Charakterystyka hydromorfologiczna rzek i potoków górskich

• Autorzy: Bartnik W.

Warianty tytułu

EN

Hydromorphological characterizations of rivers and streams

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Tworzenie się warstwy obrukowania dna przedstawiono zmiany morfologicznych dna cieku na podstawie bezpośrednich pomiarów granulometrycznych (średnica rumowiska dennego wzrasta po przejściu fali popowodziowej), oraz na podstawie symulacji komputerowej zmian uziarnienia dennego. Ta procedura obliczeniowa bazuje na założeniach Gesslera dla określenia prawdopodobieństwa nieruszenia się ziaren w funkcji nadwyżki naprężeń krytycznych. Krytyczne naprężenia ścinające były obliczone na podstawie funkcji Wanga określonej dla rzek i potoków Podkarpacia. Obrukowanie dna jest formowane przez ta część rumowiska dennego która nie jest wymywana w czasie przepływu. Wzrost naprężeń krytycznych jest wynikiem wzrostu średnicy miarodajnej. Miąższość warstwy obrukowanej jest w przybliżeniu równa wymiarowi największego kamienia w pokrywie. Ten proces jest różny w rzekach naturalnych i w rzekach poniżej przegród. W tym wypadku proces formacji warstwy obrukowania dna jest wynikiem wyboju i towarzyszy mu zmiana spadku zwierciadła wody i głębokości. Proces ten może być uważany jako zjawisko stochastyczne. Zgodnie z Gesslerem prawdopodobieństwo nieruszenia się ziarna zależy od relatywnych krytycznych wartości naprężeń krytycznych. Tworzenia się obrukowania dna w rzekach i potokach możemy określić poprzez obliczenie następujących parametrów: – współczynnik ukrywania się ziaren – początek ruchu rumowiska określony na podstawie początku ruchu materiału drobnego i gruboziarnistego, – kształt ziaren jako bezwymiarowe naprężenia w zależności od współczynnika kształtu ziaren, – transport rumowiska wleczonego jako suma transportu poszczególnych frakcji, – zmiana naprężeń krytycznych funkcji odchylenia standardowego krzywej przesiewu, – prognoza obrukowania dna, – analiza równowagi hydrodynamicznej przepływu dla którego zostaje zerwane obrukowanie dna. Dyrektywa UE określa metody gospodarki wodnej. Jednym z głównych celów regulacji rzek i renaturyzacji jest poprawne obliczenie równowagi hydrodynamicznej w odniesieniu do analizy krytycznych naprężeń ścinających dla poszczególnych frakcji rumowiska dennego oraz masy przetransportowanej rumowiska wleczonego. Poprawne określenie krytycznych naprężeń ścinających, głębokości wody, granicznej prędkości ruchu materiału dennego powinno być powiązane z określeniem warunku początku ruchu. Artykuł przedstawia również pomiary i zalecenia które są ważne dla opisu warunków renaturyzacji Określenie warunków równowagi hydrodynamicznej stwarza podstawę do określenia parametrów renaturyzowanych rzek.

