wyznaczanie przepływów obliczeniowych przepustów drogowych

M O N O G R A F I E K O M I T E T U G O S P O D A R K I W O D N E J PA N
z. XX
2014
Sławomir BAJKOWSKI
Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie
Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska
WYZNACZANIE PRZEPŁYWÓW OBLICZENIOWYCH
PRZEPUSTÓW DROGOWYCH PRZYSTOSOWANYCH
DO PRZEJŚCIA DLA ZWIERZĄT
1. WSTĘP
Obliczenia hydrologiczne wodnych przepraw drogowych obejmują ustalenie
przepływów obliczeniowych, niezbędnych do zwymiarowania ich światła. Literatura dotycząca metod hydrologicznych i procedur obliczeniowych pozwala ustalić
przepływy w większości spotykanych lokalizacji mostów i przepustów. W artykule
korzystano z metod, które opisują Stachy i Fal (1986, 1987), przytaczają je Byczkowski (1979, 1999), Ciepielowski i Dąbkowski (2006), Prochal red. (1986) oraz Więzik
(1993). W publikacjach tych dostępne są zasady ustalania przepływów miarodajnych
do zwymiarowania obiektów hydrotechnicznych na dużych, zazwyczaj kontrolowanych rzekach, z wykorzystaniem oceny statystycznej materiału archiwalnego, a także
na małych niekontrolowanych ciekach na terenach niezurbanizowanych. Nie mniej
cenne od samych metod obliczeniowych są wskazówki proceduralne dotyczące różnorodnych sytuacji terenowych i hydrologicznych (Czarnecka 1987). Właściwie nie
ma lokalizacji, dla której nie byłoby dostępnych metod hydrologicznej oceny przepływów. W bardzo obrazowy sposób adaptację procedur hydrologicznych dla zlewni dużych i małych, kontrolowanych i niekontrolowanych, dla obiektów położonych w różnych warunkach hydrograficznych, przedstawili w swojej pracy Stachy i Fal (1986).
Inżynierskie podejście do określania charakterystyk hydrologicznych w celu ustalenia
przepływów miarodajnych do wymiarowania budowli wodnych w zmiennych warunkach przepływu i odbioru wody (mosty, przepusty, pompownie depresyjne) w swojej
pracy zawarli Ciepielowski i Dąbkowski (2006).
Przy korzystaniu z metod pośrednich duże trudności występują w obszarze ich
adaptacji do nowych technik zbierania i przetwarzania niezbędnych danych hydrogeologicznych oraz wykorzystania ich w programach obliczeniowych. Dotyczy to
w szczególności parametrów zlewni o powierzchni od kilku do kilkunastu km2 z okre-
Monografia KGW-PAN, z. XX, tom 1.indb 151
2014-09-05 07:46:45
152
S. Bajkowski
sowo pojawiającą się wodą, w których opadem pokrywane są zazwyczaj całe ich powierzchnie. W ostatnim okresie właśnie wezbrania na niewielkich ciekach były powodem powstawania znacznych szkód w lokalnej infrastrukturze komunikacyjnej. Pewnym
rozwiązaniem w tej sytuacji jest stosowanie minimalnych wymiarów otworów przepustów (Bajkowski 2006). Nasuwa się jednak pytanie – kiedy zastosowanie wymiarów
podawanych jako minimalne dla danej przeprawy umożliwia zachowanie jej bezpieczeństwa, a kiedy powinniśmy oszacować przepływ i ustalić wymiary indywidualnie?
Szczególną sytuacją jest projektowanie wodnych przejść zespolonych (WZP),
w których wymagane jest określenie parametrów przewodu mieszczącego wewnątrz
koryto przepływu średniego SQ oraz ścieżki, po których mogłyby przechodzić zwierzęta (Bajkowski, Witczak 2005). Przewód przepustu wymiaruje się na przeprowadzenie wody miarodajnej Qp% w warunkach określonych schematem hydraulicznym,
z możliwością częściowego jego zamulenia (Bajkowski 2008). Każdy z tych elementów ma spełniać określone funkcje, a ich minimalne wymiary narzucone są przepisami (Rozporządzenie… 2000). Gabaryty takich przepustów określone są kształtem
i wymiarami wewnętrznego przewodu wody średniej, przestrzenią zajętą przez strumień, częścią gwarantującą wymagane zapasy przy przepływach wód wielkich, wymaganiami konstrukcyjnymi gwarantującymi bezpieczeństwo komunikacyjne oraz
spodziewaną dużą skutecznością migracyjną (Bajkowski, Marzysz 2004, 2005).
