03580_20131118_Regulacija_rijeka__skripta_2013

5/25/2018

03580_20131118_Re gula c ija _r ije ka __skr ipta _2013 - slide pdf.c om

REGULA CIJA RIJEKA SKRIPTA

Dr Marina Babi ć Mladenovi ć

2013.

http://slide pdf.c om/re a de r/full/0358020131118re gula c ija r ije ka skr ipta 2013

1/220

5/25/2018


REGULACIJA RIJEKA, SKRIPTA, Dr Marina Babi ć Mladenovi ć

SADRŽAJ 1 PRIRODNI TOKOVI .................................................................................................................... 1 1.1 Osnovni pojmovi – nastanak, podela i režim vode i nanosa ............................................... 1 1.2 Rečna dolina i rečni tok ....................................................................................................... 2 2 REČNA MORFOLOGIJA ............................................................................................................ 4 2.1 Zakonitosti formiranja rečnih korita ..................................................................................... 4 2.2 Uticaji pod kojima se formira rečno korito ........................................................................... 5 2.2.1 Strujanje vode ......................................................................................................... 5 2.2.2 Geomehaničke karakteristike materijala u rečnom dnu .......................................... 6 2.2.3 Ostali uticaji na formiranje rečnog korita ................................................................. 6 2.3 Oblici rečnih korita u planu.................................................................................................. 7 2.4 Uzdužni profil prirodnog vodotoka .................................................................................... 11 2.5 Poprečni profil prirodnog vodotoka ................................................................................... 12 3 KONFIGURACIJA REČNOG DNA ........................................................................................... 14 4 REŽIM PRIRODNIH VODOTOKA ............................................................................................ 17 4.1 Režim površinskih voda .................................................................................................... 17 4.2 Režim nanosa ................................................................................................................... 17 4.3 Režim leda na rekama ...................................................................................................... 17 4.4 Kvalitet rečne vode ........................................................................................................... 18 5 MOTIVI URE ĐENJA PRIRODNIH VODOTOKA ...................................................................... 21 5.1 Zaštita od štetnog dejstva voda ........................................................................................ 21 5.2 Obezbeđenje uslova za racionalno korišćenje voda ......................................................... 28 5.2.1 Vodozahvati .......................................................................................................... 28 5.2.2 Brane i akumulacije............................................................................................... 29 5.2.3 Plovidba ................................................................................................................ 30 5.2.4 Sport, kupanje, rekreacija ..................................................................................... 31 5.3 Zaštita voda ...................................................................................................................... 32 5.3.1 Hidromorfološke promene..................................................................................... 32 5.3.2 Klasična ili “naturalna” regulacija .......................................................................... 35 5.4 Uređenje bujičnih slivova i erozionih područ ja .................................................................. 36 6 PODLOGE ZA PROJEKTOVANJE URE ĐENJA VODOTOKA ............................................... 37 6.1 Uvodne napomene............................................................................................................ 37 6.2 Topografske i morfološke podloge .................................................................................... 37 6.2.1 Snimanje korita vodotoka ..................................................................................... 37 6.2.2 Način prikazivanja ................................................................................................. 40 6.3 Hidrološke podloge ........................................................................................................... 43 6.3.1 Uvodne napomene ............................................................................................... 43 6.3.2 Merenje nivoa vode .............................................................................................. 43 6.3.3 Merenje protoka vode ........................................................................................... 44 6.3.4 Analiza i prikaz hidroloških podloga...................................................................... 46 6.4 Hidrauli čke podloge .......................................................................................................... 49 6.5 Psamološke podloge......................................................................................................... 49


2/220

5/25/2018



6.6 6.7 6.8 6.9

Geološko-geomehani čke podloge .................................................................................... 50 Biološke podloge............................................................................................................... 50 Ekonomske podloge ......................................................................................................... 50 Ostale podloge .................................................................................................................. 51

7 IZBOR REGULACIONIH ELEMENATA ................................................................................... 52 7.1 Metode za izbor regulacionih elemenata .......................................................................... 52 7.1.1 Hidrauličke analize ................................................................................................ 52 7.1.2 Morfološke analize ................................................................................................ 53 7.2 Primeri dobre prakse ......................................................................................................... 53 7.2.1 Trasa regulisanog korita ....................................................................................... 53 7.2.2 Širina regulisanog korita ....................................................................................... 54 7.2.3 Tip i raspored regulacionih građevina ................................................................... 56 8 REČNA HIDRAULIKA .............................................................................................................. 58 8.1 Hidrauli čke karakteristike prirodnih tokova ....................................................................... 58 8.1.1 Uvodne napomene ............................................................................................... 58

8.2

8.3 8.4

8.5 8.6

8.1.2 .............................................................................................. 60 58 8.1.3 Prostorna Vremenskadimenzija dimenzija............................................................................................ 8.1.4 Efekat kontura toka ............................................................................................... 60 8.1.5 Turbulencija .......................................................................................................... 62 8.1.6 Uticaj gravitacije .................................................................................................... 62 Hidrauli čka analiza ............................................................................................................ 63 8.2.1 Tipovi tečenja u vodotocima ................................................................................. 63 8.2.2 Metode hidrauličke analize ................................................................................... 63 8.2.3 Potrebni podaci ..................................................................................................... 65 8.2.4 Preporuke ............................................................................................................. 65 Kalibracija i verifikacija hidrauličkog modela ..................................................................... 65 Osnovne jednačine i primeri primene linijskih modela ...................................................... 66 8.4.1 Osnovne jednačine ............................................................................................... 66 8.4.2 Ustaljeno jednoliko tečenje ................................................................................... 66 8.4.3 Ustaljeno nejednoliko tečenje ............................................................................... 67 8.4.4 Proračun uspora od mosta.................................................................................... 71 8.4.5 Linijski otpori ......................................................................................................... 74 8.4.6 Neustaljeno tečenje .............................................................................................. 77 Kriva protoka ..................................................................................................................... 81 Ravanski i prostorni modeli ............................................................................................... 82 8.6.1 Ravanski numerički modeli ................................................................................... 82

8.6.2 Prostorni numerički modeli .................................................................................... 83 8.7 Fizički modeli .................................................................................................................... 84 9 REČNI NANOS ......................................................................................................................... 86 9.1 Uvodne napomene............................................................................................................ 86 9.2 Nastanak rečnog nanosa .................................................................................................. 87 9.3 Fizička svojstva rečnog nanosa ........................................................................................ 90 9.3.1 Fizička svojstva pojedinačnog zrna ...................................................................... 90 9.3.2 Fizička svojstva mešavine nanosa........................................................................ 91


3/220

5/25/2018



9.4 Podela rečnog nanosa ...................................................................................................... 94 9.5 Merenja nanosa ................................................................................................................ 96 9.5.1 Cilj merenja ........................................................................................................... 96 9.5.2 Metode merenja .................................................................................................... 97 9.5.3 Obrada merenja .................................................................................................... 99

9.6

9.7

9.8

9.9

9.5.4 Analiza merenja .................................................................................. 100 Kretanje rečnogpodataka nanosa .................................................................................................. 101 9.6.1 Uvodne napomene ............................................................................................. 101 9.6.2 Pokretanje vučenog nanosa ............................................................................... 102 9.6.3 Nastanak suspenzije ........................................................................................... 105 9.6.4 Proračun pronosa nanosa .................................................................................. 105 Deformacija rečnog korita ............................................................................................... 110 9.7.1 Opšta deformacija ............................................................................................... 110 9.7.2 Lokalna deformacija ............................................................................................ 113 Osvrt na probleme vezane za nanos .............................................................................. 115 9.8.1 Zasipanje akumulacija ........................................................................................ 115 9.8.2 Smetnje plovidbi ................................................................................................. 119 9.8.3 Velike vode na bujičnim vodotocima................................................................... 119 Bagerovanje.................................................................................................................... 120 9.9.1 Ciljevi bagerovanja ............................................................................................. 120 9.9.2 Tehnologija bagerovanja .................................................................................... 121 9.9.3 Tipovi bagera ...................................................................................................... 122 9.9.4 Odlaganje izbagerovanog materijala .................................................................. 124 9.9.5 Uticaj bagerovanja i deponovanja izbagerovanih sedimenata na životnu sredinu ............................................................................................................................ 125

10 REGULACIONE GRA ĐEVINE................................................................................................ 126 10.1 Podela i osnovni pojmovi ................................................................................................ 126 10.2 Regulacione građevine van rečnog korita ....................................................................... 127 10.2.1 Nasip................................................................................................................... 127 10.2.2 Zaštitni zid ........................................................................................................... 135 10.2.3 Kamena deponija ................................................................................................ 135 10.3 Regulacione građevine u koritu ...................................................................................... 136 10.3.1 Obaloutvrda ........................................................................................................ 136 10.3.2 Prava paralelna građevina .................................................................................. 149 10.3.3 Naperi ................................................................................................................. 152 10.3.4 Pregrada ............................................................................................................. 154 10.3.5 Prag .................................................................................................................... 155 11 REGULACIONI RADOVI ........................................................................................................ 157 11.1 Prosek rečne krivine ....................................................................................................... 157 11.2 Uređenje rečnih ušća ...................................................................................................... 159 11.3 Zaštita mostova i propusta .............................................................................................. 160 11.3.1 Zaštita mostovskih stubova................................................................................. 160 11.3.2 Zaštita oporaca mosta ........................................................................................ 161 11.4 Izvođenje i zaštita prelaza cevovoda preko vodotoka ..................................................... 162


4/220

5/25/2018



12 OBJEKTI ZA REGULACIJU VODNOG REŽIMA ................................................................... 165 12.1 Uređenje korita vodotoka ................................................................................................ 165 12.2 Retenzije ......................................................................................................................... 165 12.2.1 Čeone retenzije ................................................................................................... 165 12.2.2 Bočne (nizijske) retenzije .................................................................................... 166

12.3 ..................................................................................................................... 167 12.4 Akumulacije Rasteretni kanal .............................................................................................................. 168 12.5 Privremena brana ........................................................................................................... 169 12.6 Kaskada .......................................................................................................................... 169 12.7 Ustava ............................................................................................................................. 169 13 MATERIJALI ZA IZVO ĐENJE REGULACIONIH GRA ĐEVINA ............................................ 171 13.1 Prirodni materijali ............................................................................................................ 171 13.1.1 Kamen ................................................................................................................ 171 13.1.2 Šljunak i pesak .................................................................................................... 171 13.1.3 Glina, ilovača, humus i drugi zemljani materijali ................................................. 172 13.1.4 Drvo .................................................................................................................... 172 13.1.5 Biljni materijal ...................................................................................................... 172 13.2 Veštački materijali ........................................................................................................... 173 13.2.1 Sintetički materijali .............................................................................................. 173 13.3 Prefabrikati...................................................................................................................... 176 13.3.1 Prefabrikati od prirodnih materijala ..................................................................... 176 13.3.2 Gabioni ............................................................................................................... 179 14 ZAŠTITA OD POPLAVA......................................................................................................... 182 14.1 Uzroci nastanka velikih voda .......................................................................................... 182 14.2 Velike vode ..................................................................................................................... 184 14.2.1 Osnovne karakteristike velikih voda.................................................................... 184 14.2.2 Specifičnosti velikih voda na buji čnim tokovima ................................................. 186 14.3 Štete od poplava ............................................................................................................. 187 14.3.1 Uslovi od kojih zavisi visina šteta od poplava ..................................................... 188 14.3.2 Kategorije šteta .................................................................................................. 188 14.4 Mere zaštite od poplava .................................................................................................. 190 14.4.1 Klasične mere zaštite od poplava ....................................................................... 190 14.4.2 Savremeni trendovi u oblasti zaštite od poplava................................................. 191 14.5 Upravljanje rizikom od poplava ....................................................................................... 192 14.6 Zoniranje područ ja prema ugroženosti od poplava ......................................................... 195 14.6.1 Potreba za zoniranjem plavnih područ ja ............................................................. 195 14.6.2 Realne i potencijalne plavne zone ...................................................................... 195 14.6.3 Izrada i korišćenje karata plavnih zona ............................................................... 197 14.7 Odbrana od poplava na nasipima ................................................................................... 201 14.7.1 Zaštita od prelivanja............................................................................................ 201 14.7.2 Zaštita nebranjene kosine nasipa ....................................................................... 205 14.7.3 Zaštita od prodora vode kroz telo nasipa............................................................ 205 14.7.4 Zaštita od negativnih pojava u tlu sa branjene strane nasipa ............................. 207 14.7.5 Zaštita obala minor korita od erozije ................................................................... 208


5/220

5/25/2018



14.7.6 Sanacija negativnih pojava u zoni objekata u telu nasipa................................... 208 14.7.7 Zaštita gradilišta na odbrambenim nasipima ...................................................... 209 14.7.8 Vanredne mere ................................................................................................... 209 15 URE ĐENJE BUJIČNIH SLIVOVA I EROZIONIH PODRU ČJA .............................................. 213


6/220

5/25/2018



PREDGOVOR Reke su kompleksne i dinamične. Reka menja rapavost, brzinu toka, pad, dubine i trasu da bi se prilagodila promenama klime, geologije i hidrološkog režima, kao i ljudskim aktivnostima. Ove promene mogu biti brze ili spore, zavisno od uzroka i karaktera sila koje izazivaju promene. Kada se rečno korito lokalno promeni, ova promena može da inicira promene u koritu i režimu te čenja koje se propagiraju i uzvodno i nizvodno kroz rečni sistem. Ove promene se mogu osetiti na velikoj daljini i trajati duže vreme. Regulacija reka (ili uređenje vodotoka) je proces primene planskih aktivnosti na izmeni trase, karakteristika rečnog korita ili režima toka, sa ciljem da se postignu određene koristi. Ljudi su radili na regulaciji reka od početka istorije, da bi koristili vodne resurse, zaštitili se od poplava ili obezbedili kretanje duž ili preko rečnog toka. Od vremena Rimljana, reke se koriste i kao izvor energije. Od kraja 20 veka u regulaciji reka se vodi računa i o zaštiti životne sredine isto kao i o koristi za ljude, a mnogi projekti regulacije reka imaju za cilj samo obnavljanje ili zaštitu prirode. Specifičnost regulacije reka kao hidrotehničke discipline je u tome što posle izvođenja radova sledi odgovor prirode, koga nije lako a često nije ni moguće predvideti. Narušavaanje prirodnog režima vodotoka, radovima u koritu ili izmenom režima voda i nanosa ima za posledicu niz kratkoričnih ili dugoročnih morfoloških procesa koji vode ka uspostavljanju novog ravnotežnog stanja. Rešavanje problema u regulacijama reka zahteva znanje, iskustvo, sposobnost sinteze, inženjersku intuiciju, a obavezno je korišćenje prethodno stečenih znanja iz brojnih naučnih disciplina kao što su: mehanika fluida, statistika, hidraulika, hidrologija. Inženjerski pristup u regulaciji reka podrazumeva: - izučavanje prirodnih (fizičkih) uslova, - kvantitativnu ocenu parametara fizičkih procesa, - postizanje dovoljno dobre tačnosti (ne zahteva se “apsolutna tačnost” već približna rešenja), - neizvesnosti se kompenzuju većim faktorom sigurnosti u inženjerskom rešenju, - obim i nivo inženjerske analize zavisi od isplativosti objekata ili radova, -

sigurnost i ekonomičnost rešenja zavisi od toga koliko se to rešenje prilagodilo prirodnim uslovima vodotoka. U današnje vreme se: - rečni tok se posmatra kao ekosistem i - vodi računa o svim elementima (ili podsistemima) rečnog ekosistema. To su fizički podsistem (morfologija, hidrologija, hidraulika, kvalitet vode), biološki podsistem (biljni i životinjski svet, biološki faktori i procesi) i “humani” podsistem (delovanje čoveka). Stoga pristup planiranju regulacije reka mora biti integralni, “održivi” i multidisciplinaran.


7/220

5/25/2018



1 PRIRODNI TOKOVI 1.1 OSNOVNI POJMOVI – NASTANAK, PODELA I REŽIM VODE I NANOSA Prirodni nastajuukao koja na zemljinu površinu dospeva: - tokovi iz atmosfere viduposledica padavinaoticanja (kiše ili vode snega) - isticanjem iz podzemlja. Pod dejstvom gravitacije, voda se sliva sa područ ja na višoj nadmorskoj visini u niža područ ja. Formira se mreža otvorenih prirodnih tokova ili hidrografska mreža u određenom slivu, koga od susednih odvaja vododelnica – linija koja ide najvišim tačkama terena između dva sliva. Parelelno sa oticajem površinom terena, formira se oticaj kroz podzemlje. Zato je bitno razlikovati: - rečni (orografski) sliv (slika 1.1) koji je teritorija sa koje se sve površinske vode slivaju u jednu tačku (ušće) i - geološki sliv (slika 1.2), koji pored površinskih, obuhvata i podzemne vode koje prihranjuju dati vodotok. U karstnim područ jima se rečni i geološki sliv mogu bitno razlikovati.

Slika 1.1: Reč ni sliv

Slika 1.2: Geološki sliv

U slivu se formira režim vode i nanosa, pod čim se podrazumeva sveukupnost promena protoka i pronosa nanosa tokom vremena. Na svakom vodotoku razlikuju se dve najznačajnije tačke: izvor i ušće. Prema mestu nastanka, razlikuju se prirodni tokovi koji: - izviru iz podzemlja; - ističu iz jezera; - nastaju topljenjem glečera. Prirodni tokovi se mogu ulivati u drugi (veći) vodotok, jezero ili more, podzemlje (ponornice). Prema geomorfološkim i hidrološkim karakteristikama, razlikuju se slede će kategorije prirodnih tokova: - Bujični tokovi. To su stalni ili povremeni tokovi, koje odlikuju velike varijacije protoka, kao i nagle i kratkotrajne poplave, u kojima se pokreće velika količina nanosa; - Brdsko-planinski tokovi. Nalaze se u višim delovima sliva, a odlikuje ih veliki uzdužni nagib korita, silovit režim tečenja i krupan nanos; 1 http://slide pdf.c om/re a de r/full/0358020131118re gula c ija r ije ka skr ipta 2013

8/220

5/25/2018



Ravničarski tokovi se nalaze u nižim delovima sliva, imaju manji uzdužni nagib dna korita, mali intenzitet hidroloških i hidrauličkih promena, miran režim tečenja i sitan, peščani nanos. Ulivaju se u druge ravni čarske reke, jezera ili mora. Ova podela je uslovna jer ista reka u gornjem toku može imati bujični, a u donjem toku ravničarski karakter. Na slikama 1.3 i 1.4 dat je primer reke Drine, koja u gornjem toku i jasne karakteristike brdsko-planinskog toka, dok je u donjem toku tipičan ravničarski vodotok. -

Slika 1.3: Gornji tok r. Drine

Slika 1.4: Donji tok r. Drine

1.2 REČNA DOLINA I REČNI TOK Rečna dolina je prirodna kotlina duž koje se prostire re čni tok (slika 1.5). Nastaje kao posledica fluvijalne erozije. Odlikuje je postojanje rečnih terasa, pomoću kojih se može pratiti njen razvoj (svaka terasa označava jedan period geomorfološkog razvoja korita u kome je ono bilo u stanju privremene ravnoteže). Osim kroz aluvijalne slojeve u rečnoj dolini, reke probijaju put i kroz planine, usecajući specifične doline tipa klisure ili kanjona (slika 1.6).

Slika 1.5: Šematski prikaz reč ne doline

Slika 1.6: Kanjon Vrbasa

Rečni tok se od izvora do ušća može podeliti na tri dela. Gornji tok karakterišu: - veliki pad dna korita (iznad 1%); - nagle promene hidroloških i hidrauličkih parametara; - velika energija toka – buran režim tečenja; - intenzivna dubinska erozija usled velike energije toka. Ovo je zona produkcije nanosa (erozije ili degradacije korita); - krupan rečni nanos;

2 http://slide pdf.c om/re a de r/full/0358020131118re gula c ija r ije ka skr ipta 2013

9/220

5/25/2018



- vrlo malo krivudanje toka; - uska dolina sa strmim bokovima (karakterističan "V" profil). - koristi se samo za hidroenergetsku proizvodnju. Srednji tok odlikuju: - blaži nagibi dna (0,5 do 5%o), č -- umerenije promene hidroloških i hidrauli kih parametara; često razuđeno korito, a sa smanjenjem uzdužnog nagiba javlja se sve ve ća tendencija krivudanja. Posmatrano u dužem vremenskom periodu, korito je stabilno jer postoji ravnoteža između energije toka i tovara nanosa koji pristiže sa gornjeg toka. Ovo je zona transporta nanosa (prisutni su i erozija i zasipanje); - veća širina doline sa blažim nagibima kosina; - sitniji rečni nanos; - postoje mogućnosti za korišćenje vodotoka. Donji tok počinje ulaskom u ravnicu. Odlikuju ga: - mali uzdužni pad (manji od 0,1%); - korito je formirano u sopstvenom nanosu (aluvijumu). Ovo je zona zasipanja (izdizanja ili agradacije korita); - rečna dolina je široka, sa veoma blagim nagibom kosina; - korito je nestabilno sa izraženom bočnom erozijom i meandrima; - moguće je kompleksno korišćenje voda, uključujući i plovidbu (na većim rekama). Na slici 1.7 ilustrovane su karakteristike reke u gornjem, srednjem i donjem toku. Dijagrami prikazuju promenu (a) širine korita, (b) dubine, (v) brzine toka i (g) podužnog pada sa dužinom, odnosno promenom protoka koji se stalno pritoke.povećava kako reka prihvata

Slika 1.7: Promena karakteristika reč nog toka od izvora ka ušć u


10/220

5/25/2018



2 REČNA MORFOLOGIJA Rečna morfologija je nauka koja se bavi prou čavanjem oblika rečnog korita (poprečnih preseka, uzdužnog profila, trase rečnog toka), kao i zavisnosti između morfoloških karakteristika vodotoka i osnovnih prirodnih faktora koji na njih utiču. Morfološke analize su posebno čajne unanos. slučaju aluvijalnih tokovaoblici odnosno rečnih tokova čije je korito usečeno u sopstveni, vrlozna pokretan Naime, morfološki predstavljaju rezultat: - prirodnih zakonitosti odnosno uzajamnog dejstva rečnog toka (tečna faza) i pokretnog materijala koji čini dno (čvrsta faza); - sve češće uticaja čoveka na rečni tok (izgradnja brana i drugih objekata). Izučavanje morfoloških karakteristika je od izuzetnog značaja za projektovanje uređenja vodotoka.

2.1 ZAKONITOSTI FORMIRANJA REČNIH KORITA Morfološki oblici rečnog korita zavise pre svega od uzajamne interakcije: - rečnog toka (tečna faza) i - rečnog nanosa u pokretu i pokretnog materijala u kome je formirano dno korita ( čvrsta faza). Kao rezultat interakcije tečne i čvrste faze javljaju se karakteristi čne geometrijske forme u rečnom koritu: - makro forme: rečni meanderi i drugi oblici rečnog korita u planu, - mezo forme: dine i sprudovi, - mikro forme: riple, nabori. U prirodnom rečnom toku postoji veoma osetljiva dinamička ravnoteža između protoka, brzina i dubina vode, koncentracije i krupnoće nanosa, morfoloških karakteristika vodotoka (oblik i dimenzije poprečnog profila, pad dna, oblik trase) i hidrauličkih otpora. Slika 2.1 ilustruje dinamičku ravnotežu, koja prema Lejnu (Lane, 1955) postoji ako je proizvod transporta nanosa (Qs) i krupnoće nanosa (D50) približno jednak proizvodu pada re čnog dna (S) i protoka vode (Q w).

Slika 2.1: Koncept dinami č ke ravnoteže aluvijalnog vodotoka

Međutim, ako se poremeti ravnoteža između režima nanosa (promena količina ili krupnoće nanosa) i režima rečnog toka, dolazi do deformacije korita. Ukoliko ulazne i izlazne količine nanosa na rečnoj deonici nisu jednake, odnosno ukoliko se ulazne količine nanosa se razlikuju od transportne sposobnosti vodotoka na posmatranoj deonici javlja se: - zasipanje korita (ukoliko je ulaz nanosa veći od izlaza) ili - erozija korita (ako je ulaz nanosa manji od izlaza). Poremećaj bilansa nanosa se može javiti u: 4 http://slide pdf.c om/re a de r/full/0358020131118re gula c ija r ije ka skr ipta 2013

11/220

5/25/2018



-

podužnom pravcu (na pr. kada se izgradi brana ili pregrada, koja zaustavlja nanos) i u poprečnom pravcu (uslovljava promenu poprečnih preseka, premeštanje matice i pomeranje rečnog korita u planu).

2.2 UTICAJI POD KOJIMA SE FORMIRA REČNO KORITO 2.2.1 Strujanje vode Pored osnovnog strujanja vode u reci, koje se odvija pod uticajem gravitacije, u prirodnim tokovima postoje i sekundarna strujanja. Najznačajnija su: Centrifugalno strujanje (slika 2.2), koje se javlja u krivinama kao posledica neravnomernog rasporeda brzina osnovnog toka u poprečnom preseku, kao i neravnomernosti koli čine kretanja po širini i dubini toka. Strujanje je poprečno u odnosu na osnovni tok, tako da sa podužnim može da stvori zavojno (helikoidalno) strujanje. Ovo strujanje ima primarnu ulogu u stvaranju meandera i njihovom kretanju nizvodno. Površinske strujnice u krivini poniru duž konkavne obale, a izbijaju na površinu u zoni konveksne obale. Na taj način se iz korita izvlači nanos i na konveksnoj obali formira sprud. Ova pojava je i uzrok poprečnog nagiba vodnog ogledala u re čnoj krivini, pri čemu je nivo vode viši uz konkavnu, a niži uz konveksnu obalu. U približnim analizama koristi se izraz:

h 

V 2  B g  Rko

gde je Rko poluprečnik krivine konveksne obale, V srednja profilska brzina, B širina korita. Frikciono strujanje se manifestuje u vidu povratnog strujanja, odnosno hidrauličkog skoka (vodeni vrtlog sa horizontalnom osovinom) ili vrtloga sa vertikalnom osovinom. Javlja se na mestima naglog proširenja rečnog toka, iza naglih preloma u podužnom padu, nizvodno od objekata (pragovi, brane itd.). Brzina ovog strujanja dostiže 30 – 50% brzine rečnog toka, tako da ono ima veoma značajnu ulogu u formiranju re čnog korita. Vrtložno strujanje ima direktan uticaj na transport re čnog nanosa duž regulacionih građevina (slika 2.3) i mostovskih stubova. Vrtlozi sa vertikalnom osovinom izvlače vodu sa nanosom na površinu toka. Brzina vrtložnog strujanja je istog reda veličine kao brzina osnovnog toka, a može biti i veća. Strujanje Bera (von Baer) je posledica nejednakog Koriolisovog ubrzanja u različitim tačkama rečnog toka. Zakon Bera glasi: "Sve reke severne hemisfere intenzivnije erodiraju desnu obalu, a južne hemisfere levu obalu, bez obzira da li teku u pravcu severa ili juga". Primer koji potvr đuje ovaj zakon je reka Drina, koja se za jedan vek pomerila par kilometara u desno, stalno erodirajući desnu obalu. Kompenzaciono strujanje je reakcija na sva ostala strujanja, koja narušavaju hidrostatički raspored pritisaka. Ono teži da uguši strujanje koje je uzrok poremećaja. Strujanje izazvano različitom gustinom vode se javlja u većim vodenim masama, kao što su jezera i akumulacije. Javlja se usled različitog zagrevanja vaodenih masa, neravnomernog isparavanja, različite koncentracije nanosa itd. Brzina strujanja je vrlo mala (do 0.03 m/s), ali vrlo značajno za ekosistem jezera. Strujanje pod uticajem vetra javlja se na površini vode i ima isti smer kao smer vetra. Ukoliko je smer rečnog toka isti, rezultujuća brzina na površini može biti tako velika da utiče i na brzine pri dnu. Strujanje usled talasa od vetra ili plovila je značajno samo na akumulacijama ili na tokovima sa velikom širinom vodnog ogledala.


12/220

5/25/2018



Slika 2.2: Centrifugalno strujanje u reč noj krivini

Slika 2.3: Sekundarno – vrtložno strujanje pri opstrujavanju napera

2.2.2 Geomehaničke karakteristike materijala u re čnom dnu Geomehani čki i geološki sastav materijala u kome je formiran rečno korito bitno utiče na njegov razvoj i morfološke oblike koji se javljaju. Stoga su geomehaničke i geološke podloge, koje se dobijaju odgovaraju ćimkorito istraživanjima, važne za izradu–projekta regulacije vodotoka. Aluvijalni tokovi imaju formirano uveoma sopstvenom nanosu aluvijumu, koji je nevezan i lako pokretan i relativno uniformnog granulometrijskog sastava. Međutim, dešava se da je aluvijalni materijal cementiran ilovačom ili ilovačom sa primesama jedinjenja gvož đa ili aluminijuma. Korito formirano u ovakvom materijalu je postojano na eroziju i stabilno. U gornjem toku rečno korito je najčešće formirano u steni, pa ima specifične morfološke karakteristike: dubok i uzak profil, sa slabo razvijenim meandrima. Stenovite formacije se, međutim, mogu naći i u donjem toku, gde predstavljaju prirodne "pragove" u dnu (slika 2.4). Veoma je važno utvrditi položaj ovakvih pragova, jer od njih može zavisiti koncept regulacije. Fenomen samopopločavanja korita je takođe značajan. Usled ispiranja sitnijih čestica, u gornjem sloju nanosa u dnu ostaju samo krupne frakcije, koje se ne pokreću pod uticajem rečnog toka. 2.2.3 Ostali uticaji na formiranje rečnog korita U ovu grupu se ubrajaju slede ći prirodni uticaji: - Plivajući predmeti (stabla drveća) mogu izazvati zaustavljanje (istaložavanje) nanosa, stvaranje ada, rušenje obala. Moraju se redovno uklanjati u sklopu održavanja korita; - Stepen obraslosti obala vegetacijom (slika 2.5). Na malim vodotocima previše razvijena vegetacija smanjuje proticajni profil. Inače, koren vegetacije ima ulogu "bioarmature" koja povezuje nekoherentni materijal u obalama i pove ćava njihovu stabilnost. i veštački uticaji odnosno različiti objekti u koritu. U ovu grupu spadaju stalni plivajući objekti (vodenice, splavovi), vodozahvati i mostovske konstrukcije koji lokalno menjaju strujnu sliku i režim nanosa, tako da se menjaju morfološke karakteristike korita (rušenje obala, istaložavanje nanosa itd.). Svi negativni uticaji se mogu otkloniti blagovremeno, merama održavanja korita ili planiranjem adekvatnih mera zaštite.


13/220

5/25/2018



Slika 2.4: Stenovite formacije - prirodni pragovi u dnu

Slika 2.5: Uticaj vegetacije na formiranje re č nog korita

2.3 OBLICI REČNIH KORITA U PLANU Rečna trasa je prikaz korita u horizontalnoj projekciji (planu). Prema izgledu korita u planu (slika 2.6) aluvijalni tokovi mogu biti: - razuđeni - pravolinijski - meandrirajući. S 1,5

S

1,5

Slika 2.6: Trasa razuđ enog, pravolinijskog i meandrirajuć eg vodotoka

Razuđeni tokovi (slike 2.7) imaju dva ili više korita, mnoštvo sprudova i ada. Formiraju se u slučaju: - velikog dotoka nanosa (izaziva zasipanje korita i formiranje sprudova), -

nevezanog ili slabo vezanog u kome usečeno korito (u periodu velikih voda dolazi do proširenja korita, primaterijala malim vodama sejezasipa). Izgradnja mostova preko razuđenih tokova predstavlja problem, zbog velike dužine i nestabilnosti korita (slika 2.8).


14/220

5/25/2018



Slika 2.7: Trasa razuđ enog toka

Slika 2.8: Problem izgradnje mosta preko razuđ enog toka – velika dužina konstrukcije

Pravolinijski tokovi su retki u prirodi, najčešće postoje usled specifičnih geoloških uslova ili regulacionih radova. Pri projektovanju regulacije treba voditi računa da je najveća dužina stabilnih 1 pravolinijskih deonica 10 širina izgled punog(naizmeni korita. Duži potezi nisuobalama, stabilni (slika 2.9), jer na njima talveg imaoko krivolinijski čnopravolinijski se približava obema obilaze ći sprudove koji imaju šahovski raspored).

Slika 2.9: Postepene promene korita na pravolinijskoj deonici

1

Važni pojmovi: Talveg je linija najvećih dubina u koritu. Matica je linija najvećih brzina. 8


15/220

5/25/2018



Trasa meandrirajućih (krivudavih) tokova se sastoji od niza naizmeničnih krivina. Oblik vodotoka u planu opisuje se parametrom S (stepen sinusoidnosti), koji predstavlja odnos dužine osnovnog korita vodotoka (CL) i dužine doline (VL) – slika 2.10. Reke obi čno meandriraju (krivudaju) u svom donjem toku, okviru šireg pojasaćkoji se naziva "pojasmože meandriranja". Trasa meandriraju eg toka (slike 3.11) imati: - nizak stepen sinusoidnosti (S = 1 – 1,3) - umeren stepen sinusoidnosti (S = 1,3 – 2,0) - visok stepen sinusoidnosti (S > 2,0)

Slika 2.10: Trasa meandrirajuć eg vodotoka

Slika 2.11: Trasa meandrirajuć eg vodotoka, niskog, umerenog i visokog stepena sinusoidnosti

Takođe, postoji podela prema karakteristikama rečne doline, prema kojoj se meandrirajući vodotoci mogu podeliti na one koji imaju: korito čiji razvoj nije ograničen širinom doline (slika 2.11c) ili korito ograničeno aluvijalnim terasama (slika 2.11a). Meandriraju ći tok odlikuju: - talveg koji stalno prelazi sa jedne na drugu obalu (slika 2.12), - naizmenični sprudovi na konveksnim obalama (slika 2.13), - ruševne konkavne obale (slika 2.14), - stalni rast meandera i njihovo nizvodno pomeranje (slika 2.16), - promenljiv oblik poprečnog profila (slika 2.12), sa smenjivanjem plićaka (na prelaznim deonicama) i dubljih delova (u krivinama). Pri malim vodama, plićaci su širi potezi sa malim dubinama vode, velikom brzinom i padom nivoa vode, kao i krupnijim nanosom u dnu. Nasuprot tome, u dubljim delovima, koji su obično uži, su brzine vode manje, tako da je nanos u dnu sitniji. Pored uzdužnog nagiba dna, na formiranje meandra utiču: - režim protoka, - krupnoća nanosa, - vrsta materijala od koga su formirane obale - stepen obraslosti obala vegetacijom.


16/220

5/25/2018



Slika 2.13: Naizmeni č ni sprudovi na konveksnim obalama

Slika 2.12: Popreč ni preseci korita u meandru

Slika 2.14: Ruševna konkavna obala

Slika 2.15: Helikoidalno strujanje u krivini izaziva rušenje konkavne obale

Formiranje meandera (jedna od teorija): sekundarna (poprečna) strujanja (koja su posledica centrifugalne sile u krivini ili Koriolisove sile usled zemljine rotacije) izazivaju neravnomerni raspored brzine i pritiska u poprečnom preseku, kao i pojavu poprečnog nagiba linije nivoa, čime se stvaraju uslovi za eroziju spoljašnje obale u krivini i produženje meandra.

Slika 2.16: Razvoj i pomeranje meandra

Slika 2.17: Razvoj i samoprosecanje meandra

Razvoj meandera se ne može predvideti ni po veličini ni po vremenu. Konstatuju se pojave: - nizvodnog pomeranja meandera (slika 2.16), - samoprosecanja (slika 2.17).


17/220

5/25/2018



I pored promene oblika, ukupna dužina meandrirajućih vodotokova u dužem vremenskom periodu malo se menja (skraćenje trase na jednom mestu nadoknađuje se postepenim produženjem ostalih krivina). Ovo je ilustrovano na slikama 2.18 i 2.19. Analiza procesa meandriranja je veoma važna kada je potrebno trasirati puteve ili nasipe u dolini nekog vodotoka (poželjno je da se trasa objekta nalazi izvan pojasa meandriranja) ili izabrati lokaciju novog mosta.

Slika 2.18: Pojas meandriranja u donjem toku reke Drine

Slika 2.19: Razvoj meandara na r. Misisipi

2.4 UZDUŽNI PROFIL PRIRODNOG VODOTOKA Uzdužni nagib rečnog dna zavisi od: - protoka, - pronosa nanosa i - krupnoće nanosa Uzdužni nagib opada u nizvodnom smeru (slika 2.20), pre svega zbog smanjenja krupnoće materijala od koga je formirano korito (usled segregacije i abrazije): - smanjenjem krupnoće zrna duž vodotoka, sve više nanosa se kreće u vidu suspenzije, pa je vodotoku dovoljan manji uzdužan nagib, - protok raste ka ušću a koncentracija nanosa opada, što iziskuje manji utrošak energije toka i manji nagib dna, - u donjem toku se odvija proces taloženja nanosa i izdizanja korita.


18/220

5/25/2018



Slika 2.20: Uzdužni profil i tipi č ni popreč ni profili jedne reke

2.5 POPREČNI PROFIL PRIRODNOG VODOTOKA Kao što se vidi na slici 2.20, u gornjem toku vodotoka je korito najčešće usečeno u stene i ima karakterističan "V" oblik. U donjem toku je paraboličnog ili pravougaonog oblika, a njegove dimenzije zavise od režima oticaja vode, produkcije nanosa u slivu i sastava nanosa. U srednjem i donjem toku se dešavaju periodi čne promene oblika poprečnog profila – smenjuju se faze erozije (pri velikim vodama) i deponovanja nanosa (pri malim vodama). Trajne promene u poprečnom profilu nastaju usled izmene režima voda i nanosa u slivu ili izvođenja regulacionih radova. Kao što je već rečeno, korito ima različit oblik u krivini i na pravcu (slika 2.21). U krivini je oblik trougaoni, sa produbljenim koritom uz spoljašnju – konkavnu obalu (“proloke”) i sprudom duž unutrašnje – konveksne obale. Na pravolinijskoj deonici je oblik poprečnog profila približno pravougaoni.

Slika 2.21: Promena oblika popreč nog profila meandrirajuć eg toka

Kada se pri nailasku velike vode napuni osnovno korito vodotoka, voda se izliva u inundacije koje mogu biti ograničene visokim terenom ili nasipima. Inundacije su najčešće obrasle vegetacijom. 12 http://slide pdf.c om/re a de r/full/0358020131118re gula c ija r ije ka skr ipta 2013

19/220

5/25/2018



Pritom se razlikuju ravničarski i brdsko-planinski vodotoci. Kod ravničarskih tokova uvek postoje dva dela korita (slike 2.22 i 2.23): - korito za srednju veliku vodu (osnovno ili minor korito) - korito za veliku vodu (major korito = glavno korito + inundacije) dok kod planinskih tokova osnovno korito često prihvata i veće vode od srednje velike, a inundacije mogu, ali ne moraju da postoje.

Slika 2.22: Popreč ni profil major korita (korita za veliku vodu)

Slika 2.23: Široka desna inundacija se plavi pri velikim vodama i č ini deo korita za veliku vodu


20/220

5/25/2018



3 KONFIGURACIJA REČNOG DNA Konfiguracija rečnog dna aluvijalnih vodotoka određena je nanosnim formacijama (talasastim formama na dnu). Veličina i tip nanosanih formacija zavise od hidrološko-hidrauličkih karakteristika toka (pre svega brzine i dubine) i karakteristika re čnog nanosa. Po veličini se razlikuju: - sprudovi, - dine, - nabori (riple). Sprudovi su nanosne formacije velikih dimenzija (dužina uporediva sa širinom korita, a visina sa dubinom toka), koje se pri niskim vodostajima vide iznad vodene površine. Lokalni sprudovi (slika 3.1) su deponije peš čanog ili šljunčanog materijala na konveksnim obalama rečnih krivina, koji nastaju kao posledica su karakteristi čnog strujanja u krivini, ne kre ću se i ne menjaju mnogo oblik u zavisnosti od protoka. Naizmenični sprudovi su karakteristični za relativno pravolinijske deonice, imaju naizmeničan raspored u odnosu na obale, širina im je manja od širine korita, sporo se pomeraju nizvodno, prelazni izmeuđuperiodu susednih sprudova da ometapotez plovidbu malih voda). ovog tipa karakteriše plićak (na plovnim rekama može Poprečni sprudovi zauzimaju skoro u potpunosti širinu korita, javljaju se ili kao usamljeni sprudovi ili u vidu periodičnih nanosnih formacija, kreću se nizvodno. Sprudovi koje formiraju pritoke javljaju se neposredno nizvodno od ušća, usled istaložavanja krupnijeg nanosa iz pritoke, koji matična reka ne može da odnese (slika 3.2).

Slika 3.1: Lokalni sprudovi u krivinama reke Drine

Slika 3.2: Sprud nizvodno od ušć a pritoke Južne Morave

Procena vrste i proračun dimenzija nanosnih formacija vrši se na osnovu dijagrama (dobijenih na bazi eksperimentalnih istraživanja) ili primenom empirijskih izraza. Generalno se u mirnom tečpreko enja javljaju nabori i dine.u Mala količina nanosa kreće U sa prekidima (zrna peska serežimu kotrljaju vrha dine, a zatim podnožju miruju nekose vreme). prelaznom režimu između burnog i mirnog se javljaju sprane dine. U burnom režimu te čenja je velika količina nanosa u neprekidnom pokretu i tada se javlja ravno dno i antidine.


21/220

5/25/2018



Nabori (“riple”) su nanosni oblici malih dimenzija, talasna dužina je 15 – 30 cm, visina 1 – 3 cm, oblik u uzdužnom profilu može biti trougaoni (sa nizvodnom kosinom pod uglom unutrašnjeg trenja) ili sinusoidni (slika 3.3.1 i slika 3.4). Dine sa oblik naborima (slika 3.3.2) su prelazni između nabora i dina. Dine (slika 3.3.3 i slika 3.5) se kreću nizvodno, oblik u uzdužnom profilu je trougaoni ili sinusoidni, javljaju se u mirnom režimu tečenja. Sprane dine (slika 3.3.4) se javljaju se pri Fr  1 i imaju manju visinu nego dine. Ravno dno (slika 3.3.5) se javlja u prelaznom režimu, nakon nestanka spranih dina. Antidine (slika 3.3.7) se javljaju se u burnom režimu tečenja, fazno su neusaglašene sa talasima na površini, a amplituda im je manja. Mogu biti nepokretne ili se kreću uzvodno. U uzdužnom profilu, oblik im je trougaoni ili sinusoidni.

Slika 3.3: Klasifikacija nanosnih formi

Slika 3.4: Riple (nabori)

Slika 3.5: Dine

Tečenju preko nanosnih formacija u rečnom dnu se suprostavlja sila otpora tečenju usled postojanja nanosnih formacija (aluvijalni otpor). To je otpor oblika koji nastaje usled razlike u pritisku uzvodno i nizvodno od nabora ili dine. Za razliku od otpora trenja (otpora usled krupnoće zrna), aluvijalni otpori se smanjuju sa povećanjem brzine toka. U dnu vodotoka sa većim uzdužnim padom dna i značajnijim pronosom nanosa smenjuju se brzaci (strme deonice sa burnim režimom tečenja) i tišaci (deonice sa manje burnim ili mirnim režimom tečenja) – slika 3.6.


22/220

5/25/2018



Slika 3.6: Brzaci i tišaci


23/220

5/25/2018



4 REŽIM PRIRODNIH VODOTOKA Režim prirodnog vodotoka obuhvata sve promene koje se na njemu dešavaju tokom određenog perioda, pod uticajem promene meteoroloških uslova (padavine, temperature, evapotranspitracija) i drugih uslova u samom slivu (vegetacija, zasićenost zemljišta itd.). Ovaj termin obuhvata sve kvalitativne i kvantitativne promenenanosa površinskih kao što su koli čine i karakteristike i leda.voda, kao i promene drugih povezanih parametara, Režimi vodotoka se bitno razlikuju, jer zavise od njihovog geografskog položaja, veličine sliva i mnogih drugih prirodnih uslova. Od povremenih tokova u pustinjskim predelima do reka koje nastaju topljenjem lednika, svaka reka ima svoje specifičnosti. Sa stanovišta uređenja vodotoka, najznačajniji su režim površinskih voda, nanosa i leda.

4.1 REŽIM POVRŠINSKIH VODA Režim površinskih voda obuhvata promene količina voda u vremenu i prostoru. Na režim voda u jednom slivu utiču njegove klimatsko-meteorološke, topografske, geološke, pedološke i druge karakteristike, kao i na korišćsu enja Bitno se razlikuje režim voda u urbanizovanim slivovima i slivovima način kojima većzemljišta. e površine pokrivene vegetacijom. Metode merenja i analize režima površinskih voda prikazane su u poglavlju 8.3.

4.2 REŽIM NANOSA Režim nanosa obuhvata promene koli čina i karakteristika nanosa vodotoka u vremenu i prostoru. Metode merenja i analize režima nanosa prikazane su u poglavlju 11.

4.3 REŽIM LEDA NA REKAMA Kada se u zimskom periodu voda ohladi do temperature od 0o, na rekama se pojavi led. Postoji više mogućih oblika leda na rekama, od kojih su najznačajniji: - površinski led čiji su pojavni oblici: priobalni led, lebdeći led ili ledeni mulj, sante leda. - dubinski led. Površinski led se najpre javlja uz re čne obale, jer su tu najmanje brzine vode (slika 4.2). Ukoliko niske temperature traju duže, led postepeno pokriva vodno ogledalo, stvarajući kompaktnu ledenu koru. Debljina leda na jezerima i sporijim ravničarskim rekama može do dostigne 1 do 2 m. Pojave leda se svakodnevno osmatraju na vodomernim stanicama i po potrebi duž toka. Iskazuju se opisno, kao: - ledohod - % površine vode koju pokriva led u pokretu (slika 4.1), - ledostaj – potpuno zaleđena površina vode (slika 4.3). U hidrotehnici su brojni problemi vezani za led: - pojava uspora i/ili zatvaranje proticajnog profila može dovesti do "ledene" poplave, - statičko opterećenje na građevine, - dinamički udari ledenih santi, - led u porama ugrožava stabilnost i mehaničku otpornost građevina, - posredna šteta (obustava plovidbe, problemi sa vodosnabdevanjem i sl.). U jakim zimama se najpre javlja tzv. "jesenji" priobalni led i ledohod, zatim se ledostaj, a sa porastom temperatura na početku proleća tzv. "prolećni" ledohod. Ovaj period je najopasniji jer 17 http://slide pdf.c om/re a de r/full/0358020131118re gula c ija r ije ka skr ipta 2013

24/220

5/25/2018



može doći do zastoja leda u krivinama, kod mostova ili na plitkim deonicama. Ukoliko se led na kritičnim deonicama nagomila, stvarajući ledeni čep ili barijeru (slike 4.4 i 4.5), može doći do "ledene" poplave (slika 4.6).

Slika 4.1: Ledohod

Slika 4.2: Priobalni led

Slika 4.3: Ledostaj

Slika 4.4: Nagomilavanje leda u zoni mosta

Slika 4.5: Ledena barijera

Slika 4.6: Ledena poplava

4.4 KVALITET REČNE VODE Kvalitet rečne vode obuhvata brojne hemijske, fizičke i biološke parametre. Hemijski parametri kvaliteta vode su tvrdoća, alkalnost, pH, sadržaj nutrijenata (azot, fosfor), metala (bakar, cink, olovo, kadmijum) i rastvorenih materija, toksi čnost, boja itd. Fizički parametri kvaliteta su temperatura vazduha i vode, svetlost, sadržaj suspendovanih čestica, nanos istaložen na rečnom dnu, a biološki: mikro i makroorganizmi u vodi i na obalama. 18 http://slide pdf.c om/re a de r/full/0358020131118re gula c ija r ije ka skr ipta 2013

25/220

5/25/2018



Biljni i životinjski svet u rečnom ekosistemu (slika 4.7) čine: - alge, - više biljke (na dnu, plivajuće), - obalno drveće, - mikroorganizmi, č -- beski menjaci, ribe i drugi kičmenjaci. Na veoma osetljiv ekosistem vodotoka utiču brojni činioci: brzina rečnog toka, svojstva materijala na dnu (sastav i krupnoća), temperatura vode, sadržaj kiseonika, osvetljenost toka, pH vode, erozija dna i obala.

Slika 4.7: Ekosistem reke sa stenovitim dnom (gore) i aluvijumom (dole)

Ekosistemi se razlikuju, zavisno od veli čine vodotoka, geografskog položaja, visinskog položaja (planinske i ravničarske reke), podloge i drugih parametara. Generalno, ekosistemi malih vodotoka (slika 4.9) su znatno više osetljivi na spoljne uticaje od ekosistema velikih reka (slika 4.8).

Slika 4.8: Ekosistem velike reke

Slika 4.9: Ekosistem male reke


26/220

5/25/2018



Sa aspekta uređenja vodotoka, važno je ne poremetiti stabilnost ekosistema hidrotehničkim merama odnosno neophodne intervencije zadržati u okvirima koji neće dovesti do poremećaja. Generalno, regulacione mere ne utiču na hemijske i fizičke parametre rečne vode, ali mogu znatno uticati na biljni i životinjski svet. U projektima regulacije je poželjno održati raznovrsnost hidrauličkih i morfoloških elemenata rečnog toka, koja se inače sreće u prirodnom vodotoku, tako što će se projektovati korito sledećih odlika:- krivudave trase, - poprečnih profila raznovrsnih oblika, - promenljivog uzdužnog nagiba dna, - sa smenjivanjem plitkih i dubokih zona, - sa promenljivim režimom tečenja, - sa obalama obraslim vegetacijom. Ovi principi se koriste u projektima "naturalne" regulacije, o kojima će više biti reči u poglavlju 5.


27/220

5/25/2018



5 MOTIVI URE ĐENJA PRIRODNIH VODOTOKA Uređenje vodnih tokova je skup radova i mera kojima se menjaju prirodne osobine vodotoka i njegovog sliva radi: - zaštite od štetnog dejstva voda, - obezbeđenja uslova za racionalno korišćenje voda i - zaštite vodotoka od zagađenja.

5.1 ZAŠTITA OD ŠTETNOG DEJSTVA VODA Pod zaštitom od štetnih dejstava voda podrazumeva se realizacija niza radova, objekata, mera i drugih aktivnosti kojima se na racionalan način štite ljudi, prirodna i radom stvorena materijalna dobra i resursi od poplava i vodne erozije. S obzirom na poreklo voda i karakter nepovoljnih dejstava, uobičajeno je da se ova oblast vodoprivrede deli na tri osnovna dela: - zaštitu od poplava koje nastaju pri izlivanju voda iz korita većih - stalnih vodotoka, - zaštitu od suvišnih atmosferskih, otpadnih i podzemnih voda i - zaštitu od svih vidova vodne erozije i bujica. Često se zaštita od poplava naziva i zaštita od spoljnih voda, a zaštita od atmosferskih i podzemnih voda zaštita od unutrašnjih voda, odnosno odvodnjavanje. Iako će u okviru ovog kursa biti razmatrana samo problematika "spoljnih voda", treba naglasiti da je ovo uslovna podela jer pojedina područ ja mogu biti istovremeno, ili povremeno izložena vodama različitog porekla. U takvim slučajevima i zaštita od štetnih dejstava voda mora biti kombinovana, odnosno kompleksna. Štetna dejstva voda ne ispoljavaju se samo velikim vodama. Štetni procesi deformacije rečnih korita odvijaju se praktično pri svim proticajima, a ne samo pri velikim vodama. Posledica stvaranja nanosnih naslaga može biti zna čajno smanjenje propusne moći rečnog korita za vodu, te se u narednom periodu poplave mogu javiti i pri proticajima koji se ranije nisu izlivali iz korita. Bočna erozija korita (posebno na konkavnim obalama), koja se odvija i pri proticajima unutar osnovnog korita, može da uzgrozi stabilnost i pouzdanost bliskih priobalnih nasipa i prouzrokuje poplave u sledećem povodnju. S obzirom na napred navedeno, sasvim je logično da se zaštita od poplava najčešće razmatra i rešava zajedno sa problematikom uređenja rečnih korita. Prvi radovi na zaštiti od štetnih dejstava voda započeti u periodu formiranja stalnih naselja i početka razvoja zemljoradnje u re čnim dolinama. Ljudi su, naime, već tada uočili pogodnosti koje im pružaju reke i plodne rečne doline, ali su istovremeno bili suo čeni sa povremenim štetama od velikih voda, poplava i rečne erozije. I dok su te povremene štete bile manje od koristi koje su im pružale reke, ljudi su prihvatali rizik ostajanja uz reke, bez posebnih mera zaštite od štetnog dejstva voda. Međutim, sa povećanjem priobalnih naselja, poljoprivrednih površina i drugih dobara u rečnim dolinama, povećavale su se i štete od poplava i štete od drugih negativnih nepovoljnih dejstava reka. U takvim uslovima, ljudi su počeli da preduzimaju prvo lokalne i primitivne, a zatim sve obimnije i složenije radove na zaštiti od štetnog dejstva voda. Ako su, i pored preduzetih zaštitnih mera, štete od poplava bivale učestalije i veće, onda su ljudi svoja naselja i dobra premeštali na uzdignutije - više terenesu dosekojih vode nisuuzdopirale. No, ćuanje najve ćem broju slučajeva, naselja u rečnim dolinama vrlovelike brzo razvijala, stalno pove vrednosti dobara na područ jima ugroženim poplavama i uz sve veće napore da se nasipima i drugim objektima, radovima i merama smanjuju nepovoljna dejstva reka, a povećavaju koristi od reka. To je bio, ustvari, početak organizovanih akcija na uređenju i korišćenju vodnih tokova. Ovakav odnos između ljudi i vodnih tokova je svakako bio racionalan, ali je postepeno vodio i do nepovoljnih promena hidroloških režima vodnih tokova. Naime, izgradnjom nasipa osvajane su sve veće i veće površine koje su ranije bile plavljene, što je izazvalo znatno povećanje proticaja i nivoa vode u rekama, te je bilo neophodno da se izgra đeni nasipi povremeno nadvišavaju. Istovremeno je, zbog kr čenja šuma i drugih privrednih aktivnosti na slivnim površinama, intenzitet oticanja voda sa 21 http://slide pdf.c om/re a de r/full/0358020131118re gula c ija r ije ka skr ipta 2013

28/220

5/25/2018



slivova postepeno povećavan, te su se i ukupne količine i brzine doticanja voda u re čna korita povećavale. Pomenuti nepovoljni antropogeni uticaji su na mnogim rekama bitno povećavali frekvenciju pojave velikih voda i poplava, te su sistemi za zaštitu od poplava i drugih nepovoljnih uticaja vodnih tokova morali da se dograđuju, a na nekim rekama su građeni i novi zaštitni sistemi. U novim uslovima su, pored nasipa za zaštitu od poplava, kao izraziti predstavnici pozitivnih antropogenih uticaja na režim vodnih tokova, gra đene i akumulacije i retenzije za zadržavanje, odnosno smanjenje talasa velikih voda. No, i pored toga, podaci pokazuju da praktično u svim zemljama sveta i dalje dolazi do povremenih poplava i drugih nepovoljnih dejstava voda. Najčešće zaštita od štetnog dejstva voda ima dve komponente, koje se mogu izvoditi odvojeno ili zajedno: - stabilizacija odnosno sprečavanje nekontrolisane deformacije rečnog korita i - obezbeđenje zaštite od plavljenja vrednih sadržaja u rečnoj dolini (naselja, industrije, saobraćajnica, poljoprivrednih površina). Stabilizacija i povećanje propusne sposobnosti osnovnog korita vodotoka se zasniva na: - radovima na zaštiti obala i dna korita od erozije, - korekcijama trase prosecanjem oštrih krivina. Cilj radova je formiranje stabilnog korita, sa karakteristikama koje će omogućiti efikasno oticanje vode, pronos leda i nanosa, bez bitnog poremećaja životne sredine. Postoji više tipova objekata od kojih su najznačajniji: - uređenje u obliku prizmatičnog korita (tip objekta koji se često naziva "regulacija"); - obaloutvrde i druge regulacione građevine u koritu. "Regulacije" se mogu klasifikovati na osnovu više kriterijuma: 1. U zavisnosti od merodavnog proticaja, regulacije mogu biti: za velike vode, za srednje i male vode: - Regulacija korita za velike vode se obično izvodi na malim i bujičnim tokovima - Regulacija korita za srednje vode ima za cilj obezbeđenje dinamičke ravnoteže režima nanosa i zaštitu obala, a naj češće se primenjuje na rekama srednje veličine - Regulacija korita za male vode se najčešće primenjuje na velikim plovnim rekama, da bi se obezbedile potrebne dubine za bezbednu plovidbu. 2. S obzirom na veličinu reke, podela je na: regulacije malih reka i potoka, srednjih i velikih reka; 3. U zavisnosti od potreba, regulacije mogu biti: potpune (obuhvata ceo donji i srednji tok) i delimične; 4. U zavisnosti od položaja, regulacije mogu biti: - poljskog tipa (van naselja) i - gradskog tipa (u naseljenim mestima).


29/220

5/25/2018



Regulacija gradskog tipa u najvećem broju slučajeva podrazumeva uređenje korita vodotoka za prijem velikih voda i obezbeđenje njegove stabilnosti oblogom (slike 5.1 do 5.4). Rešenja i obim zahvata zavise od karakteristika vodotoka. Dok se na malim i srednjim rekama oblaže često celo korito za veliku vodu (ili se obloga kombinuje sa zelenim površinama), u slučaju većih reka se radi samo na zaštiti obala (slika 5.5 i 5.6).

Slika 5.1: "Gradska" regulacija (kineta) buji č nog vodotoka

Slika 5.2: Kaskada

Slika 5.3: "Gradska" regulacija reke srednje veli č ine

Slika 5.4: "Gradska" regulacija reke srednje veli č ine

Slika 5.5: Regulacija Save u Zagrebu

Slika 5.6: Regulacija obale Dunava u Beogradu


30/220

5/25/2018



Na potezima van naseljenih mesta primenjuje se regulacija poljskog tipa (slika 5.7), kod koje se takođe korito vodotoka uređuje za prijem velikih voda (sa ili bez nasipa), ali i dozvoljava određena deformacija osnovnog korita. To znači da se korito ne oblaže ili se oblogom štite samo konkavne obale.

Slika 5.7: Primeri "poljske" regulacije

Regulacije bujičnih tokova imaju svoje specifičnosti, uslovljene karakterom ovih vodotoka. Zavisno od kombinacije podužnih i popre čnih objekata regulacija bujičnog vodotoka može biti: - "kanal" odnosno regulisano korito na kome nema poprečnih objekata (pregrada, kaskada, pragova ili konsolidacionih pojaseva) ili - "kineta" odnosno objekat koga čine korito ozidanih obala i niz poprečnih objekata. Često postoji potreba da se samo zaštite ruševne obale vodotoka, u slučaju da se u procesu meandriranja vodotoka odnose velike površine zemljišta. Primer problema ove vrste dat je na slikama 5.8 i 5.9.

Slika 5.8: Promene trase reke Velike Morave rezultuju odnošenjem zemljišta

Slika 5.9: Ruševna obala Velike Morave

Tip obaloutvrde zavisi karakteristika vodotoka i problematike. To mogu biti vrlo skupi objekti (slika 5.10) za zaštitu gradskih područ ja, ali i najjednostavnije obaloutvrde od priručnog materijala, ukoliko se štiti šumsko zemljište (slika 5.11).


