NIEKTRE PROBLEMY OBLICZE HYDRAULICZNYCH SIECI RZECZNEJ DOLNEJ ODRY
NIEKTÓRE PROBLEMY OBLICZEŃ HYDRAULICZNYCH SIECI RZECZNEJ DOLNEJ ODRY Seminarium środowiskowe Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu oraz Instytutu Meteorologii i Gospodarki Wodnej Wrocław, 13 marca 2019 r. Jacek Kurnatowski Katedra Budownictwa Wodnego Zachodniopomorskiego Uniwersytetu Technologicznego w Szczecinie
Trzebież Szczecin Most Długi Gryfino Widuchowa Bielinek Gozdowice
Domiąża Iński Nurt Babina Czapina Odra Czajcza Święta Orli Przesmyk Przekop Mieleński Duńczyca Wsch. Mienia Parnica Basen Górniczy Regalica
Domiąża Iński Nurt Babina Czapina Odra Czajcza Święta Orli Przesmyk Przekop Mieleński Duńczyca Wsch. Mienia Parnica Basen Górniczy Regalica
Niektóre problemy ruchu wód dolnej Odry q zjawiska określane jako cofki q problem właściwego określenia spadków zwierciadła wody i jego konsekwencje q określenie rozdziału przepływu w sieci rzek i kanałów (brak krzywych przepływu) i identyfikacja współczynników szorstkości poszczególnych koryt
Cofka
COFKA – definicje leksykograficzne „Krzywa spiętrzenia (cofka) – profil podłużny zwierciadła wody w cieku, na odcinku od miejsca powstania spiętrzenia do miejsca, gdzie spiętrzenie zanika” – Międzynarodowy Słownik Hydrologiczny (2001), Wydawnictwo Naukowe PWN S. A. , Warszawa „Spiętrzenie cieczy – podniesienie się poziomu cieczy w zbiorniku, kanale lub rzece wskutek powstania przeszkód w przepływie… obszar, na którym nastąpiło podniesienie zwierciadła cieczy nazywa się cofką” – Nowa Encyklopedia Powszechna PWN (1998), Wydawnictwo Naukowe PWN S. A. , Warszawa „Cofką nazywamy prąd rzeki odwrotny do nurtu” http: //pl. wikipedia. org/wiki/Cofka_(kajakarstwo) “Cofka jest częścią rzeki, w której prąd jest słaby lub nie ma go wcale. Pojęcie to odnosi się również do odgałęzienia rzeki, które następnie łączy się z rzeką ponownie, lub do części rzeki głównej spiętrzonej przez przeszkodę, np. przez pływ lub zaporę” (tłum. JK) - http: //en. wikipedia. org/wiki/Backwater_(river) “Cofka – woda wstrzymana w swym biegu lub zawrócona wstecz” (tłum. JK) http: //www. merriam-webster. com/dictionary/backwater
COFKA – definicje używane w publikacjach (przykłady) “W rejonach dolnej Odry i Wisły dodatkowe zagrożenie powodziowe występujące głównie w półroczu jesienno-zimowym wywołują tzw. cofki. Są to spiętrzenia wody w ujściowych odcinkach rzek w wyniku silnych wiatrów północnych” - Wpływ zmian klimatu na środowisko, gospodarkę i społeczeństwo (2010). Projekt IMi. GW PIB realizowany w ramach Programu Innowacyjna Gospodarka, zadanie 6: Bałtyk jako element systemu klimatycznego i jego rola w tworzeniu się stanów zagrożenia, sprawozdanie za 2008 r. , Warszawa-Gdynia. „Rzeki wzdłuż polskiego wybrzeża wpływające do Bałtyku podlegają w swoim ujściowym odcinku dwukierunkowym przepływom, tj. w kierunku morza oraz w kierunku od morza w górę rzeki, tworząc tzw. cofkę” - Jednorał T. (2007), Dwukierunkowe przepływy wody i tworzenie się cofek w ujściach rzek do morza. Inżynieria Morska i Geotechnika, nr 4, s. 239 -248. „Przy ograniczeniu poprzez regulację śluzy, wlewu (cofki) z Zatoki, nie ma prawdopodobieństwa wzrostu zasolenia” - Studium Wykonalności Budowy Kanału Żeglugowego przez Mierzeję Wiślaną (2007). Konsorcjum: Polbud Pomorze, GEOSYNTEX sp. z o. o. , Fundacja Naukowo-Techniczna, na zlecenie Urzędu Morskiego w Gdyni, Gdańsk.