2. LOKALIZACJA OBIEKTÓW
Analizy przedstawione w artykule dotyczą przepraw drogowych wybranych
obiektów zamykających małe zlewnie rolnicze. Są one zblokowane w dwóch grupach
lokalizacyjnych. Pierwsza obejmuje przeprawy położone w środkowej części Polski,
druga w części północno-wschodniej. Lokalizację obiektów na tle regionów określenia
wskaźnika stopnia redukcji przepływów maksymalnych oraz obszarów wyboru metod
obliczeniowych pokazano na rys. 1.
Według regionalizacji Polski badane obiekty położone są w pasie Nizin Środkowopolskich, grupa od 1 do 5 znajduje się w jej środkowej części na obszarze Niziny
Mazowieckiej, pozostałe w części północno-wschodniej na Nizinie Podlaskiej. Obiekt
1 położony jest na pograniczu Równiny Kozienickiej i Doliny Środkowej Wisły;
2 i 3 we wschodniej części Wysoczyzny Rawskiej; 4 w obrębie Równiny Warszawskiej; 5 znajduje się na Równinie Garwolińskiej. Obiekty 6, 7, 8, 9 położone są w Kotlinie Biebrzańskiej, 10 w zachodniej, a 11 i 12 w północnej części Wysoczyzny Białostockiej. Najbardziej na wschód ku Wzgórzom Sokólskim wysunięte są obiekty
13 i 14. Ze względu na przyjmowane wartości wskaźnika stopnia redukcji przepływów
maksymalnych obiekty przynależą do makroregionu nizin w regionie 4a (rys. 1a) (Stachy i in. 1986). Obiekty położone w obszarze północno-wschodnim cechuje występowanie wezbrań roztopowych, a w części środkowej kraju – wezbrań opadowych. Według hydrologicznego podziału wyboru metod obliczeniowych wszystkie obiekty
znajdują się w 6 obszarze nizinno-pojeziernym wschodnim stosowania obszarowych
równań regresji (rys. 1b). Obiekty 1, 2, 3, 4 znajdują się w strefie zasięgu stosowania
formuły opadowej, pozostałe – formuły roztopowej (rys. 1b).
Monografia KGW-PAN, z. XX, tom 1.indb 152
2014-09-05 07:46:45
153
Wyznaczanie przepływów obliczeniowych przepustów drogowych...
a
b
Rys. 1. Położenie obiektów: a – mapa makroregionów i regionów wskaźnika stopnia redukcji
maksymalnych przepływów krzywych regionalnych wg Stachy i in. (1986); 1a, 1b – Sudety, 2a, 2b –
Karpaty, 3a, 3b, 3c – Wyżyny, 4a, 4b – Niziny, 5a, 5b, 5c – Pojezierza, b – mapa obszarów równań regresji
i zasięgu stosowania formuły roztopowej wg Czarneckiej (1987); 1 – sudecki, 2 – nizinno-pojezierny
zachodni, 3 – pomorski, 4 – tatrzański, 5 – karpacki, 6 – nizinno-pojezierny wschodni, 7 – lubelski
Tablica 1
Parametry hydrograficzne obiektów
Lp.
1
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9A.
9B.
9C.
10A.
10B.
11.
12.
13A.
13B.
14A.
14B.