31/220

5/25/2018



Slika 5.10: Obaloutvrda od kamena

Slika 5.11: Obaloutvrda od popleta

Zaštita od poplava, koje često nanose velike štete u naseljima, industriji i poljoprivredi, najčešći je motiv za uređenje vodotoka. Svake godine poplave nanose ogromne štete nezaštićenim područ jima (slika 5.12), a ponekad i zaštićenim.

Slika 5.12: Štete od poplava 2010

Poplave i druga štetna dejstva voda izazivaju velike vode, koje imaju stohastički - slučajan karakter. Stoga se objekti i sistemi za smanjenje tih štetnih dejstava dimenzionišu na usvojene

merodavne velike vode određenih verovatnoća pojave. Ne može se računati na totalnu zaštitu od poplave ili od bilo kog štetnog dejstva velikih voda, jer se od usvojenog merodavnog uticaja na koji je dimenzionisan zaštitni sistem može pojaviti još ve ći (svakako sa manjom verovatnoćom pojave) i izazvati poplave i štete. Pored toga, poplave mogu nastati i usled havarije, odnosno otkaza pojedinih zaštitnih objekata (nasipa, brana, ustava), zbog grešaka i propusta učinjenih pri projektovanju, izvođenju, održavanju i upravljanju objektom. Iz toga sledi logičan zaključak da štete od poplava i drugih nepovoljnih dejstava voda ne mogu potpuno i trajno da se izbegnu, već se teži smanjenju šteta u okviru tehnički i ekonomski opravdanog rešenja.


32/220

5/25/2018



Zavisno od hidrološko-hidrauličkih, psamoloških i morfoloških karakteristika, kao i načina korišćenja vodotoka, u zaštiti od poplava primenjuju se razli čiti objekti, radovi i mere. Dominantnu ulogu su pri tom imali investicioni radovi i mere kojima se obezbeđuje zaštita od usvojenog merodavnog proticaja. Zaštita od poplava se najčešće obezbeđuje izgradnjom nasipa, odnosno ograničavanjem korita za veliku vodu (slike 5.13 i 5.14). Linija nasipa ne treba da prati osnovno korito vodotoka, da procesi u re čnomi koritu bi ugrozili stabilnost nasipa. Postoji mogućne nost da se promeni režim velikih voda određenim merama, kao što su: - regulacija korita do gabarita koji su potrebni za propuštanje merodavne velike vode (slika 5.15), - skraćenje trase vodotoka (slika 5.16), - izgradnja rasteretnih kanala (slika 5.17), - zadržavanje dela zapremine poplavnog talasa u retenzijama i akumulacijama koje imaju predviđenu zapreminu za prihvat velikih voda (slika 5.18).

Slika 5.13: Nasip

Slika 5.14: Nasip

Slika 5.15: Regulacija korita za prijem velike vode

Slika 5.16: Skrać enje trase izvođ enjem proseka

Slika 5.17: Rasteretni kanal za velike vode

Slika 5.18: Akumulacija


33/220

5/25/2018



Zaštita mostova i saobraćajnica Svaki saobraćajni infrastrukturni sistem, bilo da se radi o putnom ili železničkom saobraćaju utiče na hidrografsku mrežu i zahteva određene mere i radove. Trase puteva i pruga prelaze preko postojećih vodotoka, a oni se često tangiraju. Poseban problem je što saobrajnice presecaju rečne slivove, tako da su neophodne posebne mere za odvođenje površinskog oticaja i njihovo uvođenje u reku. Naj češće jedejstva dovoljna lokalna sedna obezbe đuje nožica trupa nasipa saobra ćajnice od erozionog vode (slikazaštita 5.19) ilikojom zaštita i obala reke u zoni prelaza saobra ćajnice (mosta) – slika 5.20. Međutim, objekti se mogu protezati i na velikoj dužini ukoliko se branjena saobraćajnica pruža dolinom vodotoka.

Slika 5.19: Lokalna zaštita mosta

Slika 5.20: Rušenje obale ugrožava saobrać ajnicu

Za efikasnu zaštitu od visokih nivoa "unutrašnjih voda" grade se posebni sistemi, koji moraju imati vezu sa recipijentom – vodotokom. Veza se ostvaruje izgradnjom ustava i crpnih stanica. Kroz ustave se voda gravitaciono upušta u vodotok, što je moguće samo u periodima kada su nivoi u recipijentu niži od nivoa u kanalskoj mreži za odvodnjavanje. U periodima kada su nivoi u recipijentu viši od nivoa u kanalskoj mreži, voda se prepumpama u crpnim stanicama. Zone ustava i crpnih stanica se obavezno osiguravaju od štetnog dejstva vode (slika 5.21). Crpni agregati se obavezno postavljaju iznad nivoa „merodavne velike vode“ kako ne bi bili potopljeni pri velikim vodama. Često je u ravničarskim predelima bila praksa da se prirodni vodotok potpuno reguliše, kako bi se obezbedilo da i pri maksimalnim protocima rekom vodostaj bude niži od vodostaja u mreži za odvodnjavanje, ukoliko je predviđeno odvodnjavanje gravitacijom. To se postizalo: - povećanjem uzdužnog pada (prosecanje rečnih krivina), - smanjenjem vrednosti koeficijenta rapavosti korita (uklanjanje vegetacije), - izmenom geometrijskih karakteristika poprečnog preseka korita. Primer „totalno“ regulisanog vodotoka u sistemu za odvodnjavanje dat je na slici 5.22. Ova praksa se napušta u novije vreme, jer je vrlo nepovoljna sa aspekta zaštite životne sredine.

Slika 5.22: Regulisano korito vodotoka koji je uključ en u sistem za odvodnjavanje

Slika 5.21: Ustava u sistemu za odvodnjavanje


34/220

5/25/2018



5.2 OBEZBE ĐENJE USLOVA ZA RACIONALNO KORIŠĆENJE VODA 5.2.1 Vodozahvati Rečna voda se koristi za različite namene. Najznačajnije su: - zahvatanje, crpljenje i upotreba vode za vodosnabdevanje stanovništva i industrije, navodnjavanje, uzgoj ribe i drugo, - korišćenje vodnih snaga za proizvodnju električne energije i druge pogonske namene, - uzgoj riba, - plovidba, - sport, kupanje, rekreacija i druge slične namene. U slučaju da se voda zahvata iz reke da bi se koristila za pomenute namene, grade se vodozahvati, uz određeni obim zaštite od štetnog dejstva voda: - Ukoliko je vodozahvat lociran na samoj obali reke, potrebni su relativno mali zahvati na uređenju vodotoka – zaštita obale uzvodno i nizvodno od vodozahvata radi održavanja stabilnog proticajnog profila (slike 5.23 i 5.24) . Poželjno je da vodozahvat bude lociran na konkavnoj obali, kako se ne bi zasipao nanosom. -

Često se uz vodozahvat gradi i pregrada rečnog korita, koja obezbeđuje dovoljan nivo vode na tom lokalitetu tokom perioda malih voda (slika 5.25). Moguće je da se vodozahvat postavi na pontonu, koji ulazi u proticajni profil reke (slika 5.26). U tom slučaju je objekat potrebno zaštititi od udara leda i krupnog plivajućeg otpada posebnom rešetkastom konstrukcijom, a potrebna je i stabilizacija obale u zoni objekta.

Slika 5.23: Lokalna zaštita vodozahvatne gra đ evine

Slika 5.24: Lokalna zaštita vodozahvata (ustave) u sistemu za navodnjavanje

Slika 5.25: Vodozahvat sa pregradom

Slika 5.26: Vodozahvat na pontonu


35/220

5/25/2018



5.2.2 Brane i akumulacije Dugoročno posmatrano, u prirodnom rečnom toku postoji veoma osetljiva dinamička ravnoteža između protoka, brzina i dubina vode, koncentracije i krupnoće nanosa, morfoloških karakteristika vodotoka (oblik i dimenzije poprečnog profila, pad dna, oblik trase) i hidrauličkih otpora. Izgradnja brane sa akumulacijom izaziva poremećaj dinamičke ravnoteže u kojoj se nalazi prirodni vodotok, sa efektima koji se osećaju u prostoru akumulacije i propagiraju uzvodno i nizvodno od profila brane: - U zoni prostiranja uspora od brane i u prostoru same akumulacije odvija se proces taloženja nanosa (slika 5.27). Položaj i oblik nanosnih naslaga u određenoj akumulaciji zavise od više različitih faktora. U slučaju nekih akumulacija, proces taloženja je tako intenzivan da se korisna zapremina akumulacije veoma brzo gubi. Troškovi stalnog uklanjanja nanosa mogu biti tako veliki da se dovodi u pitanje ekonomska opravdanost iskorišćavanja objekta. Čak i ako proces nije intenzivan, taloženje nanosa u akumulaciji predstavlja problem za njene korisnike, jer nanosne naslage mogu da ometaju ili onemoguće funkcionisanje objekata u akumulaciji. Druge nepovoljne posledice su: nastanak sprudova koji ometaju plovidbu ili umanjuju estetske kvalitete akumulacije, zamuljenje i pogoršanje kvaliteta vode, i dr. Sve ove pojave zahtevaju određen obim radova i mera za sanaciju. -

Re čnisu nanos se najpre delimi zadržava usposobnosti zoni isklinjavanja uspora od akumulacije, kojoj smanjene brzine tokačno i transportne za nanos u odnosu na prirodanu rečni tok. Nanosne naslage u ovoj zoni postepeno rastu u uzvodnom pravcu, sve dok se ne dostigne novo ravnotežno stanje. Ovaj proces ima više nepovoljnih posledica: grananje toka, dopunski uspor, potapanje priobalnih površina i povišenje nivoa podzemnih voda. Nanos koji se u ovoj zoni taloži u periodima u kojima se održavaju visoki nivoi u akumulaciji spiraće se kada se u akumulaciji obori nivo. - Do pojave dopunskog uspora (povišenje nivoa vode za isti protok) dolazi zbog smanjenja propusne moći korita, koje je posledica istaložavanja nanosa. Dopunski uspor, koji se javlja i u plitkim i u dubokim akumulacijama, može dostići značajnu veličinu tokom veka korišćenja akumulacije. Najopasniji je dodatni uspor pri velikim vodama, jer smanjuje stepen zaštite od poplava. -

akumulaciji se zadržavaju skoro sve frakcije nanosa, da seturbine iz nje ispušta čUista voda. Ispuštanje vode neoptere ćene nanosom kroztako ispuste, ili prekorelativno preliva, dovodi do poremećaja prirodnog kvazi-ravnotežnog režima vodotoka na sektoru nizvodno od akumulacije. Naime, s obzirom da u vodotoku postoji višak energije, jer nije zadovoljen njegov transportni kapacitet za nanos, dolazi do pokretanja čestica nanosa iz rečnog dna. Rezultat je pojava erozije rečnog dna, koja postepeno napreduje u nizvodnom pravcu, prolazeći kroz više faza. Tokom procesa degradacije korita, finije čestice nanosa će se pokretati pre nego krupne. Stoga će dno biti pokriveno sve krupnijim nanosom, koji će se sve sporije kretati, dok na kraju kretanje ne prestane (efekat "samopopločavanja" rečnog dna). Erozija dna počinje da napreduje od profila brane u nizvodnom smeru. Naime, kako se na jednoj deonici završi proces samopopločavanja, proces erozije se pomera na nizvodnu deonicu, itd. Proces erozije rečnog dna na potezu nizvodno od brane povoljan je za energetsku proizvodnju, jer se snižava donja voda hidroenergetskog objekta. Erozija ima i mnogobrojne posledice: dolazi do rušenja obala, potkopavanja obaloutvrda i drugihnegativne regulacionih objekata, ugroženi su mostovski stubovi i oslonci, a može čak biti ugrožena i stabilnost same brane.


36/220

5/25/2018



Slika 5.27: Nanos istaložen u akumulaciji

Slika 5.28: Rušenje obala akumulacije

Slika 5.29: Regulacija u zoni male hidroelektrane Vuč je (1903)

Slika 5.30: Regulacija Dunava u zoni protoč ne hidroelektrane

Obim radova na uređenju vodotoka čije se vode koriste za proizvodnju električne energije zavisi od tipa i veličine objekta: - u slučaju malih hidroelektrana obim radova zavisi od tehni čkog rešenja, a najčešće se ono bira tako da ima što manji uticaj na životnu sredinu reke i priobalja (slika 5.29), - u slučaju velikih brana i hidroelektrana (slika 5.30) najčešće se štite relativno kratke deonice uzvodno i nizvodno od objekata, koje su pod uticajem neustaljenog režima rada. Takođe, često se uzvodno od brane grade usporni nasipi, kojima se priobalno područ je štiti od uspora. Brojni su primeri velikih hidroenergetskih sistema, u sklopu kojih je vodotok potpuno izmešten, izgrađeni kanali i brojni drugi objekti (vodozahvati, prevodnice, kanali, itd.). 5.2.3 Plovidba Radovi na plovnim rekama se izvode u cilju obezbeđenja: - kontinuiteta plovidbe u toku navigacionog perioda, - sigurnosti plovidbe u svim meteorološkim i hidrološko-hidrauličkim uslovima, - povoljnih navigacionih uslova duž celog plovnog puta. Da bi se postigle potrebni gabariti (dubine, širine i zakrivljenost trase) plovnog puta za nesmetano kretanje merodavnog plovila, primenjuju se sledeće mere u osnovnom koritu reke (slika 5.31): - korekcija trase - izgradnja regulacionih građevina - bagerovanje Ukoliko ovim radovima nije mogu će postići odgovarajuće uslove, zbog nepovoljnog hidrološkog režima, izgradnjom ustava i akumulacija se potpuno menja režim protoka i nivoa da bi se omogućila plovidba tokom cele godine.


37/220

5/25/2018



Slika 5.31: Regulacija osnovnog korita za plovidbu

Principi rečne hidrotehnike se koriste i pri projektovanju velikih objekata na plovnim rekama, kao što su luke (slika 5.32), pristaništa (slika 5.33), marine, prevodnice.

Slika 5.32: Reč na luka

Slika 5.33: Reč no pristanište

5.2.4 Sport, kupanje, rekreacija Uređenje vodotoka za sport, kupanje, rekreaciju i druge sli čne namene je sve značajniji motiv uređenja vodotoka. U tim slu čajevima je potrebno obezbediti stabilnost korita u zoni za rekreaciju i kupanje, potrebnu dubinu i kvalitet vode (slike 5.34 do 5.36). Nivo vode u delu vodotoka koji se koristi za kupanje se može podi ći izgradnjom stalnih ili privremenih pregrada (slika 5.37).

Slika 5.34: Plaža na reč noj obali

Slika 5.35: Plaža na obali jezera


38/220

5/25/2018



Slika 5.37: Privremene pregrade obezbeđ uju nivo vode za kupanje

Slika 5.36: Plaža sa pontonom

5.3 ZAŠTITA VODA 5.3.1 Hidromorfološke promene U dosadašnjoj praksi upravljanja vodama se ocena kvaliteta vode u vodotocima vršila samo na osnovu fizičko-hemijskih i bioloških parametara. U Okvirnoj direktivi o vodama Evropske unije (ODV), kvalitet površinskih voda određuje se na osnovu ocene njegovog hemijskog i ekološkog statusa. Pritom je “ekološki status” iskaz o kvalitetu strukture i funkcionisanja vodenih ekosistema u površinskim vodama. U slučaju reka, klasifikacija ekološkog statusa se zasniva na tri grupe pokazatelja: - biološki elementi (sastav i bogatstvo akvatične flore i faune), - hidromorfološki elementi (hidrološki režim, kontinuiranost rečnog toka i morfološki uslovi) i - hemijski i fizičko-hemijski elementi. U ODV su definisani hidromorfološki elementi kvaliteta koji odgovaraju odličnom statusu površinske vode. To su uslovi koji su postojali u vodotoku u prirodnom, neporemećenom stanju, pre bilo kakvih ljudskih uticaja. Upoređenjem neporemećenog i sadašnjeg stanja odre đuju se hidromorfološke promene, nastale kao posledica ljudskih aktivnosti na koriš ćenju ili zaštiti od štetnog dejstva voda odnosno izgradnje hidrotehničkih objekata (brane, ustave, nasipi, regulacioni objekti itd.) za potrebe različitih vidova korišćenja i/ili zaštite od štetnog dejstva voda. Kako je u ODV definisana obaveza praćenja statusa voda u procesu upravljanja vodama, obavezno je i praćenje hidromorfoloških promena u domenu njihovog uticaja na stanje i kvalitet vodenih ekosistema. Specifičnost ODV je potpuno nova kategorija "značajno izmenjenog vodnog tela" površinskih voda. U nju se svrstavaju ona vodna tela koja su, kao rezultat fizičkih izmena usled ljudske aktivnosti, izmenjena do te mere da više ne mogu dosti ći dobar ekološki status bez zna čajnih posledica po životnu sredinu i ljudske aktivnosti na održivom razvoju. Postoji obaveza da vodna tela u ovoj kategoriji dobarmera ekološki potencijal, stanja. koji podrazumeva izmenjene hidromorfološke parametredostignu ali i primenu za poboljšanje ODV predstavlja prekretnicu u upravljanju vodama jer zahteva multidisciplinarni pristup i uvodi u praksu nove obavezne aktivnosti. Jedna od najinteresantnijih je analiza i praćenje hidromorfoloških promena. Ova potpuno nova aktivnost je otvorila niz pitanja o tome na koji način vrednovati ove promene i upravljati njima. Najznačajnije hidromorfološke promene na vodnim telima površinskih voda nastaju kao posledica korišćenja vode za potrebe hidroenergetike, plovidbe, vodosnabdevanja, poljoprivrede, urbanizacije i dr, kao i izgradnjom sistema zaštite od poplava.


39/220

5/25/2018



Hidroenergetsko korišćenje vodotoka podrazumeva izgradnju brana i akumulisanje vode). Ovi objekti dovode do značajnih hidromorfoloških promena na vodnom telu (slika 5.38) koje kao posledicu imaju nepovoljne uticaje na ekosisteme i njihova staništa kao što su prekid kontinuiteta vode, nanosa i kretanja riba, promena morfologije vodotoka, sastava rečnog dna, izmena karakteristika priobalja (šema na slici 5.39). Naravno, iste ili sli čne uticaje imaju i drugi objekti koji pregrađuju vodotoke (brane, ustave, pragovi, pregrade), koji se izvode radi obezbeđenja zaštite od voda (zaštita od poplava i kontrola fluvijalne erozije), vodosnabdevanja, uslova plovidbe.

Slika 5.38: Primer vodnog tela pre i posle izgradnje brane

Slika 5.39: Promene na vodnim telima izazvane izgradnjom brane

Izgradnja linijskih objekta za zaštitu od voda takođe predstavlja značajan pritisak na vodno telo. U slučaju regulacionih radova na vodotocima (slika 5.40) javljaju se određene promene hidrološkog režima i režima nanosa, morfološke promene, gubitak staništa vodenih vrsta (šema na slici 5.41). Izgradnjom nasipa se sužava rečni koridor, redukuju prirodna plavna područ ja i menja režim plavljenja (šema na slici 5.42).

Slika 5.40: Primer vodnog tela pre i posle regulacije za velike vode


40/220

5/25/2018



Slika 5.41: Promene na vodnim telima izazvane regulacijom vodotoka

Slika 5.42: Promene na vodnim telima izazvane izgradnjom nasipa

Izvođenje aktivnosti kojima se obezbeđuje plovnost vodotoka i održavanje plovnog puta takođe izaziva brojne hidromorfološke promene na vodnom telu (ujednačena morfologija, promene režima nanosa, gubljenje kontakta reke i priobalja usled oblaganja obala). Jedna vrsta hidromorfoloških promena je ilustrovana slikom 5.43.

Slika 5.43: Promene na vodnim telima izazvane regulacionim radovima za potrebe plovidbe (isključ enje rukavaca iz reč nog sistema)


41/220

5/25/2018



U budućnosti, naročito u uslovima pridruživanja Evropskoj uniji i primeni upravljanja vodama u skladu sa principima ODV neophodno prilikom izgradnje objekata koji mogu izazvati hidromorfološke promene, u što većoj meri smanjiti njihov nepovoljni uticaj na životnu sredinu još u periodu planiranja (npr. projektom brane predvideti objekte za migraciju riba i sl.). Regulaciju vodotoka treba planirati u skladu sa principima naturalne regulacije, koji su opisani u daljem tekstu, gde god je to mogu će i u što većoj meri. 5.3.2 Klasična ili “naturalna” regulacija Generalno, regulacioni radovi u osnovnom i major koritu vodotoka stvaraju preduslove za razvoj u rečnoj dolini. Odlikuje ih veliki obim radova i dužina gradilišta. U slučaju klasičnih regulacionih radova od interesa su samo tehni čki i ekonomski efekti radova. Analiziraju se samo uticaji radova na morfološke i hidrauličke karakteristike toka i režim re čnog nanosa. Najčešće se regulacijom ujednačavaju morfološki i hidraulički uslovi duž vodotoka, što dovodi do pogoršanja uslova života podvodne i priobalne flore i faune odnosno smanjenja biološke raznovrsnosti, odnosno generalnog pogoršanja kvaliteta životne sredine (zato što su brzine vode povećane iznad određene granice, usled uklanjanja vegetacije smanjena osenčenost i povećana temperature vode, smanjena količina biološkog otpadnog materijala koji je bitan za održanje biološkog “lanca”). Takođe, prisutni su negativni hidrološko-hidraulički efekti regulacije, koji se ogledaju u povećanju maksimalnih protoka i brzine prostiranja talasa velikih voda. Krajem osamdesetih godina javlja se koncept “naturalne” regulacije u kontekstu zaštite životne sredine i primene koncepta “održivog razvoja”. “Naturalna” regulacija se primenjuje samo u slučaju malih vodotoka, jer na njima efekti klasi čne regulacije mogu biti veoma nepovoljni. Pri planiranju radova se, pored tehni čkih i ekonomskih, sagledavaju se ekološki, estetski i socijalni efekti regulacije. Iako se u fazi projektovanja koriste klasične metode hidrološke, hidrauličke i morfološke analize, u fazi realizacije se primenjuju ekološki i estetski principi u pogledu izbora trase, oblikovanja poprečnih profila i izbora materijala za izradu regulacionih građevina: - Ako je korito relativno stabilno, obim radova svesti na najmanju moguću meru; - Ako se bitno menja hidraulički i psamološki režim vodotoka, analizirati moguće morfološke promene; - Težiti očuvanju prirodne trase vodotoka, jer biološka raznovrsnost zavisi od rasporeda proloka i sprudova duž vodotoka; - Trasa i obim radova treba da obezbede očuvanje prirodnih biotopa. U toku radova izbegavati uklanjanje velikog drve ća u priobalju; - Oblik i dimenzije poprečnih profila treba da obezbede zahtevanu propusnu moć, ali i zahteve u pogledu najmanje dubine toka (biološki minimum, kvalitet vode, rekreacija); - Ukoliko se prosecaju krivine, očuvati “starače” kao biološke rezervate; - Poseban projekat odlaganja iskopanog/refulisanog materijala; dva aspekta: a) količina materijala (odnos deponije i okolnog terena, uticaj na evakuaciju velikih voda) i b) zagađenost materijala (konzervacija i biološka revitalizacija deponije); - Predvideti taložnike za plivajuće predmete, granje i druge vrste naplava. - Regulacione građevine se rade od lokalnih materijala (kamen, biološki materijali). Renaturalizacija vodotoka su radovi na ranije regulisanim vodotocima, u cilju skladnijeg uklapanja trase i građevina u ambijentalnu celinu i podizanja kvaliteta priobalja u rekreativnom i estetskom smislu (slike 5.44). Ovi radovi imaju pozitivan uticaj na podvodni i priobalni biljni i životinjski svet (povećanje raznovrsnosti morfoloških i hidrauličkih uslova vodi povećanju biološke raznovrsnosti).


42/220

5/25/2018



Slika 5.44: Primeri renaturalizacije vodotoka

5.4 URE ĐENJE BUJIČNIH SLIVOVA I EROZIONIH PODRUČJA Protiverozione mere i radove čini kompleks zaštitnih mera i metoda usmerenih ka regulisanju površinskog oticanja, zaštiti zemljišta od spiranja sa padina, uspostavljanju i povećanju plodnosti erodiranih eroziju. zemljišta, njihovom racionalnijem korišćenju i otklanjanju razloga koji mogu da izazovu Protiverozioni radovi podrazumevaju izgradnju različitih objekata: pregrada, kineta, kanala, brana, kao i radove na šumskim i poljoprivrednim melioracijama (melioracije pašnjaka, podizanje plantažnih voćnjaka i vinograda, pošumljavanje, zatravljivanje i slično). Protiverozione mere su akcije kojima se utiče na način obrade, održavanje i upravljanje zemljištem, šumama i vodama, i na na čine njihovog korišćenja. Razlikuju se: - Tehnički radovi: izgradnja podužnih i poprečnih građevina za uređenje korita bujičnih vodotoka (kanala, regulacija, kineta, obaloutvrda, zemljanih nasipa, pregrada, pragova, konsolidacionih pojaseva – slika 5.45, rustikalnih pregrada – slika 5.46). Ovi radovi uglavnom služe za neposrednu zaštitu od poplavnih voda i za zadržavanje bujičnih nanosa. U ovu grupu radova spadaju, takođe, i izgradnja mikro retencija i malih -

akumulacija za vodu i zadržavanje bujičnih nanosa, itd.; Biološki radovi: pošumljavanje, zatravljivanje itd.; Biotehnički radovi: izrada konturnih rovova, terasa, pletera, gradona, radi stvaranja uslova primenu bioloških mera; Agrotehnički radovi: melioracije poljoprivrednih zemljišta, popravka strukture zemljišta, itd.; Ekonomske, administrativne i druge neinvesticione mere.

Slika 5.45: Fiksacioni pragovi (konsolidacioni pojasevi)

Slika 5.46: Buji č na pregrada


43/220

5/25/2018



6 PODLOGE ZA PROJEKTOVANJE URE ĐENJA VODOTOKA 6.1 UVODNE NAPOMENE Prikupljanje ozbiljan zadatak za projektanta jer odpodloge, kvaliteta tako podloga projekta. Za podloga projekat je urevrlo đenja vodotoka potrebne su raznovrsne da uzavisi toj fazii kvalitet učestvuje tim stručnjaka različitih profila, kojim rukovodi projektant – uvek gra đevinski inženjer. Podloge se prikupljaju u okviru terenskih istražnih radova od kojih se neki organizuju i pre početka izrade projekta (da bi se upoznala promena parametara u toku vremena), dugotrajnim osmatranjem i statističkom obradom vremenskih ili prostornih serija podataka. Čest slučaj je da se sužen obim istraživanja pravda nedostatkom vremena i sredstava za obavljanje kompleksnih terenskih istražnih radova i studija. Međutim, treba znati da je koštanje terenskih istražnih radova najčešće zanemarljivo u odnosu na ukupne investicije, a uštede koje se mogu postići uz dobre podloge su značajne. Podloge za projektovanje regulacionih radova su: - Topografske i morfološke podloge -

Hidrološke podloge Meteorološke podloge (brzine vetra – proračun talasa) Hidrauličke podloge Psamološke podloge (podaci o nanosu) Geološko-geomehaničke podloge Biološke Ekonomske Ostale podloge.

6.2 TOPOGRAFSKE I MORFOLOŠKE PODLOGE 6.2.1 Snimanje korita vodotoka Snimanje korita vodotoka vrši snimanjem poprečnih profila. Snimanje se sastoji od dve operacije, koje se mogu podvijati simultano ili odvojeno: 1. Snimanje obale (deo korita iznad nivoa vode u trenutku snimanja) i suvih delova korita za veliku vodu (inundacija). To se standardno geodetsko snimanje, koje se oslanja na stalne geodetske tačke u priobalju vodotoka (slika 6.1). Ukoliko se koriste standardni geodetski instrumenti (teodolit, totalna stanica, nivelir) potrebno je postavljanje poligonog vlaka duž obe obale reke. U novije vreme za snimanje se koristi GPS tehnologija, Međutim snimanje inundacija ostaje najteži i najskuplji deo snimanja rečnog korita, zbog velike dužine poprečnih profila, vegetacije, zabarenog tla i drugih problema zbog nepristupačnosti terena. Zbog pomenutih ća, uLIDAR novije tehnologija. vreme se zaSenzor prikupljalje topografskih podataka.o majorvisokokoritu vodotoka sve češteško će koristi LIDARA-a šalje pulsni, uzak snop frekventnih laserskih zraka prema tlu iz uređaja postavljenog na donjem delu aviona ili helikoptera (slika 6.2). Senzor beleži vreme od emisije lasera do povratka odbijenog zraka. Podaci se mogu videti u GIS-u (geografskom informacionom sistemu) kao tačke, linije ili konture (slike 6.3 i 6.4). Najpovoljnije je predstavljanje podataka u vidu mreže, koja područ je deli na ćelije kojima pripada određena kota terena. Problemi korišćenja LIDAR-a: visoka cena, potrebni dobri vremenski uslovi, ne snima deo korita pokriven vegetacijom ili vodom.


44/220

5/25/2018



Slika 6.1: Geodetsko snimanje inundacija

Slika 6.2: LIDAR

Slika 6.3: 3D prikaz snimanja LIDAR-om

Slika 6.4: 2D prikaz snimanja LIDAR-om

2. Snimanje dubina rečnog korita. Ova operacija zavisi od postavljenog cilja (jednokratno ili periodi čno snimanje), veličine vodotoka i hidrološko-hidrauličkih uslova u vreme merenja. Poprečni profil se definiše u planu koordinatama krajnjih tačaka na obalama, brojem i stacionažom. Ako je planirano da se isti profil periodično snima, potrebno je utvrditi ta čne koordinate stalnih tačaka na obalama načina: reke i obeležiti ih trajnim belegama. Deo korita pod vodom se može premeriti na dva - Na malim, plitkim vodotocima se može koristiti sondirka (letva graduisana na 1 cm, dužine do 3 m) koju radnik opremljen čizmama postavlja u određenim tačkama rečnog korita, čiji se položaj određuje pomoću graduisanog užeta, koje je prethodno razapeto između obala (slika 6.5). Umesto sondirke i užeta za merenje se mogu koristiti prizma teodolita ili rover GPS uređaja, koje radnik na isti način postavlja u određenim tačkama rečnog korita (slika 6.6). - Ukoliko je dubina vodotoka dovoljna, merenje se vrši sondiranjem iz čamca koji se kreće duž graduisanog užeta ili iz čamca sa motorom na koji je montiran ehosonder i GPS uređaj (slika 6.9). Prostorne koordinate svake snimljene tačke dna se određuje spregnutim radom ova dva uređaja). Tokom snimanja dubina se prati vodostaj (promene vodostaja) ili na obližnjem stalnom ili na privremenom vodomeru. Razmak profila zavisi od namene podloga i veličine vodotoka. Broj vertikala u kojima se mere dubine na klasičan način je bar 20 po širini profila (na vodotokovima veće širine). Ehosonder (ultrazvučni dubinomer) je uređaj koji meri brzinu kojom se zvučni talasa prostiru kroz vodu, od sonde do dna i nazad, od dna do sonde (slike 6.7 i 6.8). Kako je brzina prostiranja zvučnih talasa kroz vodu konstantna (pri određenoj temperaturi vode), dubina je srazmerna vremenu putovanja talasa. Smetnje u radu ehosondera može da napravi visoka koncentracija suspendovanog nanosa (odbijanje talasa od čestica nanosa), a merenje nije tačno na delu korita uz obalu, jer ehosonder meri najkra će (a ne vertikalno) rastojanje do dna. 38 http://slide pdf.c om/re a de r/full/0358020131118re gula c ija r ije ka skr ipta 2013

45/220

5/25/2018



Klasični "single beam" ehosonder (slike 6.7 i 6.8), koji snima dno duž linije kretanja plovila, se najčešće koristi za snimanje korita plovnih reka (slika 6.10). Pored toga, u novije vreme se koristi i "multi beam" ehosonder za snimanje cele površine dna 3 dimenzije (slika 6.11). Zbog visoke cene, obično se koristi samo za snimanje nekih lokaliteta u rečnom dnu (na primer potonulih brodova, mostovskih stubova - slika 6.12).

Slika 6.5: Snimanje korita pomoć u sondirke i graduisanog užeta

Slika 6.6: Snimanje korita pomoć u GPS-a

Slika 6.7: Ekran ehosondera sa prikazom

Slika 6.8: Prikaz nač ina rada "single beam" ehosondera

rezultata snimanja dna P P

P R 0 0 0 0

P R 0 0 0

1

R 0 0

P R 0 2

P R 0 0 0 3

0 0 0

P

P R 0 0

4

1 1

R 0

P R 0 1 2

0 0

0 5

o s o

v i n

a b

u d u c

0 1

3

R 0

0 1 4

P R 0

P R 0

0 0 6

P R 0 0 7

P R 0 0 0 8

P R 0 0 0

9

0 0 1

0

e g m o s t a k o d B e

0.0

P R 0

sk e

0 . 0

0.0

Slika 6.9: Č amac za snimanje opremljen ehosonderom i GPS uređ ajem

Slika 6.10: Situacija reč nog dna snimljena klasi č nim "single beam" ehosonderom


46/220

5/25/2018



Slika 6.11: Prikaz nač ina rada "multi beam" ehosondera

Slika 6.12: 3D situacija re č nog dna snimljena "multi beam" ehosonderom

6.2.2 Način prikazivanja Rečno korito se, za potrebe analiza ili projektovanja, prikazuje u tri projekcije: - situacioni plan daje sliku vodotoka u horizontalnoj projekciji (planu), - podužni profil predstavlja presek vertikalne ravni po osovini korita i re čnog korita, - poprečni profili predstavljaju presek vertikalne ravni, upravne na tok i re čnog korita. Situacioni plan je geodetska podloga koja mora da obuhvati širok pojas priobalnog terena, kako bi se mogle uneti eventualne promene trase korita. Razmera situacionog plana zavisi od namene podloge (slike 6.13 i 6.14): - opšte karakteristike sliva i vodotoka se prikazuju u razmeri 1:25.000 do 1:300.000 - razmera u kojoj se prikazuje trasa rečnog korita zavisi od veličine vodotoka i dužine deonice (1:2500 za najmanje, 1:5000, 1:10.000 za velike vodotoke) - projektovanje i prikazivanje regulacionih radova i objekata koriste se razmere 1:500, 1:1000, 1:2500, 1:5000. Obavezni elementi situacionog plana koji se koristi za projektovanje su: -

teren (izohipse i karakteristične tačke terena sa kotama), konture rečnog korita (sa linijom ureza vode pri snimanju), rečno dno sa izobatama (linije istih dubina, uz obaveznu naznaku o nivou vode pri kome su određene) ili izohipse, - poprečni profili (položaj i oznaka profila), - osovina toka sa stacionažom (nanosi se po osovini; meri se od ušća uzvodno), - smer toka, - objekti u koritu i na obalama. Eventualno se unosi i linija najvećih dubina (talveg) i linija najvećih brzina (matica). Situacioni planovi sitnije razmere imaju sadržaj koji je prilagođen njihovoj nameni.


47/220

5/25/2018



Slika 6.13: Situacija dužeg sektora r. Velike Morave R 1:25000

Slika 6.14: Situacija deonice r. Dunav R 1:10000

Tradicionalno su situacioni planovi štampani na papiru. U novije vreme se koriste i savremene digitalne - podloge: ortofoto snimci (dobijeni avionskim snimanjem), - satelitski snimci, - digitalni modeli terena (DMT), koje se povezuju u Geografskom informacionom sistemu (GIS) – slike 6.15 i 6.16.

Slika 6.15: Ortofoto i DMT jedne re č ne deonice

Slika 6.16: Situacioni plan akumulacije u GIS-u

Za potrebe morfoloških analiza i projektovanje regulacionih radova koriste se poprečni profili u razmeri 1:100/100 (rečice) do 1:100/1000 (velike reke). Uobičajeno je da se leva obala na crtežu nanosi daterena se profil posmatra pravcu toka 6.17). Osim rastojanja od stalne tačke na levojlevo, obalitako i kota odnosno dna,u na popre čni (slika profil se mogu uneti i drugi podaci (objekti u koritu, sastav materijala u dnu, nivoi vode za karakteristične protoke itd.).


48/220

5/25/2018


REGULACIJA RIJEKA, SKRIPTA, Dr Marina Babi ć Mladenovi ć Reka: SAVA Prof i l : EP 27 Staci ona` a: km 24+210 80.00 79.00 godi na sni mawa 1967. god.

78.00

1969. god. 77.00

1975. god. 1982. god.

76.00

1992. god. 1998. god.

75.00 74.00 73.00

) 72.00 m n m ( Z

71.00 70.00 69.00 68.00 67.00 66.00 65.00 64.00 63.00 62.00 0 5 1 -

0 0 1 -

0 5 -

0

0 5

0 0 1

0 5 1

0 0 2

0 5 2

0 0 3

0 5 3

0 0 4

0 5 4

0 0 5

0 5 5

0 0 6

r astojawe od stal ne ta~ke(m)

0 5 6

Slika 6.17: Popreč ni profil r. Save

Razmera podužnog profila zavisi od dužine deonice i podataka koji se prikazuju na njemu (slika 6.18). Obavezni elementi podužnog profila su: - linija koja povezuje kote terena duž leve i desne obale - linija koja povezuje kote krune nasipa (ili visokog terena) duž leve i desne obale - linija koja povezuje kote rečnog dna (najčešće najniže tačke – po talvegu, ili tačke na osovini korita) - položaj poprečnih profila (stacionaža i oznaka profila) - stacionaža toka po osovini - smer toka - linije nivoa vode za karakteristične protoke. U dnu podužnog profila se mogu upisati numeri čki podaci (stacionaža, kote nivoa vode, dna i obala, regulacionih građevina, elementi trase regulisanog korita). Reka:DUNAV Sektor: h.st. Banatska Pal anka(km1076+650)-h.st .Zemun(km1173+000) 90

85

80

visoki teren

visoki teren visoki teren

visoki teren 75

70

) 65 m J n m ( Z 60

55

50 l evoobalni nasip ) 0 5 6 + 6 7 0 1 m k ( a k n a l a P . B . t s . h

45

40

) 0 5 0 + 4 9 0 1 m k ( c a l o t s o K

) 0 0 0 + 4 5 1 1 m k ( { i m a T o v e ~ n a P . t s . h

desnoobal ni nasi p

) 0 0 2 + 6 1 1 1 m k ( o v e r e d e m S . t s . h

) 0 0 0 + 5 0 1 1 m k ( e v a r o M e } { u

l evaobala desnaobal a dno nivopri Q1% brane=15940m3 /s / Q1% Pan~eva=14520m3 /s nivopri Q1% brane=15860m3 /s / Q1% Pan~eva=15290m3 /s nivopri Q brane= 5500m3 /s / Q Pan~eva =4800m3 /s nivopri Q brane= 2000m3 /s / Q Pan~evo =1890m3 /s

) 0 0 4 + 9 6 1 1 m k ( e v a S e } { u

) 0 0 0 + 3 7 1 1 m k ( n u m e Z . t s . h

35 5 7 0 1

0 8 0 1

5 8 0 1

0 9 0 1

5 9 0 1

0 0 1 1

5 0 1 1

0 1 1 1

5 1 1 1

0 2 1 1

5 2 1 1

0 3 1 1

5 3 1 1

0 4 1 1

Staci ona`a (km)

5 4 1 1

0 5 1 1

5 5 1 1

0 6 1 1

5 6 1 1

0 7 1 1

5 7 1 1

Slika 6.18: Podužni profil r. Dunav


49/220

5/25/2018



6.3 HIDROLOŠKE PODLOGE 6.3.1 Uvodne napomene Podaci o hidrološkom režimu vodotoka, odnosno o nivoima i protocima vode su najvažnija podloga za uređenje vodotoka. Bez poznavanja veli čine i načina promene ovih hidroloških parametara ne može se sagledati problematika vodotoka ni ući u bilo kakve dalje aktivnosti. U Evropi se mogu izdvojiti dve osnove grupe meteoroloških pojava koje prouzrokuju velike vode tokom godine: - Na velikim rečnim slivovima velike vode su obično frontalne i sezonske. Poplavni talasi imaju dugo trajanje, sa vršnim proticajima tokom više dana. - U manjim i srednjim rečnim slivovima se obično javljaju bujični talasi velikih voda, u slučaju izolovanih, lokalizovanih i veoma intenzivnih padavina. Vršni proticaji se održavaju samo nekoliko sati ili čak minuta. Period malih voda se obično javlja tokom leta i jeseni. Prema stepenu izučenosti režima površinskih voda, vodotoci se dele na: - Izučene vodotokove (slivove). Na njima postoje hidrološke (vodomerne) stanice na kojima se merenanos osnovni parametri nivoi vode i protoci, često se meri suspendovani i kvalitet vode.režima To znavoda či da–su u odre đenoj tački asliva (x,y) raspoloživi podaci o promeni nivoa vode h(x,y,t) i protoka Q(x,y,t) tokom vremena. - Neizučene vodotokove (slivove). Podaci o protoku u odre đenoj tački sliva Q(x,y,t)) dobijaju se posredno, preko podataka o kišama i podataka o fizi čkim karakteristikama sliva. Podatak o nivou vode h(x,y,t) se može dobiti samo putem hidrauličkog proračuna. U slučaju izučenih vodotokova, podaci o režimu površinskih voda se prikupljaju na: - stalnim vodomernim stanicama (stanice locirane na određenim tačkama hidrografske mreže u slivu) i - privremenim vodomernim stanicama (uspostavljenim zbog dopune postojeće mreže stalnih stanica, a za potrebe izrade studija i projekata uređenja vodotoka). 6.3.2 Merenje nivoa vode Merenje nivoa vode je znatno jednostavnije nego merenje protoka. Nivoi vode se pomoću krive protoka prevode u podatke o protoku vode. Imaju stohastički karakter, pa se analiziraju primenom metoda matematičke statistike. Nivo vode se može meriti na vodomernoj letvi (postoje vertikalne ili kose), pomoću limnigrafa ili beskontaktnog merača. - Na vodomernoj letvi (slika 6.19) se meri vodostaj (u cm), najčešće 2 puta dnevno. Za svaki očitani vodostaj se može odrediti odgovarajuća kota nivoa vode, sabiranjem vodostaja i kote “nule” vodomera. - Limnigraf (slika 6.20) je automatski merni uređaj, koji kontinualno meri nivo vode. Postoji više tipova uređaja. Podaci se zapisuju na traci ili pamte u digitalnom obliku. -

Beskontaktni mera 6.21) rade principu radara ilivode. ultrazvuka, a mere rastojanje od uređaja (naj češćčei (slika postavljenog na na mostu) do površine


50/220

5/25/2018



Slika 6.19: Vodomerna letva

Slika 6.20: Limnigraf (uređ aj i kuć ica)

Slika 6.21: Beskontaktni merač

6.3.3 Merenje protoka vode Protok vode predstavlja količinu vode koja protiče kroz poprečni presek vodotoka u jedinici vremena. Izražava se u m3/s ili l/s u zavisnosti od veli čine vodotoka. Protok je jedan od osnovnih najvažnijihvodotoka. hidrauličkih i hidroloških elemenata Na bazivode njega, određuju se i ostali iparametri Služi kao osnovna i najznačvodenog ajnija toka. informacija za sve radove na i u vezi vodotoka. Poznavanje protoka vode neophodan je preduslov za projektovanje i izvođenje radova na vodotoku ili u vezi s njim, bez obzira da li se radi o hidrotehni čkim objektima ili o objektima za čije se pravilno delovanje koristi određena količina vode. Protoci se određuju merenjem u prirodi. Metode za merenje protoka vode dele se na dve grupe: - neposredne i - posredne (indirektne) metode. 44 http://slide pdf.c om/re a de r/full/0358020131118re gula c ija r ije ka skr ipta 2013

51/220

5/25/2018



Merenje protoka neposrednom metodom je moguće: - na profilima mernih objekata (prelivi, suženi preseci), gde je definisana funkcionalna veza između nivoa i proticaja vode, tako da se merenje proticaja svodi na registrovanje nivoa vode (slika 6.22), - na organima hidrotehni čkih građevina (prelivi i ispusti na brani - na osnovu merenja nivoa vode) ili turbinama (proizvedena energija) – slika 6.23.

Slika 6.22: Uređ en profil za merenje protoka

Slika 6.23: Brana HE – poznati su protoci na prelivima i turbinama

Na rekama se najčešće koriste posredne metode merenja protoka, kod kojih se ne meri protok vode, već brzine toka i geometrija poprečnog profila. Do vrednosti protoka dolazi se izračunavanjem. Najpoznatije posredne metode merenja su metoda "površina-brzina“ i metoda mešavine. Metoda "površina - brzina" je zasnovana na merenju polja brzina i površine preseka. Primenjuje se kod srednjih i većih vodotoka. Brzina vode se meri u više vertikala u poprečnom preseku vodotoka (slika 6.24), pri čemu broj vertikala zavisi od veli čine vodotoka (minimum 5 vertikala). Takođe, merenje brzine se vrši u više tačaka jedne vertikale, pri čemu broj mernih tačaka zavisi od dubine vode: - h < 20 cm u jednoj tački; --

20 h cm 100< cm petcmtaučaka definisala promena brzine sa dubinom vode. Za merenje se koristi hidrometrijsko krilo (slika 6.25) Obrada podataka se vrši grafi čkom metodom integracije (slika 6.24), a ukupan protok dobija pomoću sledeće jednačine: Q  V  A 

n

 w h V i

i

i

gde je: Q – protok vode, V – brzina vode, h – dubina vode, w – rastojanje između vertikala. U novije vreme se na većim vodotocima za merenje polja brzina koristi ADSP uređaj (Acoustic Doppler Current Profiler), koji meri brzinu vode koristeći Doplerov efekat. Uređaj se montira na i 1

plovilo 6.27) ili na obalu je potrebno merenjeraspored brzina vode u dužem U slučaju(slika merenja u popre čnom (ukoliko profilu dobija se kompletan brzina po širiniperiodu). i dubini toka (slika 6.26). Ovo je uređaj koji će se sve više koristiti u budućnosti. Metoda mešavine se primenjuje na potocima s nepravilnim profilima, silovitim tečenjem i snažno izraženom turbulencijom. U ovoj metodi se u reku postepeno ubacuje neki traser (najčešće hemijska supstanca) sa konstantnom koncentracijom (c) i količinom (q). Na nekom nizvodnom profilu se uzima uzorak vode, pa se na osnovu koncentracije trasera (C) određuje protok vode (Q) preko odnosa: Q : q  C : c 45 http://slide pdf.c om/re a de r/full/0358020131118re gula c ija r ije ka skr ipta 2013

52/220

5/25/2018



Slika 6.24: Šematski prikaz metode "površina-brzina“

Slika 6.25: Hidrometrijsko krilo

Slika 6.26: Rezultat merenja ADCP ure đ ajem

Slika 6.27: Č amac opremljen ADCP uređ ajem

Na osnovu podataka hidrometrijskih merenja u jednom profilu vodotoka formira se kriva protoka, odnosno kriva koja definiše promenu protoka sa promenom vodostaja ili nivoa vode (slika 6.28). Ona se zatim koristi za preračunavanje podataka merenja nivoa vode u podatke o protoku vode. Z (mnJm)

92 91 90 89 88 87 86

H (cm)

1100 1000 900 800 700 600 500 V 400 o d 300 o s t 200 a j 100 0 -100 -200 -300

Hmax= 817 cm (15.0 6.1965.)

85 84 a 83 n i s 82 i v 81 a k 80 s o 79 m d 78 a N 77 76 75 74 73 72 71 70 69 68

B.O. H=700 cm P.O. H=600 cm

H ) f ( Q = Kota "O" 77.46

mnJm

Q (m3 /s) 0

0

50

100

150

200

250

300

1000

2000

3000

4000 5000 Proticaj

350 400 450 500 550 600 Odstojanje od leve obale (m)

6000

650

7000

700

8000

750

9000

800

850

900

950

Slika 6.28: Kriva protoka

6.3.4 Analiza i prikaz hidroloških podloga Nivoi vode i protoci u rekama imaju stohasti čki karakter pa se analiziraju primenom metoda matematičke statistike.


53/220

5/25/2018



Ukoliko na vodotoku postoje vodomerne stanice (stalne ili povremene), analiziraju se vodostaji i protoci dobijeni merenjem i osmatranjem. Ukoliko nema merenih podataka ili su oni nedovoljni ili nepouzdani, računaju se samo protoci koji su potrebni za projekat, empirijskim metodama. Osnovna je analiza registrovanih podataka, koji se mogu prikazati u obliku nivograma (dijagram promene nivoa vode ili vodostaja u vremenu, Z=Z(t) – slika 6.29) ili hidrograma (dijagram promene protoka vode u vremenu, Q=Q(t) – slika 6.30), za određeni vremenski period i vrednosti kojerezultat: se izvode na osnovu njih. Pored toga, podaci osmatranja se koriste za statističke analize čiji su - krive trajanja i učestalosti protoka ili vodostaja (nivoa vode) – slike 6.31 i 6.32, - krive raspodele verovatnoće pojave protoka ili vodostaja (nivoa vode) – slike 6.33 i 6.34.

Slika 6.29: Nivogram

Slika 6.30: Hidrogram

81

1931-1975. godina

1976-2006. godina

80

Zmin (mnm) Zsr (mnm) Zmax (mnm)

79

69,33 73,51 79,72

Zmin (mnm) 72,97 Z sr (mnm) 75,19 Zmax (mnm) 80,06

78

77

76

) m n 75 m ( Z

74

73

72 1931-1975. godi na 1976-2006. godi na

71

70

69 0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

t r ajawe(%)

Slika 6.31: Kriva trajanja nivoa vode

Slika 6.32: Kriva trajanja protoka


54/220

5/25/2018



Slika 6.33: Empirijska i teorijske raspodele minimalnih godišnjih protoka

Slika 6.34: Empirijska i teorijske raspodele maksimalnih godišnjih protoka

Na osnovu hidroloških analiza određuju se merodavni vodostaji i protoci za regulaciju vodotoka. To su: 1. Srednje vrednosti: - srednja mala voda (srednji višegodišnji mali nivo/protok malih voda) - srednja voda (srednji višegodišnji nivo vode/protok) - srednja velika voda (srednja vrednost najviših nivoa vode/protoka u višegodišnjem periodu) 2. Ekstremne vrednosti: - najmanja mala voda (najniži nivo vode/protok opažen u višegodišnjem periodu osmatranja) - najveća velika voda (najviši nivo vode/protok opažen u višegodišnjem periodu osmatranja) 3. Vrednosti (nivoa vode/protoka) određenog trajanja u posmatranom vremenskom periodu (u % ili danima) 4. Vrednosti (nivoa vode/protoka) određene učestalosti u posmatranom vremenskom periodu (u % ili danima) 5. Vrednosti određene verovatnoće pojave (povratnog perioda). Najčešće se analiziraju minimalni, srednji ili maksimalni nivoi vode/protoci (u godini, određenom mesecu ili danu). Verovatnoća pojave događaja (p) je recipročna vrednost dužine povratnog perioda (T): p 

1 T

gde je p – verovatno ća (%), a T - povratni period (godina).


55/220

5/25/2018



Na primer 100-godišnja velika voda ima verovatnoću pojave 0,01 (1%), 5-godišnja 0,2 (20%), 10godišnja 0,1 (10%), 1000-godišnja 0,0001 (0,1%) itd. Hidrološka podloga su i hidrogrami poplavnih talasa, koji mogu biti osmotreni (slika 6.35) ili sintetički (definisani pomoću statističkih ili empirijskih hidroloških metoda – slika 6.36). Hidrogrami su neophodni za proračun neustaljenog tečenja ili proračune punjenja retenzija i akumulacija. 16500 16000 15500 15000

Сремска Митровица Бездан

18000

14500 14000

Сента Сланкамен - пропагација Панчево - пропагација Велико Градиште - пропагација Љубичевски мост

17000 16000 15000 14000 13000 12000 11000 10000 9000 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0

13500 13000 12500 12000 11500 11000 10500 10000

) s /

9500

3

) 9000 s /

3

m ( Q

8500

m 8000 ( Q 7500

7000 6500 6000 5500 5000 4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 3 0 2 0

3 0 9 0

3 0 6 1

3 0 3 2

3 0 0 3

4 0 6 0

4 0 3 1

4 0 0 2

4 0 7 2

5 0 4 0

5 0 1 1

5 0 8 1

Slika 6.35: Hidrogrami Dunava na potezu od Bezdana do Velikog Gradišta u periodu 23.03.-

1000 год 500 год 200 год 100 год

6 5 4 3 2 1 0 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 - 8 - 7 - 6 - 5 - 4 - 3 - 2 - 1 - 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 - 1 - 1 - 1 - 1 - 1 - 1 дани

Slika 6.36: Rač unski hidrogrami talasa razli č itih povratnih perioda na profilu h.s. Veliko Gradište

22.05.2006. godine

6.4 HIDRAULIČKE PODLOGE Hidrauličke podloge se obezbeđuju na različite načine: - Merenjem u prirodi. Meri se poprečni raspored brzina u izabranim poprečnim profilima, strujna slika na deonici vodotoka ili polje brzina; - Hidrauličkim proračunima čija je svrha definisanje karakteristika prirodnog hidrauličkog režima vodotoka (linije nivoa vode za različite protoke, brzine strujanja, tangencijalni naponi, pronos nanosa...) i utvr đivanje posledica regulacionih radova predviđenih projektom na hidrauličke i morfološke karakteristike vodotoka (računaju se isti parametri toka); - Merenjem na fizičkom modelu. Detaljan opis ovih načina za obezbeđenje podataka o hidrauličkom režimu vodotoka prikazan je u poglavlju 8.

6.5 PSAMOLOŠKE PODLOGE Psamološke podloge (podaci o nanosu) zavise od postavljenog zadatka. - Granulometrijske krive i promena granulometrijskog sastava nanosa u dnu vodotoka d=d(x) su potrebni za proračun transportnog kapaciteta za vučeni i suspendovani nanos; - Hidraulička krupnoća suspendovanog nanosa je potrebna za proračun pronosa suspendovanog nanosa i deformacije re čnog korita; - Korelacije protok vode-pronos nanosa su potrebne da bi se definisao ulaz vučenog nanosa G=G(Q) i ulaz suspendovanog nanosa P=P(Q) na posmatranu deonicu vodotoka, u slučaju proračuna deformacije korita; - Snimci poprečnih profila korita u vremenskim intervalima su potrebni za kalibraciju modela deformacije korita. Detalji o načinu merenja nanosa i prora čunima transporta nanosa su dati u poglavlju 9.


56/220

5/25/2018



6.6 GEOLOŠKO-GEOMEHANIČKE PODLOGE Izvorni podaci se dobijaju u okviru terenskih istražnih radova, čijom se obradom dobijaju poprečni i uzdužni geološki profili. Za projekte uređenja vodotoka značajni su podaci o: - Geološkim karakteristikama rečne doline, u vidu poprečnih i uzdužnih geoloških profila (slika 6.37); - Geomehaničkim karakteristikama materijala u kome je formirano korito (krive granulometrijskog sastava, kao i poprečni i uzdužni profili sa geomehani čkim svojstvima tla u kome je formirano korito).

Slika 6.37: Geotehni č ki profil korita Dunava u profilu mosta kod Beške

6.7 BIOLOŠKE PODLOGE Karakteristike vegetacije i stepen obraslosti osnovnog korita i inundacija su značajni za projekat regulacije vodotoka zbog: - Procene otpora u hidrauli čkim proračunima; - Određivanja karaktera regulacionih radova ("naturalna regulacija" malih vodotoka); - Izrade studija uticaja na životnu sredinu (sa podacima o svim podvodnim i priobalnim biljnim i životinjskim vrstama); - Određivanja vrste, količine i mesta izvora biološkog materijala za potrebe izvođenja regulacionih radova.

6.8 EKONOMSKE PODLOGE Ekonomske podloge obuhvataju: - Podatke o količinama (rezervama) građevinskog materijala (kamena, peska, šljunka, gline itd.), cene materijala i njegovog transporta - Cene rada (projektovanje, izvođenje, nadzor) - Kreditni uslovi (rokovi otplate, kamatne stope) - Cene direktnih i indirektnih šteta od poplava (namena površina, plavne zone, cene stambenih i infrastrukturnih objekata, štete od zastoja u saobraćaju ...) 50 http://slide pdf.c om/re a de r/full/0358020131118re gula c ija r ije ka skr ipta 2013

57/220

5/25/2018



6.9 OSTALE PODLOGE U ovu grupu se svrstavaju: - Ekološke podloge (podaci o kvalitetu vode, ugroženim biljnim i životinjskim vrstama i dr.); - Sociološke podloge (kvalitet života, mogućnost turizma i rekreacije, potencijalni sukobi interesa, zaštita od poplava i uticaj na zdravlje, zaposlenost i migracije stanovništva, ...); - Kulturološke podloge (zaštita arheoloških lokaliteta, spomenika kulture, sakralnih objekata, ...); - Istorijske karte (stari situacioni planovi).


58/220

5/25/2018



7 IZBOR REGULACIONIH ELEMENATA Regulacioni elementi su sve osnovne karakteristike regulisanog korita: - trasa (zakrivljenost trase, dužina i broj hodova, veličina centralnih uglova), - uzdužni profil (pad dna), - poprečni profili (dimenzije osnovnog korita i korita za veliku vodu), - regulacione građevine (dispozicija, tipovi, osnovne dimenzije, karakteristične kote). Regulacione radove po pravilu karakteriše veliki utrošak materijala, radne snege i energije. Određivanje optimalnih regulacionih elemenata je jedan od osnovnih ciljeva u izradi projekta regulacije vodotoka, jer se time mogu postići velike uštede.

7.1 METODE ZA IZBOR REGULACIONIH ELEMENATA U izboru regulacionih elemenata se koristi više pristupa, zavisno od cilja koji treba postići radovima. U osnovi svih pristupa stoji princip da se regulacionim merama ne može postići ništa što je protivno prirodi vodotoka, ukoliko se suštinski ne menja prirodni režim (na primer kanalisanjem). Regulacioni elementi se određuju na osnovu hidrauličke analize (primenom numeričkih i fizičkih modela) i morfološke analize. U naturalnom uređenju manjih vodotoka mogu, pored pomenutih analiza, da se koriste i empirijske formule "teorije režima" u kojima se regulacioni elementi određuju na osnovu protoka:

 a1  Qb H  a2  Q b b V  a3  Q B

1

2

3

gde je: H = A/B – srednja dubina toka; B – širina korita; a i b empirijski koeficijenti, koje su definisali autori za određene reke (Leopold – reke u SAD, Blenč – reke u Indiji i Pakistanu, Ribkin – Rusija). Korišćenje empirijskih formila “teorije režima” ne može se preporučiti za definisanje regulacionih elemenata u slučaju ozbiljnijih zahvata na rekama. Ove uprošćene relacije imaju ograničenu primenu jer ne obuhvataju sve faktore koji utiču na formiranje rečnog korita. Vrednosti empirijskih koeficijenata nisu univerzalno primenljive. 7.1.1 Hidrauličke analize U okviru hidrauličkih analiza se koriste numerički ili fizički modeli. Numerički modeli se koriste za: - proračun linija nivoa vodnog ogledala (odre đivanje krive protoka u izabranim rečnim profilima) odnosno izbor karakterističnih kota i dimenzija regulisanog korita i regulacionih građevina; -

proveru hidrauli za izabrane regulacione i upore đenje sa uslovima koje treba postićčikih (dauslova ne dolazi do izlivanja usvojeneelemente „merodavne velike vode“); - proveru stabilnosti regulisnog korita (utvr đuje se da brzine tečenja i tangencijalni naponi u regulisanom koritu ne prevazilaze kritične vrednosti, jer bi to ugrozilo stabilnost korita i objekata); - proračun deformacije regulisanog korita. Fizički modeli se ređe koriste za izbor dispozicije regulacionih građevina, već uglavnom za analizu razvoja deformacije korita pod uticajem regulacionih građevina ili analizu razvoja proseka.