COFKA STATYCZNA WŁAŚCIWA DYNAMICZNA IZOLOWANA POZORNA
Układ zwierciadła wody – cofka statyczna
N N Cofka dynamiczna właściwa Cofka dynamiczna izolowana kierunek przepływu S kierunek wiatru S
wiatr Cofka dynamiczna pozorna
Spadki zwierciadła wody na obszarze dolnej Odry
RZĘDNE ZER WODOWSKAZÓW IMi. GW PIB NA OBSZARZE DOLNEJ ODRY Wodowskaz Rzędne zera wodowskazu [m] Różnica rzędnych zer [m] układ NN układ Kr Świnoujście -5, 000 -5, 080 0, 080 Trzebież -5, 000 -5, 080 0. 080 Szczecin Most Długi -5, 000 -5, 12 0. 12 Gryfino -5, 000 -5, 11 0, 11 Widuchowa -5, 000 -5, 157 0, 157 Bielinek -0, 949 -1, 10 0, 15 Gozdowice 3, 201 3, 02 0, 18
v g powierzchnia Ziemi punkt odniesienia (mareograf) geoida g morze powierzchnia odniesienia Geoida i układy odniesienia h
Wpływ układu odniesienia na identyfikację współczynnika szorstkości I z 1 II poziom D z 0 -dε poziom G linia energii αV 2 2 g d. E 1 zwierciadło wody d. E 0 α(V+d. V)2 2 g V dno Z 0 g ε geoida powierzchnia odniesienia dx V+d. V Z 0+d. Z 0 g x 0 ε+dε -dε x 1
Wpływ układu odniesienia na identyfikację współczynnika szorstkości Zakładając: otrzymuje się: a po scałkowaniu na skończonej długości odcinka L: n 1 Q
Wniosek: W geodezyjnym (niegeoidalnym) wysokościowym układzie odniesienia wartość współczynnika szorstkości zależy od przepływu oraz błędu położenia osi tego układu, PRZEZ CO NIE MOŻE BYĆ TRAKTOWANA JAKO CECHA FIZYCZNA KORYTA
45 47 78 46 24 23 20 22 44 77 19 21 26 18 25 32 42 41 39 40 56 jaz 66 65 55 54 64 38 36 79 30 53 63 52 62 51 35 68 67 49 60 48 59 węzły sieci odcinki sieci z numerami oraz przyjętym dodatnim kierunkiem przepływu granica jez. Dąbie 72 6 4 74 1 3 8 72 73 69 Legenda: 12 7 2 75 70 50 61 10 11 71 34 37 12 5 29 33 57 13 76 28 31 58 16 14 17 27 43 9 15 obliczeniowe odcinki sieci modelujące ruch wody w jeziorze Schemat sieci rzecznej dolnej Odry 47 58 Nazwa odcinka Roztoka Odrzańska Kanał Policki Szeroki Nurt Mijanka Policka Wietlina Domiąża Iński Nurt 1 2, 74 3 4 5, 75 6, 7 8 Nurt Skolwiński Odra Mewia Babina + Czepina Odra Żurawia 9, 76 10 11 12 Odra Czajcza Odra Gryfia Przekop Mieleński 13, 14 15 16, 29, 3 1 17 18 19 20, 77 Cegielinka Skośnica Odra Kurowska 34 35 37 36, 38, 39, 41, 42 40, 79 43 44, 46 Kanał Kurowski Odra Zachodnia Odra Wschodnia Odra 45, 78 47 – 56 57 – 65 66 21 Jezioro Dąbie 67 - 73 Orli Przesmyk Kanał Grabowski Odra Zbożowa Odra Wały Chrobrego Kanał Grodzki Nr Nazwa odcinka Odra Most Długi Odra PBH Odra Pucka Kanał Zielony Przekop Parnicki Parnica Kanał Wrocławski + Duńczyca Mienia Dąbski Nurt Dąbska Struga Regalica Nr 22 23 24 25 26 27, 32, 33 28, 30
n Q [m 3 s-1]