Obiekt
Ciek
2
A
[km2]
H1
[mm]
φ
[-]
Id
[‰]
ψ
[‰]
F1
[-]
K01
[-]
3
4
5
6
7
8
9
10
Zwolenka
Kraska
Kruszewka
dop. z Dralewa
dop. z Chełstu
dop. z Milewa
Kosodka
Kosodka
Gołda
31,11
23,50
11,40
15,44
11,59
8,25
12,85
19,37
20,30
80
90
90
90
80
83
83
83
83
0,40
0,40
0,35
0,57
0,43
0,50
0,50
0,50
0,35
4,13
4,76
4,64
1,70
6,31
8,29
8,84
6,81
9,14
8,52
9,90
11,11
3,83
11,87
13,54
17,39
16,75
15,80
0,0070
0,0120
0,0110
0,0110
0,0070
0,0038
0,0038
0,0038
0,0038
Krzeczkowo Nareśl
27,81
83
0,50
1,95
9,36
Chodorówka Maryna
Okopy
Olszanka
Mościcha
Mościszanka
13,34
33,06
20,00
82
82
82
0,40
0,50
0,50
4,96
7,00
4,35
14,13
14,44
16,21
Bierwicha
22,37
82
0,35
5,10
14,86
0,0161
0,0179
0,0245
0,0188
0,0230
0,0342
0,0336
0,0246
0,0268
0,0272
0,0280
0,0170
0,0177
0,0159
0,0228
0,0253
0,0257
0,0205
0,0206
Sarnów
Lewiczyn
Kruszew
Dobrzenica
Borków
Mroczki
Mejły
Kulesze
Downary
Monografia KGW-PAN, z. XX, tom 1.indb 153
Bierwicka
0,0037
0,0035
0,0035
0,0034
0,0034
2014-09-05 07:46:46
154
S. Bajkowski
W artykule przedstawiono wyniki obliczeń przepływów maksymalnych i średnich do zwymiarowania światła przepustów przystosowywanych do przejścia dla
zwierząt. Prowadzono je według dostępnych, najczęściej wykorzystywanych metod,
zalecanych do stosowania dla obiektów drogowych na ciekach nizinnych o małych
niezurbanizowanych zlewniach. Podstawowe charakterystyki hydrologiczne oraz fizycznogeograficzne cieków i zlewni niezbędne do ustalenia przepływów zestawiono
w tablicy 1. Przepływy maksymalne obliczono następującymi metodami:
• obszarowych równań regresji według Stachy i Fal (1986, 1987),
• formuły opadowej według Stachy i Fal (1986), w obliczeniach korzystano również ze wskazówek podanych przez Ciepielowskiego i Dąbkowskiego (2006),
Czarnecką (1987), Prochala (1986) oraz Więzika (1993),
• formuły roztopowej według Stachy i Fal (1986).
3. OBLICZENIE PRZEPŁYWU MAKSYMALNEGO
3.1. Obszarowe równanie regresji
Zasady opracowania równań i ich wynikowe postacie, a także analizy adaptacyjne przedstawili w swoich publikacjach Stachy i Fal (1986, 1987). Równanie regresji dla obszaru 6 nizinno-pojeziernego wschodniego ma postać:
-3
0,92
QOb. = 3,075 · 10 · A
1,11
· H1 · φ
1,07
1,10
· Id · ψ
0,35
· (1 + JEZ)
-2,11
-0,47
· (1 + B)
(1)
gdzie:
A – powierzchnia zlewni zestawiona w kolumnie 4 tablicy 1 w [km2],
H1 – maksymalny opad dobowy o prawdopodobieństwie pojawienia się p = 1%
[mm]. Wartości H1 odczytane z mapy na rys. 9 wg Stachy i Fal (1986) zestawiono w kolumnie 5 tablicy 1.
φ – bezwymiarowy współczynnik odpływu (kolumna 6 tablicy 1) ustalono według zasad podanych przez Czarnecką (1987) dla wydzieleń gleb na polskiej
mapie gleb w skali 1:500 000.
Id – zwyczajny spadek rzeki i jej suchej doliny w [m km-1, ‰] podano w kolumnie 7 tablicy 1. Spadek ten obliczono jako stosunek różnicy rzędnych terenu
działu wodnego w przedłużeniu doliny cieku Wg [m n.p.m.] i w przekroju
zamykającym zlewnię Wd [m n.p.m.] do sumy długości najdłuższego cieku
w zlewni Lk [km] i jego suchej doliny, mierzonej od źródeł w górę, do przecięcia osi doliny z działem wodnym Ld [km].
ψ – średnie nachylenie zlewni ustalone jako iloraz wysokości zlewni i pierwiastka jej powierzchni [m km-1, ‰] (kolumna 8 tablicy 1). Wysokość zlewni
jest równa różnicy najwyższej rzędnej w zlewni Wmax [m n.p.m.] i rzędnej
w przekroju zamykającym zlewnię Wd [m n.p.m.].
JEZ – wskaźnik jeziorności zlewni. Na terenie badanych zlewni nie ma jezior
o powierzchni aj większej od 0,01 powierzchni ich zlewni Aj, stąd JEZ = 0.
