutiniškai lygus 2279,38m3/s.

Iš gautų rezultatų matyti, kad dėl projektuojamos (pirmo varianto) prieplaukos

poveikio upės modelio debitas sumažėja nežymiai - 0,21 m3/s, o lyginant su antro varianto

prieplaukos įtaka – 0,52 m3/s.

39

Santykinis debito pokytis dėl projektuojamos prieplaukos poveikio apskaičiuojamas

pagal formulę:

%1001 ⋅−

=M

MMQ Q

QQε ; (4.2)


%02,0%10090,2279

90,227938,2279−=⋅

−=Qε .

Toks debito pokytis 0,52 m3/s praktiškai yra nepastebimas, nes debito hidrometrinių

matavimų paklaidos paprastai yra daug kartų didesnės, o modelyje apskaičiuoto vandens

debito standartinė paklaida 0,615 m3/s. Taigi galima teigti, kad modeliuojamos prieplaukos

Nemuno upės pralaidumui neturės.

4.3 Vandens lygių ir tėkmės greičių pokyčiai

Hidrotechnikos statinių poveikis upės hidraulinėms charakteristikoms dažniausiai yra

nustatomas tiriant hidrodinamikos modeliavimo rezultatų pokyčius, susidarančius dėl

batimetrijos duomenų transformavimo. Tam, kad būtų galima pakankamai tiksliai nustatyti

projektuojamo statinio įtaką, paruošiami du identiški hidrodinamikos modeliai, turintys

vienintelį skirtumą – transformuotus batimetrinius duomenis. Lyginant tokių dviejų modelių

nusistovėjusios tėkmės modeliavimo rezultatus ir nustačius jų pokyčius galima prognozuoti,

kokią įtaką tėkmei turės upės vagoje projektuojamas hidrotechnikos statinys.

Šiuo atveju tikslinga lyginti suderinto hidrodinamikos modelio rezultatus su

rezultatais, gautais šiame darbe tomis pačiomis sąlygomis, tik su transformuotais

batimetriniais duomenimis. Buvo analizuojami vandens lygių ir tėkmės greičių pokyčiai.

Siekiant įvertinti kokią įtaką projektuojama prieplauka gali padaryti upės projektiniam

vandens lygiui, buvo paruošti vandens gylių pokyčių dfs2 tipo failai, o apskaičiuoti pokyčiai

pavaizduoti grafiškai su MIKE 21 įrankiais.

4.7 ir 4.8 paveiksluose matyti kokią įtaką projektuojama prieplauka gali padaryti upės

projektiniam vandens lygiui, esant minimaliam vandens debitui Q=239 m3/s.

40

4.7 Pav. Prognozuojamas projektinių vandens lygių pokytis dėl projektuojamos 1-os prieplaukos

(Var1pr1-239) poveikio (fragmentas)

4.8 Pav. Prognozuojamas projektinių vandens lygių pokytis dėl projektuojamos 2-os prieplaukos (Var1pr2-239) poveikio (fragmentas)

Iš paveikslų 4.7 ir 4.8 matyti kad suprojektuota antroji prieplauka turi žymiai didesnę

įtaką projektiniams vandens lygiams (nuo -0,04m iki 0,025m) lyginant su pirmuoju

sumodeliuotu prieplaukos variantu (nuo -0,002m iki 0,002m).

41

Apie tėkmės greičius ir jų kryptis projektuojamos prieplaukos aplinkoje, esant

minimaliam vandens debitui Q=239 m3/s, galima spręsti iš 4.9, 4.10 ir 4.11 paveikslų.

4.9 Pav. Izotachos ir tėkmės greičių vektoriai nulinio varianto be prieplaukos (Var1-239) ruože

(fragmentas)

4.10 Pav. Izotachos ir tėkmės greičių vektoriai projektuojamame pirmo varianto prieplaukos

(Var1pr1-239) ruože (fragmentas)

42

4.11 Pav. Izotachos ir tėkmės greičių vektoriai projektuojamame antro varianto prieplaukos


Palyginus 4.9 paveikslą (be prieplaukos) su 4.10 paveikslu matyti, kad prieplaukos

zonoje greičiai padidėja nežymiai nuo 0,63 m/s iki 0,70 m/s, skirtumas 0,07 m/s. Taigi galima

sakyti, kad projektuojama prieplauka neturi didelės įtakos greičių pasiskirstymui upės vagoje,

skirtingai negu 4.11 paveiksle suprojektuotoje antro varianto prieplaukoje. Pastaruoju atveju

tėkmės greičiai vagos viduryje ties prieplauka padidėja nuo 0,63 m/s iki 1,0 m/s apie

0,37m/s. Todėl galima būtų prognozuoti, kad šioje zonoje padidėję greičiai padidintų

nešmenų išplovimą. Dėl to gali kilti prieplaukos išplovimo pavojus, arba reiktų numatyti

dugno sustiprinimo priemones.