59/220

5/25/2018



Tariranje modela (provera sličnosti uslova na modelu i prototipu) je obavezan korak i kod numeričkih i kod fizičkih modela. Tariranje se radi za uslove neregulisanog korita. Ukoliko se postigne, model je spreman za analizu uslova regulisanog korita. 7.1.2 Morfološke analize Morfološke analize se koriste za: - izbor uglednih deonica i definisanje osnovnih morfoloških karakteristika na uglednim deonicama, kao i korelativnih veza između pojedinih morfoloških parametara; - izbor deonica na kojima treba preduzeti regulacione mere; - utvr đivanje obima regulacionih radova; - analizu elemenata trase rečnog korita. Metoda uglednih deonica u suštini predstavlja prenošenje prirodnih uslova sa deonica na kojima vladaju pogodni uslovi sa stanovišta regulacije vodotoka (ugledne deonice) na deonice vodotoka na kojima postoje problemi. Izbor uglednih deonica vrši se na osnovu morfoloških analiza, obavlja se hidraulička analiza ugledne deonice, a zatim se definisani hidraulički odnosi koje regulacionim radovima treba ostvariti prenose na deonicu regulacije. Druga metoda izbora regulacionih elemenata se bazira na morfološko-hidrauličkim analizama. Najpre se radi morfološka analiza deonice koja čse na osnovu usvajaju regulacioni elementi, a zatim se obavlja hidrauli kareguliše analiza iradi provererezultata usvojenihanalize regulacionih elemenata. U slučaju potpune izmene prirodnog režima vodotoka, metoda uglednih deonica i morfološkohidraulička analiza nemaju smisla. Zato se obavlja samo hidraulička analiza za više pretpostavljenih varijanti regulisanog korita i bira najpovoljnija varijanta sa aspekta postavljenih ciljeva regulacije. Generalno, regulacija vodotoka po postojećoj trasi podrazumeva sledeće faze projektovanja: - Hidraulička i morfološka analiza vodotoka u postojećem stanju - Izbor regulacione širine - Definisanje trase, uzdužnog i poprečnih profila (visine i dužine regulacionih građevina) - Hidraulička analiza vodotoka u regulisanom stanju - Izbor tipa i dispozicije regulacionih građevina.

7.2 PRIMERI DOBRE PRAKSE 7.2.1 Trasa regulisanog korita Kada se projektuje rečna trasa poseban problem predstavlja određivanje najvećeg radijusa krivina. Takođe, značajni su minimalna dužina krivine i dužina prelaznih deonica (pravaca između dve krivine). Minimalni centralni ugao krivine određuje potreba da se razvije helikoidalno strujanje, takvo da sprud na konveksnoj obali bude stabilan. Eksperimenti pokazuju da je minimalni ugao oko 50o. Regulisano korito ima naizmenične krivine, sa prelaznim deonicama između njih. Najbolje je da krivine budu jednostavne, kružne, sa prelaznim deonicama dužine 1-2 širine reke. Ako su prelazne deonice duže, korito može da postane nestabilno zbog naizmeničnih sprudova koji se stvaraju. Ukoliko je krivina veoma duga, radijus na njenom nizvodnom kraju treba da bude manji nego na uzvodnom kraju (slika 7.1).


60/220

5/25/2018



Исправно

Погрешно

Погрешно

Slika 7.1: Ispravno i pogrešno trasiranje reč nih krivina

7.2.2 Širina regulisanog korita U nastavku su data dva primera određivanja širine regulisanog korita. U prvom primeru su urađene morfološke analize reke Velike Morave, na dužini od oko 180 km. Na osnovu topografskih podloga napravljen je dijagram promene radijusa krivina duž toka (slika 7.2), a na osnovu hidrauličkog proračuna dijagram promene širine korita pri protoku koji puni osnovno korito vodotoka (slika 7.3). Cilj je bio da se odredi radijus krivine i širina korita na nestabilnim deonicama, kako bi se izbegla pogrešna rešenja pri planiranju regulacije. 2000 1800 a n i v i r k a v e l

1600 1400 1200 1000 800 600 400

) 200 m 0 ( R -200 e n -400 i v i k -600 s u j i -800 d a R -1000 -1200 -1400 a -1600 n i v i r -1800 k a -2000 n s e -2200 d

-2400 -2600 -2800 -3000 0

5 0 5 0 5 0 5 0 5 0 5 0 5 0 5 0 5 0 5 0 5 0 5 0 5 0 5 0 5 0 5 0 5 0 5 0 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 9 9 0 0 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

Slika 7.2: Dijagram promene radijusa reč nih krivina (reka Velika Morava)


61/220

5/25/2018



Slika 7.3: Dijagram promene širine korita pri maloj vodi (reka Velika Morava)

Drugi primer je analiza širine korita pri maloj vodi (niskom plovidbenom nivou). Korišćeni su podaci morfološki podaci za duži sektor Dunava i hidraulički podaci – nivo vode za analizirani uslov najnižeg protoka pri kome je moguća plovidba, na koje su primenjene metode matematičke statistike kako bi se dobila kriva zastupljenosti širina korita (slika 7.4). Konstatovano je da se najčešće javlja širina od 420 m, koja je usvojena za regulaciju jednog od preostalih kritičnih sektora i predstavlja razmak između regulacionih građevina (slika 7.5). 800 2004 1997

700 600

) 500 m ( 400 n e B 300

Ben = 420 m

200 100 0 0

10

20

30

40 50 60 Zastupljenost (%)

70

80

90

100

Slika 7.4: Kriva zastupljenosti širina korita pri najnižem plovnom nivou


62/220

5/25/2018



Обалоутврда Обалоутврда Систем напера Систем напера

Обалоутврда

Систем прагова у дну

Права паралелна Права паралелна грађевина са траверзама грађевина са траверзама

Slika 7.5: Izabrana širina regulisanog korita se obezbeđ uje sistemom regulacionih građ evina

7.2.3 Tip i raspored regulacionih građevina Izbor tipa i dispozicije (položaja) regulacionih građevina zavisi od postavljenog cilja regulacionih radova: - Ako je cilj produbljenje korita, to je moguće postići ili suženjem proticajnog profila ili povećanjem uzdužnog pada; - Ujednačen protok vode i pronos nanosa se postiže ispravnim trasiranjem regulacionih linija i održavanjem potrebnih brzina toka; - Smanjenje erozije se postiže primenom jedne od sledećih mera ili njihovom kombinacijom: proširenje proticajnog profila, smanjenje uzdužnog pada, povećanje otpora tečenju, pomeranje matice vodotoka od obale - Povećanje protočnosti se postiže uklanjanjem naglih promena morfologije korita, povećanjem proticajnog profila ili povećanjem uzdužnog pada. Na slici 7.6 prikazan je primer rasporeda regulacionih građevina u oštroj rečnoj krivini. Problem erozije konkavne obale nije mogao biti rešen izgradnjom obaloutvrde, jer je linija obale bitno promenjena, već je projektovano više regulacionih građevina, radi pomeranja matice vodotoka od obale. Почетно стање корита Напери Права паралелна грађевина Насути материјал Насути материјал

Пројектовано корито

а д р в т у о л а б О

О б а л о у т в р д а

Slika 7.6: Regulacija reč ne krivine

Na slici 7.7 su dati neki primeri kombinacija regulacionih građevina na Dunavu. Cilj ovih radova bilo je obezbeđenje plovidbenih uslova (produbljenje korita je postignuto suženjem proticajnog profila 56 http://slide pdf.c om/re a de r/full/0358020131118re gula c ija r ije ka skr ipta 2013

63/220

5/25/2018



za malu vodu izgradnjom napera i paralelnih građevina), ujednačavanje protoka vode i nanosa, zaštita obala od erozije (obaloutvrde) i povećanje protočnosti (pregrađivanje rukavaca, kako bi se protok koncentrisao u osnovno korito vodotoka). Обалоутврда Депонија

Траверза

Систем напера Систем напера

Паралелна грађевина Систем напера Систем напера Обалоутврда Обалоутврда

Обалоутврда Струјна грађевина Струјна грађевина Обалоутврда Струјна Струјна грађевина грађевина


Систем Систем напера Депонија Депонија


Преграда

Депонија

Обалоутврда Прагови у Прагови у дну Преграда




Slika 7.7: Sistemi regulacionih gra đ evina na Dunavu


64/220

5/25/2018



8 REČNA HIDRAULIKA Deo hidraulike otvorenih tokova, koji opisuje te čenje vode i pronos nanosa u rekama, naziva se rečna hidraulika. Hidraulički proračun je neizostavni deo svakog projekta uređenja vodotoka. Njime se: - Određuju hidrauličke karakteristike prirodnog režima odnosno parametri pod čijim uticajem se formira tečenje vode, režim rečnog nanosa i samo rečno korito; - Proveravaju hidrauličke posledice projektovanih regulacionih zahvata. Najčešće se analizira više varijanti, tako da se može izabrati ona koja obezbeđuje najpovoljnije uslove tečenja, pronosa nanosa i leda, bez nepovoljnih uticaja na stabilnost rečnog korita (naravno, ukoliku su u toj varijanti povoljni i ostali ekonomsko-tehnički pokazatelji).

8.1 HIDRAULIČKE KARAKTERISTIKE PRIRODNIH TOKOVA 8.1.1 Uvodne napomene U prirodnom rečnom toku tečenje je najsloženije moguće jer je: - Neustaljeno (promenljivo u vremenu). Neustaljenost je posledica promenljivosti hidrološkog režima vodotoka u vremenu i prostoru; - Nejednoliko. Kao posledica postojanja različitih prepreka tečenju menjaju se pad, dubine i brzine vode; - Izrazito turbulentno; - Sa stalnim promenama režima tečenja (mirno u burno i obrnuto); - Prostorno (trodimenzionalno), pod uticajem sekundarnih strujanja u rečnim krivinama, neprizmatičnosti korita i različitih prepreka u rečnom dnu i na obalama; - U neprizmatičnom koritu čiji se oblik (dubine, širine) menja tokom vremena; - Hidraulička rapavost okvašene konture re čnog korita je prostorno i vremenski promenljiva; - Koritom se kreće dvofazni fluid (mešavina vode i nanosa). Iako vrlo složen, režim te čenja se može aproksimirati za potrebe inženjerskih zadataka uvođenjem određenih pretpostavki i uprošćenja. Da bi hidraulička analiza rečnog toka bila uspešna, moraju se razumeti procesi koji se odvijaju u rečnom sistemu. Osnovno je poznavanje karakteristika tečenja i morfologije rečnog korita. Inženjer koji radi hidrauličku analizu ima veliki broj opcija od kojih mora da izabere jednu (ili kombinaciju nekoliko) da bi dobio upotrebljive rezultate, a uz razuman trošak. Još uvek ne postoje kriterijumi koji se mogu rutinski primeniti da bi se izabrala prava metoda. Zato su u nastavku date osnovne smernice za hidrauličko modeliranje tečenja u reci, koje ima za cilj predviđanje njenog ponašanja u širokom dijapazonu hidroloških uslova. 8.1.2 Prostorna dimenzija Tečenje u rekama se može u većini slučajeva posmatrati kao linijski (1D) problem. To znači da se prostor svodi na osovinu rečnog toka (slika 8.1). Promena relevantnih veličina u pravcu upravnom na osovinu toka (odnosno u poprečnom profilu reke) se zanemaruje. Proračunom se dobijaju rezultati u svakom poprečnom profilu reke – nivo vode, srednja profilska brzina, dubina, površina itd.


65/220

5/25/2018



Slika 8.1: Linijski hidrauli č ki prorač un

Međutim, u određenim slučajevima postoji interes da se istraži promena neke veli čine u više pravaca, jer bi se koriš ćenjem rezultata jednodimenzionalnog proračuna u nekom projektu napravila velika greška. Primer: ako je brzina tečenja na inundaciji znatno manja od brzine u osnovnom koritu, linijskim proračunom (zasnovanim na pretpostavci da je brzina toka svuda ista) dobi će se niže kote nivoa vode od stvarnih. Ako se na osnovu tog proračuna dimenzioniše kruna nasipa, ceo projekat može da bude loš. Praktičan predlog je da, ako je dužina deonice analiziranog toka 20 i više puta veća od širine, a poprečne promene brzina toka i nivoa vode nisu od značaja, može se usvojiti linijski (1D) model hidrauličkog proračuna.

Slika 8.2: Primer složenog korita koje bi trebalo analizirati 2D modelom

Koncept složenog korita se uobičajeno koristi da bi se u 1D analizi uzelo u obzir usporavanje toka na inundacijama, koje zbog vegetacije imaju ve ći otpor tečenju od osnovnog korita. Osim usvojene pretpostavke da je nivo vode i pad nivoa isti u svim delovima složenog poprečnog profila, uvodi se pretpostavka da se ukupan protok raspoređuje na osnovno korito i inundacije proporcionalno njihovoj protočnosti. Proračun se radi za tri susedna 1D toka koji imaju različite dužine, u osnovnom koritu, na levoj i desnoj inundaciji. Linijski proračunom se samo aproksimativno mogu opisati uslovi tečenja pri velikim vodama, naročito u fazama porasta (kada nivo vode raste brzo, voda se izliva u inundacije, a njihovo punjenje dugo traje) i opadanja poplavnog talasa (kada se odvija suprotan proces – nivo vode na inundacijama je viši nego u osnovnom koritu, i one se postepeno prazne). I u fazi punjenja i u fazi pražnjenja nivo vode nije isti u složenom poprečnom profilu, tako da se javljaju znatna odstupanja merenih i računskih nivoa vode (slika 8.1). U novije vreme se ravanski (2D) modeli sve češće koriste za proračune: - tečenja vode na širokim inundacijama u uslovima velikih voda - proračune širenja polutanata u rečnom koritu, - analize složenih uslova tečenja u zonama ušća pritoka, vodozahvata, mostova itd.


66/220

5/25/2018



Prostorni (3D) modeli, koji bi bili namenjeni analizi hidrauličkih uslova u izrazito prostornopromenljivim sredinama, kao što je tečenje preko brane, još uvek nisu u standardnoj upotrebi. 8.1.3 Vremenska dimenzija Najčešća aproksimacija je da je u vodotoku te čenje ustaljeno, što znači da se protok ne menja u vremenu. Ova aproksimacija je prihvatljiva i ukoliko su promene protoka postepene (postepen porast i opadanje nivoa vode). Ova aproksimacija se, međutim, ne može prihvatiti u odre đenim slučajevima. Ako se analizira oticaj od ekstremnih padavina, upravljanje objektima (otvaranje/zatvaranje ustave, rad hidroelektrane) ili rušenje brana mora se voditi ra čuna o neustaljenosti fenomena odnosno uzeti u obzir promena protoka tokom vremena. Proračun propagacije talasa velikih voda se radi u okviru projekata zaštite od poplava. Njegov cilj je određivanje nivograma i hidrograma na profilima duž vodotoka, brzine kretanja talasa i dužine trajanja poplave. Prvi korak u hidrauličkoj analizi određenog otvorenog toka je klasifikacija njegovog stanja, tipa i karakteristika tečenja. Posle ovog koraka, inženjer može da identifikuje podatke, granične uslove i odgovaraju ći metod za simulaciju. 8.1.4 Efekat kontura toka Tečenje u otvorenim tokovima je znatno komplikovanije nego u cevima jer se površina vode menja u vremenu i prostoru. Nivo i brzine vode zavise od protoka i geometrije poprečnog profila. Veštački vodtoci (kanali) i prirodni rečni tokovi se bitno razlikuju po geometrijskim karakteristikama i otporima koje pružaju tečenju. Kanali imaju prizmatičan profil i ujednačen podužni pad, sa obloženim ili travnatim ali dobro održavanim kosinama, kako bi otpori tečenju bili što manji (slike 8.3).

Slika 8.3: Prizmati č no korito kanala

S druge strane, fizički uslovi u prirodnim vodotocima (oblik i rapavost dna i kosina) variraju znatno više (slika 8.4). Raspored brzina toka je promenljiv po širini poprečnog profila i po dubini. Gledano u poprečnom preseku, najveće brzine su u sredini toka, odnosno u matici, najmanje uz obale (slika 8.5).


67/220

5/25/2018



Slika 8.4: Neprizmati č no korito prirodnog vodotoka

Slika 8.5: Raspored brzina toka u popreč nom preseku

Slika 8.6: Raspored brzina toka u vertikali

Vertikalni raspored brzina takođe nije ujednačen – brzina na dnu je znatno manja nego na površini (slika 8.6). Raspored brzina u vertikali se može opisati slede ćom logaritamskom funkcijom: V ( z ) 

 z  ln   κ   z 0 

V *

gde je: z – vertikalni koordinatni pravac, z0 – referentno rastojanje od dna, na kome je brzina jednaka nuli, V – brzina vode,  =0,4 fon Karman-ova konstanta, V* - brzina trenja. Po nekim autorima je z0  0,75 d, gde je d srednji prečnik zrna nanosa u dnu. U praksi se najčešće računa sa brzinom osrednjenom po dubini toka. Između rečnog toka i pokretne konture javlja se tangencijalni napon (), čiji se raspored po dubini toka opisuje sledećom linearnom jednačinom: τ ( z )  ρ  g h  z   J d gde je Jd – pad dna, h – dubina vode,  - gustina vode. Najveća vrednost tangencijalnog napona je na dnu vodotoka: τ 0  ρ  g  h  J d dok je na površini vode tangencijalni napon jednak nuli. Umesto tangencijalnog napona često se koristi smičuća brzina, koja se određuje iz: V * 

τ 0 ρ


68/220

5/25/2018



8.1.5 Turbulencija Kretanje fluida u otvorenom toku zavisi od sila koje se pri strujanju javljaju. Glavne sile koje određuju tečenje su: - sile težine i pritiska, koje predstavljaju osnovni faktor strujanja, - sile trenja, koje su posledice viskoznosti fluida i - fiktivne inercijalne sile - manifestuju se kroz promenu brzina u vremenu i prostoru. Tečenje u rekama je uvek turbulentno, što zna či da je vrednost Rejnoldsovog broja: Re 

VR

ν

 2000

gde je: Re - Rejnoldsov broj (bezdimenzionalan broj) V - brzina vode (m/s) R - hidraulički radijus (m) R 

A O

A - površina proticajnog profila (m2) O - okvašeni obim (m)  - kinematički koeficijent viskoznosti vode (m2/sec).

Slika 8.7: Geometrija reč nog korita

8.1.6 Uticaj gravitacije Odnos inercijalnih i gravitacionih sila je značajna mera stanja otvorenog toka. Izražava se Frudovim brojem (Fr). Fr 

V gH

gde je: g – gravitaciona konstanta (m/s2) H - srednja dubina ili hidraulički radijus(m). H 

A B

A - površina proticajnog profila (m2) B – širina profila (m). Prema tome, tečenje u otvorenom toku može biti: - Burno (silovito), u kome su inercijalne sile veće od sila težine i pritiska. U tom slučaju je Frudov broj Fr > 1. Karakterišu ga velike brzine vode i talasi. 62 http://slide pdf.c om/re a de r/full/0358020131118re gula c ija r ije ka skr ipta 2013

69/220

5/25/2018



Mirno, u kome su inercijalne sile manje od sila težine i pritiska. U tom slučaju je Frudov broj Fr < 1. Kada su sile težine i pritiska iste, Frudov broj Fr = 1, a tok je kriti čan. U tim uslovima javlja se kritična dubina. Pre početka proračuna nivoa vode u vodotoku mora se proveriti Frudov broj za dijapazon protoka. Ukoliko je tečenje mirno, nivoe vode određuju karakteristike rečnog korita na nizvodnom kraju -

re čne deonice. Zbog toga prora čun linija nivoa činjeburno, od najnizvodnijeg se definiše nizvodni granični uslov) i ide uzvodno. Ako je tepo čenje proračun počprofila inje od(gde najuzvodnijeg profila rečne deonice (definiše se uzvodni granični uslov) i ide nizvodno. Ako smer proračuna nije u saglasnosti sa uslovima koji preovlađuju reci, dobiće se pogrešni rezultati proračuna nivoa vode. S druge strane, ako je usvojen odgovarajući smer proračuna računski nivoi će konvergirati ka tačnim vrednostima čak iako je usvojen početni nivo vode (granični uslov) bio pogrešan.

8.2 HIDRAULIČKA ANALIZA 8.2.1 Tipovi tečenja u vodotocima Generalno, na osnovu prethodnog se može zaklju čiti da su osnovni tipovi tečenja u vodotocima sledeći: - Ustaljeno tečenje, koje se javlja ako se tokom vremena brzina toka na odre đenoj lokaciji ne menja ni po veli čini ni po pravcu; - Neustaljeno tečenje podrazumeva promenljivost brzina tokom vremena. Zbog toga se analizi neustaljenog tečenja vreme eksplicitno pojavljuje kao promenljiva, dok se u analizi ustaljenog tečenja u potpunosti zanemaruje. - Jednoliko tečenje se praktično nikada ne javlja u rekama, jer zna či da se dubine, proticajni profili, brzine i protok ne menjaju duž toka. To takođe podrazumeva da su padovi energije, nivoa vode i dna isti. Dubina koja se javlja u jednolikom tečenju se naziva normalna dubina. Normalna dubina odnosno jednoliko tečenje se mogu uspostaviti samo na dugoj deonici prizmatičnog kanala ujednačene rapavosti, ukoliko se ne menjaju granični uslovi. -

Nejednoliko tečenje se javlja u rekama, jer se hidraulički parametri menjaju duž toka. Pritom se razlikuje: o sporo promenljivo – ako se golim okom ne zapažaju promene pada površine vode o naglo promenljivo – ako se promene dubine i/ili brzine toka naglo javljaju i raspodela pritiska nije hidrostatička. To je najčešće lokalna pojava na rekama (na pr. hidraulički skok).

8.2.2 Metode hidrauličke analize Terenska merenja i njihova interperetacija čine važan deo primene bilo koje metode, ali se mogu koristiti i kao posebna metoda. Merenja su nužna za primenu, kalibraciju i verifikaciju numeričkih i fizičkih modela. Kao posebna metoda se retko koriste, je pokrivanje prostorno-vremenskih promena na vodotoku detaljnim merenjima veoma skupjer i skoro nemogusvih ć zadatak. Analitička rešenja se dobijaju korišćenjem matematičkih izraza. U analitičkim modelima se često kompleksni fenomeni opisuju empirijskim koeficijentima. Korišćenje analitičkih izraza nije moguće kada je geometrija toka kompleksna ili ako su potrebni detaljniji rezultati proračuna. U numeričkim hidrauličkim modelima se koriste posebne računske tehnike da bi se rešile matematičke jednačine. To su metode konačnih razlika i konačnih elemenata. Numerički modeli daju znatno detaljnije rezultate od analitičkih, ali je za njihovu primenu potrebno iskustvo i sposobnost da se dobro formuliše problem i dobiju podaci koji opisuju značajne fizičke procese. 63 http://slide pdf.c om/re a de r/full/0358020131118re gula c ija r ije ka skr ipta 2013

70/220

5/25/2018



Fizički modeli se koriste za analizu kompleksnih problema na rekama. Na modelu se mogu meriti prostorne promene toka, ispitivati uslovi erozije oko objekata i drugi problemi koji imaju više dimenzija. Cena ispitivanja na modelu je visoka, a potrebno je dosta vremena da se model konstruiše ili menja da bi se na njemu prikazale promene u reci koje se predviđaju u projektu. Problemi nastaju u kalibraciji modela, izboru razmere i zahtevima za obezbeđenje sličnosti modela i prirode. Često se ne može postići sličnost za više fenomena, tako da se bira razmera koja obezbeđuje sličnost samo za najznačajniji proces. Fizički modeli se koriste samo grade u specijalizovanim laboratorijama, a koriste ih posebno obučeni i iskusni inženjeri. Hibridni modeli se često koriste (najčešće kombinacija numeričkog i fizičkog modela) da bi se ispitali uticaji brojnih fenomena koji bi inače bili zanemareni ili analizirani na uprošćeni način. Izbor odgovarajućeg metoda hidrauličke analize zavisi od više faktora: - ukupnog cilja projekta; - posebnih ciljeva projekta, od kojih zavisi nivo detaljnosti; - klase, tipa i režima toka; - dostupnosti potrebnih podataka; - raspoloživih resursa i vremena. U tabeli 8.1 data su generalna uputstva za izbor metoda hidrauličke analize koja se koristi pri projektovanju regulacije reka. Tečenje u rečnim sistemima se može posmatrati na raznim nivoima detaljnosti, za različite vrste analiza: - na nivou sliva: jednoliko tečenje ili blago promenljivo nejednoliko, osim na mestima diskontinuiteta u uzdužnom profilu; - na nivou rečne deonice: nejednoliko (brzaci, tišaci, meandri, ...); - na lokalnom nivou: nejednoliko naglo promenljivo (promena režima te čenja, hidraulički skok, ovazdušenje toka); - na mikronivou: struktura toka po dubini (viskozni i turbulentni sloj), raspored brzine, napon smicanja, vučne sile. Tabela 8.1: Preporuč ene metode hidrauli č ke analize č

Nasipi Brana

Projektuju se

Uređenje korita vodotoka u cilju zaštite od poplava

Specifi nosti

kraća deonica

UNT

duga deonica

UNT UNT ili NET fizički model najčešće UNT

Rasteretni kanali Ušće Analiza izlivanja vode iz osnovnog korita

ušće u manji vodotok ušća u velike vodotoke ili more uska rečna dolina široka rečna dolina rečne građevine (naperi, prave paralelne građevine)

Uređenje korita vodotoka proseci obaloutvrda duži potezi Plovni put

Oznake:

Hidraulički proračun najčešće UNT NET

lokaliteti brana i ustava

Nanos kvalitativna analiza pokretnog dna da bi se ispitala veličina uticaja kvantitativna analiza nanosa

1 1 1 1

NET često UNT NET UNT fizički model UNT ili NET fizički model UNT UNT UNT fizički model

Dimenzionalnost 1 1

1 ili 2 1 2 kvantitativna analiza pokretnog dna analiza pokretnog dna

1 ili 2 1 ili 2 1 1 2

UNT – ustaljeno nejednoliko tečenje NET – neustaljeno tečenje


71/220

5/25/2018



8.2.3 Potrebni podaci Za hidrauličku analizu u projektu regulacije reka potrebne su 3 glavne kategorije podataka: hidrološki podaci, podaci o geometriji koritu i nanosu. Sve navedene kategorije ili svi podaci unutar kategorije nisu uvek potrebni. Hidrološki podaci. Objekat se obično projektuje tako da bude funkcionalan u uslovima određenog đ đ ć protoka.Projekti Me utim, on mora tako e se da vezuju bude bezbedan širokom mogu ih hidroloških uslova. zaštite od poplava za veliku uvodu određdijapazonu ene verovatno će pojave (“merodavni protok velike vode”), dok se regulacija osnovnog korita dimenzioniše za protok male vode nekog trajanja ili verovatno će. Podaci o protoku se dobijaju merenjima ili računaju. Najčešće se hidraulička analiza zasniva na podacima merenja na hidrološkoj stanici ili podacima koji su dobijeni simulacijom pomoću hidroloških modela, kao i podacima o istorijskim događajima – najčešće poplavama, koji su zabeleženi na terenu. Podaci o geometriji korita su neizostavni u svakoj hidrauličkoj analizi. Oni uključuju podatke o topografiji osnovnog korita i inundacija, trasu vodotoka, podatke o mostovima i propustima, rapavosti korita, promenama trase i poprečnih profila tokom vremena. Ovi podaci se obezbeđuju terenskim snimanjima i prikupljanjem raspoloživih podataka, koji su na raspolaganju ako je predmetna reka već ranije istraživana. Veliki značaj ima adekvatan izbor poprečnih profila na istraživanoj deonici vodotoka. Oni moraju biti tako postavljeni da reprezentuju osnovno korito i inundacije u hidrauličkom modelu. Značajne greške se mogu javiti ako su poprečni profili snimljeni na velikim rastojanjima. S druge strane, model zasnovan na gustim poprečnim profilima neće uvek dati bolje rezultate ako profili nisu odgovaraju će postavljeni - tako da reprezentuju propusnu sposobnost deonice. Podaci o nanosu se koriste da bi se odredilo da li će projekat regulacije reke dovesti do stvaranja novih problema u režimu nanosa ili pogoršati već postojeći. Ako problem već postoji ili se može očekivati po izvođenju projekta, potrebno je prikupiti uzorke materijala iz dna i obala reke, uraditi granulometrijsku analizu uzorka, proračune transporta nanosa i zaklju čiti da li postoje tendencije erozije ili istaložavanja. 8.2.4 Preporuke Tačnost hidrauličkog modela zavisi od tačnosti ulaznih podataka. Poželjno je da se uradi analiza osetljivosti modela na ulazne podatke, kako bi se uo čili mogući precenjeni ili potcenjeni rezultati. Gubici energije se moraju uzeti u obzir u hidrauličkom proračunu. Nastaju usled rapavosti osnovnog korita i inundacija, proširenja i suženja korita, objekata u koritu (najčešće mostova). Proračuni tečenja u kanalima, koji imaju prizmatično korito, obično se rade uz pretpostavku da je u kanalima tečenje ustaljeno i jednoliko, što zna či da je dubina vode u svakom poprečnom profilu ista i jednaka normalnoj dubini za računski protok. U rekama, koje skoro uvek imaju neprizmatično korito, najčešće se proračun nivoa vode radi za uslove ustaljenog nejednolikog tečenja.

8.3 KALIBRACIJA I VERIFIKACIJA HIDRAULIČKOG MODELA Tačnost rezultata hidrauličkog modeliranja bitno zavisi od sposobnosti i iskustva inženjera koji radi analizu, toga da li je izabrani model odgovarajući za situaciju koja je predmet analize, kao i od podataka koji se koriste za pripremu modela rečne deonice. Kako bi se ove neizvesnosti svele na minimum, primenjuje se kalibracija modela odnosno proces kojim se dokazuje da izlazni rezulatati modela odgovaraju osmotrenim podacima. Proces kalibracije se vrši tako što se menjaju jedan ili više parametara modela (najčešće Maningov koeficijent rapavosti) dok se ne postigne zadovoljavajuće slaganje sa merenim podacima. Najčešće se upoređuju računski sa osmotrenim nivoima vode. 65 http://slide pdf.c om/re a de r/full/0358020131118re gula c ija r ije ka skr ipta 2013

72/220

5/25/2018



Verifikacija modela je poželjan korak, koji se zasniva na posebnom setu podataka. Hidraulički model (sa parametrima utvr đenim u procesu kalibracije) se koristi za prora čun u novim uslovima. Ukoliko se potvrdi dobro slaganje rezultata proračuna i merenja u prirodi, smatra se da je model spreman za korišćenje. Ukoliko u nedostatku podataka nije moguća verifikacija modela, potrebno je uraditi analizu osetljivosti modela na parametre (Maningov koeficijent rapavosti, korficijenti ekspanzije/kontrakcije). Tek kada se za više poznatih uslova postigne dobro slaganje modela i prirode, hidraulički model može da se primeni na nepoznate uslove (kao što je 1% velika voda) sa poverenjem da će izlaz iz modela dobro reprezentovati fizičke procese u tim uslovima. Obavezni koraci u pripremi hidrauličkog modela su sledeći: - Priprema hidrauličkog modela analizirane rečne deonice; - Početna simulacija u kojoj se uo čavaju i ispravljaju grube greške u ulaznim podacima; - Definisanje nizvodnog graničnog uslova (za mirno tečenje). Ako nije poznata tačna kota nivoa vode, proračun treba početi dovoljno nizvodno kako bi se uticaj ove nesigurnosti izgubio do početka računske deonice; - Kalibracija parametara modela za različite protoke; - Verifikacija parametara modela ili analiza osetljivosti modela.

8.4 OSNOVNE JEDNAČINE I PRIMERI PRIMENE LINIJSKIH MODELA 8.4.1 Osnovne jednačine Osnovne jednačine za linijsko, neustaljeno tečenje u otvorenim tokovima (Sen Venanove jednačine) su: - jednačina kontinuiteta (jednačina održanja mase)

 A Q   0 t  x -

dinamička jednačina (jednačina održanja količine kretanja) za pravac toka (x pravac). Q  Q 2  Z  ( )  g  A   g  A  Ie  0

t  x

 x

A

gde je: Q – protok, A – površina proticajnog profila, Ie – pad linije energije usled trenja. Jednačine Sen-Venana su parcijalne diferencijalne jednačine hiperboličkog tipa, koje se u opštem slučaju ne mogu rešiti. Uvođenje određenih aproksimacija omogućava da se ove jednačine iskoriste za proračun nivoa vode u rekama, u neustaljenim uslovima. Zanemarivanjem članova koji su promenljivi u funkciji vremena (

 ) dobija se set jedna čina za t

ustaljeno tečenje. Pad linije energije se određuje pomoću Šezi-Maningove formule: I e



n2  Q Q

2

A R

4/3



QQ K 2

gde je K – moduo protoka re čnog korita. 8.4.2 Ustaljeno jednoliko tečenje Tečenje je ustaljeno jednoliko ako je: 66 http://slide pdf.c om/re a de r/full/0358020131118re gula c ija r ije ka skr ipta 2013

73/220

5/25/2018



-

Proticaj ustaljen (ne menja se u vremenu); Korito vodotoka prizmatično, sa jednakom rapavošću okvašene površine i jednakim dubinama; - Pad dna korita konstantan; - Nema lokalnih otpora. Ovakvi uslovi se mogu naći samo u kanalima, odnosno vodocima koji su nastali delatnošću čoveka, jer imaju prizmatično korito i ujednačen pad. Iako jednoliko strujanje u prirodnim vodotocima ne postoji u pravom smislu, jer se često menjaju preseci, rasporedi brzina i padovi, u praksi se za proračune može usvojiti pretpostavka o jednolikom strujanju. Za proračune se koristi Šezijeva jednačina: Q = AC RJ 3

gde je: Q – protok vode (m /s), A – površina proticajnog profila (m2), R – hidraulički radijus (m), J – pad nivoa vode na posmatranoj deonici (jednak padu linije energije), C – Šezijev koeficijent otpora. Uvođenjem Maningovog koeficijenta rapavosti (n) 1/ 6

C =

R n

Šezijeva jednačina se transformiše u Šezi-Maningovu jednačinu koja glasi: 1 Q = AR 2 / 3 J n

Dubina vode u kanalu sa jednolikim tečenjem je normalna dubina. U kanalu sa trougaonim poprečnim presekom normalna dubina se izra čunava direktno, a u kanalima sa trapeznim i pravougaonim poprečnim presekom iterativno. Geometrijski elementi (širina B, površina A, okvašeni obim O i hidraulički radijus R) za pravougaoni, trapezni i trougaoni oblik korita (slika 10.8) se računaju na sledeći način: Pravougaoni presek: A = b h O = 2h + b R = A/O = bh / 2h + b Trapezni presek:

Trougaoni presek:

B = b + 2 m h gde je m – nagib kosina kanala A = (b + mh) h O = b + 2h (1 + m2)0.5 R = A/O B = 2 mh A = mh2 O = 2 h (1+ m2)0.5 R = A/O

Slika 8.8: Geometrijski oblici kanala

8.4.3 Ustaljeno nejednoliko tečenje Tečenje u osnovnom koritu reke je uvek neustaljeno, ali se može aproksimirati ustaljenim ukoliko su promene malog intenziteta (“sporo promenljivo tečenje” koje nastaje u uslovima postepenog porasta i smanjenja protoka). S druge strane, tečenje u rekama je uvek nejednoliko zbog


74/220

5/25/2018



neprizmatičnosti konture toka (suženja ili proširenja preseka korita, promene pada, postojanje prepreka tečenju kao što su pragovi, ustave, kaskade, propusti). Hidraulički proračun se koristi da bi se definisala linija nivoa vode i hidraulički parametri (brzina toka, vučne sile itd.) na deonici obuhvaćenoj projektom. Za rešavanje problema ustaljenog nejednolikog te čenja koriste se: - Jednačina kontinuiteta: Q  V 1 A1  V 2 A2 - Jednačina održanja energije ili Bernulijeva jednačina koja se postavlja za dva susedna rečna profila (slika 10.9): 2

V 1

2 g

 h1  Z 1 

V 22

 h2  Z 2  E 12 2 g

gde su: V 1 i V 2 – brzine vode u profilima 1 i 2 Z 1 i Z 2 – kote dna u profilima 1 i 2 h1 i h2 – dubine vode u profilima 1 i 2 E 1-2 – gubitak energije između profila 1 i 2.

Slika 8.9: Postavka Bernulijeve jednač ine za otvoreni tok

Iz ove jednačine se izvodi izraz za promenu nivoa vode između dva profila: h1  h2



V 2

2

 V 12

2 g

  Z  E 1 2

u kome figurišu (1) promena brzinske visine, (2) promena kote dna i (3) gubitak energije, koji ima komponentu lokalnog gubitka (  E l ) i gubitka na trenje (  E tr ).

 E 12   E l  E tr gde je:

 E l  ξ

V 12  V 22 2 g

Koeficijent lokalnog gubitka energije () u uslovima mirnog tečenja ima vrednosti date u tabeli 8.2.


75/220

5/25/2018


REGULACIJA RIJEKA, SKRIPTA, Dr Marina Babi ć Mladenovi ć Tabela 8.2: Koeficijenti lokalnog gubitka Tip promene Postepena promena Most Nagla promena

Koeficijent lokalnog gubitka energije () Suženje (V1 V2) 0,1 0,3 0,6

Proširenje (V1 > V2) 0,3 0,5 0,8

Gubitak na trenje se određuje pomoću Šezi-Maningove jednačine: nQ 2

 E tr  J  x 

2

A s R s

 x

4/3

gde je: J – pad linije nivoa izme đu profila  x - rastojanje između profila A s



A1  A2 2

;

O s 

O1  O2 2

; R s



A s O s

Za poznatu geometriju susednih profila, poznat nivo vode u na profilu 2 (nizvodni profil jer je te čenje mirno, čunnivo ide vode u uzvodnom smeru), usvojen poznati protok,pa račprora una se na uzvodnom profilu 1. Maningov koeficijent rapavosti i Postupak proračuna je iterativan, jer nije moguće izvesti eksplicitni oblik. U jednačinama figurišu parametri toka u profilu 1, koji su nepoznati, pa se moraju pretpostaviti. Ako se pretpostavi nivo vode u profilu 1, određuju se morfološki parametri i brzina vode. Zatim se primenom Bernulijeve jednačine računa nivo vode u profilu 1. Pretpostavljena i sra čunata brzina u profilu 1 se ne će poklopiti, pa se postupak ponavlja do zadovoljavajuće tačnosti (u slučaju ravničarskih tokova smatra se dobrim slaganjem ukoliko se pretpostavljeni i računski nivo razlikuju na drugoj decimali). Zatim se prelazi na deonicu između sledeća dva profila itd. Ukoliko se zanemare lokalni gubici, a razlika brzinskih visina je zanemarljivo mala, promena nivoa vode se može odrediti pomoću sledeće jednačine, koja predstavlja drugi oblik Šezi-Maningove jednačine: 2

 Z   x (nQ) 2 (nK )

gde je: K – propusna moć korita (ili moduo protoka) na posmatranoj deonici K 

Q J



AR 2 / 3 n

Primena ove jednačine za proračune prirodnih korita ima smisla samo ukoliko je deonica približno prizmatična. Ovo se može obezbediti ukoliko je razmak profila dovoljno mali. Veličina nK može se direktno sra čunati ukoliko je poznata geometrija poprečnog profila reke. Određivanje geometrijskih parametara i nivoa vode izme đu dva profila je relativno jednostavan zadatakvodama ukoliko se je utepitanju proračiun vode koji koje su uimaju domenu osnovnog korita. Međutim, pri velikim čenje odvija nanivoa inundacijama, druga čije geometrijske karakteristike i rapavost. Za potrebe inženjerskih proračuna se poprečni profil reke deli na više hidraulički homogenih delova. Najgrublja je podela na osnovno korito i dve inundacije (slika 8.10).


76/220

5/25/2018



Slika 8.10: Podela složenog korita za veliku vodu na osnovno korito i inundacije

Uvodi se pretpostavka da se u osnovnom koritu i inundacijama formiraju tri paralelna linijska toka, a da nema poprečnog tečenja, odnosno da je nivo vode isti u svim delovima korita. Moduo protoka složenog korita K jednak je zbiru modula za osnovno korito reke (Kr), levu (Kil) i desnu inundaciju (Kid): Ar Rr 2 / 3 K  K r  K il  K id 

nr

Ail Ril 2 / 3



nil

2/3 Aid Rid



nid

Zbog različite dužine toka po osnovnom koritu i inundacijama, potrebno je definisati i ra čunsko odstojanje između profila:

 x 

 xil Qil   x r Qr   xid Qid Q

gde su:

 xil ,  x r , xid - rastojanja između poprečnih profila po levoj inundaciji, osovini osnovnog korita i desnoj inundaciji Qil, Qr , Qid – protok između dva profila po levoj inundaciji, u osnovnom koritu i po desnoj inundaciji č č č ć U praksiHEC-RAS ( se za hidrauli ke prora eš e koriste gotovi softveri. najpoznatijih je HEC-RAS  - une softver Rivernaj Analysis System - Steady FlowJedan WaterodProfiles, US Army Corps of Engineers - Hydrologic Engineering Center), koji se može skinuti sa www.hec.usace.army.mil/software/hec-ras/. Detaljno uputstvo sa primerima se može naći na http://www.hec.usace.army.mil/software/hec-ras/hecras-document.html Program se koristi za proračun ustaljenog ili neustaljenog tečenja u mreži otvorenih rečnih tokova nepravilne geometrije, sa velikim brojem razli čitih spoljašnjih i unutrašnjih graničnih uslova. Program računa ustaljeno tečenje u mirnom, burnom ili prelaznom režimu. Računska procedura je zasnovana na rešavanju linijske energetske jednačine, u kojoj se gubici energije obuhvataju kroz gubitke na trenje (preko Maningovog koeficijenta) i lokalne gubitke zbog širenja/sužavanja toka (preko koeficijenta kojim se množi brzinska visina). Dinamička jednačina se koristi za deonice sa prelaznim režimom, na kojima se javlja hidraulički skok, kao i pri proračunu tečenja u zoni mostova i ušća. Osnovne ulazne podatke za proračun ustaljenog tečenja predstavljaju: - ukoliko je tečenje mirno: nizvodni granični uslov (kriva protoka odnosno kote nivoa vode na najnizvodnijem profilu za sve računske proticaje); ukoliko je tečenje burno: uzvodni granični uslov (kote nivoa vode na najuzvodnijem profilu za sve računske proticaje); u prelaznom režimu: oba granična uslova; - merodavni proticaji, - koeficijenti otpora osnovnog korita i inundacionih površina, - geometrija rečnog korita. 70 http://slide pdf.c om/re a de r/full/0358020131118re gula c ija r ije ka skr ipta 2013

77/220

5/25/2018



Na slikama 8.11 do 8.14 prikazani su neki „prozori“ ovog programa, sa ulaznim podacima i izlaznim rezultatima.

Slika 8.11: Unos položaja popreč nih profila u HECRAS

Slika 8.12: Unos geometrije popreč nih profila u HECRAS

Slika 8.13: Prikaz rezultata u popreč nom profilu

Slika 8.14: Prikaz rezultata u podužnom profilu

8.4.4 Proračun uspora od mosta Izgradnja mosta sa prilaznim navoznim rampama koje pregra đuju inundacije bitno menja uslove tečenja, naročito pri velikim vodama, kada mostovski profil predstavlja “usko grlo”. Usled toga javlja se povišenje nivoa u odnosu na prirodno stanje ili “uspor od mosta” (slika 8.15). Ono zavisi od stepena suženja, karakteristika obalnih stubova, kao i broja, veličine i oblika stubova u koritu. Ниво Ниво воде после изградње моста Ниво воде пре пре изградње моста Успор

Slika 8.15: Uspor od mosta

Slika 8.16: Zoniranje toka


78/220

5/25/2018



Zona 1 je prostor između nizvodnog lica mosta i poprečnog profila 1 nizvodno od mosta, u kome se tok širi. Dužina varira u zavisnosti od protoka i karakteristika inundacija. Približno, dužina ove zone je oko 2 puta veća od zbira dužine navoznih rampi u profilu mosta. Zona 2 je deo toka ispod mosta. Zona 3 je uzvodno od mosta i u njoj se javlja postepeno suženje toka. U profilu 4 tok je neporemećen. Proračun uspora od mosta je neophodna komponenta u projektu mosta, jer se na osnovu njega određuje visinski Naime, ivicauzkonstrukcije mora da bude iznad koje nivoa merodavne velikepoložaj vode (ukonstrukcije. uslovima izgra đenogdonja mosta), određeno slobodno nadvišenje omogućava prolaz plivajućih predmeta. Osim hidrauličkog proračuna, kojim se definišu i parametri potrebni za dimenzionisanje mera zaštite, u okviru projekta mosta se rade i proračuni deformacije korita. Proračun uspora od mosta se radi koriš ćenjem Bernulijeve jednačine (uslovi ustaljenog nejednolikog tečenja), polazeći od profila 1. Da bi se izbeglo iterativno rešavanje, u praksi se koriste jednostavni postupci, uz korišćenje pomoćnih dijagrama koji se odnose na: - stepen suženja. Izražava se kao M=Am/A gde je A - površina proticajnog profila, Am – površina proticajnog profila ispod mosta - karakteristika oporaca mosta (dužina, nagib kosine, oblik i rapavost) - broja, dimenzija i oblika stubova u koritu - položaja mostovskog otvora u odnosu na osovinu korita - ugla koji osovina mosta zaklapa sa osovinom toka. Poznata je jednostavna metoda koja se koristi u SAD za određivanje uspora od mosta: 2

h  K m

V a

2 g

gde je: V a – fiktivna brzina jednolikog tečenja u pravougaonom koritu čija je širina jednaka širini mostovskog otvora (bm), hn - normalna dubina. V a



Q bm  hn

Km je empirijski koeficijent koji obuhvata uticaj oporaca (K b – slika 8.17), uticaj stubova (Kp – slika 8.18) i uticaj položaja mostovskog otvora u odnosu na osovinu re čnog korita (Ke – slika 8.19). K m  K b   K p  K e


79/220

5/25/2018



Slika 8.17: Dijagram za određ ivanje vrednosti koeficijenta lokalnog gubitka energije na mostovskom suženju (Kb)

Slika 8.18: Dijagram za određ ivanje vrednosti koeficijenta lokalnog gubitka energije usled stubova ( K p )

Slika 8.19: Dijagram za određ ivanje vrednosti koeficijenta lokalnog gubitka energije usled mostovskog otvora postavljenog pod uglom u odnosu na osovinu korita ( Ke)

Za proračune tečenja u zoni mosta koristi se takođe program HEC-RAS (slike 8.18 – 8.21). U njemu se dobijaju se gubici energije koje prouzrokuje računaju iz 3 dela: (1) gubici energije neposredno nizvodno od mosta, nastali usled ekspanzije toka; (2) gubici na samom mostu; (3) gubici neposredno uzvodno od mosta, nastali usled kontrakcije toka.


80/220

5/25/2018



Slika 8.20: Izgled mosta

Slika 8.21: Šematizovani popreč ni profil mosta

Slika 8.22: Situacija zone mosta sa snimljenim profilima

Slika 8.23: Prostorni prikaz rezultata prorač una

8.4.5 Linijski otpori Najznačajnija hidraulička podloga je podatak o linijskom otporu, koji se izražava pomoću koeficijenta rapavosti (važi za profil) ili koeficijenta otpora rečne deonice (važi za duži potez vodotoka). Iako se pojam otpora u principu odnosi na uslove jednolikog tečenja, oni se koriste i u proračunima ustaljenog nejednolikog i neustaljenog tečenja. Šezi (Chezy), Maning (Manning) i Darsi-Vajsbah (Darcy-Weisbach) su definisali izraze za linijske otpore. Ovi autori su dali bezdimenzionalne relacije između hidrauličkih parametara toka (srednje brzine V i hidrauličkog radijusa R) i otpora trenja, koji se izražava preko srednje smičuće brzine V*. V *



τ

Autor Šezi

Maning

Darsi-Vajsbah



ρ

gRJ

Izraz

V V *



V



V * V V *

Dimenzije koeficijenata otpora 1/ 2

C g R1 / 6 n g



8 λ

C   m

s

n  m 1 / 3 s -


81/220

5/25/2018



Međusobna veza koeficijenata data je sledećom jednačinom: 1 C  R1 / 6 n



8 g λ

U rečnoj hidrotehnici se za ocenu otpora najčešće koristi Maningov koeficijent rapavosti (n), koji je je promenljiva karakteristika jer zavisi od protoka (što je veći protok odnosno dubina vode, manji je uticaj rapavosti okvašene konture na toki kanale vode, odnosno vrednost koeficijenta U praksi se, međutim, za manje vodotoke usvaja konstantna vrednost. rapavosti opada). Vrednosti koeficijenta (n) koje se mogu naći u literaturi određene su merenjima na modelima i u prirodi, a date su najčešće opisno (u zavisnosti od materijala dna, obraslosti korita vegetacijom, krivudavosti trase itd.). Primeri su dati u tabeli 8.3. Tabela 8.3: Vrednosti koeficijenta rapavosti po Maningu Karakter površine

Odlično 0.012 0.012 0.013 0.017

Zidana opeka u cementnom malteru Kanal u betonu Obloga od tesanog kamena Lomljeni kamen u cementu Suvozid od lomljenog Kanali i rečni tokovi kamena - zemljani kanali pravilnog oblika - krivudavi sa laganim tokom - zemljani iskopani bagerom - usečeni u steni, pravilnog oblika - zemljano dno, kosine ozidane kamenom - grubo kamenito dno, zarasle zemljane kosine - grubo usečeni u steni, nepravilan presek

Stanje površine Vrlo dobro Dobro 0.013 0.015 0.014 0.016 0.014 0.015 0.020 0.025

Loše 0.017 0.018 0.017 0.030

0.025

0.030

0.033

0.035

0.017 0.023 0.025 0.025 0.028 0.025 0.035

0.020 0.025 0.028 0.030 0.030 0.030 0.040

0.023 0.028 0.030 0.033 0.033 0.036 0.045

0.025 0.030 0.033 0.035 0.035 0.040 -

Otpor rečnog korita zavisi od više faktora: - Površinska rapavost zavisi od oblika i dimenzija čestica rečnog nanosa od koga je formirana okvašena kontura. Sitniji nanos uslovljava manje otpore i obratno; -

Vegetacija – viša i gušća vegetacija uslovljava porast otpora; Neprizmatičnost rečnog korita; Meandriranje trase; Deformacija rečnog korita – istaložavanjem nanosa ublažavaju se neravnomerne geometrijske forme i opada otpor; - Objekti u koritu (regulacione građevine) povećavaju otpor. Koeficijent otpora rečne deonice se: - Određuje postupkom “tariranja koeficijenta otpora” – uslov: poznate krive protoka na krajevima deonice ili snimljena linija nivoa vode pri poznatom protoku; - Usvaja na osnovu dostupne literature (tabela 8.3, fotografije), pri čemu treba biti svestan da je moguća pogrešna procena i zna čajna greška u proračunu; -

Određuje na osnovu jednačine n = (nb + n1 +n2+ n3+n4) m

gde je: nb – koeficijent rapavosti za pravolinijsko, prizmatično korito u prirodnom materijalu (zavisi od apsolutne rapavosti dna – krupnoće nanosa) a parametri kojima se obuhvataju ostali uticaji (tabela 8.4) su: n1 – uticaj neravnina (nanosnih formacija na dnu); n2 – uticaj neprizmatičnosti korita;


82/220

5/25/2018



n3 – uticaj dodatnih smetnji (re čne građevine, korenje, ostaci građevina); n4 – uticaj vegetacije na obalama i inundacijama i m – uticaj meandriranja rečnog toka. Tabela 8.4: Parametri za prorač un koeficijenta otpora reč ne deonice Stanje korita zemlja iskop u steni fini šljunak krupan šljunak blatno korito blag umeren jak postepena povremena učestala zanemarljiv mali značajan veliki niska srednja visoka vrlo visoka mali značajan veliki

Materijal od koga je formirano korito

Stepen rapavosti okvašenog obima

Neprizmatičnost

Uticaj prepreka u koritu

Vegetacija

Stepen meandriranja

Slika 8.24: Reč na deonica sa n=0,0032

Vrednost parametra 0,020 0,025 nb 0,024 0,028 0,000 0,005 n1 0,010 0,020 0,000 n2 0,005 0,010 – 0,015 0,000 0,010 - 0,015 n3 0,020 – 0,030 0,040 – 0,060 0,005 – 0,010 0,010 – 0,025 n4 0,025 – 0,050 0,050 – 0,100 1,000 m 1,150 1,300

Slika 8.25: Reč na deonica sa n=0,0075

Ukoliko je poznat granulometrijski sastav nanosa u kome je formirano rečno korito, za procenu vrednosti Maningovog koeficijenta (nb) može se koristiti jedan od sledećih izraza, koji su dobijeni laboratorijskim ispitivanjima: 1/ 6

Majer-Peter-Miler

nb 

d 90

nb 

d 50

nb 

d 50

26

d90 – zrno nanosa zastupljenosti 90%

d50 – zrno nanosa zastupljenosti 50%

1/ 6

Garde i Radju

21 1/ 6

Đulijen

16


83/220

5/25/2018


REGULACIJA RIJEKA, SKRIPTA, Dr Marina Babi ć Mladenovi ć Tabela 8.5: Dijapazon vrednosti koeficijenta otpora re č ne deonice Vrednost koeficijenta otpora (n) min. srednja maks.