B – wskaźnik zabagnienia obliczany jako iloraz powierzchni zajętych przez torfowiska i powierzchni całej zlewni, przy braku bagien w zlewniach B = 0.
Monografia KGW-PAN, z. XX, tom 1.indb 154
2014-09-05 07:46:46
Wyznaczanie przepływów obliczeniowych przepustów drogowych...
155
3.2. Formuła opadowa
Obliczenia przepływów miarodajnych dla podanych przekrojów według formuły opadowej prowadzono, wykorzystując wskazówki zawarte w publikacji Stachy
i Fal (1986). Do obliczenia maksymalnych przepływów rocznych o zadanym prawdopodobieństwie występowania w małych zlewniach niekontrolowanych (A < 50 km)
zastosowano formułę opadową w postaci:
(2)
QOb. = ƒ · F1 · φ · H 1· A · λp · δJ
gdzie:
ƒ – bezwymiarowy współczynnik kształtu fali. Wszystkie obiekty położone są w
makroregionie nizin, w regionie 4a (rys. 1a). Wskazuje to na zasadność przyjęcia
stałej wartości współczynnika kształtu fali równego 0,6.
F1– maksymalny moduł odpływu jednostkowego, zależy od hydromorfologicznej
charakterystyki koryta cieki i czasu spływu po stokach ts:
• ø, charakterystykę koryta obliczono ze wzoru:
ør =
100 (Lr + Ld)
mk · Id11/3 · A1/4 (φ · H1)1/4
(3)
gdzie:
(Lr +Ld)–długość cieku wraz z suchą doliną do działu wodnego [km],
mk–współczynnik szorstkości koryta cieku zależny od charakteru koryta. Dla
„koryt stałych i okresowych rzek nizinnych o stosunkowo wyrównanym dnie”
z tablicy 20 wg Stachy i Fal (1986) współczynnik mk = 11.
Id1–uśredniony spadek rzeki i jej suchej doliny [m km-1], obliczony jako równy 0,6
wartości średniego spadku rzeki i jej suchej doliny Id [m km-1] ustalonego według wskazówek do wzoru (1).
• ts, czas spływu po stokach [min] odczytano z tablicy 19 według Stachy i Fal
(1986) w zależności od hydromorfologicznej charakterystyki stoków obliczonej ze wzoru:
øs =
100 (Ls)1/2
ms · Is1/4 (φ · H1)1/2
(4)
gdzie:
Ls –średnia długość stoków [km] liczona jako odwrotność iloczynu 1,8 ·ρ, gdzie ρ
jest gęstością sieci rzecznej [km] określaną ze wzoru:
n
ρ=
∑i=1 (Lr + Ld)i
A
(5)
gdzie:
n
∑i=1 (Lr + Ld)i –suma długości cieków wraz z ich suchymi dolinami [km],
ms–współczynnik szorstkości stoków określono z tablicy 20 (Stachy, Fal 1986)
jako równy 0,20,
Monografia KGW-PAN, z. XX, tom 1.indb 155
2014-09-05 07:46:46
156
S. Bajkowski
Is –średni spadek stoków [m km-1]:
m
Is =
∆h ∑i=1 k
A
(6)
gdzie:
∆h – różnice poziomów między warstwicami [m] podano w kolumnie 4 tablicy
3, jako górny indeks przepływu. Dla większości obiektów przyjęto jedną
wartość ∆h. Dla obiektu 9 obliczenia wykonano przy ∆h = 1,25; 2,50 i 5,00 m –
oznaczając wyniki odpowiednio 9A, 9B i 9C – dla obiektów 10, 13 i 14 ∆h
wynosiły 2,50 m i 5,00 m.
m
∑i=1 k – łączna długość warstwic [km].
H1 – maksymalny opad dobowy o prawdopodobieństwie pojawienia się p = 1%,
określony dla obliczeń według obszarowego równania regresji,
φ, A, δJ – jak w metodzie obszarowych równań regresji,
λp – kwantyl rozkładu zmiennej λp = μp/μ1 odczytany dla p = 1% z tablicy 12
według Stachy i Fal (1986) wynosi λp =1,0.