Esant vidutiniam daugiamečiui Nemuno debitui, kai Q=540 m3/s prieplaukų poveikis

vandens lygiui pavaizduotas paveiksluose 4.12 ir 4.13



43


Kaip ir galima buvo tikėtis, esant didesniam vandens debitui, įtaka vandens lygiams

padidėjo. Iš paveikslų 4.12 ir 4.13 matyti, kad suprojektuota pirmoji prieplauka turi mažesnę

įtaką vandens lygiams (nuo -0,02m iki 0,01m) lyginant su antrąja sumodeliuota prieplauka

(nuo -0,07m iki 0,06m).


vidutiniam daugiamečiui Nemuno debitui, kai Q=540 m3/s, galima spręsti iš 4.14, 4.15 ir 4.16

paveikslų.

4.14 pav. Izotachos ir tėkmės greičių vektoriai nulinio varianto be prieplaukos (Var2-540) ruože

(fragmentas)

44






zonoje greičiai padidėja nežymiai apie 0,1 m/s. Taigi galima sakyti, kad pirmo tipo

projektuojama prieplauka neturi didelės įtakos greičių pasiskirstymui upės vagoje, skirtingai

negu 4.16 paveiksle suprojektuotoje antro varianto prieplaukoje. Pastaruoju atveju tėkmės

greičiai vagos viduryje ties prieplauka padidėja apytikriai nuo 1,07 m/s iki 1,50 m/s, tai yra

45

0,43 m/s didesnis tėkmės greitis lyginant su nuliniu variantu. Todėl galima būtų prognozuoti,

kad šioje zonoje padidėję greičiai padidintų nešmenų išplovimą. Dėl to galėtų kilti grėsmė

pačios prieplaukos stabilumui, ir pablogintų jos eksploataciją.

Esant maksimaliam Nemuno potvynio debitui, kai Q=2280 m3/s prieplaukų poveikis

vandens lygiui pavaizduotas paveiksluose 4.17 ir 4.18




Kaip ir galima buvo tikėtis, esant didesniam vandens debitui, įtaka vandens lygiams

46

padidėjo. Iš paveikslų 4.17 ir 4.18 matyti, kad suprojektuota pirmoji prieplauka turi mažesnę

įtaką vandens lygiams (nuo -0,05m iki 0,03m) lyginant su antrąja sumodeliuota prieplauka

(nuo -0,08m iki 0,06m).


vidutiniam daugiamečiui Nemuno debitui, kai Q=540 m3/s, galima spręsti iš 4.19, 4.20 ir 4.21

paveikslų.

4.19 Pav. Izotachos ir tėkmės greičių vektoriai nulinio varianto be prieplaukos (Var3-2280) ruože

(fragmentas)



47




zonoje greičiai padidėja nežymiai, nuo 1,30 iki 1,50, tai yra apie 0,20 m/s. Taigi galima

sakyti, kad pirmo tipo projektuojama prieplauka neturi didelės įtakos greičių pasiskirstymui

upės vagoje, skirtingai negu 4.21 paveiksle suprojektuotoje antro varianto prieplaukoje.

Pastaruoju atveju tėkmės greičiai padidėja visame upės plotyje pradedant nuo prieplaukos

pradžios ir tęsiasi apie 600m link žemupio. Šioje zonoje tėkmės greičiau padidėja apytikriai

nuo 1,30 m/s iki 1,82 m/s, tai yra 0,52 m/s didesnis tėkmės greitis lyginant su nuliniu

variantu. Todėl galima būtų prognozuoti, kad šioje zonoje padidėję greičiai padidintų

nešmenų išplovimą. Dėl to galėtų kilti grėsmė pačios prieplaukos stabilumui, arba tektų

numatyti atitinkamas apsaugos priemones.

