PRZEPŁYW NIENARUSZALNY DLA ELEKTROWNI WODNYCH 295-307.pdf · Przepływ nienaruszalny ekologicznie

  • View
    213

  • Download
    0

Embed Size (px)

Text of PRZEPŁYW NIENARUSZALNY DLA ELEKTROWNI WODNYCH 295-307.pdf · Przepływ nienaruszalny ekologicznie

mgr in. Jacek Lisowski, mgr in. Maciej Siuta Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej, Oddzia we Wrocawiu ul. Parkowa 30, 51-616 WrocawInstitute of Meteorology and Water Management, Wrocaw Branch

PRZEPYW NIENARUSZALNY DLA ELEKTROWNI WODNYCH

NA RZECE KAMIENNEJINVIOLABLE FLOW FOR WATER POWER STATIONS

ON THE KAMIENNA RIVER

Streszczenie:Kamienna jest lewostronnym dopywem Bobru, odwadnia wschodni cz Gr Izerskich i za-chodni cz Karkonoszy oraz poudniowo-zachodni cz Kotliny Jeleniogrskiej. Jest typow rzek grsk o duych spadkach, przekraczajcych lokalnie 70. redni spadek rzeki wynosi ok. 24. Charakteryzuje si skalistym, kamienistym i kamienisto wirowym dnem, wypenionym licznymi duymi kamieniami i gazami, powodujcymi silnie turbulencyjny ruch wody. Wzdu biegu Kamiennej zlokalizowanych jest sze elektrowni wodnych, korzystajcych z jej zasobw. Wybrano cztery metody wyznaczania przepyww nienaruszalnych. Pod wzgldem hydrologicz-nym trzy z nich bazuj na wielkociach obserwowanych w przekrojach wodowskazowych, biorc pod uwag przepywy rednie niskie roczne z wielolecia. Czwarta metoda czy wielkoci hydro-logiczne (objto przepywu) z obliczeniami hydraulicznymi (rzdna zwierciada wody, prdko przepywu) i geometri koryta rzeki (gboko przekroju). Dwie z zastosowanych metod obliczania przepywu nienaruszalnego wi ze sob kryteria biologiczne z kryteriami hydrologicznymi. Przy wyznaczaniu przepyww brano pod uwag wymagania ichtiologiczne dla wybranych gatunkw ryb. Przepyw nienaruszalny ekologicznie uzasadniony zosta wskazany jako zalecany dla rzek i potokw grskich. Wyniki uzyskane rnymi metodami porwnano z wielkociami okrelonymi dla elektrowni wodnych w pozwoleniach wodnoprawnych. Przedstawiono sugestie zmian w pozwo-leniach wodnoprawnych w zakresie wielkoci przepyww nienaruszalnych.

SummaryThe Kamienna River is the left side tributary of the Bbr River. It drains the eastern part of the Izerskie Mountains, the western part of the Karkonosze Mountains and south-eastern part of Jelenia Gra Basin, as well. The Kamienna River is a typical mountain river with huge slopes which locally exceed 70%. An average rivers slope amounts to approximately 24%. It has a rocky, stony and rocky-gravel bottom which is covered in numerous large stones and boulders causing severe turbu-lent water movements. Six water power stations are located along the river course. Consequently, they exploit its resources.Four methods of determining inviolable flows were chosen. In terms of hydrology, three of them are based on values observed in water gauge cross-sections, taking into consideration average, annual

296

low flows from the multiyear. The fourth method combines hydrological values (flow volume) with hydraulic calculations (water table ordinates, flow velocity) and river-bed geometry (the depth of the cross-section). Two of the applied methods concerning calculating the inviolable flow combine biological criteria with hydrological ones. While determining flows, ichthyologic requirements for chosen fish species were taken into consideration. Ecologically justified inviolable flow was classi-fied as recommended for rivers and mountain rivers. The outcomes received using various methods were compared with values described for water power stations based on water-legal permits. Some proposals of amendments to water-legal permits with reference to the inviolable volume were de-scribed.