Według Rozporządzenia… (2000) „§10.1. Dla zwierząt dziko żyjących powinno być zapewnione bezkolizyjne przemieszczanie się ich z jednej na drugą stronę
drogi klas A, S, GP i G, w miejscach nasilonej migracji, a w szczególności w większych kompleksach leśnych oraz obszarach bagiennych i innych przeciętych drogą
siedliskach rzadkich i zagrożonych gatunków, wskazanych przez właściwe organy
administracji rządowej lub właściwe jednostki samorządu terytorialnego”. Dla
wskazanych klas dróg prawdopodobieństwo występowania przepływów miarodajnych do wymiarowania przepustów stałych p = 1%.
Wartości maksymalnego modułu odpływu jednostkowego F1 interpolowane
według ør oraz ts z tablicy 17 (Stachy, Fal 1986) podano w kolumnie 9 tablicy 1.
3.3. Formuła roztopowa
Według Stachy i Fal (1986) formuła roztopowa do obliczania maksymalnych
przepływów rocznych o zadanym prawdopodobieństwie występowania w małych
zlewniach niekontrolowanych ma postać:
QRo. =
α · K01 · h1 ·A
δ · δ · λ (A + 1)0,2 J B p
(7)
gdzie:
α – współczynnik korygujący wartość K01 odczytany z mapy na rys. 13 (Stachy
i Fal 1986) dla wszystkich obiektów jest równy 1,00,
K01– współczynnik stopnia redukcji przepływów maksymalnych w zlewni elementarnej, określony z mapy na rys. 13 według Stachy i Fal (1986) zestawiono
w kolumnie 10 tablicy 1.
Monografia KGW-PAN, z. XX, tom 1.indb 156
2014-09-05 07:46:46
Wyznaczanie przepływów obliczeniowych przepustów drogowych...
157
h1 – wysokość warstwy odpływu roztopowego o prawdopodobieństwie p = 1%,
określona z mapy na rys. 12 według Stachy i Fal (1986),
φ, A, δJ, δB, λp – jak w metodach obszarowego równania regresji i opadowej.
Wartości obliczonych przepływów maksymalnych według wzorów (1, 2, 3) zestawiono w tablicy 2, a wykres dla poszczególnych obiektów – na rys. 2. Widoczne
jest znaczne zróżnicowanie wartości przepływów uzyskanych według prezentowanych metod dla analizowanych lokalizacji.
Rys. 2. Przepływy maksymalne roczne w przekrojach obliczeniowych
Rys. 3. Przepływy średnie roczne: 1, 2, ... , 14 – oznaczenia obiektów
4. OBLICZANIE PRZEPŁYWU ŚREDNIEGO
Średnie przepływy roczne wyznaczane są dla obiektów mostowych, w których
znajdują się przejścia dla zwierząt. Poziom założenia ścieżek dla zwierząt ustala się
według Rozporządzenia (2000):
Monografia KGW-PAN, z. XX, tom 1.indb 157
2014-09-05 07:46:47
158
S. Bajkowski
§ 26.1. W razie konieczności uwzględnienia ekologicznej funkcji doliny cieku
w funkcjonowaniu środowiska i migracji zwierząt, długość mostu powinna być
zwiększona o pasy terenu przybrzeżnego pokrytego roślinnością. Pasy te powinny
mieć szerokość nie mniejszą niż 1,5 m mierzoną przy średnich poziomach wód.
• §44.2. Przepusty przewidziane do przechodzenia małych zwierząt powinny
mieć uformowaną ścieżkę dla zwierząt o szerokości nie mniejszej niż 0,5 m,
wzniesioną ponad zwierciadło ś re d n i e j w o d y w przepuście.
Roczne przepływy SQ wyznaczono dla wszystkich analizowanych przekrojów
metodami empirycznymi zebranymi w publikacjach Byczkowskiego (1979, 1999),
wykorzystując wzory określające wysokość warstwy odpływu według:
• współczynnika odpływu Kajetanowicza dla rzek nizinnych, ze wzoru 4.61 podanego przez Byczkowskiego (1979):
•
SQK = 0,0317H · A = 0,0317c · P · A = 0,0317 (0,063Ws0,25 · ψ0,10) · P ·A
(8)
gdzie:
H –warstwa odpływu [mm],
c –współczynnik odpływu [-]:
P –wysokości warstwy normalnego opadu rocznego w [mm], określone według
Lorenc (2005). Obiekty 1-5 położone są w strefie opadu poniżej 550 mm, pozostałe – w strefie 550-600 mm.