4.1 lentelė. Pagrindinių rezultatų suvestinė

Varianto kodas


Upės debitas,

m3/s

VL slūgis žemutinėje prieplaukos dalyje, cm

VL patvanka prieš

prieplauką, cm

Vandens greičiai

prieplaukos zonoje, m/s

Vandens greičių pokytis,

m/s

Var1-239 Be prieplaukos 239 - - 0,63 -

Var1pr1-239 Su 1 tipo prieplauka 239 -0,2 0,2 0,70 0,07





48

Varianto kodas


Upės debitas,

m3/s

VL slūgis žemutinėje prieplaukos dalyje, cm

VL patvanka prieš

prieplauką, cm

Vandens greičiai

prieplaukos zonoje, m/s

Vandens greičių pokytis,

m/s




Sprendžiant iš 4.1 lentelėje gautų rezultatų galima teigti, kad mažiausią įtaką Nemuno

upės hidraulinėms-hidrologinėms charakteristikoms daro pirmo tipo prieplauka. Iš 4.22

paveikslo matyti, kad esant projektiniam vandens lygiui, kai debitas Q=239 m3/s nesunkiai

galima būtų užtikrinti 1,5m garantinį gylį prieplaukos prieigose.

4.22 pav. Tėkmės skersinis profilis projektuojamos pirmo varianto prieplaukos ašyje

49

IŠVADOS

1. Esant projektiniam vandens debitui, kai Q=239 m3/s, pirmo tipo prieplauka vandens

lygiams įtakos neturi, o vandens greičiai dėl prieplaukos įrengimo padidėja tik 0,07

m/s; dėl antro tipo prieplaukos vandens lygiai pakinta nuo -4,0cm iki 2,5cm, o

vandens greičiai padidėja apie 0,37 m/s.

2. Esant vidutiniam daugiamečiui Nemuno vandens debitui, kai Q=540 m3/s, dėl pirmo

tipo prieplaukos vandens lygiai pakinta nuo -2,0cm iki 1,0cm, o vandens greičiai

padidėja tik 0,10 m/s; dėl antro tipo prieplaukos vandens lygiai pakinta nuo -7,0cm iki

6,0cm, o vandens greičiai padidėja apie 0,43 m/s.

3. Esant maksimaliam pavasario potvynio debitui (10 % tikimybės) , kai Q=2280 m3/s,

dėl pirmo tipo prieplaukos vandens lygiai pakinta nuo -5,0cm iki 3,0cm, o vandens

greičiai padidėja tik 0,20 m/s; dėl antro tipo prieplaukos vandens lygiai pakinta nuo -

8,0cm iki 6,0cm, o vandens greičiai padidėja apie 0,52 m/s.

4. Išanalizavus 2 Zapyškio prieplaukos variantus buvo nustatyta, kad krantinės tipo

prieplauka turi mažiausią įtaką upės hidraulinėms-hidrologinėms charakteristikoms, o

jos poveikis upės hidraulinėms charakteristikoms yra nežymus.

5. Upių hidrotechnikos statinių modeliavimui naudojant šiuolaikinę GIS programinę

įrangą ir duomenų bazes, MIKE 21 programų paketą lygiagrečiai nagrinėjant įvairius

statinių variantus galima rasti optimalius sprendimus ir įvertinti statinių poveikį upės

hidraulinėms-hidrologinėms charakteristikoms.

6. Analizuojant prieplaukų statybos galimybes greta visiškai realių šiame darbe aptartų

techninių galimybių būtina atsižvelgti ir į kitas ne mažiau svarbias ekologines,

archeologines, architektūrines ir kitas sąlygas.

50

LITERATŪRA

1. DABUŽINSKAS K. Hidraulika. Vilnius., Mokslas, 1984.

2. DHI Software 2007. .[žiūrėta 2008-02-29].Prieiga per internetą

http://www.dhigroup.com/.

3. GAILIUŠIS. B., Nemuno ir Kuršių marių laivakelio gilinimo bei platinimo galimybės,

atsižvelgiant į kelio būklę, laivininkystės bei ekologinius reikalavimus, hidrotechninių

statinių statybą bei Kauno HE tvenkinio išteklių panaudojimą. Baltic Eco. Vilnius,

1996.

4. GAILIUŠIS B., JABLONSKIS J., KOVALENKOVIENĖ M.. Lietuvos upės .

Hidrografija ir nuotėkis. Kaunas, 2001.

5. Lietuvos vandens išteklių vizija 2025 metams. – Vilnius. -2000, -

http://www.vandensklubas.lt/docs/manual/lt_vizija.doc.