EN

The formation of an armouring layer can be observed on the base of morphological changs by direct measurements of granulometry (grain diameter generally grows after flood) or by computer simulation of changes of the grain sieve curve. This procedure is based on the Gessler’s analysis of the probability of grain movement, on the basis of the shear stress of the acting water. The critical shear stress is calculated using the Wang function developed for Carpathian streams. The armouring layer is formed by that part of non-cohesive bed material, which is not washed away during the flow. The increase in critical shear stress is due to the increase of the mean diameter dm as small fractions are washed out from the bed. The thickness of the armouring layer is approximately equal to the size of the largest stones of the layer. This process in rivers with natural flow is different from this one below reservoirs; in the former case it takes place at a significant distance below dams. In this case, the armouring layer formation causes bed scouring, linked with a change in the water slope and depth. This scouring may be assumed to be a stochastic process. According to Gessler, the probability that a grain will not be moved from the bottom depends on relative critical shear stress. We can observed hydrodynamic evaluation of a mountain river and stream by calculation: – grain-size hiding factor relating the limit between movement and immobility to clogging effect in material of various grain-size, – beginning of the bedload movement determining the limit between movement and immobility for fine- and coarse-grained material based on dimensionless stresses, – grain shape relating dimensionless stresses to grain shape coefficient, – bedload transport as total dragged bedload transport, as a sum of partial fraction transports – at changing critical stresses, as a function of sieve curve standard deviation, – prediction of armoring process, probability of grain immobility related to drag force surplus as a function of critical stresses to normal stresses relation, – analysis of flow with hydrodynamic balance in which the armour layer is destroyed, Directives of EU do not impose methods of habitat and species conservation. The only criterion is the maintenance of favorable conservation status for them. That means that the area of habit must be stable in long term or increasing, and its quality must be maintained. The restoration processes are welcomed. One of the most important aims when preparing river training and renaturalization is the correct calculating of hydrodynamics balance of the bed with respect to the analysis of critical shear stress for bed material fractions and of capacity of bed load transport. The correct determination of critical shear stress, of critical depth of water, of critical velocity in non-uniform materials is strictly connected with the incipient motion of bed load. This paper presents investigations and measurement which are important to describe the condition of renaturalization. According to hydrodynamic balance under natural conditions new parameters of river renatulization parameters were created.

Słowa kluczowe

PL

rzeki gorskie; potoki gorskie; hydromorfologia; rumowiska wleczone; transport rumowiska; naprezenia graniczne; opor przeplywu; rownowaga hydrodynamiczna; regulacja rzek; renaturyzacja

• Wydawca: -
• Czasopismo: Infrastruktura i Ekologia Terenów Wiejskich
• Rocznik: 2006
• Numer: 4/1
• Opis fizyczny: s.143-174,rys.,tab.,bibliogr.

Twórcy

autor

Bartnik W.

• Katedra Inżynierii Wodnej, Wydział Inżynierii Środowiska i Geodezji, Akademia Rolnicza w Krakowie, Kraków