Tip rečnog korita A A.1 A.1.1 A.1.2 A.1.3 A.1.4 A.2 A.2.1 A.2.1 B B.I B.II C C.1 C.1.1 C.1.1 C.2 C.2.1 C.2.2 C.2.3 C.3 C.3.1 C.3.2 C.3.3 C.3.4 C.4 C.4.1 C.4.2 C.4.3 C.4.4

MALI REČNI TOKOVI (širine manje od 20-30 m pri velikim vodama) RAVNIČ ARSKI TOKOVI Čista pravolinijska deonica 0.025 Krivudav rečni tok, relativno čist, sa plićacima i tišacima 0.033 Deonice sa sporim strujanjem, obrasle rečnim korovom, 0.050 Deonice sa veoma sporim strujanjem, dubokim tišacima, ostacima korenja drveća 0.075 PLANINSKI TOKOVI (bez vegetacije u koritu, strmih obala) Korita sa šljunkovitim dnom 0.030 Korita sa dnom pokrivenim krupnim šljunkom i kamenjem večih dimenzija 0.040 VELIKI REČNI TOKOVI (širina vodenog ogledala pri velikim vodama veća od 30 m) Pravilne rečne deonice bez vegetacije na obalama i krupnog kamenja u koritu 0.025 Nepravilne rečne deonice 0.035 INUNDACIONE POVRŠINE PAŠNJACI BEZ ŽBUNJA Niska trava 0.025 Visoka trava 0.030 OBRA ĐENE POVRŠINE Požnjevene površine 0.020 Kulture sejane u redovima 0.025 Kulture koje se ne seju u redovima 0.030 OBRASLE POVRŠINE Retko žbunje i drveće, zimi 0.035 Retko žbunje i drveće, leti 0.040 Gusto žbunje, zimi 0.045 Gusto žbunje, leti 0.070 ŠUME Gust vrbak 0.110 Očišćen teren sa ostacima panjeva 0.030 Šuma sa delimično oborenim stablima, grane iznad nivoa velikih voda 0.080 Šuma sa delimično oborenim stablima, grane ispod nivoa velikih voda 0.100

0.030 0.040 0.070

0.035 0.045 0.080

0.100

0.150

0.040 0.050

0.050 0.070

0.030 0.050

0.035 0.100

0.030 0.035

0.035 0.050

0.030 0.035 0.040

0.040 0.045 0.050

0.050 0.060 0.070 0.100

0.060 0.080 0.110 0.160

0.150 0.040 0.100 0.120

0.200 0.050 0.120 0.160

8.4.6 Neustaljeno tečenje Neustaljeno tečenje karakteriše promenljivost hidrauličkih veličina (protoka, nivoa, brzina) u prostoru i vremenu. Razlikuju se: - Naglo promenljivi neustaljeni tokovi – primeri: talas nastao rušenjem brane ili promenama u ispuštanju vode iz hidroelektrane, talas velikih voda na buji čnoj reci. Manifestuje se pojavom talasa sa strmim čelom. - Blago promenljivi neustaljeni tokovi – primer: poplavni talas na ravničarskoj reci, sa relativno sporim promenama protoka. Osnovne jednačine su već prikazane Sen-Venanove jednačine u punom obliku. Za njihovo rešavanje potrebno je zadati početne i granične uslove. Početni uslovi su vrednosti promenljivih duž toka u početnom trenutku vremena (t0). Dobijaju se hidrauličkim proračunom ustaljenog tečenja za početnu vrednost protoka Q(t0). Granični uslovi su: - Spoljašnji – definišu se u profilima na uzvodnom i nizvodnom kraju računske oblasti. Na uzvodnom kraju se može zadati hidrogram ili nivogram, a na nizvodnom hidrogram, nivogram ili kriva protoka. - Unutrašnji se zadaju na profilima gde postoji uš će, brana, bočni preliv ili sl. Za proračune neustaljenog strujanja u rekama koristi se veliki broj softvera, a u Evropi najčešće HEC-RAS (US Army Corps of Engineers, slobodno korišćenje softvera) i MIKE11 (Danski institut za hidrauliku, DHI – komercijalni softver). 77 http://slide pdf.c om/re a de r/full/0358020131118re gula c ija r ije ka skr ipta 2013

84/220

5/25/2018



U nastavku su prikazani ulazi i izlazi iz modela neustaljenog tečenja u složenom rečnom sistemu Dunava sa Savom i Tisom (slika 8.26). Ulazne datoteke su: rečni sistem (.nwk11), poprečni profili (.xns11), granični uslovi (.bnd11) i hidrodinamički parametri (.HD11) koji su povezani u simulacionom editoru. Proračuni su vršeni u fiksnim vremenskim intervalima od po 15 min. Osim toka kroz osnovno korito Dunava, Save i Tise, rečni sistem obuhvata i tokove po većim rukavcima (slika 8.27). direktno sa osnovnim koritom, tako su najuzvodniji i najnizvodniji popre čni Rukavci profil tokasupo rukavcupovezani istovremeno i profili osnovnog toka.daAktivna širina (Storage width) najuzvodnijeg i najnizvodnijeg profila rukavca je jednaka nuli po celom profilu. Pošto prilikom pojave velikih voda tok vode preseca re čne krivine po inundacijama, na rečnim krivinama su formirani tokovi po inundacijama (slika 10.27). Tokovi po inundacijama su povezani sa osnovnim koritom preko veznih kanala (Link Channel). Parametri veznih kanala određuju kotu i širinu prelivne ivice za prelivanje vode između osnovnog korita i inundacija. Krajnje tačke i najniža tačka tačka poprečnog profila se obeležavaju markerima (slika 8.28). Krajnje tačke su dodatno definisane koordinatama u državnom koordinatnom sistemu. Kod poprečnih profila složenog korita leva i desna obala su obeležene markerima čime su razdvojene inundacije i osnovno korito tako da im je moguće dodeliti različitu vrednost koeficijenta rapavosti. Nizvodni granični uslov su srednje dnevne vrednosti nivoa vode na hidrološkoj stanici Smederevo, a grani čni uslov srednje dnevnei Senta. vrednosti protoka i Tise koji su definisani zauzvodni hidrološke stanice Bezdan, Županja U model suDunava, uklju čeniSave protoci pritoka drugog reda (Drave, Tamiša, Drine i Kolubare) kao tačkasti izvori. Model je kalibrisan na osnovu podataka o protocima i nivoima vode koji su zabeleženi tokom 2006. godine, dok se verifikacija zasnivala na podacima o velikoj vodi 2005. godine. Q_Tisa_Senta 3600

3400

Q Сента

3200

Q_Dunav_Bezdan 3000

km 156

7500

5110000

7000

Q Бездан

6500

2800

2600

2400

2200 6000 2000

5100000

5500

1800

1600

km 1433

5000

4500

1400

5090000

4000

1200

1000

3500

800

а с и Т

3000

5080000 2500

2000

1500

5070000 January 2006

February 2006

March 2006

April 2006

May 2006

June 2006

July 2006

August 2006

September 2006

October 2006

November 2006

600

400 January 2006

February 2006

March 2006

April 2006

May 2006

June 2006

July 2006

August 2006

September 2006

October 2006

November 2006

December 2006

December 2006

5060000

5050000

5040000

Драва

5030000

5020000

Дунав

5010000 H_Smederevo 73.8

5000000

73.6

73.4

Н Смедерево

73.2 73.0 72.8

4990000

72.6 72.4

72.2

72.0

4980000

Q_ Sava_Zupanja

71.8

71.6

2800 2700 2600

Q Жупања 4970000

2500 2400

Тамиш

Дрина

2300

2100

71.4

71.2 71.0

70.8 70.6

km 210

2200

70.4

2000

70.2

4960000

1900 1800

Сава

1700 1600

70.0

69.8 69.6 January 2006

1500 1400

February 2006

March 2006

April 2006

May 2006

June 2006

July 2006

August 2006

September 2006

October 2006

November 2006

December 2006

4950000

1300 1200

Колубара

1100 1000 900

4940000

800

km 1116

700 600 500 400

January 2006

February 2006

March 2006

April 2006

May 2006

June 2006

July 2006

August 2006

September 2006

4930000 October 2006

November 2006

December 2006

7340000

7360000

7380000

7400000

7420000

7440000

7460000

7480000

7500000

Slika 8.26: Rač unska oblast modela


85/220

5/25/2018



OSNOVNI ТОК

POPRE NI PROFIL

RUKAVAC VEZNI KANAL INUNDACIJA INUNDACIJA

Slika 8.27: Paralelni tokovi kroz osnovno korito, rukavac i inundacije

Slika 8.28: Definisanje popreč nih profila

Slika 8.29: Parametri po profilima

Slika 8.30: Grani č ni uslovi

Slika 8.31: Poč etni uslovi


86/220

5/25/2018



СМЕДЕРЕВО

Дунав 2%, Тиса 10% +20 дана, Сава 5% Дунав 2%, Тиса 10% +20 дана, Сава 5% +20 дана Дунав 2%, Тиса 10%, Сава 20% -10 дана Дунав 2%, Тиса 10% +20 дана, Сава 5% +10 дана Дунав 2%, Тиса 10%, Сава 20% Дунав 5%, Тиса 5%, Сава 10% -10 дана Дунав 5%, Тиса 5%, Сава 10% Дунав 10%, Тиса 2,5%, Сава 5% -10 дана Дунав 10%, Тиса 2,5%, Сава 5% 2006 Дунав 1%, Тиса 2% -10 дана, Сава 0,5% Дунав 1%, Тиса 2%, Сава 0,5% -10 дана

76,5

76,0

75,5

75,0

Дунав 1%, Тиса 2%, Сава 0,5% Дунав 2%, Тиса 1% -10 дана, Сава 0,2% Дунав 2%, Тиса 1%, Сава 0,2% -10 дана Дунав 2%, Тиса 1%, Сава 0,2% Дунав 5%, Тиса 0,5% -10 дана, Сава 0,2% Дунав 5%, Тиса 0,5%, Сава 0,2% -10 дана Дунав 5%, Тиса 0,5%, Сава 0,2%

74,5

) 74,0 м н

m (

Кота заштитног система

е д 73,5 о в о в и Н 73,0

72,5

72,0

71,5

71,0

70,5 -45

-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

75

80

дани

Slika 8.32: Rezultat simulacije ekstremno velikih voda

Opisani model neustaljenog tečenja u služenom rečnom sistemu se može koristiti za više namena: - Simulacija hipotetičkih ekstremnih hidroloških situacija - postavljanjem hipotetičkih hidrograma velikih voda za uzvodni i krive protoka za nizvodni granični uslov. - Prognoza nivoa vode tokom odbrane od poplava. Hidrometeorološki zavod izdaje prognozu proticaja i/ili vodostaja merodavnih za odbranu od poplava, kao i prognoze kulminacije talasa velikih voda i vremena njegovog prolaska na profilima hidroloških stanica duž vodotoka. Hidrološka prognoza ne može da obuhvati uticaj uspora na ušćima

-

-

pritoka bi kombinacija modela hidrološke prognoze čkog modela neustaljenog tečenjate MIKE11 dala tačnije podatke za potrebe službei hidrauli za odbranu od poplava i obaveštavanje javnosti, uključujući vreme pojave i nivo vode duž Dunava, Save i Tise (na svim računskim profilima) a ne samo na profilima hidroloških stanica. Analiza efikasnosti mera i strategija za zaštitu od poplava. Model se može dalje razviti za analizu uključenja potencijalnih nužnih retenzija u priobalju, pove ćanje poprečnog profila korita za malu ili veliku vodu (iskop korita ili pomeranje nasipa, itd.). Moguća je analiza kombinacije različitih mera zaštite od poplava i analiza njihove efikasnosti u različitim hidrološkim uslovima. Na ovaj način moguće je utvrditi najefikasniju i najekonomičniju strategiju zaštite od poplava pojedinih područ ja. Priprema karata plavnih zona – integrisanjem postojećeg modela rečnog toka sa digitalnim modelom terena. ć

-

Priprema projekata rekonstrukcije postoje ih profilu objekata zaštitu od poplava – na osnovu podataka o nivoima vode na odre đenom rekezakoji se mogu dobiti simulacijom modela za različite hidrološke uslove. Edukacija. Rezultati simulacije modela za različite hidrološke uslove prezentovani u vidu nivograma, podužnih profila, mapa, itd. omogućuju vizualizaciju i bolje sagledavanje problematike. Ovo može biti posebno korisno kod planiranja gradnje u plavnom područ ju.


87/220

5/25/2018



8.5 KRIVA PROTOKA Krive protoka, koje opisuju vezu vodostaja (ili nivoa vode) i protoka, definišu se merenjima na hidrološkim stanicama ili po potrebi, na bilo kom profilu vodotoka. Poznavanje odnosa između protoka i nivoa vode je veoma zna čajno za mnoge zadatke u re čnoj hidrotehnici, a posebno za hidrauličke proračune gde predstavljaju osnovni ulazni podatak. Najčešće se provlačenjem linije kroz tačke dobijene merenjima određuje jednoznačna kriva koja odgovara ustaljenom režimu tečenja. U domenu velikih voda je to gruba aproksimacija, jer je tečenje neustaljeno, pa veza između nivoa vode i protoka nije jednoznačna. Naime, u prirodnim vodotocima pri nailasku poplavnog talasa se voda izliva u inundacije i nivo u koritu je niži od onog koji bi se formirao pri ustaljenom te čenju, dok se po prolasku voda vra ća u korito i nivoi za isti protok su viši nego u nailasku talasa. Stoga se na krivoj protoka javlja petlja – „histerezis” (slike 8.33 i 8.34), čije karakteristike zavise od hidrološko-hidrauličkih uslova (talas sa jednim pikom ili višestruki talas velikih voda), kao i stanja vegetacije u inundacijama. 80

79

9000

80.00

8000

79.50

7000

79.00

6000

78.50

) s / 3

) m n m78 (

Z ( m 78.00 n

m5000 ( Q

Z

77

76 3000

4000

5000

6000 7000 Q (m 3 /s)

8000

9000

10000

m )

4000

77.50

3000

77.00

2000

76.50

1000

76.00

25-Mar-06 1-Apr-06 8-Apr-06 15-Apr-0622-Apr-0629-Apr-06 6-May-06

Slika 8.33: Petlja (histerezis) na krivoj protoka – primer velikog vodotoka 82

81

80

79 ) m n m ( Z

78

77

talas talasa1999. 1999.godine. godine Jasa BokaTomic talas 2000. godine . Jasa Tomic talas 2000. godine Boka

76

75

74 0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

Q (m3/s)

1100

Slika 8.34: Petlja (histerezis) na krivoj protoka – primer manjeg vodotoka


88/220

5/25/2018



Kriva protoka može biti parametarska, ukoliko se nizvodno od mernog profila nalazi objekat (ustava ili brana) ili ušće, koje utiče na formiranje nivoa vode. Primer na slici 8.35 pokazuje primer kada kriva protoka na profilu St. Banovci zavisi od nivoa Dunava kod ušća Save (kod Zemuna). Krive protoka se menjaju tokom vremenu jer su merni profili podložni deformaciji.

Slika 8.35: Parametarska kriva protoka

8.6 RAVANSKI I PROSTORNI MODELI 8.6.1 Ravanski numerički modeli U određenim slučajevima potrebno je u rečnoj hidraulici primeniti ravanski model tečenja: - ako nema priviligovanog pravca tečenja -

ako je potrebno preciznije definisati strujnu sliku u zoni nekog objekta ili na kraćoj rečnoj deonici. Matematički model ravanskog (2D) tečenja čine jednačina održanja mase i jednačine održanja količine kretanja. Ove jednačine su dobijene proširenjem seta Sen-Venanovih jednačina na još jednu prostornu dimenziju, tako da se sve promenljive definišu u 2 pravca x i y. U modelu su (x, y, t) - prostorne koordinate i vreme nezavisne promenljive, a (u, v, h) – komponente vektora brzine i dubina zavisne promenljive. Rešenje sistema parcijalnih diferencijalnih jednačina definiše strujno polje u horizontalnoj ravni, pri čemu su komponente brzine osrednjene po dubini. Jednačine su vrlo složene, a rešavaju su numerički metodom konačnih razlika ili metodom konačnih elemenata. U svakom slučaju, za primenu ravanskog modela je potreban adekvatan softver i iskusan kadar, kao i vrlo detaljne podloge. U nastavku je prikazan primer primene modela ravanskog – prostorno dvodimenzionog (2D) ustaljenog tečenja. Bilokao je potrebno da se stuba utvrdi ilidaseli se stubovi proceni erozije moraju tretirati dva nezavisna mogu uzetidva kaomosta jedan pri stub ve će lokalne dužine. Odgovor na ovo pitanje zahtevalo je detaljno definisanje strujnog polja oko parova stubova, što je jedino moguće primenom modela ravanskog (2D) ili prostornog (3D) strujanja. U ovom slučaju primenjen je model ravanskog (2D) tečenja, zasnovan na metodi konačnih elemenata.


89/220

5/25/2018



Slika 8.36: Aksonometrijski prikaz korita Dunava sa položajem stubova

Slika 8.37: Rač unska mreža

Slika 8.38: Izobate (linije istih dubina) pri merodavnom protoku Q = 4400 m 3 /s

Slika 8.39: Izotahe (linije istih brzina) pri merodavnom protoku Q = 4400 m 3 /s

Slika 8.40: Vektori brzina i strujnice blizini stubova

Sa povećanjem kapaciteta računara, ravanski modeli počinju da se koriste i za analizu fenomena neustaljenog tečenja. Najčešće je u pitanju analiza plavljenja priobalja, uključujući i efekte rušenja nasipa. 8.6.2 Prostorni numerički modeli U svetu se radi na razvoju prostornih (3D) numerički modela strujanja. Oni se još uvek vrlo retko primenjuju, jer zahtevaju izazutno jake ra čunare za simulaciju. Na slikama 8.41 i 8.42 prikazani su rezultati primene prostornog modela u rečnoj hidraulici, na primeru analize strujanja u oštroj rečnoj krivini u kojoj su prisutna sekundarna strujanja. Model se mora kalibrisati na osnovu terenskih merenja i fizičkog modela.


90/220

5/25/2018



Slika 8.41: Vektori brzina (horizontalna ravan)

Slika 8.42: Vertikalni rasporedi brzina

8.7 FIZIČKI MODELI Fizički modeli se koriste za analizu složenih problema, koji se još uvek ne mogu sa dovoljnom pouzdanoš ću i standardnim procedurama analizirati pomoću matematičkih modela. Najčešće su to prostorna strujanja vezana za objekte, kao što su mostovi, prelivi, regulacione građevine. Fizički modeli dužih rečnih deonica se retko rade zbog specifičnosti merenja i visoke cene. Najznačajnije je na fizičkom modelu obezbediti sli čnost sa prirodom. To se postiže preko odgovaraju ćeg odnosa neke veličine u prirodi i na modelu. Na primer razmera za dužinu (L) je: L* 

L p Lm

gde se indeksi p i m odnose na prirodu i model. Ukoliko se model gradi tako da se poštuje razmera za sve dužine u koordinatnom sistemu (x*=y*=z*=L*), model je nedistordovan. Ovakvi modeli se koriste za objekata (prelivi, brzotoci, mostovski stubovi). Modeli se gradi u razmerama 20analizu – 100, kratkih a najčeš će u razmeri 40 ili 50 (jedinica dužine na modelu je 40 ili 50 puta manja od jedinice u prirodi). Nedistordovani modeli nisu pogodni za rečne modele, jer vodotoci imaju znatno veću dužinu od druge dve dimenzije. Za reke se u principu koriste distordovani modeli, na kojima je obezbeđena jednakost razmera u horizontalnoj ravni (x*=y*= L*), dok je vertikalna razmera (razmera za dubine h*) drugačija. Tipične horizontalne razmere su 200 i 300, a vertikalne 50 i 60. Na fizičkom modelu se mora obezbediti i: - kinematska sličnost odnosno sličnost polja brzine - dinamička sličnost odnosno sličnost sila. Frudova sličnost (Frm=Frp) se najčešće obezbeđuje na modelu, a to znači da postoji sličnost polja brzine i dubine na modelu i u prirodi. Fizički modeli mogu biti: - sa nepokretnim dnom (izgrađeni u celini od čvrstog materijala). Koriste se za simulaciju ustaljenog i neustaljenog tečenja na rečnoj deonici. - sa pokretnim dnom, koji se koriste za ispitivanje opšte i lokalne deformacije u zoni objekata. Osim Frudove sličnosti, mora da se zadovolji psamološka sli čnost, kojom se obezbeđuje ista mera prokretljivosti nanosa na modelu i u prirodi. Uskla đivanje razmera, uz ograničenje distorzije modela, dovodi do velikih problema u izboru materijala za pokretno dno. Obično se koriste veštački materijali (bakelt, plastika, ugalj, plovućac). 84 http://slide pdf.c om/re a de r/full/0358020131118re gula c ija r ije ka skr ipta 2013

91/220

5/25/2018



Fizički hidraulički modeli se grade u specijalizovanim hidrauličkim laboratorijama, kojih je relativno malo. Posebno je malo laboratorija koje mogu izvesti rečne modele, jer je za njih potreban veliki prostor. U nastavku su dati primeri fizi čkih modela koji su u novije vreme rađeni u laboratoriji Istituta Jaroslav Černi u Beogradu: - Na modelu brane HE Đerdap 2 ispitivano je strujanje vode i mere kojima bi se obezbedilo -

pravilno na turbine (slika 8.43). Da bi se nastrujavanje definisala odgovaraju ća rešenja zaštite dna Dunava i stubova mosta kod Beške od opšte i lokalne erozije, urađen je parcijalni hidraulički model sa pokretnim dnom, razmere za dužine 1:40 (slike 8.44 i 8.45).

Slika 8.43: Model brane HE Đerdap 2

Slika 8.44: Model stuba 41 mosta kod Beške – erozija dna u fazi izgradnje

Slika 8.45: Model stuba 41 mosta kod Beške – zaštita dna u fazi eksploatacije


92/220

5/25/2018



9 REČNI NANOS 9.1 UVODNE NAPOMENE Intenzivne atmosferske prozrokuju u rečnim slivovima dva paralelna procesa - površinski oticaj i spiranje tla, usledpadavine čega dolazi do nastanka velikih voda i erozione produkcije nanosa. Produkti ovih procesa dospevaju u hidrografsku mrežu, kroz koju nastavljaju kretanje, u vidu dvofaznog fluida. U rečnom toku se kreću dve vrste materijala: - Rečni nanos. Čine ga čestice geološkog porekla koje su, pokrenute erozijom sa površine terena, dospele u vodotok. Re čni nanos je sastavljen od čestica različite veličine, od prašine do oblutaka. U zavisnosti od brzine vode u vodotoku i krupnoće čestica, rečni nanos se transportuje u vidu: o vučenog nanosa (najčešće 5-15%) o suspendovanog ili lebdećeg nanosa (85-95%) - Plivajući nanos. Čine ga grane, debla drveća, razni otpad, a predstvalja opasnost jer može da zatvori proticajni profil mosta ili ustave. U okviru ovog kursa izučava se poreklo, karakteristike i režim re čnog nanosa, dok plivajući nanos nije predmet kursa. Eroziona produkcija nanosa u rečnim slivovima i transport nanosa u vodotocima predstavljaju dve komponente globalnog prirodnog procesa, koji zbog svojih posledica ima veliki ekološki i vodoprivredni značaj. Problemi erozione produkcije i transporta nanosa prisutni u skoro svim granama vodoprivrede. Transport nanosa u vodotocima, u slučaju intenzivnijih erozionih procesa u slivovima, najčešće prevazilazi transportnu sposobnost rečnih tokova. Usled toga dolazi do taloženja nanosa, kao i do zasipanja vodoprivrednih objekata nanosom. U tom kontekstu, najveći vodoprivredni problem je zasipanje akumulacija. Dobro je poznat primer akumulacije Zvornik, koja je u relativno kratkom intervalu posle izgradnje izgubila više od 50% zapremine, usled zasipanja nanosom. Pored akumulacija, rečni vodozahvate nanos ugrožava irigacione kanale, itd. i mnoge druge vodoprivredne objekte - regulisana rečna korita, Ekološki aspekt problematike erozije i nanosa obuhvata, s jedne strane, fenomene vezane za spiranje tla u slivovima, a s druge strane, kvalitet vode u rečnim tokovima. Erozioni procesi uslovljavaju hemijsko zagađenje vode i nanosa materijalima prirodnog i antropogenog porekla. Hemijske materije prirodnog porekla, u procesu raspadanja stena, dospevaju sa erozionim nanosom u hidrografsku mrežu. S druge strane, hemijsko zagađenje antropogenog porekla nastaje usled spiranja veštačkih đubriva i pesticida sa poljoprivrednih površina u rečnim slivovima. Najnovija istraživanja u svetu su potvrdila da najveći deo hemijskog zagađenja prenose čestice suspendovanog nanosa (uz koje se vezuju molekuli hemijskih materija). Erozija tla i transport rečnog nanosa su prirodni fenomeni koji se nikakvim tehničkim merama ne mogu potpuno eliminisati. Međutim, to ne znači da su ovi fenomeni van antropogenih uticaja. Naprotiv, efektikako raznih ljudskihtako aktivnosti na intenzitet procesa transporta nanosa biti vrlo veliki, pozitivni, i negativni. Posebnoerozionih je značajno istaćii da su ovi efekti vrlomogu složeni, s obzirom na fizi čki karakter procesa erozione produkcije i transporta nanosa, tako da se ne manifestuje samo na mestu direktne intervencije, već daleko izvan zone antropogenog delovanja. Negativni efekti nanosa, koji se transportuje rečnim tokovima, manifestuju se, pre svega, u oblasti vodoprivrede. Režim rečnog nanosa je termin koji se odnosi na prostornu i vremensku raspodelu količina i karakteristika nanosa. Njime se obuhvataju fizi čka svojstva nanosa, kao i pojave vezane na njegovu interakciju sa rečnim tokom. Definiše se na osnovu terenskih istražnih radova i hidrauličkih proračuna. 86 http://slide pdf.c om/re a de r/full/0358020131118re gula c ija r ije ka skr ipta 2013

93/220

5/25/2018



9.2 NASTANAK REČNOG NANOSA Režim nanosa u prirodnom vodotoku uslovljen je erozionim procesima u rečnom slivu. Erozija u slivu prirodnih vodotoka se, prema uzroku nastanka deli na eolsku (erozija izazvana vetrom) i vodnu. Vodnom erozijom se pokreću čestice koje čine rečni nanos. Razlikuju se: - pluvijalna erozija (slika 9.1), koja nastaje kada se pod udarom kišnih kapi razara slabo vezano zemljište - glacijalna (glečerska) erozija (slika 9.2) i - fluvijalna ili erozija pod uticajem toka vode (slika 9.6). Najznačajniji oblici erozije vodom su: - Površinska erozija (slika 9.3), u kojoj se pokreću fine čestice sa površine zemljišta (kreću se dalje u prirodnom toku kao suspendovani nanos). Na ovaj proces uti ču intenzitet kiše (veći intenzitet kiše ima i veću erozionu snagu), osobine zemljišta (nestrukturna zemljišta su podložnija procesu erozije) i svakako nagib terena. - Dubinska erozija, koja nastaje kao posledica koncentracije površinskog oticaja u obliku jaruga, potoka i reka. U ovom procesu nastaje krupan nanos koji se kreće po dnu rečnog korita kotrljanjem, klizanjem ili u skokovima, odnosno vučeni nanos. Postoji više vrsta dubinske erozije: o Brazdasta erozija (slika 9.3). Erozione brazde se formiraju na površini zemljišta, duž površinskog slivanja vode. Brazde imaju tendenciju produbljivanja i proširivanja, pa mogu preći u vododerine i jaruge. o Vododerine i jaruge (slika 9.4) su velike brazde usečene u zemljište, koje često dopiru i do geološke podloge o Bujična erozija (slika 9.5) je najopasniji vid erozije zemljišta, jer se nose najgrublji materijali i zasipaju nizvodni recipijenti i time nanose velike štete poljoprivrednim zemljištima, putevima, pa čak i naseljima. Moguće su ljudske žrtve i velike materijalne štete. Najčešće se u hidrotehnici termin fluvijalna erozija koristi za proces rušenja obala vodotoka pod uticajem toka vode (slika 9.6).

Slika 9.1: Pluvijalna erozija

Slika 9.2: Glacijalna erozija


94/220

5/25/2018



Slika 9.3: Površinska i brazdasta erozija

Slika 9.4: Vododerine i jaruge

Slika 9.5: Buji č na erozija

Slika 9.6: Fluvijalna erozija – rušenje obala

Radi sagledavanja rasprostranjenosti erozije u re čnom slivu koristi se karta erozije (slika 9.7), na kojoj je prikazan intenzitet procesa. Karta se dobija dugogodišnjim kartiranjem procesa, koje vrše inženjeri šumarske struke i odgovarajućim proračunima. Osnovni činioci koji utiču na problematiku erozije i nanosa u određenom slivu su: - geomorfološka i geološka predispozicija slivnog područ ja za razvoj erozionih procesa, - meteorološki, hidrografski i hidrološki faktori erozione produkcije i transporta nanosa, - pedološki uslovi, stanje vegetacije i način korišćenja zemljišta u slivu, - stanje, tipovi i intenzitet erozionih procesa u slivu, - morfološke, hidrološke i hidrauličke karakteristike vodotoka i - antropogeni faktori erozionih i transportnih procesa. Na osnovu istraživanja svih faktora erozionih i transportnih procesa u određenom slivu, može se izvršiti komparativna analiza erozione produkcije nanosa u slivu i pronosa nanosa u hidrografskoj mreži. Na taj način se dobija slika o globalnom bilansu nanosa. U okviru globalnog psamološkog bilansa, posebno se razmatraju vučeni i suspendovani nanos, s obzirom na njihove razli čite uloge u morfološkim procesima vodotoka.


95/220

5/25/2018



Slika 9.7: Karta erozije

Komponente erozije u slivu su: - razaranje stena (mehaničko, toplotno i hemijsko) - denudacija (spiranje raspadnutog stenskog materijala površinskim oticajem) - akumulacija (zaustavljanje i nagomilavanje pokrenutog materijala).


96/220

5/25/2018



Sa hidrotehničkog aspekta, najopasnija je pojava akumulacije nanosa (slike 9.8 i 9.9) koja nanosi štete u rečnim dolinama i stvara probleme u korišćenju vodoprivrednih objekata (zasipanje vodozahvata, akumulacionih prostora, smanjenje proticajnog profila vodotoka zbog koga se javljaju češća izlivanja itd.).

Slika 9.8: Akumulacija nanosa pokrenutog buji č nom

Slika 9.9: Akumulacija nanosa pokrenutog

erozijom

fluvijalnom erozijom

9.3 FIZIČKA SVOJSTVA REČNOG NANOSA Karakteristike nanosa se mogu definisati na nivou pojedinačnog zrna i na nivou grupe zrna koja čine mešavinu nanosa. Naučna disciplina koja se time bavi, zove se psamologija. 9.3.1 Fizička svojstva pojedinačnog zrna Osnovna fizička svojstva pojedinačnog zrna su: gustina, krupnoća, oblik i brzina tonjenja (ili hidraulička krupnoća). Gustina zrna uslovljena mogu se naći je i minerali većmineralnim e gustine. sastavom. Najčešći mineral u sastavu nanosa je kvarc, a Vrednosti gustine nanosa kreću se u uskom opsegu od 2,6 - 2,7 t/m3, a u proračunima se najčešće usvaja vrednost ρs = 2,65 t/m3=2650 t/m3. U teorijskim razmatranjima se kao pogodna bezdimenziona veličina, koristi relativna gustina nanosa (u odnosu na gustinu vode): s = ρs/ρ = 2,65 ili ∆ = (ρs – ρ)/ ρ = 1,65 3 gde je gustina vode ρ = 1 t/m =1000 kg/ m3 Krupnoća nanosa se, pretpostavljajući da je zrno sfernog oblika, opisuje karakteristi-čnim prečnicima i karakterističnim brzinama tonjenja. Karakteristični prečnici su: nominalni prečnik (prečnik lopte koja ima istu masu i gustinu, odnosno zapreminu kao zrno nanosa), prečnik na situ (prečnik zrna koje prolazi korz kvadratni otvor odre đenog sita), prečnik taloženja i standardni prečnik tonjenja. Karakteristične brzine su brzina taloženja (uniformna brzina tonjenja pojedinačne čestice u mirnoj vodi neograničene zapremine) i standardna brzina tonjenja (uniformna brzina tonjenja pojedinačne čestice u mirnoj destilovanoj vodi neograničene zapremine, na temperaturi 24oC). Oblik zrna je važan za analizu nanosa u hidrodinamičkim uslovima. Pokatelji oblika su faktor sferičnosti i faktor oblika koji su definisani pomoću 3 ortogonalne dužine zrna; Brzina tonjenja predstavlja relativno kretanje čestice pod uticajem gravitacije, u neograničenoj zapremini mirne vode. Vrednost brzine tonjenja se može odrediti iz jedna čine:


97/220

5/25/2018



W



4



1

3 Cd

   g  d

gde je: W – brzina tonjenja čestice Cd – koeficijent sile otpora (zavisi od oblika čestice) ∆ – relativna gustina čestice d – prečnik zrna čestice.

9.3.2 Fizička svojstva mešavine nanosa Osnovna fizička svojstva mešavine nanosa su granulometrijski sastav, poroznost, zapreminska masa i ugao unutrašnjeg trenja. Granulometrijski sastav Mešavina rečnog nanosa se sastoji od zrna razli čitih krupnoća, čija raspodela ima slučajan karakter. Klasifikacija zrna nanosa po krupnoći je data u tabeli 9.1. Tabela 9.1: Skala krupnoć e zrna ć

Naziv Gromade Obluci

Šljunak

Pesak

Prašina

Glina

Klasa vrlo velike velike srednje velike male veliki mali vrlo krupan krupan srednje krupnoće fini vrlo fini vrlo krupan krupan srednje krupnoće fini vrlo fini krupna srednje krupnoće fina vrlo fina krupna srednje krupnoće fina vrlo fina

4096-2048 2048-1024 1024-512 512-256 256-128 128-64 64-32 32-16 16-8 8-4 4-2 2-1 1-1/2 1/2-1/4 1/4-1/8 1/8-1/16 1/16-1/32 1/32-1/64 1/64-1/128 1/128-1/256 1/256-1/512 1/512-1/1024 1/1024-1/2048 1/2048-1/4096

Krupno a (mm)

1,0000-0,5000 0,5000-0,2500 0,2500-0,1250 0,1250-0,0625 0,0625-0,0313 0,0313-0,0156 0,0156-0,0078 0,0078-0,0039 0,0039-0,0020 0,0020-0,0010 0,0010-0,0005 0,0005-0,0002

Granulometrijski sastav se određuje iz uzoraka nanosa koji se zahvataju iz rečnog dna. Kako se krupnoća nanosa menja u prostoru (duž toka i po dubini korita) i vremenu (sa promenom protoka u reci) za analizu karakteristika rečnog nanosa je potrebno zahvatiti što više uzoraka. Zahvatanje uzoraka se obavlja različitim mehaničkim uređajima. Najčešće se mehaničkom grabilicom zahvata "poremećeni" uzorak nanosa (slika 9.10). Čest problem kod mehaničkih grabilica je što se najsitnije čestice ispiraju i gube prilikom izvla čenja. Ukoliko je potrebno da se, pored granulometrijskog sastava po dubini nanosnih naslaga u dnu, odrede zapreminska masa ili hemijski sastav istaloženog nanosa, uzima se "neporemećeni" uzorak određene dužine. Ova metoda istraživanja se češće primenjuje na jezerima i akumulacijama, gde se u dnu nalazi glina, prašina ili pesak, nego na rekama (slike 9.11 i 9.12). 91 http://slide pdf.c om/re a de r/full/0358020131118re gula c ija r ije ka skr ipta 2013

98/220

5/25/2018



Granulometrijski sastav nanosa se, osim za rečno dno, određuje i za komponente nanosa u pokretu, posebnim hvatačima prilagođenim vučenom odnosno suspendovanom nanosu.

Slika 9.10: Uređ aj za zahvatanje "poremeć enog" uzorka nanosa sa dna

Slika 9.11: Uređ aj za zahvatanje "neporemeć enog" uzorka nanosa sa dna

Slika 9.12: "Neporemeć eni" uzorak nanosa sa dna

Način određivanja krupnoće nanosa zavisi njegovih dimenzija: - Kada je prečnik veći od 64 mm (vrlo krupan šljunak, obluci) određuje se krupnoća pojedina čnih komada. Ova krupnoća se definiše pomoću nominalnog prečnika, koji se određuje indirektno, uranjanjem komada u vodu i merenjem njegove zapremine. - Kod materijala iz kategorije peska i šljunka krupnoća se određuje prosejavanjem. Prosejavanje se vrši na seriji sita od pletene žice, sa kvadratnim otvorima standardnih dimenzija (slika 9.13). Sita se postavljaju jedno na drugo, a na dnu se nalazi sud za prihvatanje najsitnijih čestica, koje su prošle kroz sva sita (slika 9.14). Krupniji (šljun čani) nanos se prosejava u vlažnom stanju na mestu zahvatanja, a sitniji (peščani) se suši pre prosejavanja. - Krupnoća vrlo sitnih čestica nanosa iz kategorije sitnog peska i prašine (krupnoće ispod 0,062 mm), izražava se preko hidrauličke krupnoće (odnosno brzine slobodnog padanja čestica u mirnoj vodi), koja se određuje metodama kumulativnog i frakcionog taloženja, u posebno opremljenim sedimentološkim laboratorijama (slika 9.15). Hidraulička krupnoća se primenom empirijskih zavisnosti preračunava u prečnik zrna.

Slika 9.13: Pojedinač na sita

Slika 9.14: Kolona sita


99/220

5/25/2018



Slika 9.15: Sedimentološka laboratorija

Rezultati analize krupnoće zrna se najčešće prikazuju u vidu granulometrijske krive (slika 9.16). Ova kriva ima oblik slova S, a prikazuje procentualno učešće zrna čiji je prečnik veći od prečnika koji se nalazi na apscisi (ukupan težinski ostatak na situ). Sa granulometrijske krive se mogu odrediti karakteristični prečnici kao što je d50, d90, d10. Srednji prečnik nanosa (dsr ) se računa podelom uzorka na klasne intervale (frakcije) i određivanjem odgovaraju ćih prečnika di i zastupljenosti f i: d sr  OBLUCI 0

ŠLJUNAK

K RU PA N

 d   p i

100

i

PESAK

SR ED NJ I

SI TA N

KR UPA N

S RE DNJ I

PRAŠINA

S IT AN

PR AŠI NA ST

SR ED NJ A

10 20 ) % ( u i s a n k a t a t s o i k s n i ž e t n a p u k u

GLINA

F IN A

30

100 suspendovani nanos suspendovani nanos

90

nanos iz dna nanos iz dna

80 70

40

60

50

50

60

40

70

30

80

20

90

10

) % ( o t i s z k o r k a z a l o r p i k s n i ž e t n a p u k u

0

100 200

100

60

30 20

10

2

1

0.2

0.1

preènik zrna

d (mm)

0.02

0.01

0.002 0.001

0.0002 0.0001

Slika 9.16: Granulometrijska kriva

Poroznost je udeo zapremine pora ili šupljina (V e) u zapremini uzorka (V): λo= Ve/V x 100 (%).

Na poroznost utičpodrazumeva u granulometrijski sastav, oblik zrna, itd. Razlikuje ukupna i efektivna poroznost. Prva sve pore, a druga, samozbijenost međusobno povezanese pore. Tabela 9.2. prikazuje zavisnost između efektivne poroznosti i krupnoće nanosa. Tabela 9.2: Efektivna poroznost re č nog nanosa Vrsta materijala Krupnozrni pesak Pesak srednje krupnoće Sitnozrni pesak Peskovita glina

Efektivna poroznost (%) 36-40 41-48 44-49 50-54


100/220

5/25/2018



Zapreminska masa predstavlja odnos mase uzorka nanosa (sa šupljinama) i njegove zapremine. Može se izraziti preko gustine nanosa i ukupne poroznosti: ρz = (1- λo) · ρs - u suvom ρ’z = λo · ρs + (1- λo) · ρs - pod vodom

Zapreminska masa krupnog peščanog i šljunčanog nanosa kreće se u granicama 1.5 – 2 t/m3, dok je zapreminska masa finog nanosa istaloženog u akumulacijama često manja od 1 t/m3. Ugao unutrašnjeg trenja se vezuje za stanje granične ravnoteže materijala, odnosno za ono naponsko stanje pri kome zrna, usled narušene ravnoteže, postaju nestabilna. Razlikuje se ugao unutrašnjeg trenja suvog (F ) i vlažnog materijala (F ’). Kod peščanog nanosa je F = 26-34º u suvom, a F ’ = 15-25º u vlažnom stanju. Ugao unutrašnjeg trenja se pove ćava sa stepenom nepravilnosti oblika zrna. U stabilnim kosinama re čnog korita se vrednosti ugla unutrašnjeg trenja kreću između 30 i 45º, zavisno od krupnoće materijala (tabela 9.3). Tabela 9.3: Vrednosti ugla unutrašnjeg trenja

d (mm) <1 5 10 50 >100

F’

(o)

zrna sferičnog oblika 30 32 35 37 40

zrna nepravilnog oblika 35 37 40 42 45

Koncentracija suspendovanog nanosa opisuje učešće čvrste faze u mešavini vode i nanosa. Postoji više načina da se koncentracija opiše: - zapreminska koncentracija (C) je količnik zapremine suspendovanog nanosa i zapremine uzorka mešavine vode i nanosa (bezdimenzioni broj), - masena koncentracija je: C m

 ρ s  C kg / m 3

9.4 PODELA REČNOG NANOSA Vučeni nanos u vodotoku čine krupnije frakcije nanosa (obluci, šljunak i krupan pesak), koje se kreću po dnu kotrljanjem, saltacijama (skokovima) ili vu čenjem (slika 9.17). Krupan vučeni nanos se ne kreće stalno, već postoje periodi kada miruje na dnu (pri malim vodama, kada brzina toka nije dovoljna za pokretanje nanosa) i periodi kada se kreću velike količine nanosa (pri velikim vodama). Finije frakcije nanosa (sitan pesak, prašina i glina) su suspendovane u vodi i nazivaju se suspendovani nanos. Suspendovani nanos se pronosi celom površinom poprečnog preseka toka, pri čemu je brzina kretanja čestica jednaka brzini vode Na čin kretanja nanosaodzavisi odčhidroloških u suspenziji, zavisno hidrauli kih uslova. uslova. Isti nanos se može kretati i u vučenom obliku i


101/220

5/25/2018



Slika 9.17: Nač ini kretanja nanosa

Jedan deo nanosa vodotoka se nalazi u razmeni sa materijalom koji čini rečno dno, učestvujući u morfološkim procesima (koritoformirajući nanos), dok najsitnije frakcije prolaze bez interakcije sa dnom (tranzitni nanos). Međutim, u akumulaciji i tranzitni nanos dobija ulogu u formiranju rečnog dna jer se istaložava zbog smanjenih brzina toka. Šema na slici 9.18 prikazuje jednu od mogućih podela nanosa u vodotoku.

Slika 9.18: Podela reč nog nanosa

Najčeš sečeni smatra da materijal je: - ćevu nanos koji se kre će u kontaktu sa dnom, -

suspendovani nanos materijal koji se kreće u suspenziji, a može se naći u uzorcima nanosa iz dna, - ukupni koritoformirajući nanos deo ukupnog nanosa koji se sastoji od čestica koje se mogu naći i u uzorcima nanosa iz dna, a jednak sumi vučenog i suspendovanog nanosa i - tranzitni nanos deo ukupnog nanosa, koji se sastoji od čestica sitnijih od onih koje se mogu naći u dnu ili sitnijih od 0.06 mm. Prisustvo, količina i granulometrijski sastav "koritoformirajućih" frakcija suspendovanog nanosa zavise od turbulentnih i hidrauličkih karakteristika toka, sastava rečnog korita i njihovih promena duž toka i u vremenu, dok količina "tranzitnog" nanosa najviše zavisi od uslova u slivu. Stroga podela između tranzitnih i "koritoformirajućih" frakcija suspendovanog nanosa ne može se uspostaviti, jer se odnosi menjaju - na istom profilu u vremenu (zbog promene protoka) i duž toka zbog promena turbulentnih karakteristika (posebno u zonama pod usporom objekata ili pritoka, gde frakcije koje su u neusporenoj zoni reke imale karakter "tranzitnih" postaju "koritoformirajuće"). Poznato je da se tranzitni nanos sastoji od finih čestica, sitnijih od onih koje se mogu naći u koritu. Fine čestice tranzitnog nanosa su raspoređene vrlo ujednačeno u vertikali i u poprečnom profilu rečnog toka. Zbog male krupnoće, fine čestice se sporo talože i u mirnoj vodi. Usled turbulencije koja nadjačava silu gravitacije, ove čestice su dispergovane u celom proticajnom profilu. S druge strane, na krupne čestice "koritoformirajućeg" nanosa znatno utiče gravitaciona sila. Sile turbulencije su u stanju da krupne čestice podignu samo do male visine iznad dna. Zbog toga je 95 http://slide pdf.c om/re a de r/full/0358020131118re gula c ija r ije ka skr ipta 2013

102/220

5/25/2018



koncentracija krupnih čestica blizu površine daleko manja nego u blizini re čnog dna. Prema tome, čestice različitih krupnoća imaju i različite profile koncentracije (slika 9.19). U slučaju prirodnih tokova, sekundarna strujanja dovode do mešanja, naročito u krivinama, tako da su rasporedi krupnoće nanosa po vertikali manje pravilni.

Slika 9.19: Komponente pronosa reč nog nanosa

Pronos nanosa je količina nanosa koja prolazi kroz posmatrani poprečni presek vodotoka u jedinici vremena. Izražava se u kg/s, dok se sumarni pronos nanosa za duži vremenski period izražava u tonama. Posebno se meri ili računa pronos vučenog i pronos suspendovanog nanosa. Ukupni pronos nanosa se dobija sabiranjem pronosa suspendovanog i pronosa vu čenog nanosa ili se računa primenom empirijskih jednačina za proračun ukupnog koritoformirajućeg nanosa.

9.5 MERENJA NANOSA 9.5.1 Cilj merenja Merenja pronosa nanosa se vrše da bi se pripremili podaci za rešavanje dve osnovne grupe inženjerskih problema: - Prognoza morfoloških promena u vodotoku (zasipanje i erozija) zasniva se na formuli za pronos nanosa koja je primenljiva za posmatrani vodotok. U ovom slu čaju se merenja vrše da bi se izabrala pogodna formula. Potom se formula koristi za prognozu pronosa nanosa, na osnovu hidrauličkih uslova u vodotoku. O čigledno je da u ovom slučaju postoje dva osnovna zahteva: o Merenja se moraju vršiti u uslovima mirnog, jednolikog tečenja, jer su formule razvijene za takve uslove Kako se formulama računa samo pronos koritoformirajućeg nanosa, potrebno je napraviti razliku između pronosa koritoformirajućeg i tranzitnog nanosa. Prognoza zasipanja akumulacija mora se zasnivati na poznavanju svih komponenti režima nanosa vodotoka, uključujući i "tranzitni" nanos, koji u prostoru akumulacije postepeno postaje "koritoformirajući". o

-


103/220

5/25/2018



9.5.2 Metode merenja Dva različita vida kretanja nanosa - vu čenjem po dnu i u obliku suspenzije imaju i različite instrumente i načine merenja na vodotoku. Merenje pronosa (transporta) vučenog nanosa. Za merenje vučenog nanosa koriste se: - mehanički hvatači, - razne vrste obeleživača (trasera), - specifične metode za merenje kretanja dina. Mehanički hvatači su pokretni uređaji koji se prilikom merenja spuštaju na rečno dno. Na prednjoj strani imaju otvor kroz koji u hvatač ulazi voda i nanos. Posle određenog perioda uređaj se vadi iz reke, a zahvaćeni uzorak meri. Vreme zahvatanja zavisi od koli čine nanosa i kreće se od 0,5 do 15 minuta. Nanos se u jednoj vertikali meri više puta. Do sada je u svetu razvijeno preko 20 tipova hvatača, pri čemu se po karakteristikama razlikuju oni koji su namenjeni merenju na rekama sa krupnim nanosom (slika 9.20 levo) odnosno rekama sa peščanim nanosom (kutija sa čvrstim zidovima – slika 9.20 desno).

Slika 9.20: Mehani č ki hvatač i za merenje pronosa vuč enog nanosa

Tačnost rezultata merenja pronosa vučenog nanosa pomoću mehaničkog hvatača je ograničena, zbog brojnih problema: -

hvatač je glomazan i težak za rukovanje; hvatač je mali u odnosu na vodotok, tako da se merenje protoka vrši "tačkasto" i samo u određenim vremenskim presecima; - prilikom postavljanja hvatača na dno nije siguran njegov pravilan položaj u odnosu na kretanje nanosa, što postaje posebno zna čajno u slučaju kretanja nanosa u vidu dina, - pri vađenju dolazi do ispiranja materijala iz hvatača itd. Merenja kretanja nanosa pomoću obeleživača su dosta komplikovana i relativno retko se koriste. Obeležena zrna nanosa se vraćaju u rečni tok i prate, kako bi se stekao uvid u dinamiku njihovog kretanja. Obeleživač može biti fluorescentna boja ili radioaktivni izotopi. Specifične metode se koriste za merenje kretanja dina, koje su osnovni vid kretanja vučenog nanosa u rekama sa peščanim nanosom. Najčešće se na dno postave 2 električne sonde. Na sondama se registruje izdizanje i spuštanje dna u toku vremena, a iz toga se određuje prosečna brzina kretanja posmatrane dine i njene dimenzije odnosno podatak o pronosu vučenog nanosa. Merenje pronosa suspendovanog nanosa. Osnovne karakteristike suspendovanog nanosa, koje su sastavni deo mnogih formula pomoću kojih se rešavaju inženjerski problemi u vezi sa nanosom, su njegova koncentracija i granulometrijski sastav, koje je moguće odrediti samo terenskim osmatranjima i merenjima, sa odgovarajućim laboratorijskim analizama. Ova merenja su dugotrajna i skupa, tako da ih treba pažljivo isplanirati. Merenjima se moraju obezbediti reprezentativne vrednosti merenih parametara.


104/220

5/25/2018



Merenje pronosa suspendovanog nanosa je zasnovano na istom principu kao i merenje proticaja vode (merenje u više vertikala i više tačaka u svakoj vertikali). Pri hidrometrijskom merenju se u tačkama u kojima se mere brzine vode, zahvataju i uzorci suspendovanog nanosa specijalnim hvatačima. Zato se ovaj tip merenja naziva kompletno merenje vode i nanosa. Da bi se merenjem obezbedile reprezentativne vrednosti merenih parametara, rad na terenu pri svakom kompletnom merenju treba da obuhvati: --

geodetsko snimanje merenje brzine vode hidrometrijskog u više vertikala,profila, zahvatanje uzoraka vode i nanosa, koje može biti: o hvatačem integratorom koji daje osrednjene vrednosti parametara nanosa u vertikali ili o hvatačem za lokalno uzimanje uzoraka, kojim se zahvata nanos u više ta čaka svake merne vertikale odnosno u svim ta čkama u kojima se meri brzina vode, - zahvatanje uzoraka materijala iz dna rečnog korita u svakoj mernoj vertikali. Međutim, najčešće se samo u određenim profilima vodotoka jednom dnevno ili u talasima velikih voda zahvataju uzorci vode. Uzorci se zahvataju u određenoj (referentnoj) tački, koja se najčešće nalazi na površini vode, a iz njih se određuje koncentracija nanosa CR. Vrednosti srednje profilske koncentracije se izračunavaju pomoću koeficijenta R koji se određuje na osnovu podataka kompletnog merenja, kao odnos srednje profilske koncentracije (C) i referentne koncentracije (CR): R 

C C R

Svakodnevne vrednosti pronosa suspendovanog nanosa se dobijaju iz: P  Q  C R  R  Q  C Kvalitet merenja zavisi od izabrane referentne tačke iz koje se uzimaju svakodnevni uzorci. Hvatači suspendovanog nanosa Zahvatanje uzoraka vode sa suspendovanim nanosom se obavlja pomo ću specijalnih hvatača (batometara). Ono se vrši postepenim, kontrolisanim punjenjem boce određene zapremine, koja predstavlja osnovni deo hvatača. Reprezentativnost uzorka suspendovanog nanosa obezbeđuje se zadovoljenjem kriterijuma matematske statistike, vodeći računa o hidrauličkim zakonima kretanja čestica u turbulentnom toku. Stoga se pri zahvatanju uzoraka suspenzije moraju poštovati osnovni principi: - Zapremina uzorka mora biti dovoljna za tačno merenje težina čvrste faze. Ona je obrnuto srazmerna kvalitetu laboratorijskih uslova, pribora i usluga; - Broj ponavljanja kod instrumenata sa trenutnim punjenjem, odnosno vreme zahvatanja suspenzije iz tačke kod instrumenata sa dužim punjenjem, moraju, kao i kod brzina, biti dovoljni za određivanje stvarne srednje vrednosti merene karakteristike; - Brzina ulaženja suspenzije u hvatač treba da je jednaka brzini toka u mernoj tački; - Batometri u kojima se uzorak direktno akumulira u mernoj tački, moraju da imaju hidrauli čki oblik, fiksiran položaj i ovazdušenje, a vreme držanja batometra u tački treba da približno odgovara vremenu punjenja; - U batometrima u kojima se uzorak od merne tačke do mesta izlivanja transportuje kroz crevo na izvesnu daljinu i visinu (vakuumni batometri) treba stvoriti takve uslove proticanja na tom putu, da nema mogućnosti segregacije ili lokalnog zadržavanja nanosa. Neki od poznatijih uređaja za merenja pronosa suspendovanog nanosa su: - Vakuum batometar konstruisan u Institutu "Jaroslav Černi" 1964. godine (VB) je hvatač kojim se uzimaju uzorci u više tačaka po vertikali. Razvijen je za velike ravničarske reke i može se korititi za brzine toka do 3 m/s i dubine do 50 m. Osnovne komponente instrumenta su vakuum pumpa, pretkomora za pražnjenje creva i komora zapremine 40 l 98 http://slide pdf.c om/re a de r/full/0358020131118re gula c ija r ije ka skr ipta 2013

105/220

5/25/2018



-

(slika 9.21). Vakuum batometar hvata i najsitnije čestice nanosa, tako da se njime određuje ukupni pronos suspendovanog nanosa odnosno suma "koritoformirajućeg" i "tranzitnog" suspendovanog nanosa. Hvatač-integrator US D-96, u koji se zahvata uzorak zapremine 3 l, može se koristiti do dubine do 30 m (slika 9.22). "Delftska boca" (Delft Bottle) za direktno merenje vremenski osrednjenog pronosa suspendovanog nanosa. Ovo je protoProblem čni hvataječ u se čestice nanosa zadržavaju usled usporavanja vode (slika 9.23). štokome se najsitnije čestice nanosa ne zadržavaju u komori, tako da se pri merenju javlja odre đena greška.

Slika 9.21: Vakuum batometar

Slika 9.22: Hvatač US D-96

Slika 9.23: Delftska boca

Slika 9.24: Aproksimacija pri merenju suspendovanog nanosa

Nijedan instrument ne može da meri koncentraciju nanosa pri samom dnu ni na samoj površini (slika 9.24). Visina vodenog stuba u kojoj se nanos ne može meriti zavisi od tipa instrumenta. Kako je u zoni blizu dna transport nanosa najintenzivniji, svako merenje ima određenu grešku. 9.5.3 Obrada merenja Analiza uzoraka zahvaćenih pri merenjima vrši se u laboratoriji. Analizom se određuje koncentracija suspendovanog nanosa i njegov granulometrijski sastav. Koncentracija suspendovanog nanosa ("mutnoća vode") je količina nanosa u jedinici zapremine vode (najčešće se izražava u gr/l ili kg/m3). Sadržaj čvrste faze u uzorku vode određuje se na dva č na ina: - Metodom isparavanja. Kada se nanos u uzorku vode istaloži, uzorak se suši u sušnici i meri na analitičkoj vagi. - Metodom filtriranja. Za razdvajanje čvrste i tečne faze se koriste papirni filtri – voda prolazi kroz filtar, a nanos se na njemu zadržava. Filtri se suše u sušnici i mere na analitičkoj vagi, tako da se masa nanosa dobija kao razlika mase filtera pre i posle merenja. Rezultati koji u velikoj meri zavise od korektnog sprovođenja postupka pri analizi, s obzirom na veliku higroskopiju filtera. Granulometrijski sastav se određuje postupcima koji su ve ć opisani.


106/220

5/25/2018



Pronos nanosa se određuje računskim putem, na osnovu podataka o izmerenim koncentracijama nanosa i brzinama vode. Obrada merenih parametara vode i nanosa (slika 9.25) obuhvata: - Definisanje brzine vode (V), koncentracije suspendovanog nanosa (C), specifičnog pronosa nanosa CsxV i granulometrijskog sastava nanosa u svakoj mernoj ta čki; - U svakoj mernoj vertikali određuje se raspored po dubini parametara V, C, W i CxV, a zatim integracijom određuju njihove srednje vrednosti u vertikali u kojoj se dubina vode h (m): V , C ,W , kao i jedinični protoci vode q (m3/s.m) i nanosa qs (kg/s.m); Jedinični pronos suspednovanog nanosa: q s  V  h  C kg / s  m -

Integracijom po širini rečnog toka određuju se srednje profilske vrednosti površine i dubine toka, brzine vode, koncentracije suspendovanog nanosa, protok vode Q (m3/s) i suspendovanog nanosa P (kg/s), kao i prosečna granulometrijska kriva suspendovanog nanosa. Ukupni pronos nanosa: B



P  q s ( y )dy

kg / s 

0

Srednja profilska koncentracija: C s 

Q P

kg / m  3

Slika 9.25: Obrada podataka merenja pronosa suspendovanog nanosa

9.5.4 Analiza podataka merenja Svrha merenja je uspostavljanje korelacione zavisnosti izme đu parametara režima nanosa (koncentracije C, krupnoćtakve e W, zavisnosti pronosa P)zai protoka vode reke (Q) uDunav. određenom profilu Na slikama 9.26 i 9.27 su prikazane jedan sektor Vidi se da sereke. parametri nanosa pri istom protoku veoma razlikuju, jer zavise od uslova u slivu i na uzvodnim sektorima vodotoka. Merenja se mogu iskoristiti za formiranje zavisnosti jediničnog pronosa suspendovanog nanosa qs (ili koncentracije C) od parametara rečnog toka, kao što su q (protok po jedinici širine), V (brzina toka), J (pad toka),  (vučna sila) itd. Na slici 9.28 prikazana je zavisnost qs (q) za reku Dunav. Za uspostavljanje kvalitetne korelacione veze izme đu protoka vode i pronosa nanosa potrebno je obezbediti svakodnevna merenja koncentracije tokom nekoliko godina. Najkvalitetnije su korelacije između srednjih mesečnih vrednosti protoka vode i pronosa nanosa (slika 9.29). One se mogu 100 http://slide pdf.c om/re a de r/full/0358020131118re gula c ija r ije ka skr ipta 2013

107/220

5/25/2018



koristiti za proračun krive trajanja pronosa nanosa na osnovu krivih trajanja protoka vode, koje su uspostavljene za višegodišnji period osmatranja. 0.20

2.0

do 1974 1974-1984 1985-2000

0.16

1.6

) 3 m / g k 0.12 ( r s C

) s / m c 1.2 ( r s

0.08

0.8



do 1974 1974-1984

0

2000

4000 Q (m3/s)

6000

8000

0

Slika 9.26: Zavisnost koncentracije suspendovanog nanosa od protoka vode 6

5

4

1985-2000

0.4

0.04

4000 Q (m3/s)

6000

8000

Slika 9.27: Zavisnost hidrauli č ke krupnoć e suspendovanog nanosa od protoka vode

Природни режим - узводно од ушћа Тисе

) s /

Природни режим - цео СЦГ сектор Дунава Природни режим - низводно од ушћа Тисе Мерења узводно од ушћа Тисе Мерења низводно од ушћа Тисе qs = 2 f(q) qs = 0.5 f(q)

g k ( 1000 s e m . r s P

) m . s / g 3 k ( s q

2000

VEG VVEG

100

2

1

10 1000

0 0

1

2

3

4

5

6

7

8 3

9

10

11

12

13

14

15

16

10000

Qsr.mes (m3 / s)

.

q (m /s m)

Slika 9.28: Zavisnost jedini č nog pronosa suspendovanog nanosa od jed. protoka vode

Slika 9.29: Korelacija srednjeg meseč nog protoka vode i srednjeg meseč nog pronosa nanosa

9.6 KRETANJE REČNOG NANOSA 9.6.1 Uvodne napomene Fenomen transporta rečnog nanosa je povezan sa mnogim promenljivim veličinama, U literaturi se navode sledeći najznačajniji parametri od kojih zavisi pronos nanosa kroz poprečni profil vodotoka: 1. Svojstva vode i nanosa: gustina vode (), gustina nanosa (s), viskoznost vode (najčešće se izražava pomoću kinematičkog koeficijenta viskoznosti ); 2. Krupnoća i granulometrijski sastav nanosa: srednja krupnoća nanosa u dnu (dsr ), karakteristični prečnik nanosa u dnu (d), srednja hidraulička krupnoća nanosa (Wsr ); 3. Parametri oblika rečnog korita: površina poprečnog preseka rečnog toka (A), širina vodnog ogledala (B), srednja dubina toka (H); 4. Hidrauličke karakteristike rečnog toka: protok vode (Q ili q), srednja brzina toka (V) i hidraulički gradijent (J), kao i neke izvedene veličine, kao što su tangencijalni napon () i brzina trenja (V*). Ovi parametri i različiti bezdimenzioni brojevi u kojima se oni kombinuju čine osnov za definisanje: 101 http://slide pdf.c om/re a de r/full/0358020131118re gula c ija r ije ka skr ipta 2013

108/220

5/25/2018



- uslova pokretanja nanosa sa rečnog dna i - funkcija kojima se opisuje transport nanosa u rečnom koritu. Opšta dimenzionalna zavisnosti je: f ( ρ,V , H , ν, ρ s  ρ, d , g , q )  0 odakle se transformacijom parametara dobija izraz: f ( g  2 d , h , q )  0 V d V  h

a zatim: f (

d τ / ρ ν

, g ( ρ s

τ

 ρ)d

,

q g    d 3

)  0

odnosno: f (Re* , ,  )  0

gde je: Re*

 d V * - Rejnoldsov broj zrna ν

 - bezdimenzioni tangencijalni napon, parametar pokretanja (Šildsov broj)  - parametar transporta ili intenzitet transporta. Oblik funkcije se određuje laboratorijskim ekperimentima i prezentira u vidu korelacionih dijagrama. 9.6.2 Pokretanje vučenog nanosa Čestica nanosa počinje da se kreće tek u trenutku kada hidraulički parametri u blizini dna (brzina ili tangencijalni napon) dostignu određenu vrednost, koja se naziva kriti čnom (oznaka kr). Poznavanje početka kretanja nanosa je vrlo značajno, jer ove veli čine učestvuju u skoro svim obrascima za proračun transportne sposobnosti rečnog korita u pogledu nanosa. Ukoliko su poznati uslovi pokretanja nanosa moguće je odrediti takve osnovne karakteristike veštačkog vodotoka (kanala) pri kojima će korito biti stabilno.

