Upload
vancong
View
216
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
SEMINARIUM
DANE HYDROLOGICZNE DO PROJEKTOWANIA
UJĘĆ WÓD POWIERZCHNIOWYCH
Warszawa 18 wrzesnia 2015 r.
Wyzsza Szkola Administracji w Bielsku-Bialej
SHPStowarzyszenie Hydrologów Polskich
Beniamin Wi ęzik
●
Zakres:
- Ocena zasobów dyspozycyjnych i eksploatacyjnych.
- Rodzaje ujęć wody powierzchniowej.
- Przepływy miarodajne i kontrolne.
- Ruch rumowiska w obrębie ujęcia.
- Podsumowanie.
Zasoby dyspozycyjne wód powierzchniowychto odpływ w określonym czasie,
możliwy do zagospodarowania przy uwzględnieniu warunków
środowiskowych, bez wskazywania lokalizacji ujęcia wody.
Zasoby eksploatacyjne wód powierzchniowychto objętość wody możliwa do
pobrania w konkretnym przekroju cieku (przekroju uj ęcia wody) w
określonym czasie i ustaloną gwarancją, przy zachowaniu przepływu
nienaruszalnego (hydrobiologicznego) i wymaganego.
Podstawowe definicje
Przepływem nienaruszalnymjest przepływ odpowiadający granicznemu
napełnieniu koryta cieku, przy którym zachowane są podstawowe procesy
biologiczne ekosystemu wodnego.
Przepływem wymaganymjest przepływ, który musi być pozostawiony w
cieku z uwagi na innych użytkowników, określony według kryterium
eksploatacyjnego (istniejące niżej ujęcia wody), krajobrazowego i in.
z uwzględnieniem hierarchii spełnienia potrzeb.
Przepływ nienaruszalny i wymagany
Wiejskie systemy zaopatrzenia w wodę
Przekrój ujęcia wody
Planowana lokalizacja ujęcia wody
Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 14 stycznia 2002 r. w sprawie określenia przeciętnych norm zużycia wody(Dz.U. z 2002 r. Nr 8 poz. 70 )
1 dm3·s-1 = 85,4 m3·d-1→ 854 mieszk.
APc0,03171Qsr ⋅⋅=
Przepływ średni roczny - wzór Iszkowskiego (1886)
gdzie:Qsr – przepływ średni roczny w m3 s-1,c – współczynnik odpływu (góry jak Beskidy, Wogezy c = 0,55),P – wysokość opadu średniego rocznego (normalnego) w m,A – powierzchnia zlewni w km2.
sr1 Qν0,4Q ⋅=
Przepływ średni niski Q1 (SNQ)
gdzie:ν - współczynnik retencji,
Przepływ nienaruszalny (potoki górskie)
1nn Q1,52Q =
Zasoby eksploatacyjne
nnsre QQQ −=
Ujęcie wody na potoku górskim
Koryto powyżej ujęcie wody na potoku górskim
Koryto poni żej ujęcie wody na potoku górskim
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5
Wodowskaz Żabnica - Przepływ Q [m3s-1]
Leś
nian
ka (
prze
krój
ujęc
ia)
- P
rzep
ływ
Q [
m3 s-1]
Ujęcie wody – potok Leśnianka Wodowskaz Żabnica
Analogia hydrologiczna
(krzywa regresji)
Roczne krzywe sum czasów trwania przepływów wraz z wyższymi
Przekrój uj ęcia wody
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360
Czas t [doby]
Prz
ep
ływ
Q [m
3 s-1]
2003 2002 20012000 1999 19981997 1996 19951994 1993 19921991 1990 19891988 1987 19861985 1984 19831982 1981 19801979 1978 19771976 1975 19741973 1972 1971
Qe +Q nn = 0,017 m3s-1Qe + Qnn= 10,7 dm3 s-1
Gwarancja przepływu eksploatacyjnego
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
0,00 0,02 0,04 0,06 0,08
Przepływ Q [m3s-1]
Dys
tryb
uan
ta r
ozk
ład
u
Gw
ara
ncj
a
0,8
0,7
1
0,9
0,6
0,5
0,42
1
34
5 Czasy trwania
1 - 365 dni 2 - 340 dni 3 - 310 dni 4 -280 dni 5 - 250 dni
0,0107
Potok Cięcinka
Potok Hrobaczy
Potok Zimny
Potok Kalonka
Ujęcie infiltracyjno-poddenne
Rzut z góry
Przekrój poprzeczny ujęcia wody
ROZPORZĄDZENIE MINISTRA ŚRODOWISKA z dnia 20 kwietnia 2007 r.
w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budowle hydrotechniczne i ich usytuowanie (Dz. U. z 2007 r. Nr 86 poz. 579 ).