Bibliografia

• Armanini A., Dellagiacoma F., Ferreri L. From the check dam to the development of functional check dam. Fluvial Hydraulics of Mountain Regions, Lecture Notes in Earth Sciences, Eds A.Armanini, G.Di Silvio, Springer–Verlag, Berlin–Heidelberg, 1991, s. 331–344.
• Bartnik W. Hydraulika potoków i rzek górskich z dnem ruchomym, początek ruchu rumowiska wleczonego. Zesz. Nauk. AR w Krakowie, ser. Inżynieria Środowiska, Rozprawa habilitacyjna, 1992, 171.
• Bartnik W. Warunki kształtujące charakter ruchu materiału dennego w rzekach i potokach górskich. Praca zbiorowa pod red. Jerzego Ratomskiego pt: Procesy związane z ruchem w ciekach karpackich. Warszawa 1997.
• Bartnik W., Kopka W., Krok J. Równowaga hydrodynamiczna koryta potoku powyżej zapory rumowiskowej dozującej rumowisko wleczone. Zeszyty Naukowe AR w Krakowie, 1996, nr 45 , s. 187–196.
• Bartnik W., Michalik A. Rozwój badań ruchu rumowiska wleczonego i jego praktyczna weryfikacja. XX Ogólnopolska Szkoła Hydrauliki – Współczesne Problemy Hydrauliki Wód Śródlądowych Komitet Gospodarki Wodnej PAN, 2000.
• Bartnik W., Florek J. Ocena warunków równowagi hydrodynamicznej potoku górskiego na podstawie analizy hydraulicznych parametrów przepływu. Zesz. Nauk. AR w Krakowie nr 20, 2000. s. 163–176.
• Bartnik W., Strużyński A. Estimation of hydraulic parameters of armored layer forming in mountain rivers and streams. Advances in Hydro-Science and Engineering, ICHE and Warsaw University of Technology, 2002, published on CD-ROM.
• Bartnik W., Strużyński A., Deńko S., Zając T. Analiza warunków przyrodniczych ocena potrzeb renaturyzacji rzeki Nidy na odcinku delty środkowej. Przegląd Naukowy Inżynieria i Kształtowanie Środowiska. Rocznik XIII, 2004, z. 30, s. 209–220.
• Bielecki H. Dynamika procesów akumulacji i erozji zachodzących w korycie potoku górskiego pod wpływem ażurowych stopni przciwrumpwiskowych. Gospodarka Wodna, 1978, nr 10, s. 304–308.
• Bogardi J. Sediment transport in alluvial streams. Acad. Kiado, Budapest 1978.
• Cobeli D. Ramowa Dyrektywa Wodna: Możliwości dla gospodarki powodziowej. „Nietechniczne metody ochrony przed powodzią”. SGGW, Warszawa 2005.
• Gessler J. Beginning and ceasing sediment motion, “River Mechanics”. Ed. Shen H.W. Rozdz.7, 1971.
• Graf W. H. A method to calculate total load. Advance in Sediment Transport Ossolineum, 1981.
• Graf W.H. Flow resistance over a gravel bed, its Consequence on Initial Sediment Movement. Inter. Workshop on Fluvial Hydraulics of Mountain Region, IAHR, Trent, Italy 1989.
• Gładki H., Michalik A., Bartnik W. Measurements of Bed Load Transport in Mountain Streams Using the Radioactive Tracers Method. Proc. of Workshop IAHR, Rapperswil 1981, 45, 1.
• Kopka W. Badania modelowe zapór funkcjonalnych do regulacji transportu rumowiska wleczonego. Rozprawa doktorska, Katedra Inżynierii Wodnej AR w Krakowie, 1998, maszynopis.
• Krok J., Bartnik W., Kopka W. Numerical modelling of the mountain stream channel deformation due to bed load movements. Prace Naukowe Instytutu Geotechniki i Hydrotechniki Pol. Wrocławskiej, 1996, z. 71/38, s. 174–185.
• Michalik A. Badania intensywności transportu rumowiska wleczonego w rzekach karpackich. Analiza modeli empirycznych stosowanych w obliczeniach transportu rumowiska przy wykorzystaniu pomiarów radioznacznikowych. Zesz. Nauk. AR Kraków. Rozprawa Habilitacyjna nr 138, Kraków 1990.
• Michalik Al., Książek L. Drag force on individual particles on turbulent flow conditions. 10th Int. Conference on Transport and Sedimentation of Solid Particles, Zesz. Nauk. AR Wrocław, 2000, nr 382, s. 205–215.
• Parzonka Wł., Flow resistance and transport rates in alluvial riwvers. 12 –th International Conference on Transport and Sedimentation of Solid Particles. Zesz.Nauk. AR we Wrocławiu nr 481, 2004, s. 35–58.
• Radczuk L., Szymkiewicz R., Jełowiecki J., Żyszkowska W. Wyznaczenie stref zagrożenia powodziowego. SAFEGE Wrocław 2001.
• Wang F. Y. Bed load transport in open channels. Proc.of IAHR, Baden-Baden 1977.
• Wierzbicki J. Przyrodnicze, gospodarcze i hydrotechniczne przesłanki regulacji rzek. Narodowy Fundusz Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej, Warszawa 2003.
• Zelazo J., Popek Z. Podstawy renaturyzacji rzek.Wydawnictwo SGGW Warszawa 2002.
• Żbikowski A., Żelazo J. Ochrona Środowiska w Budownictwie Wodnym. Materiały Informacyjne, Ministerstwo Ochrony Środowiska i Zasobów Naturalnych, Warszawa 1993.