Kritična brzina toka. U laboratorijskim uslovima se utvr đuje empirijska veza dva bezdimenziona broja: V g    d

H ) d

 f (

Jedan od najpoznatijih izraza za kritičnu brzinu toka (Vkr ) definisao je Gončarov: Vkr 

2( ρ s

 ρ)

3,5 ρ

g  d sr log(

8,8 H ) d 90

gde je: H – srednja dubina [m] dsr – merodavni (srednji) prečnik nanosa [m] d90 – prečnik zrna nanosa zastupljenosti 90% [m] Do pokretanja nanosa dolazi kada je V  V kr . Pored empirijskih izraza, u praksi se koriste i empirijski dijagrami (slika 9.30) ili podaci o maksimalnoj dozvoljenoj brzini neobloženih kanala (tabela 9.4). Ukoliko se pomoću dijagrama na 102 http://slide pdf.c om/re a de r/full/0358020131118re gula c ija r ije ka skr ipta 2013

109/220

5/25/2018



slici 9.30 određuje kritična brzina u kanalu čija je dubina H1 različita od H=1 m vrednost treba pomnožiti korekcionim faktorom: H k  ( 1 )1/ 6 H

Slika 9.30: Dijagram za određ ivanje kriti čn e brzine u vodi dubine H=1 m Tabela 9.4: Maksimalne dozvoljene brzine u pravolinijskim neobloženim kanalima

Vrsta materijala Fini pesak Peščana glina Prašinasta glina Aluvijalna prašina Tvrda glina Aluvijalna prašina

V (m/s) 0.75 0.75 0.90 1.00 1.00 1.50

kriljcišljunak Sitan Krupan šljunak Vrlo krupan šljunak

1.80 1.50 1.80 1.70

Kritični tangencijalni napon se može izraziti u funkciji Rejnoldsovog broja zrna nanosa:



τ g ( ρ s

 ρ)d



V *2 g    d

 f (Re* )

gde je:  - Šildsov broj ili bezdimenzioni tangencijalni napon Re*

 d νV * - Rejnoldsov broj zrna

Zavisnost koju je eksperimentalno defisao Šilds prikazana je na slici 9.31. Oblast mirovanja nanosa ( τ kr / τ  1) se nalazi ispod krive, dok je oblast kretanja nanosa ( τ kr / τ  1) iznad nje. Dijagram se može direktno koristiti ako se za poznati pre čnik zrna nanosa (dsr ) sračunaju  i Re* .


110/220

5/25/2018



Slika 9.31: Šildsov dijagram

Modifikavan Šildsov dijagram. Ukoliko se umesto Re* uvede kao nova promenljiva bezdimenzioni prečnik zrna: D*

g    d ( 2 )1/ 3 ν

Šildsova zavisnost se može iskazati u sledećem obliku:

0,24  D*1  1  D*  4  0,64 0,14  D*  4  D*  10  kr  0 ,04  D*0,1  10  D*  20  0, 29 * * 0 , 013 D    20  D  150 0,056  D*  150  U prirodnim rečnim tokovima granulometrijski sastav nanosa nije uniforman. To utiče na pokretanje zrna nanosa, jer su sitnije frakcije pokrivene krupnijim, tako da je njihova pokretljivost manja nego da su direktno izložene uticaju rečnog toka. Kako se sitnije frakcije lakše odnose, nastaje segregacija nanosa po krupnoći, tako da na površini rečnog korita ostaju najkrupnije frakcije. Ova pojava se naziva armiranje ili samopopločavanje dna (slika 9.32).

Slika 9.32: Samopoploč avanje reč nog dna


111/220

5/25/2018



9.6.3 Nastanak suspenzije Sa povećanjem brzine toka i tangencijalnog napona povećava se broj zrna nanosa koje se kreću saltacijom. Dužina skokova se povećava sve dok oblak čestica ne počne da se kreće u suspenziji. Gruba procena trenutka u kome vučeni nanos prelazi u drugi vid kretanja (u suspenziji) može se dati na osnovu krupnoće zrna. Brojni autori su u laboratorijskim uslovima ispitivali ovaj fenomen i definisali kriterijume koji uvek imaju oblik

V * W

 const

gde je: V * 

τ ρ

brzina trenja ili smičuća brzina

W – brzina tonjenja čestice nanosa. Na osnovu istraživanja brojnih autora, definisan je približni kriterijum: V * W

 0,2  2

9.6.4 Proračun pronosa nanosa U praksi postoji širok dijapazon zadataka u kojima je potrebno odrediti pronos nanosa u prirodnim vodotocima sa pokretnim dnom (aluvijalnim vodotocima). To su, na primer, analize i proračuni zasipanja akumulacija, erozije dna nizvodno od brane, lokalne erozije ili zasipanja oko regulacionih građevina, efekata eksploatacije peska i šljunka, uticaja morfoloških promena na nivoe voda itd. Proračun pronosa nanosa predstavlja jednu od najzna čajnijih i najosetljivijih komponenti re čne hidraulike. Naime, različite formule kojima se definiše transportni kapacitet za nanos daju razli čite rezultate, a velike margine greške dovode u pitanje svrhu razvoja složenijih modela proračuna kojima se rešavaju važni inženjerski zadaci. Istovremeno, postoji veliki broj formula za proračun pronosa vučenog nanosa, suspendovanog nanosaprve i ukupnog koritoformiraju ćeg nanosa (total bed-material koje su razvijeneformule, posle pojave formule Du Boys-a (1879). Sve te, potpuno različite load), i uglavnom empirijske nastale su uspostavljanjem korelacija između parametara kojima se opisuju svojstva fluida i nanosa, njihovo kretanje i interakcije. I pored izuzetnih napora koji su do sada uloženi u istraživanje parametara koji utiču na izuzetno složen proces transporta nanosa, univerzalno primenljiva rešenja nisu nađena i istraživanja se nastavljaju. Proračun pronosa vučenog nanosa Za proračun pronosa vučenog nanosa se koriste brojne empirijske formule, koje su izvedene skoro isključivo na osnovu rezultata laboratorijskih ispitivanja. Poznato je, naime, da su merenja kretanja vučenog nanosa u prirodnim vodotocima opterećena velikim greškama, a praktično nemoguća u periodima velikih voda, kada se jedino i pokreću značajnije količine nanosa. Zbog toga jedinu podlogu za razvoj formula predstavljaju podaci laboratorijskih merenja (vršenih u kontrolisanim uslovima, sa manje-više jednolikim uslovima tečenja), kao i određene racionalne pretpostavke o režimu kretanja nanosa. U raspoloživoj svetskoj i domaćoj literaturi navodi se veliki broj formula za pronos vučenog nanosa: Meyer-Peter-Muller, Engelund-Hansen, Bagnold, Einstein, Einstein-Brown, van Rijn, Karaushev, Shamov, Levi, Goncharov itd. Najpoznatija je formula Majer-Peter-Milera (Meyer-Peter-Muller, skraćeno MRM, 1948), koja se uobičajeno koristi za proračun transporta nanosa na vodotocima sa šljunčanim dnom. Bazira se na kritičnom tangencijalnom naponu:


112/220

5/25/2018


REGULACIJA RIJEKA, SKRIPTA, Dr Marina Babi ć Mladenovi ć τ kr ( ρ s

 ρ)  g  d

 const  0,047

gde je: ρs – gustina nanosa = 2650 [kg/m 3] ρ - gustina vode, [kg/m3] 2

g – gravitaciono ubrzanje [m/s ] d – srednji prečnik zrna nanosa [m] Autori su merenjima uspostavili sledeću linearnu zavisnost između intenziteta transporta  i Šildsovog broja :

  0,047  0,25   2 / 3 gde je 0,047 odsečak na ordinati , a=0,25 nagib prave. Ukoliko se na vodotoku izvrši dovoljan broj merenja, moguće je uspostaviti sličnu linearnu zavisnost, koja je prilagođena tom vodotoku. Gornja jednačina se transformiše u izraz za jedinični pronos vučenog nanosa qv [kg/ms]: qv  C mp ( τ 0  τ kr )3 / 2 gde je: kr – kritični tangencijalni napon 0 – tangencijalni napon koji se ra čuna iz izraza:

 n  τ 0   r   n 

3/ 2

 Qs     ρ  g  H  J  Q 

gde je: nr – koeficijent rapavosti koji zavisi od krupnih zrna nanosa: nr 

1/ 6 d 90

26

n – koeficijent rapavosti po Maningu Qs – deo protoka koji utiče na transport nanosa H – srednja dubina ili hidraulički radijus J – pad linije nivoa. Konstanta Cmp se računa iz: C mp



a 3 / 2

(

ρ s

g ρ ρ s

 ρ

)

Ukupan pronos vučenog nanosa kroz poprečni presek [kg/s]: Gv = qv Bv gde je Bv - širina pojasa u kome se kreće vučeni nanos zavisi od hidrološkohidrauličkih uslova. Približno je jednaka širini vodnog ogledala za malu vodu. Obrazac Gončarova je namenjen vodotocima sa sitnim peš čanim nanosom, krupnoće ispod 1,5 mm, a zasniva se na kritičnoj brzini pri kojoj dolazi do kretanja nanosa. Jedini čni pronos nanosa qv [kg/ms] se računa na osnovu sledeće jednačine:

 V 3  qv  ρ s  2(1  α )  d  V kr  (  1)    1 V kr  V kr   V

gde koeficijent  zavisi od krupnoće nanosa:


113/220

5/25/2018



d50 (mm) 

0.1 7.30

0.2 3.25

0.4 2.09

0.6 1.67

0.8 1.42

1.0 1.25

1.2 1.15

1.5 1.02

Proračun pronosa suspendovanog nanosa Za razliku od čisto empirijskog pristupa u slučaju vučenog nanosa, proučavanje suspendovanog nanosa se bazira na teoriji turbulencije i pouzdanim merenjima u laboratoriji i u prirodi. Ukoliko se usvoji da raspored brzine ima oblik logaritamske funkcije, raspored koncentracije suspendovanog nanosa (slika 9.33) se može odrediti na osnovu sledeće jednačine Rausa: C ( z ) C a

H  z

(

z



a H  a

*

) Z

gde je: z – rastojanje od dna a – referntno rastojanje od dna (približno 0,01 N - 0,05N). N – dubina vode dok se bezdimenzioni eksponent naziva suspenzioni broj i računa iz: *

Z

W

 β  κ  V *

Može se usvojiti da je koeficijent 1, =0.2 do 0.4.

Slika 9.33: Raspored koncentracije suspendovanog nanosa

Jedinični pronos suspendovanog nanosa se može dobiti integracijom po dubini toka: H

q s

  C  z   V  z   dz a

Ukupni pronos nanosa se dobija integracijom jediničnog pronosa po širini korita. Formulom Rosinski-Kuzmin se određuje transportni kapacitet vodotoka za suspendovani nanos odnosno najveća količina nanosa koju vodotok može proneti u datim uslovima:

 V 3   C  η  R  W 

gde je  – parametar [kgs2/m4] koji se određuje tariranjem na osnovu podataka merenja. Teorijski su definisane dve vrednosti: = 0,024 (vrednost iznad koje počinje taloženje) i = 0,001 (vrednost ispod počinje erozija) V – srednja profilska brzina [m/s] R – hidraulički radijus [m] W – srednja hidraulička krupnoća nanosa [m/s] 107 http://slide pdf.c om/re a de r/full/0358020131118re gula c ija r ije ka skr ipta 2013

114/220

5/25/2018



Pronos suspendovanog nanosa (Ps) se računa množenjem koncentracije suspendovanog nanosa (C) i protoka (Q): P s  C  Q Proračun pronosa ukupnog koritoformirajućeg nanosa Ranije je uobičajena praksa bila da se odvojeno računaju količine vučenog i suspendovanog nanosa. Međutim, u novije vreme koriste se i formule za proračun "ukupnog nanosa" odnosno ukupne količine nanosa koji učestvuje u morfološkim procesima ("koritoformirajući" nanos). Za proračun pronosa ukupnog nanosa, odnosno sume vu čenog i suspendovanog nanosa, takođe se koriste brojne formule: Einstein, Toffaleti, Engelund-Hansen, Ackers-White, Yang, Brownlie, van Rijn. U ovoj vrsti formula se koli čina suspendovanog nanosa dobija integracijom koncentracije po vertikali, s tim što se koncentracija pri dnu toka određuje na bazi pronosa vučenog nanosa. One su u potpunosti empirijskog karaktera, iako se u njihovom razvoju polazi od određenih teorijskih postavki. Takođe, postoji nekoliko formula za proračun ukupnog nanosa, koje su razvijene primenom regresione analize na velike baze podataka: Karim-Kennedy, Yang. U program HEC-RAS ugrađene su formule Ackers-White, Engelund-Hansen, Laursen-Copeland, Meyer Peter Muller, Toffaleti, Yang, Wilcock, koje se standardno koriste u USA i Evropi. Korisniku programa se prepušta da odluči koju će izabrati, u skladu sa raspoloživim podacima (tabela 9.5) i tipom vodotoka. Tabela 9.5: Pregled potrebnih ulaznih podataka za primenu formula za prorač un pronosa nanosa

Autor

Godina

Ackers-White Einstein-Brown Engelund-Fredsoe Engelund-Hansen Inglis-Lacey Karim-Kennedy

1973 1950 1976 1976 1968 1981

Meyer-Peter-Muller van Rijn Schoklitch Toffaleti Yang

1948 1984 1969 1976

Karakteristike nanosa d35, s d50, s d50, s d50, s d50, s d50, s

Karakteristike fluida , ν , ν , ν  , ν , ν

Karakteristike toka V, H, u* (ili J) u*b (ili Rb i J) V, H, J V, u* (ili R i J) V, H H, q, J

Zavisno promenljiva qt qB qS i qB qt qt qt

, ν , ν , ν, T , ν

V, u*b (ili Rb i J) V, H, J q, J V, H, J V, H, J

qB qS i qB qB qS i qB qt

d90, dsi, s, pi d16,d50,d84,d90, s dsi, pi d65, s , dsi, pi d50, s

U nastavku su, kao primer, date formula van Rijn-a za određivanje jediničnog pronosa vučenog nanosa (qv) i jediničnog pronosa suspendovanog nanosa (qs). 2.4

 V  V cr   d 50 1.2     0.005  0.5  V  H  (  g  d 50 )   H  qb

2.4 d   V  V cr 0.5    0.012   50  ( D* )  0.6 V  H  (  g  d 50 )   H  D*  d 50 ((S  1)  g / ν 2 )1 / 3

q s

V cr  0.19(d 50 )0.1 log(

12 H 3 D90

)

12 H V cr  8.5(d 50 ) 0.6 log( ) 3d 90

0.1 mm  d 50

 0.5 mm

0.5 mm  d 50

 2 mm


115/220

5/25/2018



Zaključna razmatranja Kada se javi potreba da se prakti čno primeni neka formula, istraživač/projektant se suočava sa brojnim teorijama o transportu nanosa, od kojih je svaku pojedinačno razvio kompetentan autor, ali često na bazi ograničenog obima podataka. Postavlja se pitanje: Koja formula za pronos nanosa bi najviše odgovarala konkretnim uslovima na posmatranom sektoru vodotoka? Iako se u literaturi može na ći prikaz veoma velikog broja formula za određivanje pronosa nanosa, uporedne su relativno retke. U većini uporednih analizamerenja, ispitivana je tačnost formula naanalize osnovuformula određene baze podataka laboratorijskih i terenskih uglavnom bez davanja detaljnih informacija o izmerenim hidrauličkim parametrima i karakteristikama nanosa. Rezultati uporednih analiza pokazuju da formule daju izuzetno velike razlike u odnosu na merene vrednosti, što je ilustrovano na slikama 9.34 i 9.35. Vidi se da u nekim slučajevima računske vrednosti odstupaju 10 puta od merenih.

Slika 9.34: Pronos nanosa u funkciji protoka vode na osnovu merenja i prorač una


116/220

5/25/2018



Slika 9.35: Upoređ enje merenog i rač unatog pronosa nanosa

Najbolji način za izbor odgovarajuće formule je sledeći: - odrediti koja se vrsta podataka može obezbediti terenskim merenjima u okviru predviđenog vremena, sredstava i drugih ograničenja; - pregledati sve raspoložive formule i izabrati formule sa nezavisnim promenljivima koje se mogu odrediti u okviru planiranog obima terenskih merenja; - uporediti stanje na terenu i ograničenja razmatranih formula. Ako se u datim uslovima može koristiti više formula, posle njihove primene treba uporediti rezultate; - posle upoređenja sa terenskim merenjima pronosa nanosa odlučiti koja formula daje najbolje rezultate i nju primeniti za proračun pronosa nanosa u drugačijim uslovima, kada nije moguće izvršiti merenja.

9.7 DEFORMACIJA REČNOG KORITA Kada se poremeti prirodna ravnoteža hidrauličkog režima i režima nanosa vodotoka regulacionim radovima ili izgradnjom objekata u re čnom koritu, dolazi do deformacije korita (erozije ili zasipanja dna) ili promene položaja korita u planu. 9.7.1 Opšta deformacija Opšta deformacija je posledica uzajamnog dejstva re čnog toka i rečnog korita na dužoj rečnoj deonici. Analiza opšte deformacije se sastoji u proceni prosečnih promena koje će se desiti u vodotoku usled izmene režima nanosa ili regulacionih radova. Najčešći primeri su: - Analiza erozije korita izazvane prolaskom poplavnog talasa - Prognoza erozije nizvodno od brane - Prognoza zasipanja akumulacije - Analiza deformacije korita u zoni ušća - Planiranje bagerskih radova i prognoza efekata ovih radova - Analiza deformacije korita usled mostovskih suženja.


117/220

5/25/2018



Za analizu fenomena opšte deformacije se najčešće koriste matematički modeli. Matematički modeli su bazirani na rešavanju osnovnih jedna čina mehanike fluida koje opisuju kretanje mešavine vode i nanosa iznad pokretnog rečnog dna i pomoćnih jednačina kojima se opisuje kretanje nanosa. Posle definisanja početnih i graničnih uslova, sistem jednačina se rešava primenom odgovarajućih numeričkih metoda i uz određene pretpostavke i uprošćenja. Šematizacija procesa je prikazana na slici 9.36.

Slika 9.36: Šema prorač una opšte deformacije korita (primer zasipanja akumulacije)

Na osnovu bilansa nanosa na jednoj deonici računa se promena kote dna u određenom periodu vremena:

 z i 

 q s i  qb i t  xi  g  ρ s

U novijoj svetskoj literaturi se može na ći opis velikog broja matematičkih modela opšte deformacije (posebno za prognozu zasipanja akumulacija), koji se razlikuju po primenjenim formulama za proračun pronosa nanosa, pretpostavkama i empirijskim koeficijentima, numeri čkim metodama itd. Savremeni matematički modeli zasipanja akumulacija uključuju modele za strujanje vode, transport vučenog nanosa, transport nanosa u suspenziji, razmenu nanosa između ova dva različita transportna mehanizma, kao i deformaciju (zasipanje ili eroziju) rečnog korita. Kompletna strujanja i transportačestice nanosa delisesekre naćuaktivni prinanos, dnu korita iznad njega.oblast Aktivni sloj predstavljaju koje kao vusloj čeni kao ii čsuspenziju estice na dnu i neposredno ispod površine dna, koje su direktno izložene vodenoj struji. U modelu se prirodna mešavina nanosa deli na pogodan broj frakcija, pa se posebno modelira ponašanje svake frakcije. Ovakav pristup ostavlja mogućnost da se svaka frakcija, zavisno veličine čestica i lokalnih hidrauličkih uslova, kreće bilo kao vučeni nanos, kao suspendovani nanos ili da miruje. Kompletan sistem jednačina za nanos, zasnovan na prethodnim principima, na odgovarajući način opisuje ponašanje mešavine različitih frakcija i omogućava da se modeliraju prirodne pojave kao što su samopopločavanje rečnog korita ili selektivno deponovanje (tzv. hidrauličko sortiranje) čestica različitih veličina na različitim lokacijama u akumulaciji. U slu čaju degradacije (erozije) rečnog korita, model omogućava da se simulira razmena materijala između aktivnog sloja i nanosa u slojevima ispod površine rečnog dna. U slučaju agradacije (zasipanja), moguće je modelirati formiranje slojeva različitih karakteristika. Kao rezultat modeliranja dobijaju se, pored uobičajenih veličina kojima se opisuje te čenje vode u akumulaciji, i ukupna (kumulativna) deformacija rečnog korita, koncentracije suspendovanog nanosa za svaku od izabranih frakcija, kao i procenti svih frakcija u aktivnom sloju tj. na rečnom dnu i u slojevima ispod površine dna. Iz ovakvih rezultata se lako generišu ostale veličine kao što su ukupna koncentracija suspendovanog nanosa, pronos suspendovanog nanosa (ukupan ili po frakcijama), pronos vučenog nanosa (ukupan ili po frakcijama), itd. Matematičke modele za prognozu deformacije korita mogu koristiti samo obučeni specijalisti, a oni zahtevaju veliki obim različitih ulaznih podataka.


118/220

5/25/2018



Opšta deformacija rečnog korita u zoni mostovskog suženja Opšta deformacija korita je posledica smanjenog proticajnog profila za velike vode usled mostovskog suženja. Smanjenje proticajnog profila dovodi do pove ćanja prosečne brzine i vučne sile toka u suženju, tako da dolazi do erozije (više nanosa se pokreće nego što dolazi). Proces erozije se odvija sve dok se ne uspostavi novo ravnotežno stanje (količina nanosa koji ulazi u deonicu izjednači sa izlaznim količinama). Ovaj vid opšte pokazuje se korito zasipadeformacije u periodu malih voda.ciklične promene – erozija je izražena tokom velikih voda, dok Generalno, sledeći faktori izazivaju opštu deformaciju u zoni mostovskog suženja (slika 9.37): - oslonci mosta ulaze u korito, - stubovi blokiraju veliki deo proticajnog profila, - prilazi zatvaraju korito za veliku vodu. Proračun opšte erozije zavisi da li se ona odvija u uslovima „čiste vode“ (odnosno bez nanosa) ili postoji kretanje nanosa. Uslovi „ čiste vode“ postoje ukoliko je u koritu vrlo krupan nanos ili je došlo do „samopopločavanja“ dna. Насута рампа Насута рампа

Насута рампа Насута рампа

Дно пре изградње моста Општа ерозија

Локална ерозија око стубова

Slika 9.37: Erozija reč nog korita u zoni mosta

Opšta erozija korita u kome se odvija transport nanosa, što je najčešći slučaj u prirodnim vodotocima, računa se na osnovu sledećih jednačina: h s  h 2  ho

 Q  h2  h1  1   Q2 

6/ 7

k 1

 B1     B2 

gde je: hs = produbljenje korita (m) ho = srednja dubina toka pre izgradnje mosta (m) hl = srednja dubina toka u osnovnom koritu, uzvodno od suženja (m) h2 = srednja dubina toka u suženju (m) Q1 = protok u osnovnom koritu uzvodno od suženja (m3/s) Q2 = protok u suženju (m3/s) Bl = širina dna uzvodno od suženja (m) B2 = širina dna u suženju, umanjena za širinu stubova (m) k1 = eksponent dat u tabeli 9.6.


119/220

5/25/2018


REGULACIJA RIJEKA, SKRIPTA, Dr Marina Babi ć Mladenovi ć Tabela 9.6: Vrednosti eksponenta k 1

V /W *

k1

Vid transporta nanosa

< 0.5

0.59

Uglavnom vučeni nanos

0.5 to 2.0

0.64

Nešto suspendovanog nanosa

> 2.0

0.69

Uglavnom suspendovani nanos

gde je: V* - brzina trenja na uzvodnom profilu (m/s) V *  gh1 J

W - hidraulička krupnoća nanosa u dnu (m/s) J - pad linije energije u osnovnom koritu (-). 9.7.2 Lokalna deformacija Lokalna deformacija je posledica naglog poremećaja polja brzina, koji je koncentrisan na jednom lokalitetu. To su najčešće: - lokaliteti sa nepovoljnim morfološkim karakteristikama rečnog korita (na pr. oštra krivina, suženje korita) - regulacione građevine (naperi, pragovi, pregrade) - objekti u koritu (mostovski stubovi, vodozahvati, ispusti). U zoni objekata je strujno polje izrazito prostorno, pa se koriste približni hidraulički proračuni ili fizički model. Lokalna deformacija rečnog korita u zoni mostovskih stubova U građevinskoj praksi se često sreće potreba da se spreči rušenje mostova čiji su temelji potokopani lokalnom erozijom rečnog dna. Primeri stubova ugrožnjnih erozijom su dati na slici 9.38.

Slika 9.38: Lokalna erozija oko mostovskih stubova

Dubina lokalne erozije se meri na hidrauličkim modelima sa pokretnim dnom (slika 9.39), kako bi se proučio mehanizam erozije i definisao izraz za određivanje maksimalne dubine erozije. U novije vreme se za proračune koriste i računski modeli (slika 9.40).


120/220

5/25/2018



Slika 9.39: Model sa pokretnim dnom za ispitivanje erozije oko mostovskog stuba

Slika 9.40: Rezultati numeri č kog modela defomacije

Istraživanja su pokazala da je lokalna erozija posledica složenog vrtložnog strujanja oko stuba (slika 9.41), koji ima oblik potkovice. Eroziona jama brzo raste do određene ravnotežne dubine, koja zavisi od uslova u kojima se proces odvija: - ako se odvija u uslovima „čiste vode“ (odnosno ako nema kretanja nanosa u vodotoku), jama kontinuirano raste dokle god postoje uslovi za izbacivanje nanosa iz nje, - ako se odvija u uslovima „pokretnog dna“, rast jame je sporiji, a ravnotežna dubina se postiže kada se izladnače ulaz i izlaz nanosa iz jame. таласи

Ерозиона јама

Slika 9.41: Vrtlog u obliku potkovice se stvara pri opstrujavanju mostovskog stuba

Proračun dubine lokalne erozije oko mostovskog stuba uzima u obzir: dimenzije i oblik stuba, njegov položaj u odnosu na tok i hidrauli čke karakteristike toka. U literaturi postoji veliki broj empirijskih obrazaca za proračun lokalne deformacije oko mostovskih stubova. Najpoznatiji obrazac, koji je godinama potvr đivan u svetskoj praksi, je obrazac CSU (Colorado State University): he h

b   2  K 1  K 2   s   h 

0, 65

 Fr 0, 43

gde he – je: najveća eroziona dubina u odnosu na referentno dno korita, h – lokalna dubina u neporemećenom strujnom polju uzvodno od stuba, bs – širina stuba [m], Fr= V/(g h)1/2 – lokalni Frudov broj, V – brzina toka osrednjena po dubini h [m/s], g – gravitaciono ubrzanje, K1 – koeficijent koji odražava uticaj oblika stuba (uglavnom je K1=1) K2 – koeficijent koji odražava uticaj napadnog ugla pod kojim tok deluje na stub (ako su osovina stuba i pravac toka isti K2=1, a vrednost koeficijenta ide i do 5, ako je ugao 90o). 114 http://slide pdf.c om/re a de r/full/0358020131118re gula c ija r ije ka skr ipta 2013

121/220

5/25/2018



Za proračun lokalne erozije merodavni protok je onaj koji potpuno ispunjava osnovno korito. Lokalna deformacija rečnog korita u zoni poprečnih građevina Lokalna erozija se javlja u zoni poprečnih građevina, kao što su oporci mosta, naperi, prilazne mostovske konstrukcije itd. Strujno polje koje dovodi do erozije je ilustrovano slikom 9.42, a posledice slikom 9.43.

Slika 9.42: Opstrujavanje popreč ne građ evine

Slika 9.43: Lokalna erozija kod popreč ne građ evine

Konačna dubina erozione jame se može proceniti na osnovu izraza: he h he h

 L   C 2  e   h 

2/5

Fr 1 / 3

Le h Le

 4 Fr

1/ 3

h

 25

 25

gde je Le – dužina poprečnog objekta u rečnom koritu; C2=1,1 ako su stranice zakošene, C 2=2,15 ako su vertikalne.

9.8 OSVRT NA PROBLEME VEZANE ZA NANOS 9.8.1 Zasipanje akumulacija Dugoročno posmatrano, u prirodnom rečnom toku postoji veoma osetljiva dinamička ravnoteža između protoka, brzina i dubina vode, koncentracije i krupnoće nanosa, morfoloških karakteristika vodotoka (oblik i dimenzije poprečnog profila, pad dna, oblik trase) i hidrauličkih otpora. Izgradnja brane sa akumulacijom izaziva poremećaj dinamičke ravnoteže u kojoj se nalazi prirodni vodotok, sa efektima koji se osećaju u prostoru akumulacije i propagiraju uzvodno i nizvodno od profila brane. Pored nanosa sa sliva, u jezero dospevaju i izvesne količine nanosa koje nastaju kao posledica procesa litoralne abrazije - erozije obala jezera usled dejstva talasa (od vetra ili plovila) ili promena nivoa vode u akumulaciji. U zoni prostiranja uspora od brane i u prostoru same akumulacije odvija se proces taloženja nanosa. Položaj i oblik nanosnih naslaga u određenoj akumulaciji zavise od više razli čitih faktora: veličine, oblika i pada dna akumulacije; izvora, koli čina i karakteristika nanosa (krupnoća, mineralni sastav, hemijsko-biološki procesi koji dovode do flokulacije čestica i dr.); režima rada akumulacije; veličine, učestalosti i redosleda pojavljivanja poplavnih talasa; pojave konsolidacije naslaga pod uticajem hemijskih i bioloških procesa; prisustva vegetacije; karakteristika ispusnih objekata na brani (vrsta i položaj ispusta); drugih karakteristika akumulacije. Snimanja stanja dna postojećih akumulacija su pokazala da se u jednom jezeru najčešće javlja više tipova nanosnih naslaga. Krupne frakcije nanosa se najčešće zadržavaju na uzvodnom kraju, 115 http://slide pdf.c om/re a de r/full/0358020131118re gula c ija r ije ka skr ipta 2013

122/220

5/25/2018



formirajući deltu, dok se finije čestice nanosa kreću i u prostoru akumulacije i talože u znatno širem prostoru. Najčešće se najsitnije čestice nanosa talože tek u najdubljim delovima akumulacije ili, u slučaju vrlo finog nanosa, ostaju u suspenziji i prelaze preko objekta. Istaložavanje nanosa u akumulaciji ima brojne nepovoljne posledice, kao što su: smanjenje korisne zapremine, nastanak sprudova koji ometaju plovidbu ili umanjuju estetske kvalitete akumulacije, zamuljenje i pogoršanje kvaliteta vode, i dr. U slučaju nekih akumulacija, taloženja tako intenzivan damogu se korisna zapremina akumulacije veoma brzo gubi.proces Troškovi stalnogjeuklanjanja nanosa biti tako veliki da se dovodi u pitanje ekonomska opravdanost iskorišćavanja objekta. Čak i ako proces nije intenzivan, taloženje nanosa u akumulaciji predstavlja problem za njene korisnike, jer nanosne naslage mogu da ometaju ili onemoguće funkcionisanje objekata u akumulaciji. U slučaju akumulacija sa hidroenergetskom namenom, smanjenje korisne zapremine predstavlja veliki problem. Zbog smanjenja zapremine akumulacije mora se promeniti režim rada hidroelektrane, uz smanjenje energetske proizvodnje, a redukuje se i proizvodnja postrojenja tokom kritičnih perioda - kada je potrošnja velika, a dotok u akumulaciju nedovoljan. Pored toga, nanosne naslage mogu da ugroze sigurnost i funkcije brane i hidroelektrane. Najpre, postoji mogućnost da istaloženi rečni nanos, zatvori ulaz u evakuacione organe (ispuste) na brani ili ulaze u turbine. Oštećenja turbina, usled abrazivnog dejstva nanosnih čestica, takođe su nepovoljna pojava koja se često javlja. U akumulaciji se zadržavaju skoro sve frakcije nanosa, tako da se iz nje ispušta relativno čista voda. Ispuštanje vode neopterećene nanosom kroz ispuste, turbine ili preko preliva, dovodi do poremećaja prirodnog kvazi-ravnotežnog režima vodotoka na sektoru nizvodno od akumulacije. Naime, s obzirom da u vodotoku postoji višak energije, jer nije zadovoljen njegov transportni kapacitet za nanos, dolazi do pokretanja čestica nanosa iz rečnog dna. Rezultat je pojava erozije rečnog dna, koja postepeno napreduje u nizvodnom pravcu, prolazeći kroz više faza. Tokom procesa degradacije korita, finije čestice nanosa će se pokretati pre nego krupne. Stoga će dno biti pokriveno sve krupnijim nanosom, koji će se sve sporije kretati, dok na kraju kretanje ne prestane (efekat "samopopločavanja" rečnog dna). Erozija dna počinje da napreduje od profila brane u nizvodnom smeru. Naime, kako se na jednoj deonici završi proces samopopločavanja, proces erozije se pomera na nizvodnu deonicu, itd. Postepeno se, međutim, postiže relativna ravnoteža re čnog dna, jer se, usled erozije, smanjuje pad dna, što doprinosi smanjenju brzina i usporavanju procesa degradacije korita. Uslovi za pokretanje krupnog šljunka i oblutaka javljaće se samo u ekstremnim hidrološkim uslovima, odnosno u pikovima poplavnih talasa, koje mnoge akumulacije u velikoj meri transformišu i ublažavaju. Proces erozije rečnog dna na potezu nizvodno od brane povoljan je za energetsku proizvodnju, jer se snižava donja voda hidroenergetskog objekta. Me đutim, erozija ima i mnogobrojne negativne posledice: dolazi do rušenja obala, potkopavanja obaloutvrda i drugih regulacionih objekata, ugroženi su mostovski stubovi i oslonci, a može čak biti ugrožena i stabilnost same brane. Uzvodno od akumulacije se rečni nanos najpre delimično zadržava u zoni isklinjavanja uspora od akumulacije, u kojoj su smanjene brzine toka i transportne sposobnosti za nanos u odnosu na prirodan rečni tok. Nanosne naslage u ovoj zoni postepeno rastu u uzvodnom pravcu, sve dok se ne dostigne novo ravnotežno stanje. Ovaj proces ima više nepovoljnih posledica: grananje toka, dopunski uspor,upotapanje površina i povišenje nivoa podzemnih spira voda.ćeNanos kojise seuu ovoj zoni taloži periodimapriobalnih u kojima se održavaju visoki nivoi u akumulaciji se kada akumulaciji obori nivo. Do pojave dopunskog uspora (povišenje nivoa vode za isti protok) dolazi zbog smanjenja propusne moći korita, koje je posledica istaložavanja nanosa. Dopunski uspor, koji se javlja i u plitkim i u dubokim akumulacijama, može dostići značajnu veličinu tokom veka korišćenja akumulacije. Najopasniji je dodatni uspor pri velikim vodama, jer smanjuje stepen zaštite od poplava. Razvoj procesa zasipanja jedne akumulacije se odvija u četiri faze, koje su ilustrovane na slici 9.44:


123/220

5/25/2018



I faza: Prirodni režim. U ovoj fazi se vodotok nalazi u stanju dinamičke ravnoteže. Na deonici buduće akumulacije postoji ravnoteža izme đu ulaznih i izlaznih količina nanosa, koje se ne razlikuju bitno po osnovnim fizičkim karakteristikama. Pri malim vodama se nanos istaložava na rečnom dnu, a pri velikim vodama dolazi do njegovog pokretanja i odnošenja. II faza: Smanjenje zapremine. Izgradnjom brane su hidraulički uslovi u vodotoku sasvim izmenjeni. Akumulacioni prostor se postepeno zasipa nanosom razli čite krupnoće. Krupniji nanos se zadržava na uzvodnom kraju akumulacije, u obliku delte, dok se sitnije frakcije talože nizvodnije. III faza: Kvazi-ravnoteža. Uspostavljena je ravnoteža između ulaznih i izlaznih količina suspendovanog nanosa, ali se krupnije frakcije vu čenog nanosa i dalje zadržavaju u prostoru akumulacije. U ovoj fazi nanos zauzima najveći deo akumulacionog prostora. Akumulacija je sada plitka, pa se u njoj pri prolazu velikih voda javljaju značajne brzine toka. U malovodnim periodima se i dalje sve frakcije nanosa istaložavaju u akumulaciji. Velike vode, međutim, spiraju velike količine finog nanosa iz prostora akumulacije. Zona delte se stalno pomera nizvodno ka profilu brane. IV faza: Ravnoteža. Ulaz i izlaz nanosa su (skoro) u ravnoteži. Naslage krupnog materijala su stigle do brane. I u ovoj fazi će se nanos zadržavati u prostoru akumulacije, ali će pri velikim vodama dolaziti do pokretanja svih frakcija nanosa (osim najkrupnijih). S obzirom da rečni nanos obično sadrži mali procenat vrlo krupnih frakcija, vremenski period između faza III i IV će biti daleko duži nego između faza II i III. Tradicionalni inženjerski stav je da se vek koriš ćenja akumulacije završava na kraju II faze, odnosno u momentu kada se zbog problema nanosa akumulacija više ne može koristiti u skladu sa projektovanom namenom. Većina postojećih akumulacija je sada u II fazi, pri čemu proces zasipanja nanosom još ne ugrožava funkcije akumulacije. Neke starije akumulacije, na kojima je proces zasipanja nanosom odmakao, i dalje se koriste u maksimalno mogućoj meri. Korisnici traže načine da produže vek korišćenja akumulacije, pokušavajući da uspostave ravnotežu između ulaza i izlaza nanosa, uz istovremeno postizanje zadovoljavajućih ekonomskih efekata. Zbog toga se može re ći da se "život" jedne akumulacije ne završava kada je ona u velikoj meri zasuta nanosom.


124/220

5/25/2018



Slika 9.44: Faze zasipanja akumulacija

Postoji određena srazmera između zapremine akumulacije i veličine vodotoka i korespondentnog sliva, koja je ilustrovana dijagramom na slici 9.45, na kome figurišu dva bezdimenzionalna parametra: Wak

Wak

 = Wdot

 = Wnan

gde su: Wak - zapremina akumulacije, Wdot - zapremina godišnjeg dotoka vode i Wnan - zapremina godišnjeg ulaza nanosa u akumulaciju. Na dijagramu  - , raspon vrednosti  je od 0.005-5, dok je dijapazon vrednosti  od 1-30.000. Tačke na dijagramu reprezentuju akumulacije sa više kontinenata (mada se u najvećem broju odnose na kineske akumulacije), pri čemu je izvršena njihova kategorizacija prema psamološkom potencijalu vodotoka (na vodotoke sa malim, srednjim i velikim transportom nanosa). Prema 118 http://slide pdf.c om/re a de r/full/0358020131118re gula c ija r ije ka skr ipta 2013

125/220

5/25/2018



usvojenoj klasifikaciji naše akumulacije pripadaju kategoriji vodotoka sa malim transportom nanosa (prosečna godišnja koncentracija suspendovanog nanosa je manja od 1kg/m3). To je i razumljivo, s obzirom na velike razlike u intenzitetu erozionih procesa i psamološkom potencijalu na evropskom i drugim kontinentima. Na primer, kineska akumulacija Sanmenxia na Žutoj reci ima samo 20% veću površinu sliva od akumulacije HE Đerdap 1, ali ima čak 100 puta veći godišnji ulaz nanosa. Može se, dakle, zaključiti da je problem zasipanja akumulacija u našem regionu mnogo manje izražen nego u drugim područ jima sveta. Međutim, to nikako ne znači da ovaj problem kod nas nije ozbiljan i da ne zaslužuje pažnju. Svaka zemlja ima specifične uslove i kriterijume, u zavisnosti od prirodnih faktora i vodoprivrednih potencijala. C < 1 kg/m3 10000

1 kg/m3 < C < 10 kg/m3 C > 10 kg/m3 H E " D j er d ap I " H E " M e d ju v r sj e " H E " Z v o r n ik "

1000

 10 0

10

1



0 .0 0 1

0 .0 1 0

0 .1 0 0

1 .0 0 0

1 0 .0 0 0

Slika 9.45: Korelacija  i  za akumulacije u svetu i u regionu

9.8.2 Smetnje plovidbi Na plovnim rekama nanosne naslage stvaraju probleme plovidbi, naročito u periodu malih voda. Ovaj problem je ilustrovan slikom 9.46, na kojoj se vidi sprud koji je velika prepreka plovidbi. Trajno rešenje problema su regulacioni radovi u osnovnom koritu, odnosno izvođenje sistema napera, kojima se korito sužava. U regulisanom-suženom koritu će brzine i vučne sile biti veće, tako da se nanos neće zaustavljati i formirati sprud.

Slika 9.46: Popreč ni sprud u koritu Dunava

9.8.3 Velike vode na bujičnim vodotocima Pri nailasku talasa velikih voda na buji čnom vodotoku, uporedo sa izlivanjem voda iz korita javljaju se i fenomeni vezani za nanos - bujična lava, odroni i klizišta. 119 http://slide pdf.c om/re a de r/full/0358020131118re gula c ija r ije ka skr ipta 2013

126/220

5/25/2018



Pri velikim vodama na bujičnim vodotocima mogu se pokrenuti izuzetno krupne frakcije nanosa, što dovodi do pojave "bujične erozije" (slika 9.47). Nanos koji nosi vodotok ostaje istaložen u poplavljenom područ ju (slika 9.48) i nanosi veće štete nego da su objekti bili poplavljeni čistom vodom.

Slika 9.47: Buji č na erozija

Slika 9.48: Nanos uz korito vodotoka, po prolasku poplave

Usled naglog nadolaska velikih voda, buji čni talasi imaju vrlo izraženo strmo čelo ("bujična pesnica"), koje ima veliku destruktivnu moć. Čelo talasa ruši drveće i drvene objekte u koritu i priobalju i zahvata sav otpad iz ovog pojasa. Usled toga, bujični talasi pronose velike mase "plivajućeg nanosa". U slučaju nailaska na usko grlo u re čnom koritu (prirodno suženje, mostovi sa stubovima u koritu i dr.), dolazi do zaustavljanja i gomilanja rečnog i plivajućeg (površinskog) nanosa. To prouzrokuje veliki dopunski uspor vodotoka, pri čemu dolazi do njegove superpozicije sa osnovnim talasom velikih voda. Na taj na čin se uzvodno od lokacija zagušenja još više podiže nivo vodotoka i povećavaju razmere plavljenja. Ova pojava često dovodi do rušenja mostovske konstrukcije (slika 9.49).

Slika 9.49: Primeri mostova srušenih usled nagomilavanja plivajuć eg nanosa

9.9 BAGEROVANJE 9.9.1 Ciljevi bagerovanja Bagerovanje je operacija uklanjanja nanosa iz rečnog korita. Bagerovanja iz rečnih korita i akumulacionih basena spadaju u relativno česte intervencije u rečnoj hidrotehnici. Prema postavljenom cilju, bagerovanje se može biti: - Bagerovanje u cilju održavanja - izvodi se na vodotokovima radi povećanja propusne sposobnosti ili poboljšanja nautičkih uslova u plovnom putu, koji su nedovoljni usled zamuljenja korita. U ovu grupu spada i održavanje ulaza u kanale, pristaništa i zimovnike, kao i uklanjanje nanosnih naslaga iz akumulacionih basena. Uticaji ove operacije na 120 http://slide pdf.c om/re a de r/full/0358020131118re gula c ija r ije ka skr ipta 2013

127/220

5/25/2018



-

životnu sredinu su generalno mali i ograničeni na izvođenje samog bagerovanja ili operaciju deponovanja, ukoliko nije mogu će komercijalno iskoristiti izbagerovani materijal. Pitanje zaštite životne sredine dobija na značaju ukoliko je materijal koji se bageruje zagađen. Kapitalno bagerovanje - aktivnost na izvođenju hidrotehničkih novih objekata, kao što su luke ili kanali, produbljenje postojećih plovnih puteva ili prilaznih kanala do luka.

Radovičeni se izvode u neporeme ćenom tlu, kojesanije zaga đeno. Uticaji na životnu sredinu su ograni na samu zonu izvođ enja radova, koje je postoje ći ekosistem uklonjen. - Bagerovanje u cilju eksploatacije mineralnih sirovina iz podvodnih naslaga. - Bagerovanje u cilju popravke životne sredine - podrazumeva uklanjanje zagađenih sedimenata iz reka, luka itd. Može se posmatrati kao posebna vrsta bagerovanja u cilju održavanja. U ovom slučaju se u svim fazama rada mora voditi računa o zaštiti životne sredine. Bagerovanja mogu imati dugoročni karakter, sa periodičnim ponavljanjem operacija, ili, kratkoročni karakter, sa jednokratnim delovanjem mehanizacije. Najčešći slučaj dugoročnog bagerovanja je održavanje plovnog puta. Kod ostalih navedenih ciljeva bagerovanja, operacije se izvode jednokratno ili povremeno, sa dužim vremenskim međuintervalima, u slučaju utvr đene neophodnosti ovih intervencija na pojedinim sektorima vodotoka ili akumulacija. 9.9.2 Tehnologija bagerovanja Izbor optimalne tehnologije bagerovanja, za date lokalne uslove i karakteristike vodotoka ili akumulacionog basena, od presudnog je značaja za tehničku efikasnost, ekonomsku opravdanost i integralnu realizaciju ciljeva bagerovanja. Kod izbora tehnologije bagerovanja i tipa bagera, moraju se uzeti u obzir slede ći uslovi i zahtevi: - Tehnološke mogućnosti i ograničenja pojedinih tipova bagera, u odnosu na morfološke karakteristike zone bagerovanja (dubina sa koje se bageruje materijal konvencionalnom opremom je najčešće ograničena na 30 m); - Tehnološke mogućnosti i ograničenja pojedinih tipova bagera, u odnosu na geotehničke karakteristike materijala za bagerovanje; - Ukupna količina nanosa koga treba ukloniti direktno utiče na trošak bagerovanja; - Geometrija (položaj i debljina) nanosnih naslaga utiče na troškove bagerovanja, jer od toga zavisi učestalost premeštanja mehanizacije; - Učinak pojedinih tipova bagera i jedinična cena bagerovanja; - Način odlaganja izbagerovanog materijala i udaljenost odlagališta; - Uticaj tehnologije bagerovanja na životnu sredinu (posebno u slučaju kontaminiranih sedimenata). Postoje sledeće osnovne kategorije u tehnologiji bagerovanja: 1.Klasično bagerovanje. Bageri se prema načinu na koji se materijal podiže sa dna dele na: - Mehaničke bagere, -- Ostale Hidraulitipove čke bagere, bagera. 2. Bagerovanje pomoću resuspenzije materijala sa dna generisanje veštačkog strujanja iznad sedimenata (agitation dredging). 3. Specijalne tehnike za bagerovanje sa većih dubina (mlazne i vazdušne pumpe). Takođe, postoje suvozemni (klasični) i plovni bageri. Bagerovanje materijala sa spruda suvozemnim bagerom prikazano je na slici 9.50.


128/220

5/25/2018



9.9.3 Tipovi bagera Mehanički bageri. Postoji bezbroj varijacija kod mehaničkih bagera, ali na svakom se koristi kašika ili vedro kojim se odvaja materijal sa rečnog dna. Bager vedričar (slika 9.51) je stacionarni tip plovnog bagera, koji ima beskonačni lanac vedara, vezanih za tzv. merdevine. Vedra se pune tokom rotacije, a prazne se u baržu uz bager. Može se č č koristitisazavedrima. iskop najrazli itijih materijala, od naslagazavisi muljaod do veli mekših ine lanca Maksimalna dubina bagerovanja čine stena, bagera,zavisno ali najčod ešćjae ne prelazi 20 m. S druge strane, minimalna dubina vode u kojoj mogu da rade je skoro 8 m. Danas se često koriste za bagerovanje kontaminiranog mulja, zato što ne remete materijal na mestu iskopa. U poređenju sa hidrauličkim bagerima, produktivnost vedričara je mala. Maksimalni nedeljni učinak je 10.000 do 100.000 m3 zavisno od veličine, lokacije bagerovanja i materijala. Bager grajfer koristi kašiku za iskop materijala. Kašikom se upravlja pomoću kablova ili hidraulički. Dizalica sa kašikom može biti montirana na pontonu, koji se stacionira na nekoj lokaciji. U tom slučaju se bagerovani materijal tovari u barže. Jedna ili više dizalica sa kašikom mogu biti montirane i na samohodnom plovilu, koje eventualno može imati i spremište za izbagerovani materijal. U tom slu čaju kapacitet bagera zavisi od zapremine spremišta (100 do oko 2.500 m3). Postoji mnogo tipova grajfernih kašika (slika 9.52): otvorene, zatvorene i vododržive. Zapremina kašike je od 1,0 do 20 m3, što zavisi od snage dizalice. Ne može se precizno usmeravati, pa se iskopom formira nepravilna linija dna. To je jednostavna i relativno jeftina mašina, koja je najbolja za iskop konsolidovanog mulja, gline i peska. Veliki bageri se koriste za masovni iskop, a manji za specijalne namene, kao što je čišćenje teško dostupnih mesta u lukama, duž kejskih zidova, iskop tranšeja itd. Produktivnost u potpunosti zavisi od tipa materijala. Za iskop mekih materijala koriste se ve će kašike, a za konsolidovane manje. Dubina bagerovanja zavisi samo od dužine ruke. Međutim, preciznost se smanjuje sa dubinom iskopa. Bager sa hidrauličkom rukom se postavlja na pravougaoni ponton, koji može biti ankerisan za rečno dno ili fiksiran (na stubovima). Materijal se bageruje kašikom, čija veličina odgovara otpornosti materijala koji se bageruje. Izbagerovani materijal se smešta u barže ili na obalu. Generalno, postoje dva tipa bagera sa hidrauličkom rukom: bager sa dubinskom kašikom i bager sa čeonom kašikom. Hidrauli čka ruka je efikasnija od one kojom se upravlja pomoću kablova. Veličina bagera je uslovljena veličinom kašike (0,5 do 13 m3). Efikasnost bagera zavisi od veli čine kašike i tvrdoće materijala. Bageri sa čeonom kašikom se najčešće postavljaju na preuređene teretne brodove. Kašika je čvrsto pričvršćena na rešetkastu konstrukciju. Da bi se povećao kapacitet iskopa, brod bagera je pričvršćen za dva stuba koji prenose težinu prednjeg dela broda na dno. Ovi bageri obično imaju kašiku kapaciteta 6 – 9 m3 i rade na dubini od 15 m. Učinak bagera je vrlo promenljiv, ali se obi čno ostvari 30 – 60 ciklusa na sat. Ovaj tip bagera je snažna mašina koja može odstraniti sa dna naslage koje se sastoje od gline, jako konsolidovanog peska, čvrstog materijala, kamenitog materijala ili raspadnute stene. Takođe je pogodan za uklanjanje starih šipova, temelja, objekata iz dna, korenja, panjeva i drugih prepreka. Prednosti ovog tipa bagera su: potrebno je manje manevarskog prostora na mestu rada nego ve ćini drugih bagera, iskop je precizno kontrolisan pa sučpogodni za uklanjanje okoVlažan, temeljapolususpendovani i šipova, oslobađanje nasukanog broda i druge sli ne operacije. Mane sumaterijala sledeće: (1) i finogranulisani materijal se gubi iz kašike bagera, pa se ne preporučuje za bagerovanje zagađenog nanosa; (2) Potreban je šlep za transport materijala do deponije; (3) Produktivnost je niska u poređenju sa refulerima. Hidraulički bageri podižu sa dna materijal u vidu suspenzije kroz sistem cevi koje su povezane sa centrifugalnom pumpom (slika 9.53). Koriste se razli čite metode za oslobađanje materijala sa dna. Ako materijal nije konsolidovan, dovoljno je primeniti usisavanje, dok se kod kompaktnih materijala mora primeniti neka od mehaničkih metoda ili mlaz vode za razbijanje. Hidrauličko bagerovanje je najefikasnije u slučaju finih materijala, koji se mogu lako održati u suspenziji. Mogu se koristiti i za krupnije frakcije - pa čak i šljunak - uz veću snagu pumpe i brže habanje cevi i pumpe. Usisna cev 122 http://slide pdf.c om/re a de r/full/0358020131118re gula c ija r ije ka skr ipta 2013

129/220

5/25/2018



se spušta vertikalno u naslage, a ukoliko je potrebno koristi se mlaz vode za dekompoziciju naslaga. Koriste se samo za iskop nevezanog materijala. Nisu pogodni za precizan rad, kada je potrebno iskopati unapred definisani profil. Najčešće se koriste za eksploataciju pozajmišta peska. Podvrste bagera refulera: - Refuler koji utovara iskopani materijal u barže. Ovaj tip transporta se koristi kada je transportna daljina velika, tako da nije ekonomično koristiti hidraulički transport. -

Refuler koji pumpa iskopani materijal prema obali kroz cevovod, a ako je potrebno i dalje do mesta deponovanja ili postrojenja za prečišćavanje. - Refuler za veće dubine. Ako je bager opremljen podvodnom pumpom, dubina iskopa može da dostigne i 80 m. Refuleri imaju mogućnost transporta iskopanog materijala plovnim cevovodom ili kombinacijom plovnog i suvozemnog cevovoda (slika 9.54). Iskopani materijal se može ispuštati direktno u vodu ili formirane kasete, radi nasipanja terena. Od transportne daljine zavisi da li će se za transport refulisanog materijala koristiti cevovod (ograničenje predstavlja kapacitet montirane pumpe za pesak) ili barže. Refuleri mogu biti specijalno projektovani za istovar u barže (slika 9.55). Uglavnom, ukoliko se materijal transportuje cevovodom pod pritiskom uvek postoji mogućnost postavljanja buster stanice neophodnog kapaciteta iza bagera.

Slika 9.50: Suvozemni bager sa kašikom

Slika 9.51: Plovni bager vedri č ar

Slika 9.52: Kašika bagera

Slika 9.53: Bager refuler


130/220

5/25/2018



Slika 9.54: Cevovod bagera refulera

Slika 9.55: Deponija refulisanog materijala

Pored ovih bagera, koji se najčešće sreću, u svetu postoje i: - Bager "čistač" - hidraulički usisni bager koji koristi široku glavu za bagerovanje, sa vodenim mlazevima. Mlazevi razbijaju i omekšavaju površinski sloj nanosa na dnu, koji se zahvata u glavu bagera. -

Bager sa kontejnerom - refuleri ovog tipa su brodovi-samohotke, koji se najčešće koriste na moru. - Hidraulički bager sa rotacionim sekačima - ima najširu primenu jer može efikasno kopati i pumpati sve tipove aluvijalnih materijala, ali i čvršćih materijala, kao što je glina. Osnovni nedostatak bagera se odnosi na efekat rotacionih sekača, koji stvaraju veliku koncentraciju suspendovanog nanosa pri dnu (mutnu struju) i mogu imati negativne posledice po životnu sredinu. U specijalne tehnike, koje su još u razvoju su: - Bagerovanje pomoću resuspenzije materijala sa dna, pomoću veštački generisanog strujanja. Resuspendovani nanos se dalje transportuje prirodnim strujnim tokom, u vodotoku ili akumulaciji. Veštačko strujanje na dnu vodotoka ili akumulacije može se generisati na dva osnovna načina: o

-

radom usisnih bagera, pri čemu se podižu istaložene čestice nanosa i podižu u suspenziju, o dejstvom propelera, instaliranih na specijalno konstruisanim plovilima, kojima se stvara vrtložno strujanje u zoni dna, u cilju resuspenzije istaloženog nanosa. Ova tehnologija bagerovanja može da se primeni samo ako su pogodni hidraulički uslovi u zoni bagerovanja (strujna slika toka i transportna sposobnost za nanos) i pogodne karakteristike nanosa na dnu za transport u suspenziji (pesak, prašinaste i glinovite frakcije). Bagerovanje pomoću ubrizgavanja vode se sastoji u ubrizgavanju velikih koli čina vode, pod malim pritiskom, u naslage mulja i finog peska. Na taj način se nanos ponovo podiže u suspenziju, jer nestaje kohezija između zrna nanosa. Ova mešavina se kre će kao mutna struja, odnosno pod uticajem gravitacije i gustine fluida. Na ovaj na čin se mogu pokrenuti velike količine nanosa u kratkom vremenu. U povoljnim uslovima (postoji pad dna i nanosne naslage nisu kompaktne) može se dostići velika produktivnost (do 1000 m3/h). Ova tehnika iziskuje posebne uslove – pogodan sastav nanosa i topografiju korita.

9.9.4 Odlaganje izbagerovanog materijala U opštem slučaju bagerovanja, postoje tri osnovne alternative za odlaganje izbagerovanog materijala: - odlaganje u otvoreno vodno telo,


131/220

5/25/2018



- odlaganje na ograničenoj lokaciji, - formiranje biološkog staništa. Moguće je da se pomoću sistema hidrociklona i filtera izdvoji voda iz mešavine, kako bi se omogućio dalji suvozemni transport (kamionima) i deponovanje dalje od mesta iskopa. U slučaju odlaganja izbagerovanog materijala na odre đenim deponijama (slika 9.55), od posebnog su značaja izbor optimalne lokacije deponije i njeno dimenzionisanje za dugoročno korišćenje. Pored potrebne zapremine deponije, mora se voditi računa i o njenim karakteristikama sa aspekta uslova taloženja izbagerovanog nanosa. Ovaj nanos se, u većini slučajeva, transportuje hidrauličkim putem, kroz cevovode koji povezuju bagere i deponije. U hidrauličkom transportu se pronosi smeša nanosa i vode (u određenoj srazmeri). Posle ulaza ove smeše na deponiju, suspendovane čestice nanosa se talože na na čin koji zavisi od zavisi od koncentracije i krupnoće čestica nanosa, ali i od geometrijskih i hidrauličkih karakteristika deponije. Prostorno ograničavanje deponije se najčešće postiže izgradnjom obodnih nasipa. U cilju što racionalnijeg korišćenja zapremine deponije, često se primenjuje postupak eliminacije vode iz deponovane smeše. Ovo se postiže izgradnjom drenaže i podelom deponijskog prostora pregradama. 9.9.5 Uticaj bagerovanja i deponovanja izbagerovanih sedimenata na životnu sredinu Bagerovanje iz rečnih korita i akumulacija može imati vrlo veliki uticaj na životnu sredinu. Otuda je neophodno da se prilikom razmatranja bagerovanja, kao mere za uklanjanje nanosnih naslaga, uradi studija uticaja ovih aktivnosti na životnu sredinu. Pri tome treba imati u vidu da osobine izbagerovanih sedimenata i kratkoročni i dugoročni fizički i hemijski efekti izbagerovanog materijala na mestu deponovanja mogu izazvati kontaminaciju životnog okruženja. Zato je potrebna procena rizika po životnu sredinu, naročito u slučaju bagerovanja i deponovanja kontaminiranih sedimenata. Jedan od glavnih efekata bagerovanja iz re čnih korita i akumulacija odnosi se na pove ćanje koncentracije suspendovanog nanosa i zamućenje vode. Ovaj efekat ugrožava, direktno ili indirektno, akvatični ekosistem. Efekat povećanja koncentracije suspendovanog nanosa se reflektuje preko smanjenja dopiranja svetlosti prema dnu i sniženja nivoa rastvorenog kiseonika. Pri tome treba imati u vidu da efekat zamućenja vode zavisi u velikoj meri od tehnologije bagerovanja. Otuda je pri izboru tehnologije bagerovanja neophodno voditi računa i o ekološkim uticajima pove koncentracije suspendovanog Najveći rizik poćanja životnu sredinu, koji bagerovanje iznanosa. rečnih korita i akumulacija može izazvati, odnosi se na aktiviranje kontaminiranih elemenata u istaloženom nanosu na dnu. Poznato je da se uz najsitnije čestice nanosa vezuju teški metali, nutrijenti i još neke hemijske materije – zagađivači (DDT, dieldrin i dr.). Prilikom bagerovanja sa dna, mnogi hemijski zagađivači dospevaju u vodotok ili akumulaciju. Sa tog aspekta, posebno treba istaći potencijalne negativne posledice resuspenzije kontaminiranih čestica sa dna. Imajući u vidu složenost uticaja hemijskih zagađivača na akvatični ekosistem, preporučuje se detaljno ispitivanje ovih efekata, pre početka aktivnosti na bagerovanju iz rečnih korita i akumulacija.