Przepływy miarodajne i kontrolne
ZLEWNIE KONTROLOWANE
Prawdopodobieństwo przewyższenia - rozkład Pearsona (typ III)
Przepływy maksymalne roczne o określonym prawdopodobieństwie przewyższenia
(metoda największej wiarygodności)
gdzie:
ε - dolne ograniczenie przepływu w m3/s,
α - parametr skali,
tp - zmienna standaryzowana.
pmaxp% tα
1εQ +=
Krzywe prawdopodobieństwa przepływów maksymalnych rocznych o określonym prawdopodobieństwie przewyższenia
0,0
20,0
40,0
60,0
80,0
100,0
120,0
140,0
0,11,010,0100,0
Prawdopodobieństwo p [%]
Prz
ep
ływ
Qm
ax p
% [
m3 s
-1]
Prawdopodobieństwo empiryczne Epsylon = 1,0 Epsylon = 2,0 Epsylon = 3,0
Rzeka Biała Wodowskaz Mikuszowice
Prawdopodobieństwo przewyższenia - rozkład Pearsona (typ III)
]cp)Φ(s,1[QQ ν50%maxp%max +=
Przepływy maksymalne roczne o określonym prawdopodobieństwie przewyższenia
(metoda decyli)
gdzie:
Qmax p%- przepływy maksymalne roczne o prawdopodobieństwie p w m3/s,
Q max 50%- przepływ środkowy o prawdopodobieństwie p = 50 % odczytany
z wyrównanej krzywej empirycznej w m3/s,
Φ(s,p)- funkcja zależna od współczynnika skośności s i prawdopodobieństwa p,
cv - współczynnik zmienności.
0,0
20,0
40,0
60,0
80,0
100,0
120,0
140,0
160,0
180,0
200,0
0,1110100
Prawdopodobieństwo p [%]
Prz
ep
ływ
Qm
ax p
% [
m3 s
-1]
Prawdopodobieństwo teoretyczne
Prawdopodobieństwo empiryczne
Przedział ufności
Rzeka Biała Wodowskaz Mikuszowice
0,0
20,0
40,0
60,0
80,0
100,0
120,0
140,0
160,0
180,0
200,0
220,0
240,0
0,1110100
Prawdopodobieństwo p [%]
Prz
epły
w Q
max
p%
[m3 /s]
Rzeka Biała Wodowskaz Mikuszowice
MNW (1950-2001)
CUGW (1950-2001)
Krzywe prawdopodobieństwa przepływów maksymalnych
rocznych o określonym prawdopodobieństwie
przewyższenia
ZLEWNIE NIEKONTROLOWANE
jp11p AHFfQ δλϕ ⋅⋅⋅⋅⋅⋅= %%max,
gdzie:
Qmax, p%- przepływ maksymalny roczny o prawdopodobieństwie p w m3/s,
f - bezwymiarowy współczynnik kształtu fali,
F1 - maksymalny moduł odpływu jednostkowego,
ϕ - współczynnik odpływu,
H1% - maksymalny opad dobowy o prawdopodobieństwie 1% w mm,
A - powierzchnia zlewni w km2,
λp - kwantyl rozkładu dla założonego prawdopodobieństwa p,
δj - współczynnik redukcji jeziornej.
Przepływy maksymalne roczne o określonym prawdopodobieństwie przewyższenia
Formuła opadowa
A < 50 km2
1/41
1/41/3r1
r )H(AIm
l)(L1000Φ
%ϕ⋅⋅+=
gdzie:
L+l – długość cieku wraz z suchą doliną w km,
m – miara szorstkości koryta odczytana z tabeli,
Ir1 – spadek cieku.
1/21
1/4ss
1/2s
s )H(Im
)l(1000Φ
%ϕ⋅=
gdzie:
ls – średnia długość stoków w km,
ms – miara szorstkości stoków
Is – średni spadek stoków.
Hydromorfologiczna charakterystyka koryta
Hydromorfologiczna charakterystyka stoków
Krzywa prawdopodobieństwa przepływów maksymalnych rocznych o określonym prawdopodobieństwie przewyższenia
0,0
2,0
4,0
6,0
8,0
10,0
12,0
14,0
16,0
18,0
110100
Prawdopodobieństwo p [%]
Prz
epły
w Q
ma
xp% [m
3 /s]
80 60 50 40 30 20 8 6 5 4 3 2
Potok StarobielskiPrzekrój ujściowy
ppp QQ λ⋅= = %1max,%max,
gdzie:
Qmax, p%- przepływ maksymalny roczny o prawdopodobieństwie p w m3/s,
λp - kwantyl, ustalony dla bezwymiarowych krzywych regionalnych przepływów
maksymalnych.