Ws–średnia rzędna zlewni nad poziomem morza [m n.p.m.] według Reitza (wzór
4.33 za Byczkowskim 1999),
ψ –średnie nachylenie zboczy (wskaźnik stoczystości) zlewni [m km-1], liczone
jako iloraz wysokości rzeki i pierwiastka jej powierzchni. Wysokość rzeki jest
równa różnicy rzędnej źródeł Wz [m n.p.m.] i rzędnej w przekroju zamykającym
zlewnię Wd [m n.p.m.].
A –jak poprzednio.
• zależności od czynników kształtujących odpływ:
–– Wołoszyna za Byczkowskim (1999):
SQW = 0,0317H · A = 0,0317 (0,905P – 340) ·A
(9)
–– Punzeta za Byczkowskim (1979):
SQP = 10-3 Sq · A = 21,576 · 10-3 P2,06 · Ir0,065 · N -0,044 ·A
(10)
gdzie:
Sq–średni roczny odpływ jednostkowy [l s-1 km-2],
Ir –średni spadek cieku [m km-1], liczony jako stosunek różnicy rzędnych terenu
źródeł cieku Wz [m n.p.m.] i w przekroju zamykającym zlewnię Wd [m n.p.m.]
do długość cieku od źródeł do badanego przekroju Lk [km],
N –wskaźnik nieprzepuszczalności gleb wg Bołdakowa odczytany z tabeli 4.9 podanej przez Byczkowskiego (1999),
Wz, Wd, P, A – jak poprzednio.
Monografia KGW-PAN, z. XX, tom 1.indb 158
2014-09-05 07:46:47
159
Wyznaczanie przepływów obliczeniowych przepustów drogowych...
–– Byczkowskiego i Mandes za Byczkowskim (1999):
SSQBM = SSq · A = 2,33 · 10-6 P2,3 (J +1)2,6 · ψ0,11 · A
(11)
gdzie:
SSq–średni roczny odpływ jednostkowy [l s-1 km-2],
J –jeziorność zlewni [%], liczona jako stosunek powierzchni jezior Aj do całkowitej powierzchni zlewni A,
ψ, P, A – jak poprzednio.
Wartości obliczonych przepływów średnich rocznych zestawiono w tablicy 2,
a ich graficzną zależność od powierzchni zlewni pokazano na rys. 3.
Tablica 2
Zestawienie wyników obliczeń rocznych przepływów maksymalnych i średnich
Przepływy maksymalne
Lp.
1
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9A.
9B.
9C.
10A.
10B.
11.
12.
13A.
13B.
14A.
14B.
Obiekt
2
Sarnów
Lewiczyn
Kruszew
Dobrzenica
Borków
Mroczki
Mejły
Kulesze
QOb.
Qop.*
QRo.
SQK
SQW
SQP
SSQBM
[m3 s-1] [m3 s-1] [m3 s-1] [m3 s-1] [m3 s-1]
[m3 s-1]
[m3 s-1]
wzór (1) wzór (2) wzór (7) wzór (8) wzór (9) wzór (10) wzór (11)
3
4
5
6
7
8
9
8,61
8,11
3,75
5,21
4,40
4,24
7,00
9,81
7,06
9,62
9,08
5,28
8,91
5,51
7,02
10,75
11,86
9,47
9,62
9,90
11,80
12,24
4,17
18,51
12,44
12,63
7,89
7,91
8,70
9,97
4,17
6,79
4,40
2,11
3,18
4,43
5,44
0,136
0,110
0,053
0,060
0,053
0,043
0,067
0,101
0,104
0,138
0,111
0,054
0,073
0,051
0,051
0,079
0,119
0,128
0,130
0,104
0,050
0,062
0,051
0,046
0,072
0,106
0,114
0,160
0,131
0,063
0,075
0,065
0,060
0,091
0,138
0,143
6,83
0,128
0,163
0,135
0,164
4,39
9,71
5,73
0,065
0,164
0,097
0,074
0,184
0,111
0,068
0,168
0,097
0,086
0,207
0,121
6,48
0,111
0,118
0,107
0,136
Downary
Krzeczkowo
Chodorówka
Okopy
Mościcha
Bierwicha
Przepływy średnie
9,86
4,94
15,07
9,43
7,03
5. PODSUMOWANIE
Analizowane przekroje lokalizacji przepraw drogowych, położone w różnych
warunkach hydrologicznych, wykazały zależność przepływów maksymalnych od
Monografia KGW-PAN, z. XX, tom 1.indb 159
2014-09-05 07:46:47
160
S. Bajkowski
powierzchni zlewni, a także charakterystyk cieku i układu topograficznego zlewni. W obliczeniach pominięto jeziorność oraz zabagnienie, ponieważ na obszarach
badanych zlewni nie zlokalizowano jezior o powierzchni większej od 0,01 obszaru
zlewni oraz bagien o powierzchni powyżej 0,20 obszaru zlewni cieku.