132/220

5/25/2018



10 REGULACIONE GRA ĐEVINE 10.1 PODELA I OSNOVNI POJMOVI Za potrebe uretreba đenjaposmatrati rečnog korita sečne razli čiti tipovi građevina. gra đevine ne kao koriste pojedina objekte, veregulacionih ć kao deo vodotoka koji Regulacione će se posle izvođenja radova imati promenjene karakteristike. Odgovarajućim proračunima treba predvideti promene u vodotoku, kako bi se postigao željeni krajnji cilj regulacije. Izbor tipa regulacionih građevina zavisi od cilja regulacionih radova, koji može biti: - Povećanje erozije korita i njegovo produbljivanje - Omogućavanje protoka vode i pronosa nanosa bez smetnji - Smanjenje erozije obale - Izazivanje taloženja nanosa na određenim mestima - Povećanje protočnosti korita - Kombinacija prethodnih namena. Do osnovnih dimenzija i dispozicije regulacionih građevina dolazi se kroz hidrauličke i morfološke analize. Izbor optimalne konstrukcije građevina se zasniva na tehno-ekonomskoj analizi koštanja radova (slika 10.1) u kojoj se upoređuju troškovi izvođenja i održavanja u periodu eksploatacije objekta.

Slika 10.1: Tehno-ekonomska analiza varijantnih rešenja

Građevine za uređenje vodotoka su skupe, zbog velikog obima radova i specifičnih uslova njihovog izvođenja. Stoga se traže jeftina tehni čka rešenja i to u dva smera: 1. Koriste se uglavnom prirodni materijali kojih ima u blizini gradilišta, 2. Koristi se sposobnost vodotoka da sam formira svoje korito. To znači da se manjim zahvatimaodnosno usmerava tok vode da erodira deogde korita koji je potrebno produbiti (ili proširiti), usporava toktako na onim mestima je potrebno da se korito zaspe nanosom vodotoka. Konstrukcije regulacionih građevina su jednostavne. Međutim izbor tipa, raspored građevina u prostoru i njihovo oblikovanje predstavlja složen inženjerski zadatak. Posle izvođenja regulacionih objekata, neophodno je njihovo kontinuirano održavanje u funkcionalnom stanju. Održavanje svake vrste objekata i radova ima svoje specifičnosti. Specifičnost regulacionih građevina leži u činjenici da se deo objekta treba izvoditi u tekućoj vodi (jedino je kod malih vodotoka moguće privremeno skrenuti tok i izvoditi radove u suvom). U slučaju


133/220

5/25/2018



regulacionih zahvata na rekama to nije moguće, već se moraju koristiti polufabrikati koji se kao elementi ugrađuju na projektovanu poziciju u vodi. Relativno je veliki broj tipova regulacionih građevina proizašao iz različitih potreba za uređenje vodotoka i različitih uslova u kojima se izvode građevine. Podela najčešće korišćenih tipova regulacionih građevina data je na slici 10.2.

Slika 10.2: Podela regulacionih građ evina

10.2 REGULACIONE GRA ĐEVINE VAN REČNOG KORITA 10.2.1 Nasip Podela i osnovne karakteristike Nasipi su najznačajnije regulacione građevine. To su veliki zemljani objekti koji se grade van osnovnog korita. Njima se korito za veliku vodu sužava i tako sprečava plavljenje šireg priobalja u kome su izgrađena naselja, industrija ili je uređeno poljoprivredno zemljište. Pri projektovanju nasipa potrebno je definisati: - trasu nasipa, - dimenzije (visina krune, širina krune, nagib kosina, položaj i širina bankina i berme) -

karakteristike konstrukcije (materijali, slojevi, debljina slojeva) materijal za izgradnju nasipa (pesak, šljunak, glina, humus), koji se uzima iz pozajmišta u neposrednoj blizini nasipa, kako bi se smanjili transportni troškovi. Nasipi se po visini dimenzionišu tako da spre če izlivanje „merodavne“ velike vode, čiji se povratni period (odnosno verovatnoća pojave) bira u zavisnosti od vrednosti branjenog područ ja odnosno šteta koje bi nastale pri plavljenju. Za to se u projektu koristi tehno-ekonomska analiza. Naime, zaštita od izlivanja velikih voda koje se retko javljaju zahteva veće investicije i više troškove održavanja (veće su dimenzije nasipa), ali su štete od plavljenja manje. Podela nasipa po nameni (slika 10.3) je sledeća: 127 http://slide pdf.c om/re a de r/full/0358020131118re gula c ija r ije ka skr ipta 2013

134/220

5/25/2018



-

-

-

-

-

Glavni nasip (slika 10.4) su objekti veće dužine, koji brane veliko područ je u zaleđu od izabrane „merodavne“ velike vode koja se karakteriše verovatnoćom pojave p(%) ili povratnim periodom javljanja T (godina) gde je: 1 T  p Primer: T=100 p=0,01=1% Izgradnja nasipa dovodi do izmena režima velikih voda na dužem potezu vodotoka, uzvodno i nizvodno od objekta. Uzvodno se povišava nivo velike vode (uspor), jer je na potezu nasipa smanjen proticajni profil izgradnjom nasipa. Nizvodno se poplavni talas „ubrzava“ usled koncentracije toka u manjem prostoru, što znači da se pik poplavnog talasa javlja za kraće vreme. Letnji nasip (slika 10.5) se gradi između rečnog korita i glavnog nasipa, ukoliko je u inundacijama poljoprivredno zemljište. Ovaj nasip štiti deo inundacije sa poljoprivrednim zemljištem od velike vode koja se može javiti tokom vegetacionog perioda. Ima znatno manje dimenzije nego glavni nasip. Nivo „merodavne“ velike vode, koja se obično javlja u vanvegetacionom periodu, viši je od krune letnjeg nasipa. Stoga se tada nasip preliva i ruši, ukoliko nema uređene zone za upuštanje i ispuštanje vode u prostor izme đu letnjeg i glavnog nasipa. Obodni nasip štiti manje naselje, industriju ili slične vredne sadržaje. Gradi se po obodu područ ja. To je jeftinije rešenje od glavnog nasipa, koji uvek ima veliku dužinu. Takođe, obodni nasip ne izaziva značajne promene režima velikih voda. Usporni nasip je nasip uz pritoku u zoni uspora glavnog toka. Ovaj nasip ima iste karakteristike poprečnog profila kao glavni nasip uz recipijent. Ukoliko velike vode pritoke i glavnog toka ne koincidiraju jer su veličine sliva bitno razli čite, ne grade se usporni nasipi, već se pritoka uvodi u glavni tok kroz propust sa nepovratnim („žabljim“) poklopcem, koji se automatski zatvara kada se u glavnom toku javi velika voda. Priključni nasip spaja glavni nasip sa visokim terenom. Transverzalni (poprečni) nasipi se grade da bi podelili branjeno područ je na manje kasete. Podelom se povećava sigurnost zaštite od poplava, jer ako popusti glavni nasip štete od poplava će biti nanete samo u tom delu. Sekundarni (lokalizacioni) nasip je druga linija odbrane, ukoliko popusti glavni nasip.

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

Glavni nasip Letnji nasip Obodni nasip Glavni nasip Usporni nasip Priključni nasip Poprečni nasip Pristupni nasip

Slika 10.3: Nasipi razli č itih namena


135/220

5/25/2018



Slika 10.4: Glavni nasipi dužine 76 km štite područ je Mač ve (30000 hektara poljoprivrednog zemljišta i brojna naselja) od velikih voda Save i Drine S P B E E A L T O R ^ K O O V O

( K R E O G M U P L L S I E T A N N A O R O E S [ N E O N V J N A O I i K I I O ) R I T O

P R O S E K U I N U N D A C I J I S A I S K O P O M U P U N O M P R O F I L U

P O S T O J E ] I L E T N J I N A S I P

( K I Z O M M E P [ T L E E N T N G A L

R A E V [ N E I N N J A A S I I i P I I -V ) A R I J A N T A B 2

I Z M E [ T E N G L A V N I N A S I P -V A R I J A N T A B 1

P O S T O J E ] I G L A V N I N A S I P

L E G E N D A :

1. Glavni nasip 2. Letnji nasip Slika 10.5: Glavni i letnji nasipi na Tisi

Trasa glavnog nasipa mora biti ispruženija od trase osnovnog korita, kako bi se ostvarilo povoljno tečenje u uslovima velikih voda. Tako đe, treba izbegaviti stara napuštena korita („starače“) jer su na tim potezima loši uslovi fundiranja.


136/220

5/25/2018



Razmak nasipa se takođe određuje tehno-ekonomskom analizom: što je ve ći razmak nasipa niži je nivo vode u regulisanom koritu, gradi se manji objekat, tako da su manja investiciona ulaganja i troškovi održavanja. S druge strane, brani manja površina zemljišta. Između obale korita i nožice nasipa se mora ostaviti dovoljan prostor, da ne bi erozija ugrozila nasip. U slučaju meandirajućeg vodotoka je poželjno da razmak nasipa bude ve ći od širine meandriranja, dok je u slučaju razuđenog korita poželjno da bude veći od širine erozije (slika 10.6). Moderan “ostaviti intervencije mesto za reku”, što zna čikoritu da sebile nasipi trasirajuTime na vese, ćemtako međđe,usobnom razmaku, princip kako bijepotrebne u osnovnom minimalne. ostavljaju veća plavna područ ja za mrešćenje riba, barske ptice i razvoj vegetacije, što je povoljno sa aspekta životne sredine. Траса насипа

Slika 10.6: Principi trasiranja nasipa

Dimenzionisanje nasipa znači definisanje njegove spoljne konture, odnosno visine (kota krune), širine krune, nagiba kosina, položaja i širine bermi. Na slici 10.7 su objašnjeni delovi nasipa. Razmak nasipa i kota krune se određuju na osnovu hidroloških, hidrauličkih i tehno-ekonomskih analiza. Ostale dimenzije (širina krune, nagibi kosina itd.) se biraju iskustveno, a onda se proveravaju na hidrostatičke, hidrodinamičke, dinamičke i seizmičke uticaje.

1. Nivo merodavne velike vode 3. Korito za veliku vodu

2. Osnovno korito reke 4. Nebranjena (spoljna) kosina

5. Berma na nebranjenoj strani nasipa

6. Kruna nasipa

7. Branjena kosina

8. Berma na branjenoj strani nasipa

9. Balast

10. Obaloutvrda na kosini osnovnog korita

11. Nebranjeno područ je

12. Nasip

13. Branjeno područ je

14. Vodno zemljište

Slika 10.7: Popreč ni profil nasipa


137/220

5/25/2018



Uobičajene su sledeće osnovne dimenzije nasipa: - Visina krune nasipa je jednaka koti merodavne velike vode na koju se dodaje slobodno nadvišenje radi zaštite od prelivanja. Ovim nadvišenjem se uzima u obzir visina talasa od vetra, koji se mogu javiti istovremeno sa velikom vodom,a kompenziraju potencijalne izmene režima voda u slivu i nesigurnost proračuna. Visina slobodnog nadvišenja (zaštitne visine) iznosi 0,5 do 1,5 m, zavisno od kategorije vodotoka i drugih parametara. Širina krune zavisi od namene nasipa. Glavni nasipi imaju širinu krune 2 do 6 m, u zavisnosti od trajanja velikih voda i karakteristika materijala u telu nasipa, a letnji i sekundarni nasipi 1,5 do 2,5 m. Šira kruna omogućava kretanje mehanizacije za održavanje nasipa, tako da se obično usvaja minimalno 3 m. - Nagibi kosina zavise od namene nasipa, trajanja velikih voda, vrste materijala i uticaja na nasip (talasi). Blaže kosine omogućavaju mehanizovano košenje, odnosno lakše i jeftinije održavanje. Glavni nasip obično ima nagib kosine prema vodi (spoljna ili nebranjena kosina) 1:2 do 1:3, dok je kosina prema branjenom područ ju (unutrašnja/branjena kosina) 1:2 do 1:10. Letnji i sekundarni nasipi imaju nagib kosine prema vodi (nebranjena kosina) 1:2 do 1:3, a nagib kosina prema branjenom područ ju (branjena kosina) 1:2 do 1:6. -

- 10.8 Berme (horizontalna proširenja na kosinama) ukoliko reka, je nasip od 3 m. Na slici dati su primeri popre čnih profila nasipa dužsevedodaju ćih aluvijalnih kojeviši odlikuje dugo trajanje poplavnih talasa.

Slika 10.8: Primeri popreč nih profila glavnih nasipa


138/220

5/25/2018



Nasip izgrađen od koherentnog, materijala (A)

Nasip izgrađen od materijala različite propustljivosti (A) peskovita glina (B) glinoviti pesak (C) pesak (D) šljunak

Slika 10.9: Tipovi popreč nog preseka nasipa

Tip poprečnog preseka nasipa se definiše tako da telo nasipa bude što manje propusno za vodu. Ovo je posebno značajno kod većih vodotoka, na kojima poplavni talasi traju više dana, tako da je nepovoljno dejstvo na nasip izraženo. Ako u blizini nasipa nema dovoljno vodonepropusnih materijala za izgradnju kompletnog tela nasipa (glina, ilovača), smanjenje vodopropusnosti se postiže ugradnjom više materijala razli čite vodopropusnosti (slika 10.9) ili ugradnjom delimično ili potpuno vodonepropusnog ekrana ili jezgra (slika 10.10).

Slika 10.10: Popreč ni preseci nasipa od nekoherentnog materijala sa vodonepropusnim jezgrom ili ekranom


139/220

5/25/2018



Materijal za izvođenje nasipa se najčešće kopa na inundacijama, iz "materijalnih rovova“ neposredno ispred trase nasipa. Tu se najčešće nalazi samo rečni nanos – pesak i šljunak, koji je propustan za vodu kada se ugradi u telo nasipa. Ako je potrebno da se smanji vodopropusnost, glineni materijal se mora dovoziti sa daljeg pozajmišta. Nasipi su zemljane, nasute konstrukcije, osetljive na mnoštvo nepovoljnih uticaja poplavnih voda (slika 10.11). Dejstvo vode na nasip, koje dovodi do ošte ćenja i čak rušenja objekta, može biti: - je Pod uticajem rečnog toka. Uošte ovućenje grupukosine spadaju oštećenja fluvijalnom erozijom nasip nepovoljno trasiran), talasima i udarima santi leda, kao (ukoliko i oštećenje usled prelivanja. - Pod uticajem razlike. Usled proviranja vode kroz telo nasipa i tlo na kome je nasip fundiran nastaju klizne ravni, sleganje nasipa, ispiranje sitnih čestica iz tela nasipa, uzdizanje i pucanje nasipa ako je fundiran na tlu koje menja zapreminu sa promenom vlažnosti. Dejstvo vode na nasip traje različito, od nekoliko sati (na malim vodotocima bujičnog karaktera) do više dana pa i meseci (na velikim rekama) i od njegove dužine i karaktera zavisi koja će se rešenja primeniti. Najkomplikovani inženjerski problem predstavljaju nasipi koji su stalno pod dejstvom vode (na primer nasipi akumulacija) i oni se projektuju po istim principima kao nasute brane.

Ošteć enje kosine nasipa fluvijalnom erozijom

Ošteć enje kosine nasipa dejstvom talasa

Ošteć enje nasipa prelivanjem (mala visina mlaza)

Ošteć enje nasipa prelivanjem (velika visina mlaza)

Proceđ ivanje vode kroz telo nasipa

Proceđ ivanje vode kroz temelj nasipa

Slika 10.11: Uzroci ošteć enja i rušenja nasipa

Moguće mere za sprečavanje negativnog dejstva toka na nasip su brojne: - Ukoliko je trasiran neposredno uz osnovno korito, negativno dejstvo toka se na kosinu nasipa se sprečava postavljanjem obloge.


140/220

5/25/2018



-

-

Proviranje vode kroz nasip se sprečava izgradnjom vodonepropusne ili slabopropusne obloge, ekrana ili jezgra (slika 10.10). Kontrolisano proviranje vode kroz nasip sprečava ispiranje sitnih čestica (sufoziju), koje može dovesti do rušenja objekta. U tom cilju se u nasip ugrađuju različite drenažne konstrukcije, koje imaju veću vodopropusnost, tako da se provirne vode usmere ka njima i kontrolisano izvedu iz tela nasipa (slika 10.12). Ukoliko je tlo namaterijala kome se(boljih fundirafiltracionih nasip procedno, u zaleđuuodnosu nasipa se izvesti od refulisanog karakteristika na može površinski slojbalast tla u zoni nizvodne kosine nasipa), kojim se produžava put procednih voda do zone dalje od nasipa i prikuplja malim drenažnim kanalom.

1.

Obrnuti filtar

2.

Drenažni tepih

3.

Drenažna cev

4.

Drenažni nasip

Slika 10.12: Drenažne konstrukcije na nasipu

Redovno održavanje nasipa je neophodna aktivnost, čiji se osnovni zadaci sastoje se u čuvanju objekta od svakodnevnog oštećenja (od neovlašćenog saobraćaja, krađe zemlje i peska iz tela nasipa, krtičnjaci), obezbeđenju prohodnosti krune nasipa, redovnom košenju kosina, kr čenju i košenju prinasipskog pojasa duž branjene i nebranjene nožice nasipa, održavanju zaštitnih obloga, održavanju čuvarnica i magacina sa deponovanom opremom, alatom i materijalom, održavanju nasipskih kapija, graničnih belega i stacionažnih oznaka. Od posebnog značaja za sigurnost odbrambene linije je održavanje objekata izgrađenih u telu nasipa i njegovoj neposrednoj blizini (ustave, cevovodi, crpne stanice, propusti).


141/220

5/25/2018



Slika 10.13: Dobro održavan nasip sa nasipskom kapijom

10.2.2 Zaštitni zid Zaštitni zid (slika 10.14) je objekat sa funkcijom zaštite od poplava, koji se gradi kada nema prostora za izgradnju nasipa ili na samom nasipu koji nema dovoljnu visinu iznad nivoa merodavne velike vode. Najčešće su armirano-betonski objekti, visine 1,0 – 1,5 m.

Slika 10.14: Zaštitni zid

10.2.3 Kamena deponija Kamena deponija (slika 10.15) je regulaciona građevina van glavnog korita, čija je namena stabilizacija obale na projektovanom položaju. Izvodi se po projektovanoj trasi obale, izvan korita vodotoka. Kada se obala pomeri do deponije, deponija se ruši i nastaje obaloutvrda. Kamenu deponiju čini naslagan krupan kamen u količini koja je dovoljna za formiranje obaloutvrde. Može biti ukopana ili na površini terena. 135 http://slide pdf.c om/re a de r/full/0358020131118re gula c ija r ije ka skr ipta 2013

142/220

5/25/2018



Slika 10.15: Kamena deponija

10.3 REGULACIONE GRA ĐEVINE U KORITU 10.3.1 Obaloutvrda Osnovne karakteristike Obaloutvrda je paralelna regulaciona građevina u koritu vodotoka kojom se obala štiti od erozije. Gradi se najčešće na konkavnoj obali vodotoka, retko na obe obale duž pravolinijske deonice ili u naseljima u okviru regulacije "gradskog" tipa. Kruna obaloutvrde je najčešće na nivou obale (nivo srednje velike vode ili punog korita vodotoka). Na kraćim potezima kroz naselja se, zbog nedovoljnog prostora ili urbanističkih zahteva, zaštita od poplava zaštite umestoobala nasipima obezbeađkoriste uje kejskim zidovima različitih tipova. Kejski zidovi imaju i funkciju od erozije, se i za rekreaciju. Izbor tipa obaloutvrde zavisi od mnogo parametara: - geometrijskih karakteristika obale i trase rečnog toka, - geomehaničkih svojstava materijala obale, - hidrološko-hidrauličkih karakteristika toka (režim vodostaja - intenzitet i učestalost oscilacija nivoa, raspored, intenzitet i smer brzine toka u zoni obaloutvrde), - karakteristika režima rečnog nanosa, - dejstva talasa, - dejstva leda, - ambijenta u kome se gradi (klasična ili naturalna regulacija), - raspoloživog materijala i radne snage, - cene. Osnovna podela obaloutvrda je na vertikalne i kose. Vertikalne obaloutvrde (slike 10.16 i 10.17) imaju zadatak da horizontalna opterećenja prenesu na tlo i mogu biti gravitacione konstrukcije (grade se od betona i armiranog betona, gabiona, armirane zemlje) ili razni zidovi, šipovi i dijafragme od armiranog betona ili čelika. Znatno su skuplje nego kose obaloutvrde i primenjuju se uglavnom u specijalnim slučajevima (luke, pristaništa, marine, kanali) ili kada prostorna ograničenja ne dozvoljavaju izvođenje kose obaloutvrde. 136 http://slide pdf.c om/re a de r/full/0358020131118re gula c ija r ije ka skr ipta 2013

143/220

5/25/2018



Slika 10.16: Vertikalna obaloutvrda od gabiona

Slika 10.17: Vertikalna obaloutvrda od č eli č nih talpi

Konstruktivno gledano, vertikalne obaloutvrde spadaju u grupu potpornih konstrukcija. Za dimenzionisanje vertikalnih obaloutvrda se primenjuju standardni postupci iz mehanike tla i fundiranja. Kose obaloutvrde Kose obaloutvrde su isključivo regulacione građevine, koje odlikuje jednostavna konstrukcija i niža cena izvođenja. U ovu grupu spada velika lepeza objekata, od jednostavne zaštite obale biljnim materijalom (slika 10.18) do kejskog zida sa platoom za rekreaciju (slika 10.19), ali svaki ima tri osnovna elementa (slika 10.20): - Nožica je oslonac konstrukcije, koji se nalazi u samom rečnom koritu i u svim uslovima je izložena dejstvu vode. - Posteljica ima višestruku ulogu, a to je filtracija, dreniranje, zaštita od ispiranja tokom paralelnim sa kosinom, izravnavanje temeljnog tla (služi kao temelj za ugradnju obloge), odvajanje konstrukcije od temeljnog tla, sekundarna zaštita u slučaju gubitka dela obloge i disipacija energije unutrašnjeg toka vode. - Obloga štiti konstrukciju od erozionog dejstva vode (strujanje, talasi), treba da bude vodopropusna i fleksibilna (prilagodljiva deformacijama). Za oblogu se koriste najrazli čitiji materijali, od najjednostavnije zaštite obala biljnim materijalima (busen, poplet, fašine) do obloga od kamena, prefabrikovanih betonskih elemenata, gabiona, asfalta i dr.

Slika 10.18: Obaloutvrda sa "živom" oblogom kosine


144/220

5/25/2018



Slika 10.19: Kejski zid


145/220

5/25/2018




146/220

5/25/2018




147/220

5/25/2018




148/220

5/25/2018



Slika 10.20: Razli č iti tipovi obaloutvrda

Ispod nožice se postavlja podloga nožice, da bi prenela opterećenje od konstrukcije na slabo nosivo rečno dno. Podloga može biti: - fašinski madrac, - sloj krupnijeg šljunka, tucanika ili sitnijeg kamenog nabačaja ili - ojačani geotekstil. Obavezno je da se predvidi prepust u rečni tok, pri čemu je dužina prepusta dovoljna da nožica može da podnese lokalnu dubinsku eroziju, a da ne dođe do deformacije nožice. Ukoliko se podloga gradi od šljunka, tucanika ili kamena, formiraju se dva sloja: sitniji materijal se polaže na rečno dno, a krupniji preko njega (da bi se sprečila migracija čestica dna kroz podlogu). Nožica je oslonac cele konstrukcije, koji se radi od kamenog nabačaja, gabiona itd. Gradi se pod vodom (direktnim istovarom kamena), osim krune koja se gradi iznad nivoa radne vode (trajanja 23 meseca godišnje). Kruna se oblikuje ručno ili mašinski (roliranje kosine), radi definisanja pravilnog geometrijskog oblika. Dimenzije nožice se određuju iz uslova stabilnosti na klizanje. Filtar se postavlja između obloge i posteljice, da bi se sprečilo ispiranje sitnih čestica iz posteljice. Radi se od: - granuliranog šljunka ili - geotekstila. Filtar od šljunka se formira se od prirodnog materijala u slojevima (slika 10.21), pri čemu je osnovni kriterijum da čestice iz donjeg sloja ne prodiru kroz sledeći sloj. Filtar mora da ispuni više uslova: - da bude vodopropustljiviji od materijala u posteljici, - da ima takav granulometrijski sastav da čestice iz zaleđa ne prodiru u filtar i da zrna filtra ne prolaze kroz spojnice u oblozi, - da ima dovoljnu debljinu, koja obezbeđuje: 142 http://slide pdf.c om/re a de r/full/0358020131118re gula c ija r ije ka skr ipta 2013

149/220

5/25/2018



da je u samom filtru moguće formiranje skeleta čestica koji će opterećenje od obloge preneti na zaleđe bez deformacije filtra, o normalno ugrađivanje i postizanje uniformnog kvaliteta. Najčešće je filtar debljine 15 do 25 cm ili ½ debljine obloge. Granulacija čestica u šljunčanom filtru mora da zadovolji sledeće uslove: o

d 50 ( filtar ) d50( tlo)  25

5  d 15( filtar ) d 15(tlo )

 40

d 15( filtar ) d 85( tlo )

5

Ako taj odnos nije moguće postići, radi se filter u dva sloja. Dok je debljina jednoslojnog filtera 150 – 380 mm, debljina svakog sloja dvoslojnog filtera treba da bude 100 – 200 mm.

Slika 10.21: Granulometrijski sastav šljunč anog filtra

Pri izboru filtra od geotekstila (slike 10.22 i 10.23), koriste se specifikacije proizvođača. Treba voditi računa o: - migraciji čestica kroz geotekstil, - zapušavanju pora u geotekstilu, čime se smanjuje početna vodopropusnost i - migraciji čestica paralelno ravni geotekstila (samo u slučaju mulja do sitnog peska).

Slika 10.22: Filter od geotekstila

Slika 10.23: Postavljanje geotekstila

Obloga od kamena može biti: - kameni nabačaj (nema nikakvog naknadnog doterivanja istovarenog kamena – slika 10.24) - rolovani kamen (položaj pojedinih blokova se doteruje ručno ili čakijama)


150/220

5/25/2018



-

ručno slagani kamen - sa otvorenim spojnicama (slika 10.25) ili zatvorenim spojnicama (zalivenim cementom ili asfaltom – slika 10.26) od ploča od tesanog kamena (slika 10.27).

Slika 10.24: Kameni naba č aj

Slika 10.25: Ruč no slagan kamen

Slika 10.26: Kamen zaliven malterom

Slika 10.27: Ploč e od tesanog kamena

Nagib kosine najekoju kamena je od 1:1.25 do 1:2. Debljina obloge 1.5se dopolaže 2 srednjeg prečobloga nika kamena. Krupnoća kamena ili dimenzije betonskih elemenata u oblozi se određuju na osnovu sledećih uticaja: - brzine vode (više obrazaca, nomogrami) - delovanje talasa (više obrazaca, nomogrami) - delovanje leda - udari plovila


151/220

5/25/2018



- seizmički uticaji. Jedan od obrazaca za određivanje krupnoće kamena u gornjem sloju obloge glasi: d 50



A V 2

 2 g

gde je: A - koeficijent koji zavisi od turbulencije: A=0.2 mala turbulencija; A=0.5 do 0.7 normalna turbulencija; A=1.4 velika turbulencija V – srednja brzina (m/s),  = 1.65. Obloga od betonskih ploča se može izvesti od: - montažnih betonskih blokova (slobodno položenih na kosinu – slike 10.28 i 10.29), - uklještenih betonskih blokova (slika 10.30), - užadima povezanih betonskih blokova (slika 10.31), koji se postavljaju u vidu kompletnih madraca (slike 10.32 i 10.33).

Slika 10.28: Slaganje betonskih blokova na filtar od geotekstila

Slika 10.29: Izgled završene obloge od betonskih blokova

Slika 10.30: Obloga od uklještenih betonskih elementata na podlozi od šljunka

Slika 10.31: Obloga od užadima povezanih betonskih blokova


152/220

5/25/2018



Slika 10.32: Postavljanje fleksibilne betonske obloge na filtar od geotekstila

Slika 10.33: Betonska obloga u zoni mosta

Ukoliko se obaloutvrda gradi od slaganih betonskih ploča ili kamenih blokova neophodni elementi, koji se rade od kamenih blokova ili armiranog betona, su: - uporna greda, na koju se oslanja obloga - završni element, koji završava oblogu i sprečava podlokavanje obloge u periodu povlačenja velike vode u osnovno korito. Ovi elementi su prikazani na slici 10.34.

Slika 10.34: Uporna i završna greda obaloutvrde

U slučaju vodotoka sa oscilacijama nivoa do 5-6 m, na obaloutvrdi se projektuje bankina, koja doprinosi stabilnosti, a u naseljima ima i ulogu staze za šetnju. Širina bankine je 1 - 4 m. U novije vreme se za oblogu koriste razli čite vrste geotekstila (slika 10.35), kao što su: zatravljeni kompozitni madraci, trodimenzionalni madraci i mreže i dvodimenzionalne mreže.

Slika 10.35: Ruševna visoka obala je zašti će na zatravljenim kompozitnim madracem

Sve češće se korist i obloga od gabiona i gabionskih madraca (slike 10.36 i 10.37), uglavnom za "poljske" regulacije ili sanaciju ruševnih obala. Debljina obloge se određuje primenom


153/220

5/25/2018



empirijskih obrazaca. Mora se voditi računa o stabilnosti konstrukcije obloge na obali u nagibu, trajnosti žice od koje je formirano telo gabiona i dimenzijama ispune gabiona.

Slika 10.36: Gabionski tepih (reno madrac) na obali vodotoka

Slika 10.37: Postavljanje gabionskog tepiha

Obaloutvrda sa oblogom od biljnih materijala (slika 10.38) koristi se u “naturalnoj” regulaciji. Obavezan deo obaloutvrde je nožica od kamenog nabačaja.

Slika 10.38: Obloga od biljnog materijala

Izbor tipa kose obaloutvrde Izbor tipa onbaloutvrde zavisi od položaja i namene (gradska ili poljska regulacija), uslova na terenu i raspoloživih sredstava. U izboru tipa obaloutvrde koriste se rezultati hidrauličkog proračuna, jer ona treba da izdrži uticaj re čnog tokabrzine u uslovima "merodavnog" U tabeli 10.1 date su okvirne vrednosti maksimalne dozvoljene i tangencijalni naponiprotoka. za pojedine tipove obaloutvrda.


154/220

5/25/2018


REGULACIJA RIJEKA, SKRIPTA, Dr Marina Babi ć Mladenovi ć Tabela 10.1: Okvirne vrednosti maksimalne dozvoljene brzine i tangencijalni naponi

Dozvoljeni tangencijalni napon (N/m2)

Tip obaloutvrde

Dozvoljena brzina (m/s) pri srednjoj dubini toka (m) 1.0

2.0

3.0

Obloga od busena

20.0

0.8

1.0

1.1

Poplet od šiblja sa ispunom od šljunka Obloga od fašina

15.0 70.0

3.0

3.5

-

Jednoslojni kameni nabačaj (u zavisnosti od krupnoće kamena)

250.0

1.0-4-0

1.1-4.5

1.3-4.7

Dvoslojni kameni nabačaj (u zavisnosti od krupnoće kamena)

300.0

1.1-4.5

1.2-5.0

1.5-5.0

250.0

3.0

3.5

4.0

20 cm

3.5

4.0

4.5

25 cm

4.0

4.5

5.0

400.0

4.5

5.0

5.5

7.0-100.0

3.0

3.5

4.0

150.0 – 250.0

5.0

5.5

6.0

MB 30

8.0

9.0

10.0

MB 20

7.0

8.0

9.0

MB 15

6.0

7.0

7.5

1.0 x 1.0 x 0.10 m

-

2.5

-

1.0 x 1.5 x 0.15 m

-

5.0

-

1.5 x 2.0 x 0.20 m

-

8.0

-

Jednoslojna obloga od kamenih blokova na šljunku debljine 10 cm. Krupnoća kamena:

15 cm

Dvoslojna obloga od kamenih blokova na sloju šljunka 10acm – krupnoća20donjeg kamenadebljine je 15 cm, površinskog cm sloja Fašinski madrac debljine 50 cm Obloga od gabiona (ne manjih dimenzija od 0.5 x 0.5 x 1.0 m) Betonska obloga Obloga od armiranobetonskih ploča, dimenzija

Maksimalni nagibi obloge su sledeći: - kosine obložene kamenom iznad vode 1:1,5 - kameni nabačaj ispod vode 1:3 do 1:4 - zatravljena kosina 1:6 do 1:10. Način i faze izgradnje obaloutvrda Pre početka izvođenja, neophodno je uraditi projekat organizacije građenja (definišu se uslovi transporta, snabdevanja gradilišta energijom, metode građenja, mehanizacija, radna snaga, količine građevinskog materijala, dinamika rada s obzirom na trajanje "radne vode", organizacija gradilišta...). Izgradnja obaloutvrde ima više faza, koje zavise od tipa obaloutvrde i njenog položaja u odnosu na postojeću obalu (da li se regulaciona linija useca u postojeću obalu ili se mora nasuti teren do regulacione linije). Na primer, faze gradnje obaloutvrde sa oblogom od kamena ili betona, po regulacionoj liniji koja je pomerena od postojeće obale ka vodi, su sledeće: - Obeležavanje geometrijskih karakteristika buduće regulisane obale - Polaganje podloge za nožicu obaloutvrde - Izrada nožice obaloutvrde (mašinsko nasipanje do nivoa radne vode, a zatim mašinsko ili ručno slaganje kamena i oblikovanje krune)


155/220

5/25/2018



-

Formiranje obratnog filtra iza tela nožice Nasipanje/planiranje kosine posteljice Formiranje obratnog filtra ispod obloge Izvođenje uporne grede obloge Izgradnje obloge

- Izrada završnog venca. Održavanje obaloutvrde Održavanje obaloutvrde obuhvata redovne mere (osmatranje konstrukcije i redovno održavanje tekuće popravke) i vanredne mere u toku i nakon izuzetno nepovoljnih hidrološko-meteoroloških prilika (velike vode, ledostaj, ledohod), koje obuhvataju praćenje stanje i sanaciju oštećenja (slike 10.39 i 10.40). Rekonstrukcija obaloutvrde je potrebna ako u vodotoku do đe do značajnih izmena hidrološkog i hidrauličkog režima ili kada se promeni namena regulisane obale, pa postoje ća konstrukcija više ne odgovara novim uslovima.

Slika 10.40: Ispiranje filtarskog sloja dovodi do rušenja obloge

Slika 10.39: Sanacija ošteć ene obaloutvde

10.3.2 Prava paralelna građevina Paralelna regulaciona građevina se izvodi kada je potrebno suženje rečnog korita (slike 10.41 i 10.42). Ova građevina ne remeti uslove proticanja vode pa je pogodna za regulacione radove za potrebe plovidbe. Prave paralelne građevine se grade na konkavnim obalama, ili na obe obale na pravolinijskim deonicama, sa krunom na koti srednje vode. U telu gra đevine se na nivou male vode ostavljaju otvori dužine 2 – 10 m, koji omogućavaju ulaz nanosa u prostor između građevine i obale. Taloženjem ovog nanosa formira se projektovana obala. PP građevina se sa obalom povezuje traverzama, koje sprečavaju formiranje sekundarnog toka između građevine i obale. Na uzvodnom i nizvodnom kraju se gra đevina ukorenjuje u obalu. Delovi prave paralelne građevine su podloga, telo i traverze. Podloga prenosi opterećenje od konstrukcije na slabo nosivo rečno dno. Može se izvesti kao fašinski madrac, sloj krupnijeg šljunka, tucanika ili sitnijeg kamenog nabačaja, ojačani geotekstil. Telo PP građevine ima trapezni presek, sa nagibi kosina prema obali 1:1 do 1:2, a prema reci 1:1,5 do 1:4. Širina objekta u kruni je 1 - 4 m. Izvodi se od najrazličitijih materijala (kamen, punjene fašine, gabioni). Različita konstruktivna rešenja tela građevine su data na slici 10.43. Traverze se postavljaju na međusobnom razmaku koji je jednak širini vodnog ogledala pri srednjoj vodi i obavezno se ukorenjuju u obalu. U zoni ukorenjenja, obala se štiti obaloutvrdom (bar 5 m uzvodno i 10 m nizvodno), jer je ta čka ukorenjenja najugroženija erozijom. 149 http://slide pdf.c om/re a de r/full/0358020131118re gula c ija r ije ka skr ipta 2013

156/220

5/25/2018



Slika 10.41: Prava paralelna građ evine

Slika 10.42: Prava paralelna građ evina i traverza

Građenje prave paralelne građevine počinje polaganjem podloge na rečno dno, a zatim se gradi telo građevine, od uzvodnog ka nizvodnom kraju (da bi se radovi što više obavljali u mirnoj vodi). Radi se ukorenjenje u prirodnu obalu na uzvodnom i nizvodnom kraju, zatim izgradnja traverzi i ukorenjenje u obalu, a na kraju zaštita mesta ukorenjenja obaloutvrdama.


157/220

5/25/2018




158/220

5/25/2018



Slika 10.43: Razli č iti tipovi pravih paralelnih građ evina

10.3.3 Naperi Naperi su poprečne regulacione građevine kojima se vrši suženje re čnog korita do projektovane širine (slika 10.44). Izgradnjom napera se postiže odbacivanje rečne struje ka sredini toka, dok se u međunaperskom polju stvara cirkulaciono strujanje i istaložavanje rečnog nanosa (slika 10.45). Grade se na konveksnim obalama ili na obe obale na pravolinijskim deonicama reke, uvek u vidu sistema - nikad pojedinačno (slike 10.46 i 10.47). Prema položaju u odnosu na rečni tok mogu biti uzvodni, upravni i nizvodni (slika 10.48). Na slici 10.49 prikazan je obi čan naper, a na 10.50 naper sa krilom. Naperi sa krilima (dužina uzvodnog krila: 10 - 30 m, dužina nizvodnog krila: 20 - 100 m) se često koriste na plovnim rekama, jer manje remete strujnu sliku.

Slika 10.45: Cirkulatorno strujanje u međ unaperskom polju

Slika 10.44: Plovni vodotok regulisan naperima


159/220

5/25/2018



Slika 10.46: Sistem napera

Slika 10.47: Zasuto međ unapersko polje

Slika 10.48: Uzvodni, upravni i nizvodni naperi

Slika 10.49: Obi č an naper

Slika 10.50: Naper sa krilom

Slika 10.51: Naperi od gabiona

Međusobni razmak i dužine napera se mogu odrediti na hidrauličkom modelu (ili u prirodi, na eksperimentalnoj deonici), primenom empirijskih izraza ili složenih ravanskih modela strujanja. Rastojanje između napera izračunava iz uslova da se u međunaperskom polju javi povratno, cirkulaciono strujanje. Jedan od preporučenih empirijskih izraza je: 2 L  α

C  h 2 g

Dužina napera zavisi od potrebnog stepena suženja re čnog korita. Obično se povećava za 1/3, da bi skrenuta struja toka udarala u telo napera, a ne u obalu. Dužina napera ne treba da bude manja od 5 m. Kota krune napera je približno na nivou srednje vode, tako da ga voda preliva.


160/220

5/25/2018



Delovi napera su podloga i telo trapeznog preseka. Podloga prenosi opterećenje od konstrukcije na slabo nosivo rečno dno, a radi se u vidu fašinskog madraca, sloja krupnijeg šljunka, tucanika ili sitnijeg kamenog nabačaja, ojačanog geotekstila. Podloga treba da bude prepuštena u tok, jer se u zoni glave napera, usled opstrujavanja, javlja lokalna erozija. Telo trapeznog preseka ima nagib uzvodne kosine 1:1 do 1:3; nizvodne 1:1 do 1:4. Nagib kosine glave napera prema reci iznosi 1:3 do 1:5. Širina u kruni zavisi od visine napera, a kre će se u opsegu i podužni idu1:100 ći od korena prema toku (radi koncentracije protoka pri povla1-3m. čenju Naper velikih ima voda) koji je unagib, opsegu do 1:300. Naper se vezuje za obalu korenom dužine 3-5 m, a zona ukorenjenja se osigurava obaloutvrdom (oko 10m uzvodno i 20 m nizvodno). Naperi se izvode od različitih materijala: kamen, fašine ili punjene fašine sa ili bez obloge od kamena, gabioni. Konstrukcija tela napera je ista kao u slu čaju prave paralelne građevine (slika 10.43). Izgradnja sistema napera počinje od najuzvodnijeg napera, da bi se radovi što više obavljali u mirnoj vodi. Najpre se izrađuje i postavlja podloga, zatim se izvodi telo napera po celoj dužini jednovremeno (najčešće pomoću plovnog bagera) i najčešće oblaže krupnim kamenom. Zaštita mesta ukorenjenja pomoću obaloutvrde se radi na kraju. Krupnoća blokova ili dimenzije gabiona određuju se po istom principu kao dimenzije elemenata obaloutvrda, vode i računai za o znatno ćim brzinama koji preliva naper. Sistemi napera sećkoriste zaštitu ve morskih plaža odtoka erozije. Naperi i paralelne građevine su često konkurentna rešenja za istu namenu, a svako od njih ima svoje prednosti i mane. PP građevine u odnosu na naper imaju sledeće prednosti: ujednačeno tečenje uz građevinu, kontinuirana regulaciona linija, nema pojave lokalne erozije u koritu. S druge strane, troškovi građenja PP građevine su veći, veliki su problemi u izvođenju radova u dubokoj vodi, zasipanje korita je sporo, a nožicu gra đevine treba osigurati celom dužinom. Naperi se lakše izvode, a zasipanje je efikasnije, manji su troškovi izgradnje. S druge strane, naperi izazivaju poprečna strujanja u koritu vodotoka, trpe česta oštećenja zbog prelivanja pri velikim vodama i samo tačkasto definišu regulisanu obalu. 10.3.4 Pregrada Pregrada je poprečna regulaciona građevina kojom se pregrađuju suvišni rukavci rečnog toka ili stara napuštena korita. Staro korito se mora uključiti u tečenje pri velikim vodama, pa su zato pregrade objekti koji se grade sa kotom krune na nivou srednje vode i prelivaju pri većim vodama. Staro korito se tokom vremena zapunjava istaloženim nanosom. Po položaju u rukavcu koji se pregrađuje, pregrade mogu biti uzvodne, na sredini i nizvodne (slika 10.52). Po položaju u odnosu na glavni tok mogu biti paralelne, što je povoljnije sa hidrauličkog stanovišta ili poprečne, što znači kraće i jeftinije. Delovi pregrade su: telo trapeznog preseka i slapište (slika 10.53). Nagibi kosina tela pregrade se razlikuju. Nagib uzvodne kosine je 1:1,5, dok je nagib nizvodne blaži 1:3 do 1:4. Širina pregrade u kruni je 2 - 3 m. U slučaju pregrada veće visine, rade se bankine. Kruna pregrade se izvodi u nagibu 2 - 4% od obala ka sredini toka, radi koncentracije protoka u periodu malih voda. Slapište se izvodi radi osiguranja dna iza pregrade od erozije u periodima kada voda preliva preko pregrade. Izvodi se u vidu splava od fašina ili punjenih fašina, ili od kamena. Pregrade se izvode u periodu malih voda (slika 10.54). Nasipanje kamena može biti frontalno i čeono (sa obe obale). Obavezno se ukorenjuju u visoku obalu. Pregrade mogu imati i druge namene. Mogu biti značajnih dimenzija, ukoliko područ je koje je dobijeno pregrađivanjem reke treba da bude zaštićeno od plavljenja. Primer su 3 pregrade rukavca reke Save u Beogradu, kojima je formirano veštačko jezero „Ada Ciganlija“ (slika 10.55). Ove pregrade su uklopljene u glavni nasip, tako da im je kruna na koti koja obezbeđuje zaštitu od poplava. 154 http://slide pdf.c om/re a de r/full/0358020131118re gula c ija r ije ka skr ipta 2013

161/220

5/25/2018



Slika 10.52: Položaj pregrada starog korita

Slika 10.53: Popreč ni presek pregrade

Slika 10.54: Izvođ enje pregrade

Slika 10.55: Savsko jezero sa pregradama

10.3.5 Prag Prag je poprečna regulaciona građevina. Pragovi se grade na rekama koje imaju veći podužni pad, u cilju stabilizacije uzdužnog profila rečnog korita odnosno sprečavanja erozije dna i obala koja može dovesti do rušenja prirodnih obala i objekata u koritu. Pragovi mogu biti izvedeni od najrazličitijih materijala, a postoji bezbroj konstruktivnih rešenja. Izbor konstrukcije zavisi od morfoloških i ekoloških uslova u vodotoku. Primeri praga zidanog od kamena u cementnom malteru su dati na slikama 10.56 i 10.57, a na slici 10.58 je betonski prag, koji je izveden nizvodno od mosta kako bi se zaustavila erozija korita. Pragovi imaju telo trapeznog preseka (nagibi kosina: uzvodna 1:1; nizvodna 1:2), širina u kruni 1.52 m. Kruna praga se izvodi u nagibu (od 1:2 do 1:50) od obala ka sredini toka, radi koncentracije protoka u periodu malih voda. Grade se u periodu malih voda. Obavezno se ukorenjuju se u re čne obale i dno.


162/220

5/25/2018



Slika 10.56: Prag od kamena

Slika 10.57: Prag od kamena

Slika 10.58: Betonski prag

Slika 10.59: Prag od gabiona

Slika 10.60: Pragovi u "naturalnoj" regulaciji

U okviru “naturalne regulacije” pragovi se postavljaju da povećaju raznovrsnost hidrauličkih uslova, lokalno pojačaju turbulenciju i intenziviraju ovazdušenje toka (slika 10.60). Koriste se razni materijali: debla, gabioni, pojedinačne kamene gromade. Razmak pragova se računa iz uslova stabilnosti zrna nanosa, koristeći jednačinu MPM.


163/220

5/25/2018



11 REGULACIONI RADOVI 11.1 PROSEK REČNE KRIVINE Prosecanje čnih ikrivina imaMe zađutim, cilj daukoliko se skraelementi ćenjem trase pove ća propusna moć korita za se protok vode, pronosreleda nanosa. proseka nisu dobro odabrani javljaju negativni efekti: velika dubinska erozija, rušenje građevina, ugrožavanje mostovskih stubova, vodozahvata, itd. U naturalnom uređenju vodotoka se prosecanje kao regulaciona mera ne koristi, jer se ovom merom pogoršavaju hidrološki uslovi nizvodno, što je protivno konceptu integralnog uređenja sliva. Često se u okviru rehabilitacije re čnih korita "ispravljeno" korito se vraća u prirodno stanje tako što se projektuje nova meandrirajuća trasa. Postoje dva načina izvođenja proseka: - iskopom kinete (malog korita) koje se dejstvom reke razrađuje do projektovanih dimenzija (slika 11.1) ili - iskopom novog korita u punom profilu (slika 11.2).

Slika 11.1: Kineta proseka

Slika 11.2: Prosek iskopan u punom profilu

Formiranje proseka iskopom kinete je moguće ukoliko je stepen skra ćenja toka veliki (veći od 1:3) i ukoliko se kopa u nevezanom materijalu. Dimenzije kinete zavise od rezultata hidrauličkog proračuna, načina iskopa i karakteristika materijala u kome se vrši iskop. Orijentacione dimenzije kinete su: - širina: 1/10 do 1/20 širine budućeg korita - dubina: do nivoa podzemne vode ili nešto ispod - nagib od 5:1 do 10:1će(uaktivnosti: slučaju ručnog iskopa, 1:2). Izvođenje kinetekosina: podrazumeva slede - osovina kinete se podudara sa osovinom dela budućeg korita, bližeg konveksnoj obali - zemlja iz iskopa se istovaruje u neposrednoj blizini kinete - sa kopanjem se počinje od nizvodnog kraja - na ulazu se ostavlja "čep", koji omogućava radove u suvom – na kraju iskopa se čep otvara bagerom sa obale, čime počinje razrada kinete. Osiguranje konkavne obale proseka obaloutvrdom je obavezno (u slu čaju izvođenja kinete proseka radi se kamena deponija po trasi buduće obale). Takođe, grade se pregrade (na početku, sredini ili 157 http://slide pdf.c om/re a de r/full/0358020131118re gula c ija r ije ka skr ipta 2013

164/220

5/25/2018



kraju starog korita - starače) do nivoa srednje vode, sa otvorima za malu vodu, radi efikasnijeg zasipanja nanosom. Pregrade ne treba graditi odmah, pošto se dešava da do zasipanja dođe i bez njih. Ukoliko se proseca niz krivina, sa radovima se počinje sa nizvodnog kraja, tako što se uzvodni prosek otvara nakon što se razradi nizvodni - time se višak energije stvoren formiranjem nizvodnog proseka koristi za razradu uzvodnog, a materijalom iz uzvodnog proseka se zasipaju nizvodne stara e. proseka putem kinete je problematično, jer nije moguće proceniti dinamiku razvoja Izvođčenje proseka ni hidrauličkim ni fizičkim modelom (modeli ne mogu da obuhvate sve parametre koji utiču na proces razrade proseka). Zato se često proseci rade iskopom u punom profilu. Proseci su relativno agresivni zahvati na vodotoku koji imaju brojne posledice, kao što je promena režima tečenja, režima pronosa nanosa i promene geometrije korita ne samo na lokaciji proseka nego i šire. Razlog je lokalno skraćenje, zbog koga se o lokalno povećava uzdužni pad i povećava energija toka, koju prati regresivna erozija uzvodno od proseka (slika 11.3). Primer negativnog uticaja je regulacija reke Velike Morave (slika 11.4), na kojoj je izgradnjom većeg broja proseka, trasa skraćena za 18%. Rezultat je produbljenje korita za 3 m u periodu od više decenija, sa negativnim uticajem na priobalje.

Slika 11.3: Promene koje nastaju u reč nom koritu posle izvođ enja proseka


165/220

5/25/2018



Slika 11.4: Nova i stara trase reke Velike Morave

11.2 URE ĐENJE REČNIH UŠĆA Uređenje korita reke i njene pritoke u zoni ušća je ozbiljan zahvat, koji moraju da prate složene hidrološke i hidrauli čke analize. je ispitati sve hidrološko-hidrauli čke velikih uslovevoda, u zoni ušća (koincidencija vodostaja glavnogPotrebno toka i pritoke, složena verovatnoća nailaska međusobno usporavanje matične reke i pritoke, prostiranja poplavnih talasa u zoni uš ća) i uslove transporta nanosa. Na ušću je potrebno obezbediti transportnu moć matične reke za transport nanosa iz pritoke (uvek ima krupniji nanos) i pogodan ugao pritoke i glavnog toka. Uzvodno ulivanje je nepovoljno, jer pritoka usporava matičnu reku i deponuje nanos uzvodno od ušća. Ulivanje pod pravim uglom ne garantuje efikasno mešanje vode i odnošenje nanosa, može da ugrozi suprotnu obalu mati čne reke, pri istovremenoj pojavi velikih voda pritoke i malih voda mati čne reke. Najpovoljnije je nizvodno ulivanje jer obezbeđuje najpovoljnije uslove mešanja vode i odnošenja nanosa. Preporučuje se ugao 30-45° između osovine toka pritoke i recipijenta (slika 11.5). Takođe, najpovoljnije je ukoliko je ulivanje na konkavnoj obali, tako što se susti ču konkavne obale matične reke i pritoke. Ulivanje na konveksnoj obali je nepovoljno, zbog male transportne sposobnosti toka matične reke uz ovu obalu.


166/220

5/25/2018



Slika 11.5: Projekat uređ enja reč nog ušć a

11.3 ZAŠTITA MOSTOVA I PROPUSTA Velike vode često nanose štetu na mostovima, jer tada dolazi do prelivanja mostovske konstrukcije, erozije korita u zoni mostovskih stubova i bokova mosta, erozije pristupnih rampi ili nasipa, a javlja se i nagomilavanje površinskog nanosa na konstrukciji mosta. nastale štete mogu biti posledica nedovoljnog proticajnog profila mosta, pogrešno postavljenih stubova i oporaca, ali i nagomilavanja otpada. Most ugrožava erozija, koja je posledica tri procesa: 1. Dugoročnih promena kota rečnog dna pod uticajem prirodnih ili antropogenih promena u slivu ili na deonici vodotoka na kojoj se most nalazi. Promene mogu biti posledica antierozionih radova u slivu, izgradnje brane ili pregrade uzvodno od mosta, izgradnje nasipa i dr. 2. Opšte deformacije korita u zoni mostovskog suženja 3. Lokalne erozije oko stubova i bokova mosta. 11.3.1 Zaštita mostovskih stubova Mostovski stubovi u rečnom koritu remete tok, a posledica poremećaja je lokalna erozija u vidu erozionog levka. Ukoliko mostovski stub nije fundiran na dovoljnoj dubini, posledica može biti rušenje objekta. Zaštita novih mostova od nepovoljnih procesa koji mogu dovesti do rušenja mosta postiže se odgovaraju ćim dimenzionisanjem proticajnog profila mosta i povoljnim oblikovanjem mostovskih stubova. Cilj je da se uspostavi takav režim tečenja u mostovskom profilu koji ne će izazvati eroziju. Ukoliko se konstatuje da bi i pored toga mogla da se očekuje pojava erozionog „levka“ i erozija obala, već u fazi izvođenja se primenjuju mere zaštite korita u zoni mosta. To su: - Obaloutvrde duž obe obale u zoni mosta, čije karakteristike zavise od lokalnih uslova i - Zaštita korita u zoni mostovskih stubova (elastični tepih od kamenog nabačaja, gabiona itd.). Poželjno je da se mostovski prelaz izvede sa što manje stubova u koritu, tako da osovina mosta bude upravna na rečni tok, a osovine stubova mosta postavljene u pravcu strujnica. Takođe, 160 http://slide pdf.c om/re a de r/full/0358020131118re gula c ija r ije ka skr ipta 2013

167/220

5/25/2018



potrebno je voditi računa o obliku mostovskih stubova, odnosno izabrati takav oblik koji će najmanje remetiti lokalnu strujnu sliku. Najpovoljniji su hidrodinamički oblikovani stubovi. Ukoliko je u pitanju postojeći most oko čijih stubova se pojavila erozija, najčešće se izvodi elastična zaštita od kamenog nabačaja na filtarskoj podlozi (slika 11.6), jer je nju moguće relativno lako postaviti u tekućoj vodi. Kamen se postavlja u sloju debljine D=3 d50, dok se krupnoća kamena određuje na osnovu empirijskih relacija kao što je formula Izbaša: d 50

 0.692( K V ) ( ρ s  1)  2 g

gde je: d50 - prečnik kamena zastupljenosti 50% [m] K - koeficijent oblika mostovskog stuba (K=1.5 za stub kružnog preseka, K=1.7 za pravougaoni stub) V - brzina toka u zoni stuba [m/s] s - gustina kamena (2650 kg/m3). U novije vreme se koriste i elastični madraci (slika 11.7), ili specijalni betonski elementi (slika 11.8).

Slika 11.6: Zaštita mostovskog stuba kamenim naba č ajem

Slika 11.7: Zaštita madracem mostovskog stuba elasti č nim

Slika 11.8: Zaštita elementima mostovskog stuba betonskim

11.3.2 Zaštita oporaca mosta Ukoliko se utvrdi da su oporci postoje ćeg mosta ugroženi ili se u profilu novog mosta očekuje značajniji poremećaj hidrauličkog režima i erozija, projektuje se zaštita. Primeri su dati na slikama 11.9 i 11.10.


168/220

5/25/2018



Slika 11.9: Zaštita oporaca mosta gabionima

Slika 11.10: Zaštita oporaca mosta kamenim nabač ajem

Dimenzije kamenog nabačaja se mogu odrediti na osnovu sledećih jednačina: Ako je:

V

 0.80

gh

Ako je:

V gh

d 50



K V 2

 0.80

d 50 h

 gh

h



K V 2 0.14 ( )  gh

gde je: d50 – srednji prečnik kamena [m] V – srednja profilska brzina u suženom preseku [m/s] h - srednja dubina u suženom preseku [m] =1.65 K=0.89 (trapezni oblik suženja) – 1.02 (vertikalni zidovi)

11.4 IZVO ĐENJE I ZAŠTITA PRELAZA CEVOVODA PREKO VODOTOKA Ukrštanje naftovoda, gasovoda i vodovoda sa rečnim tokovima se rešava na dva na čina: - cevovod se postavlja na mostovskoj konstrukciji - izvodi se podvodni prelaz cevovoda po dnu rečnog korita. Prelaz cevovoda ispod korita reke je moguće izvesti: - Tehnologijom "utiskivanja" cevovoda ispod rečnog korita - Klasičnom tehnologijom koja podrazumeva: Tehnologija “utiskivanja” cevovoda ima sledeće prednosti: - cevovod se polaže ispod zone prognoziranih deformacija korita, što sigurno štiti cevovod od mehaničkih oštećenja; - ne menja se režim vodotoka pri izvođenju i eksploataciji objekta, - ne zahteva se izvođenje podvodnih (ronilačkih, bagerskih, hidrotehničkih) i regulacionih radova, - izvođenje radova je moguće u bilo koje doba godine, jer ne zavisi od hidroloških i meteoroloških uslova. Posebno se preporučuje u slučajevima:


169/220

5/25/2018



-

izvođenja prelaza na rekama sa znatnim deformacijama rečnog dna i velikim brzinama toka, - kada je ograničen prostor za polaganje cevovoda, zbog postojećih cevovoda, mostova ili drugih objekata, - reka sa intenzivnom plovidbom, - izgrađenih objekata (putevi, obaloutvrde i dr.) na obalama. Međutim, ovu tehnologiju nije moguće primeniti u slučaju nepovoljnih geoloških uslova ili ukoliko je u pitanju veliki prečnik cevovoda (preko 1m) i dužina ve ća od 2 km. Klasična tehnologija izvođenja prelaza cevovoda podrazumeva: - Iskop rova ("tranšeje") u rečnom dnu, - Polaganje cevi na izvesnu dubinu ispod dna korita (potrebno je obezbediti sigurnosnu rezervu za slučaj erozije rečnog dna i neravnomerne deformacije poprečnog profila), - Zaštitu cevovoda u tranšeji, - Zatrpavanje tranšeje. Deformacija iskopane tranšeje pod dejstvom rečnog toka (slika 11.11) se odvija pod spregnutim dejstvom dva procesa: - izdizanja dna i uzvodne kosine tranšeje usled zasipanja nanosa i - erozije nizvodne kosine. Rezultat je translacija cele tranšeje u pravcu toka. Brzini deformacije tranšeje treba prilagoditi brzinu polaganja cevovoda preko korita vodotoka. a-a Vsr

+V

H

-V ht =<0.5 H+ht

ht a

Vsr

+V

H

a

ht -V

ht >0.5 H+ht

Slika 11.11: Deformacija tranšeje

Potrebno je rešiti brojne hidrotehničke probleme, a pre svega: - Determinisati hidrološke, hidrauličke i psamološke parametre toka, od kojih zavisi tehnologija izvođenja podvodnog cevovoda, - Prognozirati moguću deformaciju rečnog korita u zoni podvodnog prelaza, - Prognozirati deformaciju tranšeje pod uticajem rečnog toka, kako bi se adekvatno planirala dinamika izvođenja radova, - Rešiti pitanje zaštite ukopanog cevovoda (slika 11.12), pri čemu se razlikuju dva slu čaja.