47,011,235,010,007,111,1%1
92,0%1max, )1()1( −−
= +⋅+⋅⋅⋅⋅⋅⋅= BJezIHAQ robszarp ψϕα
gdzie:
αobszar– regionalny parametr równania,
A - powierzchnia zlewni,
H1% - maksymalny opad dobowy o prawdopodobieństwie p = 1% w mm,
φ - współczynnik odpływu
Ir - spadek cieku,
ψ - średni spadek zlewni,
Jez- wskaźnik jeziorności zlewni,
B - wskaźnik zabagnienia zlewni.
Przepływy maksymalne roczne o określonym prawdopodobieństwie przewyższenia
Obszarowe równanie regresjiA > 50 km2
Porównanie przepływów maksymalnych rocznych o określonym prawdopodobieństwie
0,0
50,0
100,0
150,0
200,0
250,0
300,0
350,0
0,1110100
Prawdopodobieństwo p [%]
Prz
ep
ływ
Qm
ax,
p% [
m3 s
-1]
Formuła opadowa
Obszarowe równanie regresji
Rzeka Skawica Wodowskaz Zawoja
A = 48,54 km2
1s1rt t)(1t
Γ(s)Γ(r)
s)Γ(rx −− −+=
gdzie:xt – współczynniki rozdziału dobowej sumy opadu na przedziały obliczeniowe,t – czas [h],r, s – parametry rozkładu,Pp=1% – wysokość opadu dobowego o prawdopodobieństwie p = 1% [mm].
%1=⋅= ptt PxP
>−+
−
≤−
=
∑∑
∑
∑
∑
=
=
=
=
=t
1iit
1ii
t
1i
2i
t
1ii
t
1ii
0S)0,2P(gdyS0,8P
S)0,2P(
0S)0,2P(gdy0
H
gdzie:
∑=
t
iiH
1– suma wysokości średniego w zlewni opadu efektywnego [mm],
∑=
t
iiP
1– suma wysokości średniego w zlewni opadu w zlewni [mm],
S– maksymalna retencja zlewni [mm].
Funkcja rozkładu opadu dobowego (24 h)
Opad efektywny
>−
−
≤⋅
=
ppb
bp
pp
p
t
ttgdytt
t)(tq
ttgdyt
tq
h
gdzie:
ht – rzędne hydrogramu jednostkowego [m3·s-1],
t – czas [h],
qp – przepływ kulminacyjny [m3·s-1],
tp – czas wystąpienia kulminacji [h].
tb – czas trwania hydrogramu jednostkowego [h].
Hydrogramu jednostkowy Snydera
Hydrogram odpływu ze zlewni potoku Czechowickiego
0,0
5,0
10,0
15,0
20,0
25,0
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35
Wys
okość
op
ad
u P
, H [m
m]
Opad całkowity
Opad efektywny
0,0
5,0
10,0
15,0
20,0
25,0
30,0
0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36
Czas t [h]
Prz
ep
ływ
Q [m
3 s-1
]
Qmax, p=1% = 27,1 m3 s-1
V1% = 473 000 m3
P p=1% = 100 mm
d1,6
q1,1470,402
d1,6
Ihγ 2/3s
m
+=⋅⋅
gdzie:hm – graniczna głębokość wody w m,
gdzie:
γ – ciężar właściwy wody w N/m3,
h – głębokość wody w m,
I – spadek zwierciadła wody,
dm – średnica miarodajne rumowiska w mm,
qs – przepływ rumowiska w N/s na 1 m szerokości koryta.
Iγ
d1,60,402h m
m ⋅⋅=
Głębokość graniczną ruchu rumowiska (qs = 0)
Ruchu rumowiska
Uproszczony wzór Mayera-Petera i Millera
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
101001000
Średnica oczek sita d [mm]
Zaw
artość
frak
cji o
śred
nicy
wie
ksze
j niż d
[%]
żwirowakamienistaF R A K C J E
d m = 80,9 mm
Krzywa uziarnienia rumowiska
Bezużyteczną rzeczą jest uczyć się
lecz nie myśleć,
a niebezpieczną myśleć,
a nie uczyć się niczego.
(Przysłowie chińskie)