Dla większości obiektów uzyskano najwyższy przepływ według formuły opadowej, tylko dla obiektu 2 jest to przepływ obliczony z formuły roztopowej (rys. 2).
Obiekt ten znajduje się w strefie stosowania formuły opadowej. Obiekt 5, leżący
na pograniczu obszaru stosowania empirycznych metod pośrednich, cechuje się podobnymi przepływami, uzyskanymi według poszczególnych metod. Zmniejszenie
cięcia analizowanych warstwic nie wpłynęło znacząco na wynikową wartość przepływu (tablica 2, rys. 2). Dla obiektów położonych w rejonie północno-wschodnim
kraju formuła roztopowa dała najniższy przepływ maksymalny, jedynie dla obiektu
11 Chodorówka wszystkie analizowane metody dały wartości zbliżone. Przyjmując kryterium największego przepływu, ich wartości w małych zlewniach należy
obliczać, stosując formułę opadową. Uzyskujemy wtedy relatywnie duże wymiary
wodnych przepraw drogowych. Uwzględniając genezę opracowania metod i zasady
obszarowych zakresów ich stosowania, dla obiektów w północno-wschodnim rejonie kraju według formuły roztopowej, uzyskujemy najmniejsze natężenia przepływów miarodajnych. Projektowane obiekty według tych przepływów będą miały
stosunkowo małe wymiary.
Wartości średnich rocznych przepływów uzyskane ze wzoru (11) dla większości przekrojów obliczeniowych są największe (rys. 3). Jest to wzór opracowany dla
dorzecza Narwi i rzek sąsiednich. Uwzględniając zasadę największego przepływu
i uzyskanie koryta wewnętrznego dużych wymiarów, wzór ten należy przyjąć do
obliczenia wewnętrznego koryta wyznaczającego poziom ścieżek dla zwierząt
w obiektach położonych w północno-wschodniej Polsce. Dla obiektów znajdujących się poza wskazanym regionem stosowania wzoru (11) zaprojektowanie ścieżek
według tego przepływu umożliwi wykorzystanie ich przez zwierzęta przez dłuższy
okres w sezonie. Po uwzględnieniu zasad stosowania formuł przeznaczonych dla
danego obszaru dla obiektów w rejonie północno-wschodnim należy stosować wzór
(11), dla pozostałych – wzór (8) opracowany dla terenów nizinnych lub inną z metod
nieprezentowanych w artykule.
Zaprojektowanie przejść pod drogami według przepływu miarodajnego
Qp% oraz średniego SQ, określonych pośrednimi metodami empirycznymi, nie daje
gwarancji dużej ich skuteczności (Bajkowski, Witczak 2005). Jednocześnie należy
ustalić czasy ich trwania i okresy dostępności przejścia.
Wykorzystanie prezentowanych metod nasuwa wiele wątpliwości przy interpretacji współczynników we wzorach i określaniu parametrów z map, wykresów
i tabel. Do obliczenia przepływów w małych niekontrolowanych zlewniach nie wyklucza się stosowania innych metod i formuł lub programów obliczeniowych.
Monografia KGW-PAN, z. XX, tom 1.indb 160
2014-09-05 07:46:47
Wyznaczanie przepływów obliczeniowych przepustów drogowych...
161
DETERMINING THE DESIGN DISCHARGES FOR ROAD
CULVETRS ADAPTED TO THE ANIMALS’ PASSAGES
Abstract
The major concern in designing water-road objects is to determine the design flows.