Przekroje pomiarowe 45 1 78 47 24 46 20 23 27 57 4 42 39 40 56 66 jaz 65 55 54 64 38 79 53 63 33 36 37 5 52 30 62 71 67 49 60 odcinki sieci należące do drzewa częściowego odcinki sieci nie należące do drzewa częściowego ruch wody w jeziorze 18 14 10 12 11 5 7 8 2 75 6 4 74 3 1 19 72 73 68 35 węzły sieci fikcyjne odcinki sieci modelujące 17 13 20 69 Legenda: granica jez. Dąbie 16 76 70 10 34 7 50 61 14 18 12 6 51 17 9 15 29 31 8 41 11 32 15 13 28 9 3 21 25 26 43 58 19 44 2 16 77 22 48 59 47 Nazwa odcinka Roztoka Odrzańska Kanał Policki Szeroki Nurt Domiąża Numer 1 2, 74 3 4, 6, 7 Wietlina Iński Nurt Skolwiński Nurt Odra Mewia Babina z Czapiną Odra Żurawia Odra Czajcza Odra Gryfia Przekop Mieleński Pn. Orli Przesmyk Kanał Grabowski Odra Zbożowa Odra Wały Chrobrego Kanał Grodzki Odra Most Długi Odra PBH Odra Pucka 5, 75 8 9, 76 10 11 12 13, 14 15 16 17 18 19 20, 77 21 22 23 24 58 Nazwa odcinka Kanał Zielony Przekop Parnicki Parnica Zachodnia Duńczyca i Kanał Wrocławski Przekop Mieleński Śr. Duńczyca Wschodnia Przekop Mieleński Pd. Parnica Środkowa Parnica Wschodnia Mienia Dąbski Nurt Dąbska Struga Regalica Cegielinka Skośnica Odra Kurowska Kanał Kurowski Odra Zachodnia Odra Wschodnia Odra Jezioro Dąbie Numer 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 37 36 – 42 40, 79 43 44, 46 45, 78 47 – 56 57 – 65 66 67 – 73
Współczynniki szorstkości globalnej sieci dolnej Odry w układzie NN
Współczynniki szorstkości globalnej sieci dolnej Odry w układzie Kr
Wniosek generalny Należy rozważyć zastosowanie wyników kalibracji współczynników szorstkości ujściowych odcinków rzek o bardzo małych spadkach w procesie wyznaczania położenia geoidy jako „hydrodynamicznego niwelatora”
Rozdział przepływów wody w obszarze dolnej Odry
Względne wartości wyrównanych przepływów dla pomiarów grupy II – północne odcinki sieci
Względne wartości wyrównanych przepływów dla pomiarów grupy II – zachodnie i centralne odcinki sieci
Względne wartości wyrównanych przepływów dla pomiarów grupy II – wschodnie i południowe odcinki sieci
Zasada identyfikacji szorstkości poszczególnych odcinków sieci Dla M-odcinkowej sieci i dla dowolnego wektora szorstkości n = [n 1, n 2, …n. M] przy zadanym wektorze współczynników wagowych r = [r 1, r 2, …r. M] należy znaleźć wektor poprawek szorstkości ∆n = [∆n 1, ∆n 2, …∆n. M], dla którego przy określonych ograniczeniach liniowych zachodzi: Przyjęto:
Względne wartości współczynników szorstkości koryt sieci dolnej Odry 45 78 47 24 46 20 22 23 77 19 44 21 25 26 7 10 11 6 2 74 3 4 32 30 71 70 39 40 38 79 73 poniżej 90% 90 – 110% 33 41 72 36 34 37 35 69 110 – 150% 68 150 – 200% powyżej 200% 67 1 2 8 29 31 42 16 12 75 5 28 43 57 13 17 27 58 14 18 76 9 15 zmienna
Dziękuję za uwagę
- Slides: 50