6. КИСЕЛЕВА., М. Справочник по гидравлическим расчетам. Под ред. Энергия,

1972.

7. KILKUS K., Lietuvos vandenų geografija. Vilnius: Apyaušris, 1998.

8. KOLUPAILA S. Nemunas. Kaunas, 1940.

9. JABLONSKIS J., Nemuno nuotėkis per 180 metų // Energetika, Nr.4, 1994, P. 19-32.

10. Bendrieji hidrotechninės statybos, upės vagos valymo, gilinimo ir povandeniniai

techniniai darbai ST 3209092.01:2003, Kaunas,2003.

11. KATKEVIČIUS L., BAUBLYS R., Vandens kelių, krantinių ir prieplaukų statyba.

Kaunas, 2008.

12. МИХАЙЛОВ А.В., Левачев С.Н. Водные пути и порты. М., Высшая школа,1982

13. Гидрологический ежегодник. Том 1, Бассейн Балтийского моря выпуск 5,6, 1964.

14. MANOMAITĖ J. Upių laivyba laukia savo žvaigždžių valandos. Klaipėda:

Tarptautinis verslo žurnalas JŪRA, 2005.

15. MERKYS V., Vandens keliai. Plentų ir vandens kelių valdybos leidinys. Kaunas:

Spindulys, 1934.

16. ŠIKŠNYS A. GIS duomenų bazių panaudojimas Nemuno žemupio hidrodinamikos

skaitmeniniam modeliavimui.-Vandens ūkio inžinerija. Mokslo darbai, t.10(32), 2000

m., Kaunas-Akademija, Vilainiai. 53..61 p.

17. МИХАЙЛОВ А. В., ЛЕВАЧУВ С. Н. Водные пути и порты, М. Высшая школа,

1982.

18. Nemunas.[žiūrėta 2008-02-20], Prieiga per internetą

http://lt.wikipedia.org/wiki/Nemunas.

http://www.dhigroup.com/

http://www.vandensklubas.lt/docs/manual/lt_vizija.doc

http://lt.wikipedia.org/wiki/Nemunas

51

19. Phare. Inland waterways plan and feasibility study.Draft final report. – 1997.

20. POŠKA A., PUNYS P. Inžinerinė hidrologija. Kaunas, 1996.

21. Projektų gama, Hidroprojektas. Kompleksinis vidaus vandenų kelio Nemuno upe ir

Kuršių mariomis Klaipėda – Kaunas sutvarkymas pritaikant krovininei ir keleivinei

laivybai. Galimybių studija. Kaunas, 2006.

22. PUSTELNIKOVAS O., Kuršių marios per paskutiniuosius 300 metų ir jų ateitis.

Vandens ūkio inžinerija. Mokslo darbai 3(25).1997, p. 163-168.

23. SABAS G., VAIKASAS S., Minimalių vandens gylių žemupyje modeliavimas.

Mokslo darbai 20(42), Kaunas-Akademija, 2002, p.17-24.

24. ŠIKŠNYS A. Vandens kelio projektavimas ir tyrimai. - Metodinė medžiaga

hidrotechnikams. – Kaunas- Akademija, – 2006

.http://www.hidro.lzuu.lt/vuzf/metodiniai/Vandentvarka/gis.htm .

25. ŠIKŠNYS A. Atvirų vandens telkinių hidrodinamikos skaitmeninis modeliavimas.

Mokomoji knyga. 2007, 60p.

26. ŠIKŠNYS A. Atvirų vandens telkinių hidrodinamikos skaitmeninis modeliavimas.

Magistratūros studijų modulio „Specialioji hidraulika” laboratorinių darbų metodinė

medžiaga. LŽŪU, 2007. 100 p.

27. ŠIKŠNYS A., DUMBRAUSKAS A. Laivakelio gilinimo įtaka Nemuno vandens

lygiams. Iš: Vagos: mokslo darbai , Nr.1. 2006.

28. Valstybinė Įmonė Vidaus vandens kelių direkcija.[žiūrėta 2008-03-05]. Prieiga per

internetą <http://www.liwa.lt> .

http://www.hidro.lzuu.lt/vuzf/metodiniai/Vandentvarka/gis.htm

http://www.liwa.lt/

Documents

NEMUNO VANDENS KELIO KAUNAS-KLAIPĖDA ZAPYŠKIO …