1. WSTP

Celem bada byo wykonanie dokumentacji zawierajcej przegld wybra-nych metod wyznaczania przepywu nienaruszalnego, ich obliczenia, analiz uzyskanych wynikw oraz wybr wariantu przepywu nienaruszalnego dla rzeki Kamiennej. Zaproponowano cztery metody wyznaczania przepyww nienaru-szalnych. Trzy z nich opieraj si na obliczonych w przekrojach wodowskazo-wych wielkociach przepyww rednich niskich rocznych z wielolecia. Czwarta metoda czy wielkoci hydrologiczne (objto przepywu) z danymi hydrau-licznymi (rzdna zwierciada wody, prdko przepywu) i geometri koryta rzeki (gboko przekroju). Ponadto dwie z zastosowanych metodyk obliczania prze-pywu nienaruszalnego cz ze sob kryteria biologiczne z kryteriami hydrolo-gicznymi.

Na rzece Kamiennej zlokalizowanych jest sze elektrowni wodnych. Wyniki uzyskane rnymi metodami porwnano z wielkociami okrelonymi dla elek-trowni w pozwoleniach wodnoprawnych. Bardzo istotne jest utrzymywanie od-powiedniego przepywu na odcinkach rzeki midzy poborem wody a jej zrzutem. Prawidowy rozdzia wd powinien w tym przypadku zapewnia zarwno wydaj-n prac turbin, jak i odpowiedni wielko przepywu nienaruszalnego.

2. HYDROGRAFIA KAMIENNEJ

Rzeka Kamienna jest lewostronnym dopywem Bobru, odwadnia wschodni cz Gr Izerskich i zachodni cz Karkonoszy oraz poudniowo-zachodni cz Kotliny Jeleniogrskiej. Charakteryzuje si gst sieci rzeczn i liczny-mi wodospadami. Ok. 70% zlewni grskiej porastaj lasy. W Jeleniej Grze do Kamiennej uchodzi jej najwikszy dopyw Wrzoswka. Kamienna uchodzi do Bobru na terenie Jeleniej Gry, w km 209,88. Powierzchnia zlewni Kamiennej wynosi 273,32 km2, a dugo rzeki 34,75 km. Kamienna jest typow rzek grsk o duych spadkach, przekraczajcych lokalnie 70. redni spadek rzeki wynosi ok. 24 Charakteryzuje si skalistym, kamienistym i kamienisto wirowym

297

dnem, wypenionym licznymi duymi kamieniami i gazami, powodujcymi sil-nie turbulencyjny ruch wody. Brzegi na dugich odcinkach wzmocnione s narzu-tem kamiennym i obudowane kamieniami.

3. HYDROLOGIA KAMIENNEJ

Do oblicze hydrologicznych wykorzystano dane z obserwacji wodowska-zowych prowadzonych na Kamiennej i jej bezporednim dopywie Wrzoswce. Aktualnie cige obserwacje prowadzone s na wodowskazach Kamiennej, wodo-wskaz Cieplice lskie zosta zlikwidowany w 1991 roku.

Zmienno przepyww Kamiennej ksztatuje przede wszystkim przychd wody z opadw deszczu w ciepych porach roku oraz z topnienia niegu w okre-sach zim. Istotn rol w procesach zasilania odpywu odgrywa stopie zalesie-nia zlewni. Las modyfikuje wielko retencji i parowania, wyrwnuje odpyw ze zlewni i przyczynia si do opniania spywu pochodzcego z wiosennych roztopw. Zalesienie w grnym biegu Kamiennej wynosi ok. 80%, w jej rod-kowym odcinku ok. 70%. Po masowej degradacji drzewostanw wierkowych w Karkonoszach (na pocztku lat 80-tych), odnotowano zmiany ilociowych charakterystyk odpywu, jego intensywnoci i przebiegu w czasie. Proces ten w znaczcym stopniu zosta zahamowany, co ma stabilizujcy wpyw na stosunki wodne w zlewni Kamiennej.