170/220

5/25/2018



ako je kruna zaštitne građevine u nivou rečnog dna, potrebna je lokalna zaštita, ali zaštitna građevina ne izazva lokalni poremećaj strujne slike i zato ima manje dimenzije. o ako je kruna građevine iznad nivoa rečnog dna, zaštitna građevina je prag na rečnom dnu, koji se mora projektovati sa nizvodnim osiguranjem dna rečnog korita (kao slapišta). o

kamen (d=15-25 cm) posle zasipanja

1 : 1 0

5 1. 1 :

prvobitno stanje

2.0 0.50 0.25 0.25

1 : 3

sitan kamen (5-15 cm ) ht< 1.50

prvobitno stanje {ljunak

10.0

stanje posle erozije nizvodne kosine

Slika 11.12: Objekat za zaštitu cevovoda u tranšeji


171/220

5/25/2018



12 OBJEKTI ZA REGULACIJU VODNOG REŽIMA Regulacija vodnog režima obuhvata sve hidrotehničke mere i građevine kojima se svesno uti če na promenu vremenske i prostorne raspodele voda: - usaglašavanje prosečnog protoka u vodotoku s dinamikom potreba korisnika, - smanjenje pika hidrograma velike vode i - povećanje (oplemenjivanje) malih voda. Metode za regulaciju vodnog režima su sledeće: - uređenje sliva, - uređenje korita vodotoka, - izgradnja retenzija, - izgradnja akumulacija, - izgradnja rasteretnih kanala.

12.1 URE ĐENJE KORITA VODOTOKA Uređenje korita vodotoka se primenjuje na malim vodotocima. Profil vodotoka (slika 12.1), često sa obostranim odbrambenim nasipima, tako je dimenzionisan da bez izlivanja može da propusti merodavnu veliku vodu (čiji povratni period zavisi od vrednosti branjenog područ ja). Primenjuju se dva tipa regulacije: "gradski" kroz naselja (uređenje korita vodotoka za prijem velikih voda i obezbeđenje stabilnosti oblogom) i "poljski" van naselja (korito vodotoka se ure đuje za prijem velikih voda, a dozvoljena je deformacija osnovnog korita). nivo merodavne v.v.

za{titni zid zatravlj en forland obalni zid od kamena

za{titni zid

zatravlj en forland minor korito oblo` eno kamenom

obalni zid od kamena

Slika 12.1: Primer "gradske regulacije" korita vodotoka

12.2 RETENZIJE Retenzijama se reguliše vodni režim vodotoka odnosno smanjuje maksimalni protok u vodotoku na nizvodnom sektoru i produžava trajanje velikih voda (ista zapremina vode se kroz vodotok propušta duže vreme). Retenzije mogu biti: - Čeone retenzije: na vodotocima u brdskim predelima (sa uskim dolinama) grade se male brane - Bočne (nizijske) retenzije: na ravničarskim vodotocima se grade obuhvatni nasipi 12.2.1 Čeone retenzije Čeone retenzije čine manje brane sa akumulacionim prostorom, izgrađene u gornjim delovima sliva i namenjene zaštiti od poplava (slika 12.2). Zapremina akumulacionog prostora i visina brane čeone retenzije zavise od veličine i karakteristika sliva, zapremine poplavnog talasa usvojene verovatnoće pojave vode, kao i karakteristika evakuatora i načina kontrole isticanja. Na slici 12.3 prikazana je transformacija poplavnog talasa u retenziji.


172/220

5/25/2018



Razlikuju se: 1. Retenzije sa slobodnim isticanjem (slika 12.4) kod kojih se voda odmah pri nailasku evakuiše nizvodno, uz transformaciju poplavnog talasa uslovljenu propusnom mo ći evakuatora. Ova vrsta retenzija ne može se koristiti za druge namene, kao što je ribarstvo, rekreacija ili slično. 2. Retenzije sa kontrolisanim isticanjem (slika 12.5) su prelazni oblik između retenzija i akumulacija. Imajuove upravljive evakuacione organe (temeljni ispust sanajava zatvara čem, ustave na prelivu). Mana vrste retenzija je to što je potrebna pouzdana i prognoza poplavnog talasa, kao i potreba za stalnim prisustvom radne snage za manipulisanje evakuacionim organima.

Slika 12.2: Brana č eone retenzije

Slika 12.3: Transformacija poplavnog talasa u retenziji

Slika 12.4: Brana retenzije sa slobodnim isticanjem

Slika 12.5: Brana retenzije sa kontrolisanim isticanjem

12.2.2 Bočne (nizijske) retenzije Bočne (nizijske) retenzije su priobalne teritorije opremljene objektima za prihvat velikih voda. Koriste se samo u izuzetnim prilikama, kada su glavni nasipi ugroženi ili kada velike vode prevazilaze obezbeđeni stepen zaštite. Najčešće se formiraju izgradnjom sekundarnih nasipa, na poljoprivrednim ili šumskim zemljištima. Kao i u slučaju čeone, nizijska retenzija prihvata deo zapremine poplavnog talasa i smanjuje mu vrh. Poznate su nizijske retenzije u Srednjoj Posavini – Lonjsko i Mokro polje.


173/220

5/25/2018



Slika 12.6: Nizijska retenzija posle ispuštanja vode

Slika 12.7: Nizijska retenzija

12.3 AKUMULACIJE Akumulacije su najčešće višenamenski objekti u kojima je deo korisne zapremine ostavljen za prihvat poplavnih talasa. Da bi imala funkciju u regulaciji vodnog režima, akumulacija treba da kontroliše veliki deo sliva i da ima dovoljan prostor za zadržavanje poplavnog talasa određene verovatnoće, ili se ovaj prostor mora obezbediti adekvatnim upravljanjem. U vreme velikih voda ispuštanje vode iz akumulacije se može vršiti: - kontrolisano (kroz ustave, temeljne ispuste i druge evakuacione organe) ili - preko slobodnog preliva (prelivanje počinje kada se ispuni prostor rezervisan za prijem poplavnog talasa).

Slika 12.8: Transformacija talsa velikih voda zavisi od zapremine akumulacije

Slika 12.9: Ispuštanje vode kroz prelive brane HE Đerdap 1 na Dunavu

Akumulacije i retenzije se formiraju izgradnjom brana. Brana je stalan objekat koji pregrađuje dolinu ili korito vodotoka radi akumuliranja ili retenziranja vode ili deponovanja jalovine. Problemi koji su vezani za pregrađivanje vodotoka izgradnjom brana su pomenuti na više mesta.


174/220

5/25/2018



Slika 12.10: Brana

12.4 RASTERETNI KANAL Rasteretni kanal služi za zaštitu područ ja od velikh voda, a izvodi se na potezima korita koji iz nekog razloga nemaju dovoljno propusnu moć za velike vode. rasteretni kanali po položaju mogu biti poprečni (prebacuju deo talasa velikih voda u drugi vodotok – slika 12.11) ili paralelni (trasiraju se paralelno sa rekom čije velike vode delimično prihvataju – slika 12.12).

Slika 12.11: Primer popreč nog rasteretnog kanala

Slika 12.12: Primer paralelnog rasteretnog kanala


175/220

5/25/2018



12.5 PRIVREMENA BRANA Privremena brana je objekat koji pregrađuje korito vodotoka radi obezbeđenja uslova za rekreaciju ili povišenja nivoa vode za druge potrebe. Uklanja se na po četku perioda velikih voda. Na slikama 12.13 dat je primer privremene brane koju čini gumena cev ispunjena vodom. Postavlja se na betonskom pragu.

Slika 12.13: Privremena brana

12.6 KASKADA Kaskada (slika 12.14) se izvodi na mestu denivelacije dna vodotoka (koncentracija energetskog pada) u svrhu zaštite korita od pojačanog erozionog delovanja vode.

Slika 12.14: Kaskada sa slapištem

12.7 USTAVA Ustava se koristi za održavanje nivoa i protoka u vodotoku. Postoji veliki broj tehni čkih rešenja ustava, ali sve imaju prag u koritu na koji se montira hidromašinska oprema.


176/220

5/25/2018



Slika 12.15: Ustava

Slika 12.16: Ustava na kanalu za navodnjavanje


177/220

5/25/2018



13 MATERIJALI ZA IZVO ĐENJE REGULACIONIH GRA ĐEVINA Osnovna načela za izbor materijala za izvo đenje regulacionih građevina su: - da materijal bude otporan na uticaje kojima će biti izložen posle ugradnje (otpornost na fizičke, hemijske i biološke uticaje, otpornost na mraz, poroznost, stišljivost, hidrofobnost i hidrofilnost, gipkost, žilavost, čvrstoća, tvrdoća, otpornost na habanje), - da se materijal lako ugrađuje, - da je jeftin. Cilj je što veća primena prirodnog materijala koji se nalazi u blizini gradilišta, kako bi se smanjili troškovi izgradnje. Materijali za izvođenje regulacionih građevina mogu biti prirodni i veštački. U prirodne materijale spadaju kamen, šljunak i pesak,glina i ilovača, zemlja, drvo i biljni materijali, dok su veštački materijali: beton, čelik i sintetički materijali.

13.1 PRIRODNI MATERIJALI 13.1.1 Kamen Kamen je u regulaciji reka koristi za izradu tela regulacionih građevina. Potrebno je da kamen bude: - tvrd, - težak, - nehigroskopan, - otporan na dejstvo mraza, - otporan na habanje i - otporan na dejstvo agresivnih hemijskih materija u rečnom toku Zbog svojstava su najpodesniji kamen od eruptivnih (magmatskih) i sedimentnih stena. Kamen se najčešće koristi u sledećim oblicima: - Tesani kamen za izradu obloge, obaloutvrde, zidane pregrade itd, - Lomljeni kamen za izradu završnog sloja regulacionih građevina i tepiha ispod građevina, - Drobljeni i mleveni kamen za izradu betona i filtarskih slojeva. Pre ugradnje obavezno je ispitivanje kvaliteta kamena prema važećim standardima. 13.1.2 Šljunak i pesak Šljunak i pesak čine čvrste čestice mineralnog (najčešće kvarcnog) sastava. Klasifikaciju se prema krupnoći zrna na sitan, srednji i krupan šljunak odnosno pesak. Koriste se kao prirodna mešavina ili se mešavina separiše u frakcije koje se koriste za određenu namenu. U regulacijama aluvijalnih vodotoka imaju široku primenu zbog blizine nalazišta (u koritu i dolini vodotoka) i male cene. Pozitivne osobine ovih materijala su sledeće: - lako se ravnomerno razastiru, - dobro ispunjavaju šupljine, - brzo se sležu i - imaju relativno malu stišljivost. Koriste se kao ispuna regulacionih građevina, za izradu posteljice, filtarskih i tamponskih slojeva, betona, maltera... Poželjno je da pre ugrađivanja budu isprani od organskih primesa. Pre primene je obavezno ispitivanje kvaliteta prema važećim standardima.


178/220

5/25/2018



13.1.3 Glina, ilovača, humus i drugi zemljani materijali Glina, ilovača i drugi zemljani materijali neorganskog sastava se u regulacijama najčešće koriste za izgradnju nasutih objekata (nasipa, nasutih pregrada i brana). Zavisno o konstruktivnog rešenja, od ovih materijala može biti izveden ceo objekat ili njegov deo. Glina je praktično vodonepropusan materijal, ukoliko se pri ugradnji sabije na propisan način. Zato se koristi izgradnju vodonepropusnih nasipa (ekranili ilicelog jezgro), je telo nasipa izvedeno od vodopropusnih materijaladelova (kamena, šljunka) tela ukoliko nasipa manjih dimenzija. Takođe, glina se koristi za vodonepropusne obloge kanala, zagate. Osnovna pretpostavka za kvalitetno izvođenje vodonepropusnog glinenog sloja je optimalna vlažnost gline pri ugradnji (18 do 20 %). Pod imenom ilovača se podrazumeva zemljani materijal, koji zavisno od lokacije pozajmišta, može imati u svom sastavu razli čite odnose gline, peska i prašine. da bi se utvrdilo da li je ilovača dobar ili loš materijal za određenu namenu, potrebno je ispitati njene geomehaničke karakteristike pre ugradnje. Ukoliko je povoljnog sastava, ilova ča se koristi za iste namene kao i glina. Zemljani materijali lošijeg kvaliteta se koriste za nasipanje depresija u blizini re čnog korita i formiranje obala regulisanog korita. Humus je zemljani materijal sa velikim procentom organskih materija. Sloj humusa debljine do 0,5 m se koristi se za humuziranje kosina i krune nasipa ili kosina uređene obale. Po razastiranju humusa, kosine se zatravljuju pogodnom smešom trava. Međutim, kako se trava ne može duže vreme održati pod vodom, humuziranje se uglavnom primenjuje samo u gornjoj zoni objekta, koja je izložena vodi najviše do 30 dana godišnje. 13.1.4 Drvo Drvo se u regulacijama reka koristi u više oblika: cela stabla, kao obla, tesana, cepana i rezana građa, pruće ili šiblje, kolje. Generalno, potrebno je da drvo bude trajno, žilavo, gipko i otporno na delovanje insekata i gljivica. Ukoliko je drvo stalno potopljeno u vodu njegov vek je praktično neograničen jer je zaštićeno od insekata i gljivica. Ukoliko je u zoni čestih oscilacija nivoa vode trajnost drveta je ograničena (zavisno od vrste 2 do 20 godina). Pruće je jeftino, elastično i lako za ugradnju, pa se veoma često koristi u regulacijama reka. Pruće treba da bude optimalnom debljinom 3 do 41cm debljemSekraju. se koristi prućevitko, vrba,sveže breza,i ravno, jasika, sjova, topola i jablana, starosti do na 3 godine. če seNaj u češće vanvegetacionom periodu i treba da se koristi odmah posle seče. Kolje najčešće ima dužinu 1,0 do 1,6 m i debljinu 5 – 15 cm. Za izradu kolja se koriste iste vrste drveća kao i za pruće. Drvo se koristi za zaštitu obala od erozije ili se ugrađuje u regulacione građevine. 13.1.5 Biljni materijal U regulacijama reka se koriste različiti biljni materijali: - Trava se seje u proleće, zaliva dok se ne ukoreni i razvije, održava redovnim košenjem, - Busen se koristi ako nema dovoljno vremena da se do nailaska velikih voda razvije zasejani travnati pokrivač, Trska se koristi za zaštitu obala od erozionog dejstva talasa, posebno na plovnim rekama, - Sadnice vrbe, leske, jasike, johe i topole se sade u zoni od nivoa srednje do nivoa srednje velike vode. Radovi sa biljnim materijalima, koji se nazivaju biotehnički radovi, se izvode radi: - Zaštite kosina obala, nasipa i delova korita izloženih erozionom dejstvu vode. Splet korenja čini živu oblogu koja se bolje odupire eroziji od nevezanog tla. Travnati pokrivač može izdržati vučne sile do 20 N/m2, ako nije duže vreme pod vodom. -


179/220

5/25/2018



-

Postizanja estetskih efekata.

13.2 VEŠTAČKI MATERIJALI U regulacijama reka se sve češće, a ponekad i neopravdano, koriste brojni veštački materijali. U tu grupu spadaju: - Laki i obični beton, armirani ili nearmirani. Koristi se za izradu obloga i upornih greda obaloutvrda. Potrebna svojstva: minimalna poroznost, otpornost na abraziju i agresivno delovanje hemijskog zagađenja - Metal (čelik). Najčešće se čelična žica koristi za vezivanje pruća ili izradu žičanih korpi (gabiona). Žica mora biti dva puta pocinkovana da bi bila otporna na koroziju. Pored toga od čelika se izrađuje betonsko gvožđe i talpe. - Keramički materijali - Opeka - Neorganska veziva (cement) - Organska veziva (katran, bitumen) - Asfaltne mešavine - Sintetički materijali. 13.2.1 Sintetički materijali Sintetički materijali se sve više koriste u regulacijama reka. U ovu grupu spadaju: - Tkani i netkani geotekstili - Armirajuće mreže - Membrane. Osnovne prednosti geotekstila su uniforman kvalitet, mogu ćnost deformacija bez kidanja i mogućnost lakog i kvalitetnog spajanja elemenata u ve će površine. U pitanju su najčešće poliestri i polipropileni, koji su otporni na vodu sa pH vrednostima 3 -11. Geotekstili mogu da se koriste: - Odvajanje slojeva različitih materijala, pri čemu propuštaju tečnost, ali zadržavaju čestice tla. To znači da se koriste kao filtar umesto klasičnog filtra od šljunka. - Za izradu podloge regulacione građevine. U tu svrhu se koriste ojačani geotekstili – geokompoziti, koji se postavljaju u vidu madraca (tepiha). Geotekstili mogu biti tkani ili netkani. Tkani geotekstil se proizvodi konvencionalnim tkanjem pojedinih vlakana. Pri kraju procesa dobija se mrežasta struktura (slika 13.1). Netkani geotekstil je tanka struktura proizvedena tehnologijom iglanja ili termičkim povezivanjem neprekidnih polimernih vlakana (slika 13.2). Netkani geotekstil poseduje specifičan polimerni sastav od polipropilenskog vlakna sa polietilenskim omotačem. Slična kombinacija polimera garantuje odlične karakteristike polipropilena u pogledu jačine, kao i izuzetnu hemijsku i biološku otpornost polietilena. Geotekstili se odlikuju izotropnim ponašanjem, visokom otpornošću na proboj, visokim drenažnim karakteristikama i UV stabilnošću.


180/220

5/25/2018



Slika 13.1: Tkani geotekstil

Slika 13.2: Netkani geotekstil

Geokompoziti (slika 13.3) su proizvodi koji se sastoje od kombinacije dve ili više geosintetičkih komponenti, a namenjeni su da ispune neku specifičnu funkciju ili više njih – na primer ojačanje slabonosivog rečnog dna i njegovo razdvajanje od kamene regulacione građevine.

Slika 13.3: Primeri geokompozita

Geonet mreža (slika 13.4) se koristi za ojačanje obala. To je pljosnata struktura od međusobno povezanih geosintetičkih traka, koja se može postaviti sama ili punjena lomljenim kamenom (slika 13.5). Geocel mreže su dvodimenzionalne strukture, sastavljene od širih geosintetičkih traka (slika 13.6). Mreže se pune kamenom ili zemljom (slika 13.7). Vodonepropusne membrane su fleksibilni, kontinualni čaršavi napravljeni od jednog ili više sintetičkih materijala. Najčešće se koriste za oblogu kanala, ukoliko je potrebno sprečiti procurivanje (slika 13.8). Kada se postave, sastavi se lepe ili vare (slika 13.9) kako bi se obezbedila vodonepropusnost. Za prirodan izgled uređenih obala koriste se posebne obloge (biotekstil), koje su kombinacija prirodnih vlakana (kokos i/ili slama) povezanih mrežom od sintetičkog materijala (polipropilen) ili nekog prirodnog materijala (juta). Ova obloga je biorazgradiva podloga, koja zadržava vlagu i stvara povoljne uslove za razvoj vegetacije.


181/220

5/25/2018



Slika 13.4: Geonet mreža

Slika 13.5: Geonet mreža punjena lomljenim kamenom

Slika 13.6: Geocel mreža

Slika 13.7: Geocel mreža punjena kamenom na reč noj obali

Slika 13.8: Postavljanje vodonepropusne membrane

Slika 13.9: Varenje spoja

Slika 13.10: Postavljanje biotekstila

Slika 13.11: Biotekstil od slame


182/220

5/25/2018



13.3 PREFABRIKATI Za izvođenje regulacionih građevina mogu da se koriste razli čiti specifični elementi od prirodnih i veštačkih materijala. U praksu se sve više vraćaju u jednom periodu zaboravljeni prefabrikati od pruća i kamena, kao što su pletenice, fašine, savijače (kobe), tonjače (punjene fašine), punjeni valjci, punjene košare, platna, fašinski madraci (splavovi od fašina) i pleteri (popleti). Ponekad se kombinuju sa modernim materijalima - geotekstilima. U ovu grupu spadaju i gabioni, odnosno žičane korpe punjene krupnim šljunkom ili lomljenim kamenom, koji su postali standard za izvo đenje regulacionih građevina. Prefabrikate odlikuje niska cena, jer se izvode od priručnog materijala (pruće, kamen, žica). Međutim, za njihovu pripremu i postavljanje je potrebna obučena radna snaga. 13.3.1 Prefabrikati od prirodnih materijala Pletenice se koriste za vezivanje umesto užadi i žice. Pletu se od svežeg i vitkog pru ća, dužine 4 do 5 m. Osnovnu pletenicu čine najmanje tri pruta. Tri osnovne pletenice se upletu u kona čnu pletenicu. Fašine su povezani snopovi pruća žicom, dužine 3,0 do 4,0 m, debljine 0,30 do 0,35 m (slike 13.12 i 13.13). na postoljima od kolja pobijenog u zemlju (slika 13.14). Povezuju se užetom, žicom Rade ili prućse em. Savijače (kobe) su tanke fašine, prečnika 0,1 do 0,2 m, dužine 15 do 40 m. Izrađuju se na isti način kao fašine, a služe za povezivanje fašina. Tonjače (punjene fašine) su fašine sa ispunom ili jezgrom od kamena (tucanika) ili krupnog šljunka. Debljina omotača od fašina je 10 cm, a prečnik zavisi od punjenja (od krupnog agregata – 1,1 do 1,2 m, a od sitnog 0,7 do 1,6 m. Dužina nije ograničena i zavisi od potrebe. Tonjače suveoma otporne i dosta elastične. Lako se prilagođavaju različitim oblicima dna i obala korita vodotoka, pa se koriste za fundiranje regulacionih građevina. Punjeni valjak je punjena fašina ograničene dužine (3,5 do 6 m – slika 13.16). Punjene korpe se mogu formirati u najrazličitijim oblicima, zavisno od potrebe.

Slika 13.13: Armiranje kosina kanala pomoć u fašina

Slika 13.12: Fašine


183/220

5/25/2018



Slika 13.14: Izrada fašina

Slika 13.15: Obala malog vodotoka uređ ena pomoć u fašina

Slika 13.16: Punjeni valjak

Slika 13.17: Punjeni valjak u nožici kosine

Slika 13.18: Punjene korpe

Različite vrsta platna se koriste za zaštitu kosina. Platna od fašina (slika 13.19) čine snopovi pruća, koja se vezuju žicom. Imaju proizvoljne dimenzije. Platna od pruća (slika 13.20) mogu biti savitljiva (tanji sloj pruća povezan sa žičanom mrežom) ili nesavitljiva (umesto žičane mreže koristi se žica i drvene motke koje čine platno nesavitljivim u smeru postavljanja motki). Pletena platna se pletu od pruća na mestu ugradnje.


184/220

5/25/2018



Slika 13.19: Platno od fašina

Slika 13.20: Platno od pruć a

Fašinski madrac (splav od fašina) je veliko paralelopipedno telo, dužine do 100 m, širine do 20,0 m, debljine 1,0 do 1,5 m. Formira se od nekoliko slojeva fašina na ramu od drvenih oblica, koji je postavljen na obali. Potapa se na rečno dno na mestu regulacione građevine tako što se pažljivo i ravnomerno nanosi sloj kamena debljine 20 do 30 cm. Fašinski madrac služi kao podloga – oslonac preko koga se težina građevine prenosi na slabo nosivo tlo.

1- oblice postavljene paralelno obali 2 - podužne grede 3 - valjci 4 - kolje za pridržavanje valjaka 5 - platforma od dasaka 6 - roštilj od savijača 7 i 8 – redovi fašina 9 - poplet

Slika 13.21: Izrada fašinskog madraca


185/220

5/25/2018



Slika 13.22: Fašinski madrac na obali

Slika 13.23: Postavljanje fašinskog madraca

Pleteri (popleti) se najčešće izvode od vrbovog kolja i pru ća u međusobno paralelnim redovima razmaknutim 0,5 do 1,0 m i postavljenim paralelno sa obalom. Razlikuju se: - Obični pleter. Kolje prečnika 6 do 15 cm i dužine 1,5 m se pobije na međusobnoj udaljenosti 30 do 50 cm, tako da viri iznad tla 50 do 60 cm. Kolje treba da bude sveže i s izdancima da bi se primilo. Između pobijenog kolja upliće se, s preklapanjem, sveže vrbovo pruće debljine do 2 cm. - Krstasti pleter - redovi kolja se izvode u obliku krsta, tako da formiraju pregrade veličine 0,5 x 0,5 m. Pregrade se mogu humuzirati i zasejati travom ili se, u slučaju većih brzina toka, ispunjavaju krupnijim šljunkom ili tucanikom.

Slika 13.24: Zaštita obale pleterom

13.3.2 Gabioni Gabioni su žičane korpe ispunjene krupnim šljunkom ili kamenom. Korpe su najčešće paralelopipedi (slika 13.26) ili cilindri (slika 13.28) različitih dimenzija. Dužina je najčešće do 6,0 m. Kostur korpe sandučastog gabiona se izrađuje od betonskog gvožđa  4 do 5 mm (slika 13.25). Oko kostura se plete pocinkovana ili plasti čna mreža,  niti 2 do 3 mm. Veličina okana zavisi od krupnoće ispune i retko prelazi 15 cm. 179 http://slide pdf.c om/re a de r/full/0358020131118re gula c ija r ije ka skr ipta 2013

186/220

5/25/2018



Pune se krupnijim šljunkom i sitnijim kamenom ili na mestu ugradnje ili na separaciji. Pri transportu i ugradnji treba voditi računa o nosivosti žičanog omotača. Zbog lakšeg rukovanja su cevasti gabioni povoljniji od sandučastih. Radi povećanja stabilnosti, gabioni se na mestu ugradnje međusobno povezuju žicom. Gabioni od metalne žice su osetljivi na koroziju i mehaničko oštećenje žice. Zato se sve češće se koriste korpe od sintetičkog materijala, koji nije podložan koroziji (slika 13.34).

Slika 13.25: Sanduč asti gabion

Slika 13.26: Postavljanje sanduč astih gabiona

Slika 13.27: Cevasti gabion

Slika 13.28: Postavljanje cevastih gabiona

Slika 13.29: Gabionski ili reno madrac

Slika 13.30: Postavljeni reno madraci


187/220

5/25/2018



Slika 13.31: Zaštita obala gabionima

Slika 13.32: Zaštita obala gabionskim (reno) madracem

Slika 13.33: Heksagonalna mreža od dvostruko pocinkovane žice

Slika 13.34: Heksagonalna mreža od sinteti čk og materijala


188/220

5/25/2018



14 ZAŠTITA OD POPLAVA 14.1 UZROCI NASTANKA VELIKIH VODA Uzroci nastanka velikihi antropogeni). voda i promena karakteristika velikih voda mogu biti prirodni, antropogeni i kombinovani (prirodni Prirodni uzroci nastanka velikih voda na vodotocima su: - intenzivne kiše - pljuskovi; - naglo otapanje snega i leda; - naglo otapanje snega praćeno kišama; - formiranje barijera u rečnim koritima usled nagomilavanja ledenih santi; - formiranje barijera u rečnim koritima usled nagomilavanja rečnog nanosa i materijala iz priobalnih klizišta; - talasi od vetra praćeni povišenjem nivoa vode (duž obala izloženih jakim i dugotrajnim vetrovima); -

superponiranje hidrograma voda(slika pri istovremenom (koincidentnom) nailasku talasa velike vode na glavnom toku velikih i pritokama 14.1).

Slika 14.1: Superponiranje hidrograma velikih voda na glavnom toku i pritoci, pri istovremenom (koincidentnom) nailasku velikih voda

Antropogeni uzroci koji doprinose pogoršavanju karakteristika velikih voda i opšteg režima voda su mnogobrojni, a navode se samo sledeći: - rušenje brana, ustava i vodojaža na rekama i u slivu; - intenziviranje oticanja vode sa sliva usled kr čenja šuma i uništavanja druge prirodne vegetacije, kao i usled povećanja površina sa povećanim koeficijentima oticaja i -

povećanim brzinama oticanja voda u odnosu na prirodno stanje u slivu; isključenje ranije plavljenih površina (inundacija), odnosno izgradnja odbrambenih nasipa uz osnovno korito vodotoka; izgradnja brana, ustava, vodojaža, mostova i drugih objekata koji prouzrokuju povišenje nivoa velikih voda u odnosu na prirodno stanje; taloženje nanosa u koritima vodotoka stvarajući tzv. "dodatni uspor"; odlaganje otpadnih materijala u rečna korita i protočne inundacije, kao i nekontrolisana izgradnja objekata u protočnim inundacijama;


189/220

5/25/2018



-

nepravilno upravljanje (rukovanje) akumulacijama, retenzijama, rasteretnim kanalima, ustavama i drugim objektima kojima se menja prirodni ili projektovani veštački režim voda; globalne klimatske promene (efekat staklene bašte - ozonske rupe) će, prema sadašnjim prognozama, izazvati u budućnosti veće i duže suše, ali i češće i veće velike vode. Uticaji ovih promena na velike vode konkretnih vodotoka se, međutim, ne mogu za sada

Na većinikvantifikovati. vodotoka je pojedinačno ili zbirno dejstvo nepovoljnih antropogenih uticaja doprinelo izrazitom pogoršanju režima velikih voda, koje se ogleda prvenstveno u povećanju ekstremnih proticaja (i vodostaja), skraćenju trajanja velikih voda i povećanju ukupnih zapremina talasa velikih voda. Na slici 14.2 dat je šematski prikaz tipične promene hidrograma na reci pod uticajem isključenja uzvodnih ranije plavljenih površina, kao i pod uticajem intenziviranja oticaja sa sliva uzvodno od posmatranog profila.

0 – prirodno stanje 1 - isključene znatne površine na uzvodnom sektor 2 - intenziviranje oticanja sa sliva

Slika 14.2: Šematski prikaz tipi č ne promene hidrograma Q(t) za sluč aj da su u periodu od T o do T 1 isključ ene znatne površine ranije plavljenih priobalnih terena na uzvodnom sektoru, a u periodu od T 1 do T 2 je došlo i do intenziviranja oticanja sa sliva (režim padavina na slivu u celom periodu od T o do T 2 je ostao nepromenjen).

Antropogeni uticaji koji doprinose poboljšanju karakteristika velikih voda su: - pošumljavanje ranije ogolelih površina u slivu; - uređenje rečnih korita u cilju povećanja propusnih moći korita za vodu, led i nanos; - izgradnja akumulacija i retenzija u cilju smanjenja talasa velikih voda. Kombinovani uzroci nastanka i promena režima velikih voda registrovani su na skoro svim vodotocima i kod nas i u svetu, pri čemu su ove promene, u celini gledano, nepovoljne kako sa gledišta zaštite od poplava, tako i sa gledišta korišćenja i očuvanja vodnih resursa. Iako su velike vode u suštini slučajnog karaktera, ipak se za pojedine vodotoke mogu dati globalne ocene o godišnjim dobima u kojima se velike vode naj češće javljaju: - Velike vode na manjim bujičnim tokovima se javljaju najčešće pri jakim letnjim lokalnim pljuskovima, ali i pri prolećnom otapanju snega praćenog kišama; - Na srednjim vodotocima se velike vode javljaju i u proleće i u jesen, a prouzrokovane su dugotrajnijim i rasprostranjenijim kišama; - Na Savi se velike vode javljaju krajem zime, usled topljenja snega uz istovremene kiše, ali i tokom jeseni, posle dugotrajnih kiša;


190/220

5/25/2018



-

Visoki vodostaji usled formiranja ledenih barijera u krivinama i plitkim deonicama većih vodotoka javljaju se znatno ređe u odnosu na "ostale" velike vode i to u prolećnom ledohodu posle dužih hladnijih zimskih perioda. Na kraju ovog poglavlja treba nešto reći i o uslovno nazvanim hidrauličkim velikim vodama, koje se mogu javiti na manjim, neuređenim vodotocima. Na njima često postoje relativno niski i nestabilni mostovi i propusti, dok su obale vodotoka ruševne i obrasle drvećem, sa različitim deponovanim materijalima potencijalnim klizištima priobalju. čkereka vode nastaju Hidrauli  velike tako što otvor nekog mostai zatvore erozioni nanosi iuplivaju ći predmeti koje nosi, usled čega nastaje privremena  brana i akumulacija uzvodno. Pod pritiskom akumulirane vode dolazi do rušenja mosta i odnošenja privremene brane do sledećeg mosta, gde sada postoje još povoljniji uslovi za formiranje, a zatim i rušenje nove privremene brane. Na taj način se nizvodno od najnizvodnijeg mosta može javiti rušila čki talas velike vode, znatno veći od talasa u prirodnim uslovima. Ako se duž vodotoka aktivira i neko klizište, pa materijal iz klizišta formira barijeru u rečnom koritu, posledice ovakve pojave mogu biti katastrofalne.

14.2 VELIKE VODE 14.2.1 Osnovne karakteristike velikih voda Sa aspekta odbrane od poplava, pod velikom vodom nekog vodotoka najčešće se podrazumevaju proticaji koji se izlivaju iz osnovnog (minor) korita reke i plave priobalno područ je (ako je nezaštićeno) ili naležu na odbrambene linije i potencijalno ugrožavaju zaštićeno priobalno područ je. Svaka velika voda na određenom profilu vodotoka se potpuno definiše nivogramom H(t) i hidrogramom Q(t). Nivogram se dobija iz podataka osmatranja vodostaja na vodomernim letvama u određenim terminima, ili na osnovu kontinualnog registrovanja vodostaja pomoću automatskih instrumenata - limnigrafa. Hidrogram se dobija ili direktnim merenjima proticaja ili koriš ćenjem odgovaraju će krive proticaja Q(H), konstruisane na osnovu ranijih merenja proticaja vode pri različitim vodostajima. Treba istaći da se kod prirodnih vodotoka kriva proticaja povremeno menja, jer se menjaju parametri od kojih zavisiogledala). proticaj vode (površina profila, obim, hidrauli čki radijus, rapavost, pad vodenog Pri velikim vodama jeokvašeni izrazito promenljiv podužni pad nivoa vode, usled čega se na krivoj proticaja javlja tzv. "petlja". Za rešavanje problema u oblasti zaštite od poplava su od zna čaja sva tri dijagrama H(t),Q (t) i Q(H), a posebno delovi dijagrama iznad vodostaja pri kome voda počinje da se izliva iz osnovnog (minor) korita i plavi inundaciju. Na slici 14.3 dat je šematski prikaz pomenutih dijagrama, sa osnovnim parametrima koji se koriste u svim fazama rešavanja problema zaštite od poplava. Za planiranje, projektovanje i održavanje sistema zaštite od poplava je potrebno da se svi parametri velikih voda (prikazani na slici 14.3) kvantificiraju duž toka, kao i po verovatnoći pojave, odnosno po tzv. "povratnom periodu" pojave.


191/220

5/25/2018



H1% - vodostaj verovatnoće pojave 1% Hr.o. - merodavni vodostaj za proglašenje redovne odbrane od poplava Hv.o. - merodavni vodostaj za proglašenje vanredne odbrane od poplava Hmax, Qmax - najveći vodostaj odnosno proticaj u periodu rada vodomerne stanice Hpk., Qpk -vodostaj odnosno proticaj pri punom osnovnom minor  koritu reke tpi - ukupno trajanje plavljenja inundacije (t2 - t1) tp to Vp

- vreme porasta talasa velike vode (od Hpk do Hmax) - vreme opadanja talasa velike vode (od Hmax do Hpk.) - ukupna zapremina vode koja je protekla u periodu tpi. H p H o - intenzitet porasta odnosno opadanja vodostaja I p  , I o  t p t o

Slika 14.3: Šematski prikaz nivograma, krive proticaja i hidrograma, sa osnovnim parametrima od znač aja za zaštitu od poplava

Za uspešno sprovođenje operativne odbrane od poplava potrebno je da odgovorna lica poznaju sve navedene parametre velikih voda na svojoj deonici odbrane, ali su od izuzetnog značaja očekivane (prognozirane) vrednosti parametara velikih voda koje se dobijaju operativnim prognozama neposredno pre i u toku sprovođenja odbrane od poplava. Za male vodotoke su pouzdane prognoze, odnosno blagovremene najave velikih voda od posebne važnosti, jer su na takvim vodotocima vrlo kratka vremena nailaska talasa velikih voda od momenta registrovanja padavina, uz vrlo veliki intenzitet porasta vodostaja. U takvim uslovima se često odbrana od poplava svodi na hitnu evakuaciju stanovništva i pokretnih dobara sa područ ja ugroženih nailazećim velikim vodama. Zbog raznolikosti vodnih tokova po veličinama slivnih područ ja, pluviometrijskim režimima, reljefu, geološkom sastavu, biljnom pokrivaču i drugim karakteristikama, velike vode se me đusobno razlikuju, kako po periodu nastajanja, tako i po drugim parametrima, a posebno po apsolutnim vrednostima maksimalnih vodostaja i proticaja, dužinama trajanja i intenzitetima porasta i opadanja vodostaja. Ilustracija navedene raznovrsnosti velikih voda prikazana je šematski na slici 14.4, 185 http://slide pdf.c om/re a de r/full/0358020131118re gula c ija r ije ka skr ipta 2013

192/220

5/25/2018



preko nivograma velikih voda za različite vodotoke, počevši od malih bujičnih tokova, do velikih ravničarskih reka (pretpostavlja se da je verovatnoća pojave velikih voda na svim prikazanim vodotocima ista).

o H o H o H o  H t (prof 4) < t (prof 3) < t (prof 2) < t (prof 1)

Slika 14.4: Šematski prikaz nivograma velikih voda na razli či tim vodnim tokovima, od malih buji čn ih vodotoka (1) do velikih ravni ča rskih reka (4)

14.2.2 Specifičnosti velikih voda na bujičnim tokovima Bujični tokovi su vodotoci brdsko-planinskog regiona. Odlikuju se velikim uzdužnim padom rečnog korita, reda veličine 1-10%. Veličine vodotoka i korespondentnih slivova mogu varirati u širem dijapazonu, obuhvatajući kategorije bujičnih jaruga, potoka i bujičnih reka. Uobičajeno je da se pod bujičnim tokovima podrazumevaju vodotoci sa površinom sliva manjom od 100 km2. Sa aspekta rečne hidraulike, bujične tokove odlikuju izrazita nestacionarnost, silovitost i turbulentnost. Od posebnog je značaja dvofazni karakter bujičnih tokova, sa velikom koncentracijom čvrste faze.

Slika 14.5: Hidrogrami dva buji čn a talasa

Buji čni karakter hidrološkog režima manifestuje sevelikih velikimvoda rasponom i karakteristi formom hidrograma velikih voda. Odnos proticaja i malih proticaja voda je reda veli čine čnom Qmax/Qmin >1000, za razliku od velikih aluvijalnih vodotoka gde je Qmax/Qmin<10. S druge strane, trajanje velikih voda je vrlo kratko, reda veličine nekoliko časova. Hidrogrami bujičnih talasa (slika 14.5) imaju kratku vremensku bazu, pri čemu je posebno kratko vreme porasta (uzlazna grana), zbog brzog formiranja i naglog nadolaska velikih voda. Krive trajanja proticaja buji čnih vodotoka u toku godine imaju takođe karakterističnu formu, sa vrlo kratkim trajanjem velikih voda (nekoliko dana godišnje) i dugim trajanjem malih i srednjih voda. Pored klasične manifestacije poplava (usled izlivanja velikih voda iz korita), pri buji čnim poplavama se javljaju i fenomeni bujične lave, odrona i klizišta. Posebna karakteristika bujičnih talasa je vrlo 186 http://slide pdf.c om/re a de r/full/0358020131118re gula c ija r ije ka skr ipta 2013

193/220

5/25/2018



izraženo strmo čelo (bujična pesnica - slika 14.6), koje nastaje usled naglog nadolaska velikih voda i ima veliku destruktivnu moć. Čelo talasa ruši drveće i drvene objekte u koritu i priobalju i zahvata sav otpad iz ovog pojasa. Usled toga, bujični talasi pronose velike mase re čnog i površinskog nanosa, koji po prolasku talasa ostaje nagomilan duž toka (slika 14.7). Generalno, poplave na bujičnim vodotocima nanose daleko veće štete nego poplave na ravničarskim rekama, zbog velike brzine toka i razorne moći. Sa aspekta od poplava, kategorija bujičnih režima vodotoka ne može čiti samo površinom sliva. Bujičnizaštite karakteri hidrološkog i psamološkog mogu imati ise veograni ći vodotoci, sa površinama 2 sliva u dijapazonu 100 A1000 km . Kod njih se bujični karakter hidrološkog režima ispoljava, pre svega, specifičnom genezom, brzom koncentracijom i kratkim trajanjem velikih voda. Talasi velikih voda imaju tipične karakteristike bujičnih talasa, sa naglim nadolaskom i kratkom vremenskom bazom. Posebno je izražen dvofazni karakter tečenja velikih voda, zbog velike mase suspendovanog i vučenog nanosa, koji se pronosi u talasima. Za razliku od klasičnih bujica, kod kategorije manjih vodotoka nije uvek podjednako izražen buji čni karakter velikih voda. U zavisnosti od rasporeda i intenziteta padavina u slivu, geneza velikih voda može biti različita, u prostornom i vremenskom smislu. Otuda se javljaju i talasi velikih voda sa dužom vremenskom bazom i manjim maksimalnim proticajem, ali i tipični bujični talasi, sa karakteristi čnom formom hidrograma.

Slika 14.6: Buji č na pesnica

Slika 14.7: Naplavina po prolasku buji č nog talasa

Slika 14.8: Štete na infrastrukturi

Slika 14.9: Promenjena trasa reke (crveno je prethodno stanje)

14.3 ŠTETE OD POPLAVA Glavni cilj u rešavanju problema poplava je zaštita ljudi i smanjenje šteta, što se može posti ći različitim merama. Zadatak proučavanja šteta od poplava je da se utvrdi njihov ukupan iznos na određenom potezu ili celom toku jedne reke, a zatim da se uspostavi zavisnost izme đu pomenutih mera i smanjenja veličine šteta nastalih njihovim dejstvom. Veličina šteta od poplava zavisi, pre svega, od veličine i vrednosti plavnog područ ja, što je u funkciji veličine odnosno verovatnoće pojave poplavnog talasa. Zato se i veličine šteta iskazuju kao 187 http://slide pdf.c om/re a de r/full/0358020131118re gula c ija r ije ka skr ipta 2013

194/220

5/25/2018



funkcija verovatnoće pojave poplavnih voda. U cilju utvr đivanja te funkcije šteta, potrebno je izvršiti hidrološko izučavanje velikih voda duž toka, odrediti verovatnoće najvećih proticaja i druge karakteristike poplavnih voda, a zatim za njih odrediti i zone prostiranja na obalama proučavanog vodotoka. Ekonomskom analizom se obuhvataju štete od prirodnih, a ne od veštačkih poplava (nastalih pogrešnim manevrima na branama, loše izvedenim mostovima sa nedovoljnom propusnom moći itd.), uzimajući u obzir i koštanje izvedenih radova (podrazumeva se da su objekti za zaštitu od poplava stabilni i u funkciji za projektovani stepen zaštite). Generalno, štete od poplava se stalno povećavaju zbog sve intenzivnijeg korišćenja rečnih priobalja i povećanja vrednosti dobara u ugroženim područ jima, kao i zbog povećane osetljivosti zgrada i infrastrukture. Određivanje šteta od poplava zavisi od vrste šteta i uslova u kojima do njih dolazi. 14.3.1 Uslovi od kojih zavisi visina šteta od poplava Visina šteta od poplava zavisi od: - Hidrološko-hidrauličkih i topografskih uslova. Odražavaju se na učestalost i verovatnoće pojave poplava, kao i prostiranje, trajanje, dubine i brzine vode. - Stanja izgrađenosti i korišćenja poplavnih površina. Štete od poplava su tim veće što je veća izgrađenost i intenzivnije korišćenje plavnih površina i ukoliko se pri izgradnji nije vodilo računa o zaštiti od poplava. - Vrednosti dobara izloženih poplavama. Pored vrednosti, uzima se u obzir i obim, količina i stepen oštećenja dobara pri poplavama. - Doba godine. Uglavnom se odnosi na štete u poljoprivredi, jer uzrast kultura zavisi od doba godine. Za druge štete ne postoji ovakva direktna zavisnost, ve ć je ona izražena kao zavisnost od učestalosti poplava (koja je na posredan način takođe u funkciji doba godine). - Stanja i organizacije zaštite od štetnog dejstava poplava. Određivanje šteta od poplava služi određenoj svrsi - da se ustanovi ekonomska granica skupa mera i radova, kojim bi se te štete eliminisale ili znatno umanjile. Pri tome se uvek mora poći od radova i mera koji postoje i uklju čeni su u planove odbrane od poplava, a zatim sagledati one nove radove i mere koji bi bili efikasniji od postojećih (ako ih zamenjujemo) ili bi imali, kao dopunski, odgovarajući fizički i ekonomski efekat. 14.3.2 Kategorije šteta Štete od poplava mogu biti vrlo raznovrsne, pa se njihovo grupisanje i prikaz mogu dati na više načina. U analizama se ukupne štete obično dele na potencijalne i stvarne, kao i na direktne i indirektne štete od poplava. Potencijalne štete se ocenjuju u procesu projektovanja sistema za zaštitu od poplava, dok stvarne štete utvr đuju (po propisanoj metodologiji) stručne komisije na terenu neposredno posle konkretnih poplava. Indirektne štete mogu da budu daleko veće od direktnih i da pogode daleko šire prostore i to sa izvesnim zakašnjenjem. Na primer, usled prekida saobraćaja na saobraćajnici kojom se neki udaljeni region snabdeva sirovinama, će svakako smanjenja privrednih aktivnosti i šteta koje mogu da budu mnogostruko većedo odćidirektne štetedokoja je nastala na konstrukciji same saobraćajnice pri poplavi. U indirektne štete spadaju i zna čajni troškovi na suzbijanju hidričnih epidemija i bolesti prouzrokovanih zagađenjem voda u vodovodnim sistemima ili izlivanjem otpadnih voda iz kanalizacionih sistema i septičkih jama. Moguć je i način grupisanja šteta prema važnosti i privrednim granama: 1. Broj utopljenih, ranjenih ili obolelih lica; 2. Štete u naseljima - gradskim i seoskim: broj, vrste i vrednost uništenih ili oštećenih stambenih zgrada, zajedno sa kućnim inventarom; 188 http://slide pdf.c om/re a de r/full/0358020131118re gula c ija r ije ka skr ipta 2013

195/220

5/25/2018



3. Štete na industrijskim i poslovnim objektima: broj, vrste i vrednost uništenih ili oštećenih industrijskih i poslovnih objekata, zajedno sa pokretnom i nepokretnom opremom i inventarom, materijalima, sirovinama i proizvodima; 4. Štete u poljoprivredi, stočarstvu, ribničarstvu: zgrade, pokretna i nepokretna proizvodna sredstva, stoka, živina, skladišta, veličina i vrednost poplavljenih poljoprivrednih površina, uključujući vrednost poplavljenih kultura i drugih dobara; 5. Troškovi sanacije infrastrukturnih objekata: 5.1. Saobraćajnica: puteva, železničkih pruga, aerodroma itd. 5.2. Raznih mreža (oštećenja i prekidi): telefonske linije, RTV, električna mreža, vodovodna mreža, gasovod, kanalizacija, sistem daljinskog grejanja, stanice za prečišćavanje otpadnih voda. 5.3. Javnih kulturnih, istorijskih i umetničkih objekata i dobara 5.4. Zaštitnih objekata: brana, nasipa i dr. 6. Troškovi operativne odbrane od poplava. 7. Troškovi civilne zaštite. Uključuju troškove organizovanja eventualne evakuacije stanovništva i dobara sa ugroženih područ ja, kao i druge troškove učinjene pre, u toku i posle poplave. 8. Druge štete (psihološke i moralne) 9. Indirektne koje nastaju zbog povezanosti i drugih aktivnosti na podruživotu č jima pogođenimštete, poplavama sa širom zajednicom, kao privrednih i zbog opšte recesije u ekonomskom pogođenog područ ja. U ovu kategoriju ulazi gubitak prihoda usled potpunog prekida ili smanjenja proizvodnje (zbog angažovanja radne snage i mehanizacije u odbrani od poplava, prekida saobraćaja, evakuacije). U ekonomsko-tehničkim analizama se neke od pomenutih vrsta šteta ne mogu prognozirati (stanje skladišta, pokretna oprema, stoka, oštećenja objekata zaštite i dr.). Sa druge strane, ljudske žrtve ne mogu biti predmet ekonomskih analiza, jer se načelno sve mora preduzeti da njih ne bude. Utvr đivanje indirektnih šteta se sprovodi na osnovu specifičnih tehničko-ekonomskih analiza, a ponekad se koriste i empirijski ustanovljeni odnosi između vrednosti indirektnih i direktnih šteta ( ). Na primer, u SAD se koriste sledeći odnosi: za štete

indirektne/direktne štete ()

u selima

0.2

u gradovima

1.5

u industriji

1.2

u komunikacijama

1.0

Slika 14.10: Poplavljeno seosko domać instvo

Slika 14.11: Poplavljen grad


196/220

5/25/2018



Slika 14.12: Ošteć en autoput

Slika 14.13: Ošteć ena železni č ka pruga

Slika 14.14: Štete na protoč noj inundaciji

Slika 14.15: Štete na objektu lociranom na protoč noj inundaciji

Slika 14.16: Poplavljeno područ je posle proboja nasipa – poljoprivredno zemljište

Slika 14.17: Poplavljeno područ je posle proboja nasipa – naselje

14.4 MERE ZAŠTITE OD POPLAVA 14.4.1 Klasične mere zaštite od poplava U toku istorije su naselja i privredne aktivnosti u rečnim dolinama doživljavali brzi rast, a stanovništvo je prihvatalo "ostajanje uz reku" uz pojačane napore da se različitim merama i radovima smanji rizik od poplava, a povećaju koristi od reka. Ovakav stav prema poplavama i vodnim tokovima je bio sasvim razumljiv i važi i danas u skoro svim zemljama sveta. Investicione (građevinske) mere primenjuju se već decenijama za sprečavanje poplava i ublažavanje njihovih posledica, putem regulisanja porasta i širenja velikih voda, smanjenja oticaja


197/220

5/25/2018



odnosno zaštite posebnih oblasti od plavljenja. Naj češće su primenjivani sledeći načini zaštite od poplava: - Izgradnja odbrambenih i drugih nasipa (lokalizacioni, letnji), kejskih i zaštitnih zidova u cilju sprečavanja direktnog - neposrednog izlivanja velikih voda iz vodotoka i onemogućavanja njihovog prodora u zašti ćena područ ja. - Poboljšanje proticajnog kapaciteta rečne deonice (smanjenjem rapavosti, povećanjem proticajnog profila ili skraćenjem rečnog toka). Zadržavanje dela poplavnog talasa u rezervisanim prostorima jednonamenskih ili višenamenskih akumulacija ili retenzionih basena. - Skretanje dela poplavnog talasa u rasteretne kanale, čime se neposredno redukuje proticaj nizvodno. "Linijski" sistemi zaštite (nasipi i slični objekti) ne utiču na proticaje velikih voda, ali duž vodotoka izazivaju povišenje vodostaja. Ovi sistemi se stoga ubrajaju u pasivne mere zaštite od poplava. Sve ostale nabrojane mere zaštite od poplava, s obzirom da se realizuju radi ublažavanja nepovoljnih karakteristika velikih voda, spadaju u aktivne mere. Napred navedene klasičnih - građevinskih (investicionih) mere se dimenzionišu za usvojene – "merodavne" uticaje različitih verovatnoća pojave. One su skupe, tako da ostvareni stepen zaštite mora da opravda izdatke. Istovremeno se mora uzeti u obzir da će svaka intervencija uticati na -

uzvodni i nizvodni sektor vodotoka. Ne može se računati na potpunu zaštitu od bilo kod štetnog dejstva voda, pa ni od poplava, jer se od usvojenog "merodavnog" uticaja (na koji je dimenzionisan zaštitni sistem) uvek može pojaviti još veći (svakako sa ređom verovatnoćom pojave) i izazvati štete. Iz toga sledi logičan zaključak da je potpuna eliminacija šteta od nepovoljnih dejstava vode nemoguća, već se teži njihovom razumnom smanjenju. 14.4.2 Savremeni trendovi u oblasti zaštite od poplava Kao dopuna građevinskim radovima, u novije vreme su u svetu sve više u primeni neinvesticione mere zaštite od poplava, najčešće kao dopuna već sprovedenih građevinskih mera. Ove mere nemaju neposredan uticaj na proticaj velikih voda, ali odražavaju nastojanje da se smanje štete koje poplave mogu prouzrokovati, primenom strategije upravljanja, a ne izgradnje. Neinvesticione mere čini skup administrativnih, regulativnih i institucionalnih mera za preventivno smanjenje direktnih, indirektnih i potencijalnih šteta od poplava. U ovu grupu mera spadaju: - Preventivne i operativne mere, - Regulativne i institucionalne mere, - Mere solidarnosti za ublažavanje posledica poplava i - Informisanje javnosti. Preventivne i operativne mere podrazumevaju celokupnu delatnost usmerenu na suzbijanje opasnosti od poplava i smanjenje štetnih posledica u svim fazama odbrane od poplava. Njihova bitna odlika mora biti organizovanost. Najznačajniju preventivnu meru predstavlja donošenje i sprovo đenje planova i pravilnika za odbranu od poplava, u kojima se definišu obaveze i prava svih učesnika u odbrani od poplava. Ako na područ ju postoje zaštitni objekti (najčešće nasipi), planom odbrane su predviđeni stepeni pripravnosti u zavisnosti od razvoja poplave. U grupu preventivnih mera spada i preventivno obezbeđenje poplavom ugroženih objekata (izgradnja lokalne zaštite oko objekata, sprečavanje prodora vode u objekte, dislokaciju predmeta u objektima i sl.). Operativne mere zaštite od poplava obuhvataju prognozu nailaska poplavnog talasa, prenos informacija na teren, obaveštavanje i uzbunjivanje nadležnih organa i stanovništva, u skladu sa unapred pripremljenim planom. Ovaj plan mora predvideti i eventualnu dislokaciju stanovništva i dobara, za slučaj nailaska ekstremnih velikih voda. Kod rečnih tokova na kojima se u zaštiti od


198/220

5/25/2018



poplava koriste i akumulacije se rade posebna operativna uputstva za upravljanje, što je naročito važno kod višenamenskih akumulacija. Za razliku od ostalih prirodnih rizika kao što su zemljotres, oluja i grad, moguće je u određenom roku proceniti mogućnost nastajanja velikih voda. Shodno tome, neophodno je produžiti korišćenjem modernih tehnika prognoziranja velikih voda. Način prognoziranja velikih voda zavisi od karakteristika slivnog područ ja. Regulativne i institucionalne mer odre e činiđena skuppolitika mera definisanih zakonima, propisima,ugroženog uredbama ili na drugi način, kojima se ostvaruje u pogledu koriš ćenja poplavom područ ja. U ovaj skup mera se ubraja i formiranje strukture upravljanja područ jima ugroženim poplavom, administrativne nadležnosti, organizovanje stručnih službi, funkcija nadzora i preduzimanja mera radi poštovanja zakonske i druge regulative. Ove mere imaju najveći efekat u planiranju razvoja na poplavom ugroženim prostorima, ali mogu da utiču i na aktivnosti korisnika koji su već locirani na tim prostorima. Zoniranje terena prema stepenu ugroženosti od poplava je osnovna mera, na koju se oslanjaju sve ostale mere za regulisanje upotrebe terena. Suština zoniranja se sastoji u utvr đivanju stepena i granica različitih stepena ugroženosti na terenu, pri čemu je od ključnog značaja podela inundacije na protočnu i retenzionu (slika 14.19). Stepen ugroženosti se uobičajeno izražava preko verovatnoće pojave proticaja ili vodostaja koji plavi teren. Propisi o nameni poplavom ugroženih terena određuju način korišćenja terena, kao i vrstu gradnje koja je na njima dopustiva. Njima se mogu precizirati i najniže dopuštene kote objekata. Građevinski propisi regulišu vrstu konstrukcija, način gradnje i građevinske materijale koji se mogu primenjivati u zavisnosti od stepena ugroženosti od poplava. U cilju adekvatnog sprovođenja regulativno-institucionalnih mera, potrebno je obezbediti efikasnost vodoprivredne inspekcijske službe i drugih nadležnih organa. Mere solidarnosti za ublažavanje posledica poplava imaju za cilj smanjenje šteta koje nastaju u toku i nakon poplava, zbog poremećaja društvenog i ekonomskog života. U ove mere delimično ulazi i protivpoplavno osiguranje, kao mera smišljene raspodele rizika od poplava po vremenu i prostoru. Informisanje i edukacija kadrova i stanovništva je neophodan preduslov za efikasno sprovođenje odbrane od poplava.

14.5 UPRAVLJANJE RIZIKOM OD POPLAVA U novije vreme u svetu se napušta ranije uvreženo mišljenje da se zaštita od poplava može obezbediti samo izgradnjom nasipa i drugih objekata. Naprotiv, teži se integralnom konceptu nazvanom "upravljanje rizikom od poplava" (slika 14.18). Upravljanje rizikom od poplava je cikli čan proces, koji se sastoji od 3 faze: odgovor na poplavni događaj, oporavak i pripravnost za sledeći događaj.