Their values impact on the establishment of dimensions and design of the crossing, which in
turn affects the operational safety of the communication rout e. Special requirements for designing the cross-section relate to bridges and culverts with animal passageways. The article
presents methods for determining the design flows used for designing road culverts. Available
methods for determining the mean flows and probability discharges in the small uncontrolled
catchment, which are located objects type such that were described. The analysis of the
operating conditions the water common passages (WCP), in which the water flow space is
used by animals to pass under the roads was presented. Their dimensions are determined
using the mean flow to design internal channel and the probability flood discharge to determine the total conductor cross-section according to the requirements of carrying great water and animals crossing. The article presents the characteristics of the examined catchment
areas and the results of mean flow and probability discharge calculations for cross watercourses located in various hydrographic conditions. Boundary for maximum river flows were
established as well as conditions for the application of the minimum dimensions of the culvert’s conduits.
Key words: discharge, road culvert, animal passageway.
BIBLIOGRAFIA
Bajkowski S., 2006, Przejścia dla zwierząt w przepustach i pod mostami, Przegląd Naukowy Inżynieria
i Kształtowanie Środowiska, XV, 2 (34), 172-180
Bajkowski S., 2008, Wpływ zabudowy przepustów na ich wydatek, Przegląd Naukowy Inżynieria
i Kształtowanie Środowiska, XVII, 4 (42), 49-58
Bajkowski S., Marzysz P., 2004, Możliwości wykorzystania przepustów drogowych na przejścia dla
zwierząt, Acta Scientiarum Polonorum. Architectura, 3 (2), 69-78
Bajkowski S., Witczak U., 2005, Kształtowanie przepustów przeznaczonych na przejścia dla zwierząt.
Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych, 507, część 1, 25-32
Byczkowski A., 1979, Hydrologiczne podstawy projektów wodnomelioracyjnych. Przepływy charakterystyczne, Państwowe Wydawnictwo Rolnicze i Leśne, Warszawa
Byczkowski A., 1999, Hydrologia, II, Wydawnictwo SGGW, Warszawa
Ciepielowski A., Dąbkowski L., Sz., 2006, Metody obliczeń przepływów maksymalnych w małych zlewniach rzecznych (z przykładami), Oficyna Wydawnicza Projprzem-EKO, Bydgoszcz
Czarnecka H., 1987, Zasady obliczania maksymalnych przepływów prawdopodobnych – parametry
fizyko-geograficzne cieków i zlewni, Gospodarka Wodna, 3, 56-59
Lorenc H., 2005, Atlas Klimatu Polski, IMGW, Warszawa
Polska Mapa Gleb 1:500 000, 1972, Komitet Gleboznawstwa i Chemii Rolnej PAN, Instytut Uprawy
Nawożenia i Gleboznawstwa, Polskie Towarzystwo Gleboznawcze
Prochal P. (red.), 1986, Podstawy melioracji rolnych, 1, PWRiL, Warszawa
Monografia KGW-PAN, z. XX, tom 1.indb 161
2014-09-05 07:46:48
162
S. Bajkowski
Rozporządzenie Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej z dnia 30 maja 2000 r. w sprawie warunków
technicznych, jakim powinny odpowiadać drogowe obiekty inżynierskie i ich usytuowanie, Dz. U.
2000, nr 63, poz. 735, ze zmianami
Stachy J., Biernat B., Dobrzańska I., 1986, Zasady obliczania maksymalnych przepływów prawdopodobnych – obliczenia przy krótkich seriach statystycznych (cz. II), Gospodarka Wodna, 6, 131-139
Stachy J., Fal B., 1986, Zasady obliczania maksymalnych przepływów prawdopodobnych, Prace Instytutu Badawczego Dróg i Mostów, 3-4, 91-147
Stachy J., Fal B., 1987, Zasady obliczania maksymalnych przepływów prawdopodobnych – obszarowe
równania regresji, Gospodarka Wodna, 1, 8-13
Więzik B., 1993, Obliczenie przepływów maksymalnych rocznych w zlewniach niekontrolowanych
o określonym prawdopodobieństwie przewyższenia za pomocą formuły opadowe, Politechnika Krakowska, Instytut Inżynierii i Gospodarki Wodnej, Kraków
Adres do korespondencji – Corresponding author: dr inż. Sławomir Bajkowski, Szkoła Główna
Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie, Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska, Katedra Inżynierii Wodnej, 02-776 Warszawa, ul. Nowoursynowska 159, e-mail: [email protected]
Monografia KGW-PAN, z. XX, tom 1.indb 162
2014-09-05 07:46:48