4. ELEKTROWNIE WODNE NA KAMIENNEJ

Na rzece Kamiennej zlokalizowanych jest sze przepywowych elektrowni wodnych. Cztery z nich znajduj si w Szklarskiej Porbie, dwie w Piechowicach. Pobr wody odbywa si za pomoc uj zlokalizowanych przy jazach pitrzcych, woda doprowadzana jest na turbiny elektrowni kanaami otwartymi lub ruroci-

Tab. 1. Przepywy charakterystyczne w m3/s z wielolecia 1966-2007

Rzeka Wodowskaz NNQ SNQ SSQ SWQ WWQ

Kamienna Jakuszce Dolne 0,030 0,071 0,267 9,02 56,3

Kamienna Piechowice 0,200 0,506 3,10 44,9 169

Kamienna Jelenia Gra 0,310 0,961 4,83 54,6 144

Wrzoswka Cieplice lskie 0,040 0,386 1,95 26,3 48,6

298

gami cinieniowymi, a nastpnie zrzucana do Kamiennej. Szczeglnie wane jest utrzymywanie odpowiedniego przepywu na odcinkach rzeki midzy poborem wody a jej zrzutem. Prawidowy rozdzia wd powinien w tym przypadku zapew-nia z jednej strony wydajn prac turbin, z drugiej za odpowiedni wielko przepywu nienaruszalnego. Dugoci tych szczeglnie naraonych na nieza-chowanie przepywu nienaruszalnego odcinkw wynosz od ok. 150 m (dla EW 1) do ok. 1 700 m (dla EW 5). Dla kadej elektrowni wodnej, na odcinkach midzy poborem wody a jej zrzutem, wykonane zostay szczegowe obliczenia przepyww nienaruszalnych.

Rys. 1. Posterunki wodowskazowe w zlewni rzeki Kamiennej

Rys. 2. Lokalizacja elektrowni wodnych na Kamiennej

Nr EW Miejscowo Nazwa Waciciel

km wg IMGW

km wg PWP1)

EW 1 Szklarska Porba Julia wasnoprywatnap 24+500z 24+350

p 23+195z 23+041

EW 2 Szklarska Porba Krucze Skay wasnoprywatnap 26+675z 23+100

p 23+800z 23+300

EW 3 Szklarska Porba Szklarska Porba II Zakad EnergetycznyJelenia Gra S.A.p 21+335z 21+100

p 20+123z 19+870

EW 4 Szklarska Porba Pod Ponur Map Turbojazz S.C.Jelenia Grap 21+050z 20+550

p 21+297z 20+744

EW 5 Piechowice Szklarska Porba I Zakad EnergetycznyJelenia Gra S.A.p 18+490z 16+785

p 18+840z 17+098

EW 6 Piechowice cieralnia drewna wasnoprywatnap 16+710z 16+180

p 15+300z b.d.

1) PWP pozwolenie wodnoprawne; p pobr wody, z zrzut wody

Tab. 2. Elektrownie wodne na rzece Kamiennej

300

5. PRZEPYW NIENARUSZALNY

Zastosowano nastpujce metody obliczania przepywu nienaruszalnego:wedug kryterium hydrologicznego (SNQ),wedug kryterium hydrobiologicznego (Q nh),przepyw ekologicznie uzasadniony przepyw biologiczny (Q biol),przepy w ekologicznie uzasadniony przepyw ekohydrologiczny (Qekoh).

5.1. Przepyw nienaruszalny wedug kryterium hydrologicznego (SNQ)

Wikszo dotychczas stosowanych metod wyznaczania przepywu nienaru-szalnego bazuje na przepywie SNQ, korygujc go (zmniejszajc lub zwikszajc) rnymi wspczynnikami. Przepyw ten jest to wielko z wielolecia oblicza-na jako rednia arytmetyczna z najniszych rocznych przepyww chwilowych (NNQ):

n

NNQSNQ

n

i= 1

gdzie: NNQ najniszy roczny przepyw w itym roku,N liczebno serii chronologicznej NNQ (liczba lat).

Tab. 3. Przepyw nienaruszalny wedug kryterium hydrologicznego (SNQ)

Przekrj km wg IMGWA

km2SNQ m3/s

wod. Jakuszyce Dolne 31,00 5,80 0,071

EW 1 ,,Julia 24,50 21,36 0,142

EW 2 Krucze Skay 23,68 22,63 0,148

EW 3 Szklarska Porba II 21,34 42,16 0,237

EW 4 Pod Ponur Map 21,05 42,