199/220

5/25/2018



Припрема

С м ј Интервенција а њ а ђ • Узбуна е њ • Упозорење а е • Информације г • Спасавање ш о • Одбрана од поплава т е Д • Информације / Инструкције т а

• Финансирање • Вежбе цивилне заштите • Вежбе одбране од поплава • Осигурање

т н о с в а р п и Превентивне мере р • Планирање коришћења П

Процена опасности и ризика

О д г о в о р

Поправке • Провизорне поправке • Комуникације • Транспортни системи

земљишта

С • Техничке мере м • Биолошке мере а њ е њ е о с е т љ и в о с т и

Опоравак Реконструкција • Коначне поправке • Реконструкција објеката • Повећање отпорности • Финансирање

Slika 14.18: Ciklus upravljanja rizikom od poplava u reč nom slivu

Upravljanje rizikom od poplava je permanentan proces donošenja odluka o tome da li i kako plavna područ ja treba koristiti, uz određeni, dozvoljeni nivo rizika. Pritom se teži usaglašavanju zahteva "humane" komponente (odnosno zaštite dobara i ljudskih života) i "ekološke" komponente (očuvanja ili ponovnog uspostavljaja prirodnih funkcija i resursa plavnog područ ja). Na svakom posmatranom potencijalno ili realno plavnom područ ju postoji mnoštvo različitih uslova koji se moraju razmotriti kako bi se donela odluka o kombinaciji strategija i pratećih mera za smanjenje uvek prisutnog rizika od poplava. Adekvatan omogu ćuje samo razmatranje različitih kombinacija mera, iji se efekti ocenjuju naizbor neki od poznatih načina (kao što je ve naćeg pr. broja višekriterijumska analiza). Pri tomčse aktivnosti na plavnom područ ju moraju sagledati u kontekstu uticaja na rečni sliv u celini, jer svaki deo sliva zavisi od drugog, tako da odluka o načinu uređenja jednog dela može imati nepoželjne uticaje na drugi (na primer urbanizacija u gornjim delovima sliva ubrzava oticaj i stvara buji čne poplave, dok izgradnja nasipa na delu rečnog sliva može pogoršati uslove na vodotoku). Takođe, razmatrano plavno područ je se mora posmatrati kao deo određene teritorijalne (grad, selo) i administrativno-upravljačke celine (opština, okrug itd.). Moguće upravljačke strategije i mere se razmatraju ne samo za do sada nezaštićene plavne zone, već i za već kasete sa već izgrađenim zaštitnim objektima. Polazna tačka svih razmatranja je stav da nijedna strategija ili mera ne može imati a priori prednost, ukoliko se to ne dokaže. U nastavku je dat pregled naj češćih strategija za smanjenje šteta od poplava, koje se razmatraju uporedo sa strategijama za održanje prirodnih resursa plavnog područ ja. Pritom je uglavnom malo poznato koliko su prirodni potencijali inundacije zna čajni sa vodoprivrednog aspekta (u kontroli poplava i erozije, održanju kvaliteta površinskih voda i snabdevanju i održanju nivoa podzemnih voda), ekološkog (održanje visokoproduktivnih šuma, ribljih i životinjskih zajednica) i drugih aspekata (rekreacija i dr.). Poznavanje vrednosti prirodnih resursa raste, ali je često ograničeno. Većina državnih programa podržava ekonomski razvoj ovih prostora, jer je teško kvantifikovati ekonomsku vrednost mnogih prirodnih funkcija inundacije. Stategije za smanjenje šteta od poplava odnose se generalno na uslove pre, za vreme i posle poplave i sve se obi čno mogu primeniti na jednoj plavnoj površini. Na različitim nivoima uprave i u


200/220

5/25/2018



privatnom sektoru, ove strategije imaju razli čite oblike, a povezane su sa širim ciljevima vodoprivrede, zaštite životne sredine i privrede. Prva, najčešća i najpoznatija strategija se sastoji u sprečavanju plavljenja razmatrane teritorije, korišćenjem različitih metoda pasivne ili aktivne odbrane i izgradnjom zna čajnih i skupih investicionih objekata (brane, akumulacije, nasipi, regulacija vodotoka, rasteretni kanali i dr.). Ova strategija je do sada već dokazala visoku efikasnost, a i javnost je podržava. Međutim, u novije vreme se veliki investicioni radovi u cilju podru zaštiteč ja. od Tome poplava sve re đrazvoj e primenjuju, i to mnogo češće za zaštitu gradskih nego poljoprivrednih doprinosi javne svesti o nepovoljnim ekološkim aspektima ove strategije, kao i mogućim katastrofalnim posledicama koje nastaju ukoliko dođe do otkaza sistema zaštite. Takođe je konstatovano da troškovi održavanja objekata značajno rastu kako se oni bliže kraju projektnog veka. U drugoj strategiji teži se smanjenju šteta tokom poplava time što se izbegava opasno, neekonomično ili nepoželjno koriš ćenje potencijalno plavne površine. Strategija se bazira na neinvesticionim merama. Smatra se da sa porastom javne svesti o opasnosti od poplava i stvaranjem određenih iskustava u primeni neinvesticionih mera, povećava efikasnost njene primene. U okviru ove strategije se poseban značaj pridaje zoniranju terena, građevinskim propisima u vezi izgradnje i opremanja objekata, kao i propisima u vezi sanitarne i zdravstvene zaštite. Me đutim, navedene mere imaju uticaja samo na prostorni raspored, projekte, materijale i konstruktivna rešenja koja se primenjuju u izgradnji novih objekata, jer nemaju nikakvog efekta na postojeću infrastrukturu. Takođe, ove mere vrlo malo doprinose zaštiti prirodnih i kulturnih dobara (ako se izuzme potpuna zabrana izgradnje u protočnoj zoni inundacije). Naročito je značajno da se, u okviru politike razvoja plavnog područ ja, utiče se na planiranje i raspored infrastrukture, pa čak, ukoliko je moguće, izmeste skupi sadržaji iz potencijalno plavne zone. Takođe, ova strategija podrazumeva visok stepen pripremljenosti za slučaj opasnosti od poplava, što obuhvata razradu planova na svim nivoima, informisanje javnosti, službu upozorenja i opštu spremnost na hitne operacije u okviru zaštite (koja se postiže vežbama, analizama spremnosti, itd.). Treća strategija se zasniva na merama za smanjenje negativnih posledica poplava. Fokusirana je na pripremu aktivnosti koje se na poplavljenoj teritoriji odvijaju po prolasku poplave, omogućavajući brzu sanaciju, rekonstrukciju i ekonomski oporavak na svim nivoima, od pojedinaca do šireoddruštvene i teritorijalne jedinice. Ova strategija, znači, stvara preduslove za umanjenje rizika budućih poplava. U njenom okviru se primenjuju neinvesticione mere, od kojih su od posebnog značaja informisanje i edukacija stanovništva, stvaranje fondova za oporavak posle poplave i prenos dela troškova sanacije posledica poplava sa individualnog na državni nivo. Program informisanja i edukacije je koncipiran tako da omogući upoznavanje stanovništva sa ključnim elementima ovog koncepta (kao što je verovatnoća pojave poplava i dr.). Drugi cilj programa je upoznavanje i uvežbavanje stanovništva za akcije koje treba preduzeti u vreme nailaska poplave da bi se zaštitila imovina i životi (kao što su evakuacija stanovništva i pokretne imovine, mere privremene zaštite izgradnjom manjih lokalizacionih nasipa u toku poplave i dr.), u koje se uključuju lokalne vatrogasne, političke, zdravstvene i druge službe. Osnovni mehanizam kojim se unapred stvaraju fondovi za plaćanje šteta od poplava je "protivpoplavno osiguranje", u kome su premije formirane visini osiguranika. Međutim, kako protivpoplavno osiguranje kupujuosiguranja samo žitelji plavnogna podru č jarizika koji su svesni svog rizika, zbog malog broja osiguranika teret osiguranja ne može da snosi jedno osiguravajuće društvo, već se mora uključiti i država. Iskustva pokazuju da državno osiguranje protiv poplava može biti vrlo efikasan na čin za ublaženje posledica poplava, posebno ako je vezano za poštovanje propisa za smanjenje šteta (građevinski propisi i dr.) i državne prihode nastale adekvatnim korišćenjem područ ja. Takođe, mera koja se često primenjuje je smanjenje poreza i davanje kredita vlasnicima nekretnina u cilju izvođenja rekonstrukcije ili čak izmeštanja objekata van plavne zone.


201/220

5/25/2018



Posle poplave, pomoć stanovništvu obezbeđuju vladine i druge organizacije, dok finansijsku pomoć daje vlada u vidu nadoknade štete ili zajmova sa malim kamatama.

14.6 ZONIRANJE PODRUČJA PREMA UGROŽENOSTI OD POPLAVA 14.6.1 Potreba za zoniranjem plavnih područ ja U javnosti su uvrežena neka mišljenja u vezi odbrane od poplava koja predstavljaju prepreke za racionalan pristup rešenjima i održavanje postignutog stepena zaštite. Najpre, to je lažan ose ćaj potpune zaštićenosti posle izgradnje odbrambenih objekata. Stanovništvo je ube đeno da je njihova imovina obezbeđena u potpunosti i da je problem poplava definitivno eliminisan izgradnjom nasipa. Naime, nisu upoznati da je nasip dimenzionisan na, na primer, poplavu povratnog perioda dvadeset godina jer je u pitanju manja površina ekstenzivno naseljenog poljoprivrednog zemljišta. Poplava većih razmera od merodavne dovešće do brojnih sudskih sporova i zahteva za nadoknadu štete. Drugi problem je neodgovoran odnos prema objektima koji imaju funkciju odbrane od poplava. Stanovništvo nije svesno da time ugrožava sopstvena imanja i živote. Primeri su: deponovanje krupnog otpada u korita regulisanih vodotoka, saminicijativna izgradnja objekata (manjih mostovskih dr.) koji predstavljaju prepreku u koritu pri ivelikim vodama, odnošenje materijala izprelaza nasipa,iizgradnja objekata u prinasipskom pojasu dr. Zbog toga jedan od prvih koraka u primeni neinvesticionih mera odbrane od poplava mora biti uvođenje u prostorne i urbanističke planove zoniranja područ ja prema ugroženosti od poplava, uz utvr đivanje dozvoljenog načina korišćenja svake zone. Ovo zoniranje, odnosno utvr đivanje stepena ugroženosti terena predstavlja veoma ozbiljan zadatak, koji se mora bazirati na adekvatnim topografskim, hidrološkim i hidrauličkim podlogama i proračunima. Utvr đivanje plavnih zona duž vodotoka stvara mogućnosti za procenu potencijalnih šteta od poplava različitih verovatnoća pojave, umanjenje posledica poplava, planiranje protivpoplavnih mera i radova, utvr đivanje osnova za primenu politike osiguranja od poplava, rešavanje eventualnih sudskih sporova i druge namene. Bitna odlika zoniranja mora biti učešće javnosti, jer postojeći i potencijalni korisnici inundacija moraju biti novih upoznati sa stepenom ugroženosti terena na kome ugroženom žive ili na kome misle da će grade. Od korisnika, koji traže dozvolu zadelova gradnju na poplavom terenu, mogu je i opravdano zahtevati pune ekonomske premije za osiguranje protiv šteta od poplava. Time bi budući korisnik mogao da u potpunosti sagleda veli činu rizika od poplava i realno oceni isplativost ulaganja. Istovremeno, građevinskim propisima treba predvideti uslove izgradnje objekata u plavnim zonama. U cilju smanjenja šteta od poplava, treba predvideti mere protivpoplavnog obezbeđenja pojedinačnog objekta (slika 14.20) ili grupe objekata (slika 14.21). 14.6.2 Realne i potencijalne plavne zone Rizik od poplava se bitno razlikuje u pojedinim delovima rečne doline. Nezaštićeni delovi, koje uvek plave velike vode, nazivaju se realne plavne zone. Ovakve su površine prisutne uglavnom u dolinama manjih vodotoka, bez izgrađenih zaštitnih sistema, koje se mogu podeliti na dva bitno različita dela: zonu protočne inundacije i zonu neprotočne (retenzione) inundacije (slika 14.19). Velike vode u protočnom delu inundacije imaju dinamički uticaj, jer se tu pri velikim vodama odvija tečenje sa velikim brzinama, uz masovno kretanje rečnog i površinskog nanosa (slike 14.14 i 14.15). U protočnom delu rečne doline ne treba dozvoliti nikakvu novu izgradnju. U neprotočnoj inundaciji izgradnja novih objekata može biti dozvoljena pod uslovom da je obezbeđena protivpoplavna zaštita objekata (slika 14.20) ili nasipanje terena (do propisane kote prizemlja ili suterena za stambene objekte). 195 http://slide pdf.c om/re a de r/full/0358020131118re gula c ija r ije ka skr ipta 2013

202/220

5/25/2018


REGULACIJA RIJEKA, SKRIPTA, Dr Marina Babi ć Mladenovi ć 1. nivo merodavne velike vode 2. nivo merodavne velike vode povišen usled izgradnje na inundacijama 3. nivo zaštite od poplava (nivo 2 + zaštitna visina) 4. granica plavljenja 5. granica tečenja 6. osnovno korito vodotoka (A) zona neprotočne (retenzione) inundacije (B) zona protočne inundacije

Slika 14.19: Podela reč ne doline na protoč ni i retenzioni deo

Slika 14.20: Lokalna zaštita objekta

Slika 14.21: Lokalna zaštita grupe objekata

Potencijalno plavne zone su površine zaštićene od poplava pasivnim ili aktivnim merema zaštite. One bi bile plavljene u slučaju pojave veće vode od usvojene "merodavne" ili usled otkaza sistema zaštite (zbog grešaka u projektovanju i izvođenju, lošeg održavanja itd.). U slučaju otkaza nasipa, uticaj na plavljene objekte je statički – male brzine vode, veća dubina i dugo trajanje (slike 14.16, 14.17. i 14.22).


203/220

5/25/2018



Slika 14.22: Poplavljeno područ je u priobalju reke Tamiš, 2005. godine

Zoniranje terena prema stepenu potencijalne opasnosti treba izvršiti za svaku branjenu kasetu. Ukoliko je moguće, treba izbeći izgradnju novih naselja i novih investicionih objekata u potencijalno plavnim zonama, jer se tako samo povećavaju potencijalne štete. Kartiranje rizika mogu doprineti formiranju javne svesti o činjenici da ni jedan objekat ne može garantovati potpunu zaštitu od bilo koje velike vode. Karte rizika treba formirati i za sva područ ja nizvodno od visokih brana. Obeležavanje i edukacija stanovništva u re nizvodno od brana su neophodni, jer plavnih ne trebazona dozvoliti (intenzivnu) izgradnju načnim ovimdolinama površinama. 14.6.3 Izrada i korišćenje karata plavnih zona Kartiranje rizika od poplava je oblast u kojoj je u poslednje dve decenije došlo do velikih pomaka, pre svega u pogledu mogućnosti koje nude informatički alati u okviru geografskih informacionih sistema. Iz ovog razloga, geoinformatika kao geodetska disciplina dobija značajnu ulogu u vodnoekološkim analizama. GIS omogućava da se mnoge analize unutar celokupne analize rizika od poplava odvijaju mnogo detaljnije (slika 14.23).

Slika 14.23: Primer zoniranja reč ne doline

Prema Evropskoj Direktivi o poplavama, zemlje su obavezne da izrade: - karte ugroženosti od poplava i - karte rizika od poplava. Ove karte predstavljaju efikasnu alatku za informisanje, kao i korisnu osnovu za utvr đivanje prioriteta i budu će tehni čke, finansijske političke odluke koje na poplava, upravljanje rizicima poplava. Na njima se prikazuju mogućei štetne posledice različse itihodnose scenarija uklju čujući od informacije o mogućim izvorima zagađivanja životne sredine. Nakon izrade karata plavnih zona, potrebno je izraditi planove upravljanja rizicima od poplava da bi se izbegli ili smanjili štetni uticaji poplava na razmatranom područ ju. Izrada karata je ozbiljan i skup zadatak, tako da se ograničava samo na područ ja za koja se u Prethodnoj proceni rizika od poplava zaključi da rizik od poplava postoji ili se može očekivati. Zato Prethodna procena rizika od poplava ima poseban zna čaj. Ona se radi za sve slivove na teritoriji države, ali na znatno manjem nivou detaljnosti, na osnovu raspoloživih ili lako dostupnih podataka i uz primenu GIS tehnologije. 197 http://slide pdf.c om/re a de r/full/0358020131118re gula c ija r ije ka skr ipta 2013

204/220

5/25/2018



Karte plavnih zona se koriste za više namena (sistematizovane u tabeli 14.1). Tabela 14.1: Karte plavnih zona

Vrsta karte Preliminarna

Korišćenje 1. Formulisanje politike upravljanja poplavama 2. Razvoj programa za izradu detaljnijih karata (indikativne karte plavnih zona – slika

Generalna

14.24) 1. Planiranje načina korišćenja zemljišta 2. Planiranje upravljanja poplavama na slivu 3. Opšte upozorenje javnosti – karte ugroženosti od poplava (slika 14.25)

Detaljna

1. Analiza rizika od poplava – karte rizika od poplava (slika 14.26) 2. Pripravnost 3. Operacije spašavanja i sanacije (slika 14.27)

Slika 14.24: Indikativna karta plavnih zona

Karte ugroženosti od poplava (slika 14.25) sadrže: - granice plavljenja velikim vodama različitih verovatnoća/povratnih perioda - dubinu vode u pojedinim zonama Rade se u razmeri 1:10.000 do 1:100.000.


205/220

5/25/2018



Slika 14.25: Karta ugroženosti od poplava za 1000-godišnju i 20-godišnju veliku vodu


206/220

5/25/2018



Slika 14.26: Karta rizika od poplava za 1000-godišnju veliku vodu

Karta rizika na slici 14.26 sadrži samo osnovne indikatore rizika, a pre svega broj ugroženih stanovnika najvažnije infrastrukturne Metodologije za procenu rizika razlikuju odi zemlje do zemlje. Jedna odobjekte. najinteresantnijih je Švajcarska, gde seodu poplava zonamase označenim crveno smatra da je znatna opasnost za objekte i ljude, tako da nije dozvoljena nova gradnja. U plavoj zoni je dozvoljena izgradnja uz poštovanje ograničenja, dok je za žutu zonu važno samo da stanovništvo bude upoznato sa tim da živi u zoni u kojoj postoji slaba opasnost od poplava. INTENZITET: Statički (dubina) Jak h > 2m Srednji 2m > h > 0,5m Slab h < 0,5m Dinamički (brzina x dubina) Jak v x h > 2 m2/s Srednji 2m2/s > v x h > 0,5m2/s Slab v x h < 0,5 m2/s т е т и з н е т н И 3

100

0 Вероватноћа

300

1000

Slika 14.27: Karta rizika od poplava (Švajcarska)


207/220

5/25/2018



14.7 ODBRANA OD POPLAVA NA NASIPIMA Nasipi su sigurno najstariji i još uvek najrašireniji vid zaštite od poplava u ravničarskim predelima i rečnim dolinama i još dugo će biti osnovni vid zaštite od poplava. Zbog toga su aktivnosti, radovi i mere koje treba sprovoditi na nasipima pre, u toku i posle prolaska velikih voda vrlo značajne i od njihovog adekvatnog sprovođenja zavisi uspešnost odbrane od poplava. Veoma često se nailazi na mišljenje da je dovoljno izgraditi odbrambene linije i održavati ih u meri potrebnoj za očuvanje njihove celovitosti. Međutim, to ni približno nije tačno. Odbrambeni nasipi su građeni i dograđivani u dugom vremenskom periodu, sa različitim tehnologijama i materijalima i različitim stepenom zaštite. Te odbrambene linije često imaju veoma velike slabosti, koje se pokazuju tokom prolaska poplavnih talasa. Zbog toga mora postojati tehnička služba koja ima zadatak da uoči slaba mesta na nasipima i preduzme odgovarajuće interventne mere. Naravno, uloga tehničke službe nije ista na svim odbrambenim linijama, već prvenstveno zavisi od trajanja poplavnih talasa na vodotoku. Na odbrambenim linijama duž vodotoka sa veoma kratkim trajanjem poplavnih talasa, prevashodni cilj aktivnosti i mera je o čuvanje celovitosti odbrambene linije, mada i tu postoji potreba za određenim obimom interventnih radova. Na vodotocima sa veoma dugim trajanjem poplavnih talasa, odbrambeni nasipi se pretvaraju u gomile blata kojima je potrebna "intenzivna nega" da bi se o čuvali "u životu" i zaštitili priobalje od poplave. Stoga je tu osnovni uslov za uspešnu odbranu od poplava prisustvo stručne službe za odbranu, koja je sposobna da blagovremeno uoči negativne pojave na odbrambenoj liniji i opremljena da u kritičnom trenutku preduzme odgovarajuće interventne mere. 14.7.1 Zaštita od prelivanja Službi za odbranu od poplava su unapred poznate deonice odbrambene linije na kojima se može pojaviti opasnost od prelivanja. Služba je obavezna da prati porast i prognozu vodostaja i na vreme upozori na opasnost od prelivanja nasipa na deonicama identifikovanim na bazi tehni čke dokumentacije. U slučaju da postoji opasnost od prelivanja, donosi odluku o blagovremenom preduzimanju mere nadvišenja nasipa ili neke druge mere (uzbunjivanje, evakuacija i sl.), ukoliko oceni da nadvišenje nasipa neće biti dovoljno uspešna mera. Opasnost od prelivanja se može pojaviti i: -

-

na lokalitetima gde odbrambena linija nema potrebnu visinu iz različitih razloga (poddimenzionisan nasip, privremeno sniženje zbog radova i sl.). Čest je slučaj, naročito u naseljenim mestima, da su pojedini lokaliteti na odbrambenoj liniji niži iz funkcionalnih razloga (prelazi, silazne rampe, otvori za stepeništa i sl.). Ovi lokaliteti moraju biti evidentirani u tehničkoj dokumentaciji, tako da se na njima mogu na vreme preduzeti potrebne mere zatvaranja; na bujičnim vodotocima, ukoliko dođe do stvaranja prepreka u proticajnom profilu (naročito na mostovima) i neočekivanog povišenja nivoa; zbog povišenja nivoa vode nastalog stvaranjem ledenih barijera; na kanalisanim vodotocima, ukoliko se, zbog kvara, zatvarači na ustavama ili branama ne mogu blagovremeno otvoriti pri nailasku poplavnog talasa. Sli čno tome, podizanje vode iznad očekivanog nivoa se može desiti i usled prinudnog zatvaranja zatvarača (u

havarijskim slučajevima) ili diverzije. Generalno nadvišenje krune nasipa je najsigurniji način zaštite od prelivanja, koji trajno povećava sigurnost odbrambene linije i istovremeno rešava problem saobraćaja po nasipu. Međutim, ovaj vid intervencije zahteva dosta vremena za izvođenje, najčešće je dužina deonice ograničena zbog terenskih uslova, a rad se mora prekidati u slu čaju loših vremenskih uslova. Izrada "zečijih" nasipa na kruni odbrambenog nasipa je najčešći vid zaštite od prelivanja. Relativno mala količina materijala ugrađenog u "zečiji" nasip može izdržati vodostaj koji krunu nasipa nadvišuje za 20-30cm (izuzetno i za 50-60 cm), što može biti od izuzetnog značaja za zaštitu branjenog područ ja.


208/220

5/25/2018



Osnovni materijal za izradu "zečijih" nasipa su vreće napunjene peskom ili zemljanim materijalom koji se nalazi na licu mesta (slika 14.28). Mala količina materijala, upakovana u vre će i ugrađena u privremenu konstrukciju, može u potpunosti da obavi funkciju zaštite i udovolji postavljenim zahtevima. Dobre strane konstrukcije od vre ća su dobra otpornost od erozije talasima, velika otpornost na klizanje (mogu se graditi čak i vertikalni zidovi), mogućnost korišćenja raznih materijala za ispunu, koji se uvek mogu na ći na licu mesta, laka manipulacija i mogućnost ugradnje i pri lošim vremenskim uslovima, kao i na raskvašenom nasipu, kada se mehanizacijom ne može raditi, dok su loše strane: potreba za velikim angažovanjem radne snage za punjenje i ugradnju vreća (slika 14.30), privremeno i najčešće samo jednokratno korišćenje. Korišćenje vreća u odbrani od poplava nije jeftino (zbog cene samih vreća i troškova rada na ugradnji). Međutim, ovaj način se koristi samo u izuzetnim slučajevima, u cilju sprečavanja šteta velikih razmera, tako da je uvek isplativ. Najprostiji oblik "zečijeg" nasipa je od jednog reda vreća, koje se polažu na prethodno očišćenu podlogu (uklonjena trava i blato) na nebranjenoj ivici krune nasipa. Nasip od jednog reda vreća se koristi kada odbrambenu liniju treba nadvisiti za 10-15 cm na velikoj dužini. Sa unutrašnje strane "zečijeg" nasipa se dodaje još izvesna koli čina zemljanog materijala, radi boljeg zaptivanja sa podlogom i između vreća. Ako je potrebno veće nadvišenje nasipa, mogu se postaviti dva, pa i više redova vreća po visini (slika 14.29). U tom slu čaju i osnova "zečijeg" nasipa mora biti šira, sa dva ili više redova vreća. Vreće se postavljaju tako da su spojnice između susednih redova po širini i po visini uvek smaknute (kao zid od opeke). Vreće se najčešće pune materijalom na pozajmištu i transportuju do mesta ugradnje kamionima ili traktorima sa prikolicom, kao i materijal za balast iza vreća. Za to je uslov dobra prohodnost za mehanizaciju po kruni nasipa. Kada kruna nasipa nije prohodna (oštećena kruna ili loši vremenski uslovi) ili nema vremena za dovoz materijala iz pozajmišta, materijal za izradu "zečijeg" nasipa se uzima sa lica mesta. Materijal se skida sa krune prema branjenoj strani nasipa, pune vreće i postavljaju na nebranjenu ivicu krune. Kada nema vreća ili vremena za njihovo punjenje jer neposredno preti prelivanje, "zečiji" nasip se izvodi bez vreća, od zemljanog materijala koji se uzima sa krune sa branjene strane i ugrađuje u nasip na nebranjenoj ivici krune. Ovaj način zaštite se primenjuje samo izuzetno (u krajnjoj nuždi), na nasipima vodotoka nasipu (osimduž peša čkog). sa kratkim trajanjem poplavnih talasa, jer onemogućava saobraćaj po

Slika 14.28: Zeč iji nasip postavljen na uređ enoj obali

Slika 14.29: Zeč iji nasip postavljen na nasipu nedovoljne visine


209/220

5/25/2018



Slika 14.30: Punjenje i postavljanje vreć a zahtevaju veliko angažovanje radne snage

Na odbrambenim linijama u naseljenim mestima često postoje lokaliteti na kojima su iz funkcionalnih razloga ostavljeni otvori (silazne rampe, ukrštanja, stepeništa). Ove lokalitete u vreme nailaska poplavnih talasa treba zatvoriti. Najbolji način zatvaranja otvora je pomoću za to predviđenih pomoćnih zatvarača (po pravilu u vidu gredičnih zagata, koji se montiraju u bočne vođice – slika 14.31). Otvori većih širina otvora se dele na dva, pa i više raspona, pomoću montažnih stubova koji se postavljaju u pripremljena ležišta i ankeruju. Gredični zagati mogu biti drveni ili čelični, a montažni stubovi su po pravilu čelični. I grede i stubovi se čuvaju u magacinima i montiraju po potrebi. U slučajevima kada pomoćni zatvarači nisu predviđeni ili ih nema iz bilo kojih razloga, otvori se zatvaraju vrećama.

Slika 14.31: Zatvaranje prolaza ispod pruge

Napred opisani načini zaštite od prelivanja su tradicionalni i primenjuju se veoma dugo. Nastojanja da se zaštita nasipa od prelivanja osavremeni svode se na projektovanje pogodnog tipa montažne konstrukcije, čija primena skraćuje vreme potrebno za nadvišenje odbrambene linije i smanjuje učešće radne snage u izgradnji. Pri projektovanju montažne konstrukcije postavljaju se dva osnovna problema: kako horizontalne sile hidrostatičkog pritiska preneti na tlo i kako obezbediti zaptivanje u podnožju konstrukcije i na spojevima između pojedinih delova. Jedino moguć način prenošenja horizontalnih sila na tlo je gravitaciono (sopstvenom težinom konstrukcije), jer nikakvo ankerovanje za tlo, koje bi moglo primiti zatežu će sile, nije moguće izvesti za kratko vreme i na racionalan način. To upućuje na izbor konstrukcije koja ima dovoljnu težinu da obezbedi sile otpora trenjem. đutim, konstrukcija skupa i zahteva dosta vremena za prevoz i montažu. Problem je Me rešen takoteška što se za obezbeje đenje potrebne težine konstrukcije koristi voda, na jedan od slede ćih načina: - montažna konstrukcija je laka, ali je tako konstruisana da se može puniti vodom, čime se obezbeđuje potrebna težina, - montažna konstrukcija je tako oblikovana da postoji i vertikalna komponenta hidrostatičkog pritiska usmerena na dole, koja povećava opterećenje tla, odnosno otpor trenja. U nastavku su dati primeri različitih tipova montažnih konstrukcija, koje se koriste u svetu. 203 http://slide pdf.c om/re a de r/full/0358020131118re gula c ija r ije ka skr ipta 2013

210/220

5/25/2018



Kutije od sintetičkog materijala punjene peskom ili zemljom (slika 14.32) ili vodom (slika 14.33) se mogu koristiti za brzo formiranje odbrambene linije, ukoliko je moguća primena teške mehanizacije za njihovo postavljanje i punjenje. Koriste se samo na obali, a ne za povećanje visine nasipa jer bi ih velika težina barijere mogla oštetiti. Za nešto veće visine i neograničenu dužinu "zečijeg" nasipa može se koristiti montažna konstrukcija u vidu privremenog zagata. Konstrukcija se sastoji od trouglastih ramovskih nosača od pocinkovanog lima (na đusobnom od je 1-1,2 m), preko postavljaju drvene palete i polivinilska folijame (slike 14.34 i odstojanju 14.35). Kako položaj paletekojih kos useodnosu na vodu, uz težinu konstrukcije na podlogu deluje i značajna vertikalna komponenta hidrostatičkog pritiska, što povećava otpor na trenje. U celini, konstrukcija je vrlo jednostavna i praktična. Dobre osobine konstrukcije su: mala težina, stabilnost na klizanje obezbeđuje sama voda, a može se montirati veoma brzo. Za "zečije" nasipe manje visine koriste se duga čke vreće od sintetičkog materijala (prečnika 80100 cm, dužine 12-15 m) koje se polažu po trasi odbrambene linije i pune vodom (slika 14.36). Podlogu je potrebno prethodno očistiti i, po mogućstvu, oblikovati ležište za vreće. U cilju boljeg zaptivanja, vreće se pune samo do određene mere, jer tako imaju šire naleganje i bolje prijanjaju za tlo. Nizovi vreća mogu biti dugački stotinama metara. Spojevi između susednih vreća se posebno obezbeđuju folijom, uz dodatno opterećenje. Sistemi bedema od aluminijumskih talpi (slika 14.37) spadaju u nepokretne elemente za zaštitu od poplava. Mogu se postaviti duž šetališta uz obalu, ali i za zatvaranje prolaza ili povišenje nasipa. Sastoje se od sidrene ploče izrađene od plemenitog čelika i učvršćene u tlo, uspravnih čeličnih ili aluminijumskih podupirača kao i vodoravno postavljenih aluminijumskih talpi. Radi se o prili čno efikasnom sistemu, koji je skup pa se koristi uglavnom u gradovima.

Slika 14.32: Kutije punjene peskom ili zemljom

Slika 14.33: Kutije punjene vodom

Slika 14.34: Montažna barijera sa vertikalnim i kosim nosač ima

Slika 14.35: Montažna barijera sa kosim nosač ima


211/220

5/25/2018



Slika 14.37: Vertikalni bedem od alumunijumskih talpi

Slika 14.36: Creva punjena vodom

14.7.2 Zaštita nebranjene kosine nasipa Najčešći uzrok oštećenja nebranjene kosine nasipa je eroziono dejstvo talasa od vetra. Oštećenja mogu prouzrokovati i talasi od plovila, kao i eroziono dejstvo vodenog toka. Posledica ošte ćenja može biti klizanje nebranjene kosine nasipa, kao i pojačana prokvašenja i procurenja kroz telo nasipa. Trajna zaštita nebranjene kosine nasipa od erozije od talasa postiže se formiranjem zaštitnog šumskog pojasa na inundaciji ispred nasipa. Ako nema uslova za uzgoj šumskog pojasa (korito vodotoka u neposrednoj blizini ili trajno potopljen teren ispred nasipa), nebranjena kosina nasipa se oblaže. Kako je zaštita nasipa oblaganjem dosta skupa, kod nas još uvek postoji dosta nasipskih deonica bez obloge, koje se moraju štititi od talasa u toku odbrane od poplava. Tradicionalan način zaštite je izrada talas-brana od snopova fašina (snopovi pruća, prečnika oko 30 cm, dužine 3-4 m) ili koba (povezane fašine, dužine 9-15 m), koje se u jednom, dva ili tri reda pričvršćuju za nasip pomoću drvenih kolaca (prečnika 6-8 cm, dužine 1,5 m). U nedostatku ove specijalne konstrukcije, koriste se različite vrste plastičnih folija ili netkani tekstil koji se polažu po kosini nasipa u zoni ureza vode. Ove obloge se za kosinu nasipa pričvršćuju specijalnim klinovima i opterećuju vrećama napunjenim peskom ili nekim drugim zemljanim materijalom da ih talasi ne bi podizali. 14.7.3 Zaštita od prodora vode kroz telo nasipa Prokvašenje nastaje kad procedna linija kroz telo nasipa izbije na branjenu kosinu nasipa. Vreme pojave zavisi od dužine trajanja visokih nivoa vode, kao i geomehaničkog sastava i kvaliteta materijala ugrađenog u nasip (slika 14.38). Procedna linija se najpre javlja u nožici nasipa, a zatim se postepeno podiže do bankine, pa i iznad (slika 14.39). Pove ćani porni pritisci u ovoj zoni mogu izazvati klizanje branjene kosine nasipa. Pojava prokvašenja nasipa se može blagovremeno uočiti samo na dobro održavanom nasipu, sa uredno pokošenim kosinama. Posle prokvašenja nasipa dolazi do veće koncentracije proticaja vode na privilegovanim mestima, odnosno do procurenja kroz telo nasipa. Ova pojava je opasna zbog procesa sufozije, odnosno iznošenja materijala iz tela nasipa. Koncentrična procurenja kroz telo nasipa postepeno prerastaju u izvore (slika 16.40). Proces je progresivan, pa bistri izvori postaju mutni usled iznošenja materijala. Ako se proces ne zaustavi, neminovno dolazi do velikih deformacija, koje isprovociraju klizanja, a zatim i pojavu prodora kroz telo nasipa. Do prodora može doći i ako se uspostavi direktan tok vode kroz telo nasipa, u obliku kratera koji se postepeno proširuje. Ova pojava se može desiti na loše održavanim nasipima, na kojima razne životinje (bizamski pacovi, lisice, krtice i dr.) stvaraju svoja staništa, koja otvaraju privilegovane puteve za prodor vode kroz telo nasipa.


212/220

5/25/2018



Slika 14.38: Procurenje kroz telo nasipa i tlo na kome je nasip fundiran

Osnovna pravila za interventne radove na zaštiti od prodora vode kroz telo nasipa su: a) Sve intervencije na nebranjenoj strani nasipa izvode se u cilju sprečavanja ili smanjenja ulaza vode u telo nasipa (dakle, u smislu zaptivanja), b) Sve intervencije na branjenoj strani nasipa izvode se u cilju brze i kontrolisane evakuacije vode koja je već prodrla u telo nasipa. Moguće su sledeće intervencije: 1. Izrada ekrana na nebranjenoj kosini nasipa. Ukoliko su zapažene pojave prokvašenja, procurenja i izvora, mogu se primeniti različite mere na nebranjenoj kosini nasipa. Najjednostavniji način je kipovanje zemljanog materijala u vodu, po kosini, koje ima za cilj zaptivanje ulaznih pora na nebranjenoj kosini nasipa. Drugi na čin zaštite je polaganje plastične folije po nebranjenoj kosini nasipa, koja se zatim optere ćuje vrećama napunjenim peskom ili drugim zemljanim materijalom. Na deonicama nasipa na kojima su zapažena jača procurenja, treba potražiti ulaz vode i pokušati sa zatvaranjem ulaza napunjenim vrećama, koje se polažu po nebranjenoj kosini. Foliju i vre će polaže ekipa gnjuraca, ukoliko je na raspolaganju ili se formira nabačaj od veće količine vreća. Uslov za sve intervencije je dobro održavana kosina nasipa. 2. Izrada protivfiltracione zavese po ivici krune nasipa sa nebranjene strane. Izvođenjem zavese od specijalnih lakih čeličnih talpi do dubine od najmanje 2 m ispod podnožja nasipa, postiže se i veća sigurnost od loma tla ispod nasipa. 3. Injektiranje se primenjuje postoje kaverne u telu ili u tlustrane. ispod nasipa. Izvodi se u zoni prema vodi, najčešćako e duž ivice krune nasipa sanasipa nebranjene Kao injekciona masa koristi se bentonit. 4. Izrada drenaža na branjenoj kosini nasipa. Kada se na branjenoj kosini pojavi prokvašenje, to je znak da je procedna linija kroz telo nasipa izbila na površinu. Čak i ako nema izrazitih procurenja, tada je potrebno uraditi drenažu da bi se voda iz tela nasipa odvela na kontrolisan način. Istovremeno, ovom merom se postiže i obaranje procedne linije, uz sniženje pornih pritisaka i smanjenje opasnosti od klizanja kosina. Drenaža se izvodi tako što se iskopa jedan podužni, horizontalni rov dubine do 30 cm po celoj dužini deonice nasipa na kojoj su se pojavila prokvašenja. Od podužnog rova do nožice nasipa kopaju se odvodni rovovi, na razmacima 3-4 m. Rovovi se ispunjavaju drenažnim materijalom koji stoji na raspolaganju (prirodna mešavina šljunka ili separisan šljunak, tucanik i sl.). 5. Kaptaža izvora na branjenoj kosini nasipa mora se izvršiti, pogotovu ako je "mutan" (sa iznošenjem materijala). Zona izvora se otkopa i ispuni drenažnim materijalom, a po kosini nasipa se iskopa odvodni "šlic", koji treba, po mogućnosti, ispuniti drenažnim materijalom.


213/220

5/25/2018



Slika 14.39: Pojava već eg broja izvora na kosini nasipa

Slika 14.40: Izvor na branjenoj strani nasipa

14.7.4 Zaštita od negativnih pojava u tlu sa branjene strane nasipa Skoro po pravilu, u ravničarskim predelima podlogu nasipa čini povlatni sloj koherentnog materijala manje veće debljine, ispodvezu kogasasekoritom nalazi vodonosni sloj (peskovi ili šljunkovi). Vodonosni sloj u podloziilinasipa ima direktnu reke ili se prihranjuje vertikalnom infiltracijom kroz povlatni sloj u predterenu, ispred nasipa. Pri dužem trajanju visokog nivoa vode u reci, u vodonosnom sloju se javlja hidrostati čki pritisak, čija pijezometarska kota nadvišava kotu branjenog terena. Visoki pritisak u vodonosnom sloju sa branjene strane nasipa može izazvati više negativnih pojava koje mogu ugroziti stabilnost nasipa. To su: - Izdizanje tla u celini: Ako hidrostatički pritisak na podnožje povlatnog sloja premašuje težinu povlatnog sloja, dolazi do izdizanja tla u celini, koje prati iznošenje peskovitog materijala u vidu erupcije. Nastaje takozvani "lom tla" ispod nasipa, zatim sledi sleganje nasipa, prelivanje i prodor. - Pojava izvora: Češći je slučaj da, pre nego što hidrostatički pritisak dostigne visinu potrebnu izdizanje tla celini, do đematerijala do pojavenazivaju procurenja sa vertikalnim tokom na je gore. Jačazaprocurenja sauiznošenjem se izvori (slika 14.40). Proces progresivan, tako da se ispod nasipa stvaraju protočni krateri, zatim sledi sleganje nasipa, prelivanje i prodor. Osnovni uslov za praćenje i uočavanje pojava u tlu sa branjene strane nasipa, kao i za preduzimanje interventnih radova i mera, je dobro prethodno održavanje prinasipskog pojasa (iskr čeno šiblje, pokošena trava). Za sprečavanje ovih pojava primenjuju se dva načina intervencije: - Izrada balasta na branjenoj strani nasipa. U balast se ugrađuje isključivo vodopropustan materijal. Balast od vodonepropusnog materijala bi bio samo štetan, jer se izlaz vode ne može sprečiti, već se problem samo premešta na drugo mesto. Na manjim vodotocima se retko može javiti potreba za izradom balasta, jer poplavni talasi traju

-

kratko. Umesto balasta ponekad se koristi "vodeni jastuk" (slika 14.41). Ugrožena deonica nasipa se sa branjene strane ogradi "zečijim" nasipom i taj prostor napuni vodom. Na taj način se dobija potrebno opterećenje i smanjuju izlazni gradijenti kroz povlatni sloj. Na obodnom nasipu je potrebno na jednom mestu improvizovati preliv, kako bi se odvela voda koja i dalje pritiče iz podzemlja, iako u smanjenim količinama. Izradom balasta ili "vodenog jastuka" rešava se i problem izdizanja tla u celini i pojava izvora. Veštačko sniženje hidrostatičkog pritiska ispod povlatnog sloja, izradom šljunčanih bunara. Bunari se izvode spuštanjem kolone (prečnika 250-350 mm) kroz povlatni sloj,


214/220

5/25/2018



-

sve dok ne zađe u vodonosni sloj. Posle ispiranja, kolona se zasipa šljunkom ili nekim drugim drenažnim materijalom i postepeno vadi. Kaptaža izvora Cilj ove mere je da se spreči iznošenje materijala iz povlatnog sloja, a zatim i iz vodonosnog sloja, što bi dovelo do stvaranja kratera. U lakšim slu čajevima, pre nego što počne iznošenje materijala, dovoljno je zonu izvora otkopati i ispuniti šljunkom ili nekim drugim drenažnim materijalom. Ako se pojavljuju znaci iznošenja materijala, zonu .

izvorana treba zidom od izlazni vreća napunjenih zemljom ("bunar"), ime se podiže nivo vode izlivuokružiti i tako smanuje gradijent (slika 14.42). "Bunar"čse podiže do visine koja može da obezbedi nivo vode potreban da se onemogu ći iznošenje materijala (podizanje se zaustavlja kada se konstatuje isticanje čiste vode). U težim slučajevima, kada samo izdizanje nivoa vode u bunaru nije dovoljno da zaustavi iznošenje materijala, unutrašnjost "bunara" treba ispuniti šljunkom ili nekim drugim drenažnim materijalom.

Slika 14.41: Vodeni jastuk na branjenoj strani nasipa

Slika 14.42: "Bunar" na branjenoj strani nasipa

14.7.5 Zaštita obala minor korita od erozije Erozija obala minor korita vodotoka može ugroziti odbrambeni nasip koji se nalazi u neposrednoj blizini. Naime, ako u toku prolaska velikih voda pove ćane vučne sile premaše kritične vrednosti, dolazi do odnošenja materijala sa obale, potkopava se podnožje nasipa i dolazi do klizanja. Zaštita se vrši kamenim nabačajem, koji se izvodi pomo ću suvozemne, ili, kad god je to moguće, plovne mehanizacije. 14.7.6 Sanacija negativnih pojava u zoni objekata u telu nasipa Objekti u telu nasipa su uvek potencijalno slaba mesta, čak i kada se grade i održavaju u skladu sa vodoprivrednim uslovima. Po našim zakonskim propisima, o objektima u telu nasipa se staraju njihovi vlasnici, koji najčešće nemaju odgovarajući stručni kadar ni interes za to. Zbog toga objekti u telu nasipa moraju biti predmet posebne pažnje službe za odbranu od poplava, kako u periodu pre, tako i u periodu odbrane, kada se vrše osmatranja i preduzimaju interventni radovi ili mere u slučaju potrebe. U dosadašnjoj praksi zabeleženo je više slučajeva prodora nasipa u zoni objekata i bezbroj odbrana sa veoma teškim interventnim merama. Objekti na nasipima su najčešće ustave, crpne stanice (vodozahvatne i vodoispusne) i drugi objekti, koji se ukrštaju sa nasipskom linijom (naftovodi, gasovodi, vodovodi i sl.). Najčešće negativne pojave u zoni objekata u telu nasipa su: - Neispravnost mehanizama za zatvaranje, tako da se ustave ne mogu na vreme zatvoriti. Mogući uzrok je i zaglavljivanje stranog tela ispod zatvarača (panjevi i sl.); - Dotrajalost glavnih zatvarača, uz nedostatak ili neispravnost pomoćnih zatvarača; - Pojava kontaktne filtracije sa iznošenjem materijala, praćena deformacijama, - Erozija slapišta na izlivima gravitacionih ustava ili potisnih cevovoda crpnih stanica. Ako su slapišta blizu nožice nasipa, što je najčešći slučaj, progresivna erozija dovodi do klizanja nasipa, a zatim i do prodora,


215/220

5/25/2018



-

Pojava izvora u dnu i na kosinama dovodnog kanala do ustave ili crpne stanice, sa branjene strane nasipa. Ako izvore prati i iznošenje materijala, proces je progresivan, tako da može doći do prodora. U slučaju da su zatvarači na ustavama neispravni, tako da se ne mogu zatvoriti, pristupa se prinudnom zatvaranju, pre nailaska poplavnog talasa. Najjednostavniji način je da se postave pomoćni zatvarači, koji su obavezni po vodoprivrednim uslovima za izgradnju objekta. Me đutim, ukoliko pomo ćnih zatvara nema ili postoji neka smetnja da se oni postave, prinudno zatvaranje se vrši na improvizovan načačin. Ako je u pitanju kvar na mehanizmu za dizanje, treba pokušati da se zatvarač odvoji od mehanizma i spusti sam, a popravka mehanizma se ostavlja za period posle prolaska poplavnog talasa. U slučaju da to ne može da se izvede (zbog zaglavljivanja, prisustva stranih predmeta i sl.), zatvaranje se vrši pomoću nabačaja od vreća napunjenih peskom. Ako je otvor na ustavi suviše veliki, tako da voda pronosi vre će, treba najpre preko otvora postaviti neke prepreke kao što su table, stubovi i sl. 14.7.7 Zaštita gradilišta na odbrambenim nasipima Za vreme izvođenja radova na odbrambenim linijama po pravilu dolazi do privremenog smanjenja njihove zaštitne sposobnosti. Razlikuju se dva slučaja: a) Radovi se izvode na dužem potezu odbrambenog nasipa, obično u okviru rekonstrukcije (pojačanja i nadvišenja). U procesu rada neminovno dolazi do slabljenja tela nasipa u jednom vremenskom periodu (skinut humus sa branjene kosine i tla na branjenoj strani nasipa, privremeno oslabljeno telo nasipa, onemogućen saobraćaj po nasipu i sl.), kada je njegova funkcija bitno umanjena; b) Radovi se izvode na jednom lokalitetu u samom telu nasipa, gde je prekinut kontinuitet odbrambene linije ili oslabljeno telo nasipa. Najbolja zaštita je dobro planiranje i pridržavanje dinamike radova. Uobičajeno je da se radovi planiraju tako da se na jednoj deonici nasipa započnu i završe u jednoj građevinskoj sezoni, što podrazumeva početak rada posle prolaska prole ćnih velikih voda i završetak pre zime. Takođe, pravilo je da se u vreme rekonstrukcije jedne deonice nasipa ne započinju i radovi na drugim deonicama. Zaštita lokalnih gradilišta objekata na nasipu najčešće se postiže privremenim obuhvatnim nasipom ispred gradilišta, koji može imati i nešto niži stepen zaštite, pod uslovom da se u slučaju potrebe može intervenisati u cilju njegovog povišenja i ojačanja. Ako nema prostora za obuhvatni nasip, može se primeniti zagat od čeličnih talpi i slično. Kao zaštitna mera u toku odbrane od poplava primenjuje se i privremeno potapanje građevinske jame, u cilju smanjenja izlaznih gradijenata. U tom slučaju se radovi na gradilištu moraju prekinuti. U zonama lokalnih gradilišta se primenjuju i druge vrste intervencija, kao što je izrada zavesa ili sistema iglofiltera. 14.7.8 Vanredne mere Ukoliko se u toku trajanja poplavnog talasa na pojedinim deonicama ili lokalitetima nasipa konstatuju slaba mesta i oštećenja, njihova se sanacija, odgovarajućim intervencijama manjeg ili većeg obima, mora sprovesti u okviru operativne odbrane od poplava. Na bazi permanentnog praćenja stanja nasipa i hidroloških prognoza o razvoju poplavnog talasa, može se dati procena sigurnosti nasipa s obzirom na razli čite uticaje. Sa određenom sigurnošću se može predvideti nastanak kritičnog stanja, usled nekog nepovoljnog uticaja, na određenom lokalitetu i po vremenu. Na bazi identifikovanog merodavnog uticaja, koji ugrožava stabilnost nasipa, projektuju se sanacione mere, koje treba izvršiti u određenom roku. Kako se u slučaju izostanka ili neadekvatne primene mera operativne odbrane od poplava na kritičnom lokalitetu mogu očekivati plavljenje i ogromne štete u branjenom područ ju, za sanaciju uočenog slabog mesta na nasipu - potencijalnog mesta proboja ulažu se veliki napori, bez obzira na troškove. 209 http://slide pdf.c om/re a de r/full/0358020131118re gula c ija r ije ka skr ipta 2013

216/220

5/25/2018



Međutim, proboj nasipa se ponekad ne može sprečiti, bez obzira na preduzete mere. U tom slučaju se preduzimaju, najpre, radovi na sprečavanju širenja i eventualnom zatvaranju breše. Ukoliko ovakav pokušaj ne uspe, započinje formiranje lokalizacione linije i organizacija odbrane na njoj. Po prolasku poplavnog talasa neophodno je omogu ćiti evakuaciju vode iz poplavljenog područ ja i, na kraju, izvršiti sanaciju proboja i ispusta na odbrambenom nasipu. Zatvaranje proboja nasipa je izuzetno teška operacija, koja je u dosadašnjim odbranama od poplava više nastaje puta bezuspešno pokušavana. mestu proboja nasipa, uslednasipa velikei okolnog denivelacije, burno tečenje vode, kojeNaime, izazivanabrzu i snažnu eroziju samog tla. Međutim, razvoj opreme i tehnologije danas omogućuje ograničavanje erozije na mestu proboja, pa i zatvaranje manjih proboja nasipa (koje se preduzima ukoliko vodostaji u reci imaju tendenciju opadanja). Zatvaranje proboja nasipa je veoma složen posao, te se stoga izvodi samo ako je ugroženo veliko područ je i ukoliko je odbrana dugotrajna. Ukoliko je branjeno područ je manje, izvode sa samo radovi na ograničavanju širenja proboja. Ograničavanje širenja proboja nasipa je izuzetno značajno, jer se na taj način smanjuje doticanje vode u poplavljeno područ je i produžava vreme punjenja basena. Ograničenje širine proboja se postiže osiguranjem bokova i dna na mestu proboja (slika 14.43). Za osiguranje bokova nasipa se koriste: - Kameni nabačaj ili vreće punjene peskom; - Oplata koja se postavlja na bokovima proboja (tako da obuhvati tri strane) i ankeruje u zdrav deo nasipa; - Šipovi koji se pobijaju jedan uz drugog. Šipovi i oplata se moraju zaštititi od podlokavanja, tako što se uz nožice sa prednje i zadnje strane postavljaju fašine, punjene vreće ili kamen. - Za osiguranje dna se koriste lomljeni kamen, punjene vreće ili rolirani tepisi od lomljenog kamena u žičanom povezu.

Slika 14.43: Proboj nasipa

Mali proboji (širine 10-15 m) se, ukoliko dubina vode ne prelazi 0,6 do 1,5 m, mogu zatvoriti na jedan od sledećih načina: - Pobijanjem oplate od bokova ka sredini proboja. Uz oplatu se odmah postavlja kamen, fašine ili vreće punjene peskom ili zemljom; -

Bacanjem međusobno povezanih punjenih vreća, od kojih se stvara pregrada preko koje se zatim nasipa materijal; - Potapanjem opterećenih fašinskih madraca, tonjača, manjih plovnih objekata opterećenih kamenom i slično. Zatvaranje većih proboja nasipa (širine veće od 15 m, a pri dubinama vode većim od 2,0 m) je znatno teže, jer se svaki proboj veoma brzo širi. U ovom slu čaju je moguće intervenisati samo sa vode, izgradnjom kružnog (obuhvatnog nasipa) oko mesta proboja, sa prečnikom koji je najmanje 3 puta veći od širine proboja.


217/220

5/25/2018



Veštački proboj nasipa u cilju punjenja "nužne" retenzije se izaziva miniranjem nasipa ili prosecanjem pomoću bagera, tako da dođe do prelivanja nasipa i daljeg spontanog rušenja. Izgradnja lokalizacionih nasipa je neophodna u slu čaju proboja prve odbrambene linije. radi se po unapred pripremljenoj tehničkoj dokumentaciji, u kojoj su definisani trasa i gabariti nasipa. Lokalizaciona linija se gradi u vanrednim uslovima, uz uključenje svih raspoloživih građevinskih kapaciteta, mehanizacije, ljudstva i opreme, kao i civilne zaštite i stanovništva iz ugroženog podru č ja. na Izgradnju lokalizacione linije nasipa, treba dakako vodibiviše stručizgradnja njaka građtekla evinske struke, koji se angažuju podjednakim deonicama njihova istovremeno. Rad na izgradnji lokalizacionog nasipa se odvija u sledećim fazama: - utvr đivanje trase i prenošenje kota sa mreže na teren, - obeležavanje širine stope nasipa i čišćenje površine, - fundiranje i izgradnja nasipa. Tip i način izvođenja nasipa sekundarne odbrambene linije zavise od dužine raspoloživog vremena, terenskih uslova, kao i sredstava, materijala i opreme kojima služba i drugi učesnici u odbrani od poplava raspolažu. Za izvo đenje se, zavisno od tipa profila, primenjuje mehanizacija, ljudska radna snaga ili kombinovano. Najčešće se izvode zemljani nasipi. S obzirom na obim radova i ograničen rok izgradnje, ovaj tip nasipa je najbolje izvoditi uz pomoć mehanizacije. To je moguće samo u slučajevima kada terenski uslovi omogućavaju pristup mehanizaciji, dok je na nepristupačnijim delovima terena neophodno angažovanje velikog broja radnika za izvo đenje nasipa. S obzirom da i lokalizacioni nasipi treba da zadovolje osnovne parametre sigurnosti, za njihovo izvođenje se koristi materijal prašinasto-glinovitog sastava, pogodne vlažnosti. Najpovoljniji slučaj je da u blizini nasipa postoji pozajmište ovakvog materijala, dok se u suprotnom on mora dovoziti sa strane. Najkvalitetniji način izvođenja je nasipanjem materijala "s čela", po celoj širini krune, jer se tada transportna mehanizacija sa punim teretom kreće po već nasutom materijalu i time istovremeno vrši zbijanje materijala u nasipu. Zbog kratkoće vremena i drugih nepovoljnih uslova, u praksi se lokalizacioni nasipi naj češće grade od zemljanog materijala iskopanog sa lica mesta, u nebranjenom delu terena. Materijal se, zatim, poprečnim transportom - uz pomoć buldozera gura i oblikuje u nasip. Samo u slučaju da nema prostora za pozajmište ili kvalitet materijala ne odgovara, potrebno je obezbediti njegov dovoz sa pozajmišta odgovarajućom transportnom mehanizacijom. Drugi način za izvođenje nasipa sekundarne odbrambene linije je od vre ća punjenih peskom ili zemljanim materijalom, na deonicama kroz naseljena mesta. Lokalizacioni nasipi su veoma izloženi dejstvu vode jer nemaju travni pokrivač, a ponekad su, zbog žurbe, i nesolidno izgrađeni (slabo fundiranje, nabijanje zemlje i dr.). Na lokalizacionim nasipima je, stoga, potrebno organizovati intenzivnu odbranu, koja se sastoji u stalnom pra ćenju stanja nasipa i hitnom izvođenju radova na sanaciji uočenih nedostataka. Na lokalizacionim nasipima se naj češće javlja prokvašavanje i procurivanje, koje se sanira dreniranjem, postavljanjem filtarskih materijala ili proširenjem tela nasipa. Za to se masovno koristi ljudska radna snaga. Sledeći problem, koji se često javlja usled nepostojanja travnatog pokrivača na novoizgrađenom nasipu, je raskvašavanje i površinska erozija od kiše. Sanacija se postiže zemljanim materijalom, džakovima i filtarskim materijalom, koji se ugrađuju u oslabljena mesta. Evakuacija vode iz poplavljenog područ ja. Nivo vode u poplavljenom područ ju se formira u zavisnosti od kote vode u reci na mestu proboja. Ukoliko je proboj nasipa nastao na uzvodnom delu duže deonice nasipa, nivo jezera na nizvodnom delu poplavljenog sektora može biti znatno viši od nivoa vode u reci. Tada je nužno na nizvodnom delu minirati nasip i tako ispustiti vodu iz zaliva, čime se postiže sniženje nivoa vode u jezeru i rasterećenje lokalizacione linije. Ako je proboj nasipa nastao na nizvodnom delu deonice nasipa, nema nepoželjne denivelacije između nivoa u zalivu i u reci, tako da otvaranje nasipa nije potrebno.


218/220

5/25/2018



Po prolasku talasa velikih voda, za evakuaciju voda iz niskih delova poplavljenog područ ja se koriste postojeći sistemi za odvodnjavanje ili se nasip otvara na najnižem delu terena, kako bi voda gravitacijom otekla u reku (slika 14.44). Potreban presek za isticanje vode iz branjenog područ ja se određuje na osnovu procene doticaja kroz aktivan proboj ili proračunom, za određenu zapreminu vode u zalivu i određeno vreme koje je usvojeno kao rok za sanaciju poplavljenog područ ja. Kada je određen potreban presek na mestu isticanja, na osnovu denivelacije nivoase vode jezeru seeksplozivna određuje dužina na kojoj treba otvoriti (minirati) nasip. Za ovu dužinu odreuđreci uju ipotrebna punjenja, njihov razmak, dubina ukopavanja, obim radova, potrebno ljudstvo i dr. Sanacija proboja i ispusta. Kontinualna odbrambena linija se, nakon prolaska poplavnog talasa i ispuštanja vode iz poplavljenog područ ja, uspostavlja ponovnim zatvaranjem otvora u nasipu (proboja i ispusta). U sklopu zatvaranja nasipske linije potrebno je izvršti i sanaciju erozije tla oko nasipa, koja je nastala pri prelivanju nasipa ili pri ispuštanju vode iz poplavljenog područ ja. Posebna pažnja u ovim radovima se posvećuje ostvarenju veze postojećeg nasipa uzvodno i nizvodno od proboja sa novim delom nasipa.

Slika 14.44: Ispuštanje vode iz poplavljenog područ ja


219/220

5/25/2018



15 URE ĐENJE BUJIČNIH SLIVOVA I EROZIONIH PODRUČJA Protiverozione mere i radove čini kompleks zaštitnih mera i metoda usmerenih ka regulisanju površinskog oticanja, zaštiti zemljišta od spiranja sa padina, uspostavljanju i povećanju plodnosti erodiranih zemljišta, njihovom racionalnijem korišćenju i otklanjanju razloga koji mogu da izazovu eroziju. Protiverozioni radovi podrazumevaju izgradnju različitih objekata: pregrada, kineta, kanala, brana, kao i radove na šumskim i poljoprivrednim melioracijama (melioracije pašnjaka, podizanje plantažnih voćnjaka i vinograda, pošumljavanje, zatravljivanje i slično). Protiverozione mere su akcije kojima se utiče na način obrade, održavanje i upravljanje zemljištem, šumama i vodama, i na na čine njihovog korišćenja. Razlikuju se: - Tehnički radovi: izgradnja podužnih i poprečnih građevina za uređenje korita bujičnih vodotoka (kanala, regulacija, kineta, obaloutvrda, zemljanih nasipa, pregrada, pragova, konsolidacionih pojaseva, rustikalnih pregrada). Ovi radovi uglavnom služe za neposrednu zaštitu od poplavnih voda i za zadržavanje bujičnih nanosa. U ovu grupu radova spadaju, takođe, i izgradnja mikro retencija i malih akumulacija za vodu i -

zadržavanje bujičnih nanosa, itd.; Biološki radovi: pošumljavanje, zatravljivanje itd.; Biotehnički radovi: izrada konturnih rovova, terasa, pletera, gradona, radi stvaranja uslova primenu bioloških mera; Agrotehnički radovi: melioracije poljoprivrednih zemljišta, popravka strukture zemljišta, itd.; Ekonomske, administrativne i druge neinvesticione mere.


220/220

03580_20131118_Regulacija_rijeka__skripta_2013

Recommend Documents