XXXIII OGÓLNOPOLSKA SZKOŁA HYDRAULIKI Katedra Inżynierii Wodnej i Geotechniki UR Kraków BUDOWA MORFOLOGICZNA I JEJ WPŁYW NA WARUNKI PRZEJŚCIA WÓD WEZBRANIOWYCH.

Prezentacja na temat: "XXXIII OGÓLNOPOLSKA SZKOŁA HYDRAULIKI Katedra Inżynierii Wodnej i Geotechniki UR Kraków BUDOWA MORFOLOGICZNA I JEJ WPŁYW NA WARUNKI PRZEJŚCIA WÓD WEZBRANIOWYCH."— Zapis prezentacji:

1 XXXIII OGÓLNOPOLSKA SZKOŁA HYDRAULIKI Katedra Inżynierii Wodnej i Geotechniki UR Kraków BUDOWA MORFOLOGICZNA I JEJ WPŁYW NA WARUNKI PRZEJŚCIA WÓD WEZBRANIOWYCH PRĄDNIKA NA ODCINKU SĄSPÓWKA – KORZKIEWKA Jacek Florek, Maciej Wyrębek

2 Cechy szczególne profilu podłużnego Dolinowa terasa zalewowa Niska terasa zalewowa Koryto – wcięcie dolina Terasa-jedna, wiele lub brak dolina koryto

3 Zmiany profilu podłużnego cieku i doliny Górne partie zlewni, znaczne wcięcia, spadki dna Część przejściowa, obniżenie wysokości zlewni Część centralna, zmniejszenie wszystkich spadków Część końcowa- lokalnie zmiany spadku lub delta lub wcięte ujście

4 Profil podłużny i szerokość części dolinowej -szerokość stref, -kontakt koryta z doliną, -obniżenie fali, -Ilość wody,

5 Budowa morfologiczna Zasięg pionowy zjawisk jest znacznie mniejszy niż poziomy. Zwiększenie zasięgu zjawisk w poziomie zmniejsza go w pionie. Zasięg poziomu determinuje strefę zmian doliny w oczekiwanym pułapie czasowym – jest on większy od wart. wynik. z Q p. … a co by się wydarzyło gdyby dolina objęta przepływem nie ulegała poszerzeniu? (dynamika, budowa przekroju, tempo zmian morfologicznych cieku)…

6 Budowa morfologiczna ? antropopresja Fot. Wiki CC

7 Prądnik Położenie geograficzne: rzeka Prądnik o długości 35.9 km [H. Czarnecka, 2005], Południowa części Wyżyny Krakowsko-Częstochowskiej, ujście do Wisły znajduję się w obszarze miasta Krakowa, środkowa część zlewni zbudowana jest ogólnie z utworów wapiennych z okresu górnojurajskiego, na jej górnym odcinku występują utwory lessowe, głębokie wyżłobione jary z płaskimi dolinami oraz zboczami o dużej stromiźnie, powierzchnia zlewni wynosi 193 km 2, nachylenia stoków od 10 do 15 stopni lokalnie do 20 stopni, zlewnia na wysokości od 200 do 500 m n.p.m, miejscowości: Sułoszowa, Pieskowa Skała, Ojców, Prądnik Korzkiewski, Januszowice, Pękowice i Zielonki oraz dzielnice Krakowa.

8 Prądnik – rejon ujścia, stare koryto Wisły (1655r.)

9 Prądnik - odcinek

10 Położenie geograficzne Rzeka Prądnik o długości 35.9 km [H. Czarnecka, 2005] płynie w południowej części Wyżyny Krakowsko-Częstochowskiej. Jej ujście do Wisły znajduję się w obszarze miasta Krakowa. Środkowa część zlewni zbudowana jest ogólnie z utworów wapiennych z okresu górnojurajskiego zaś na jej górnym odcinku występują utwory lessowe. Odznacza się głębokimi wyżłobionymi jarami z płaskimi dolinami oraz zboczami o dużej stromiźnie. Ogólna powierzchnia zlewni wynosi 193 km 2. Nachylenia stoków odznaczają się wartościami od 10 do 15 stopni lecz w niektórych miejscach wartości te mogą zbliżyć się do 20 stopni. Tereny znajdujące się tam są pagórkowato-faliste. Możemy je porównać do dolin bocznych zwanych wąwozami. Dolny odcinek zlewni zasilany jest przez trzy małe dopływy. Dominują tutaj przede wszystkim utwory ilaste. Zlewnia rzeki Prądnik występuje na wysokości od 200 do 500 m n.p.m. [3]. 9.2 Warunki klimatyczne Klimat lokalny obszaru Doliny Prądnika ułożony jest pod wpływem zróżnicowanego ukształtowania terenu, ekspozycji oraz deniwelacji której wartość na dość małej powierzchni wynosi ponad 100 m. Warunki termiczne posiadające charakter inwersyjny uzależnione są tutaj występującej rzeźby terenu. Dolina Prądnika zalicza się do zimnego regionu mezoklimatycznego den dolinnych o dużej różnicy temperatur dobowych, dużej wilgotności względnej (rosy i mgły). Na danym obszarze bardzo długo utrzymuje się pokrywa śnieżna według zebranych danych nawet do 136 dni. Charakterystyczną cechą doliny jest jej zróżnicowana rzeźba (zmienność ekspozycji), duża deniwelacja terenu oraz stopień pokrycia przez roślinność. Wiatry wieją przeważnie ze wschodu oraz południowego-zachodu a największe prędkości przepływu powietrzna notowane są w następujących miesiącach: lutym, kwietniu oraz maju. Największe prędkości wiatru występują tu w zimie. Najcieplejszymi miesiącami są lipiec oraz sierpień legitymujące się średnimi temperaturami w okolicach 18,5 °C zaś najzimniejszym miesiącem jest luty, temperatura w tym okresie wynosi -2,8 °C. Porównując temperaturę na wierzchowinie można stwierdzić iż jest ona wyższa przy powierzchni gruntu o 1,4 °C na wierzchowinie oraz 3,2 °C na samym dnie doliny. Zwiększa sie również amplituda w miesiącach letnich zaś zmniejsza w okresie zimowym. Badany obszar oznacza się wysoką temperaturą powierzchni gruntu wynoszącą 2,3 °C. Jest to wynik nagrzewania dna doliny bądź też długo zalegającą pokrywą śnieżną podczas niskich temperatur odnotowanych w okresie zimowym. Okres wegetacji trwa tu przeważnie 200 dni, za ciekawostkę można przytoczyć iż jest on krótszy o 2 tygodnie od sąsiednich terenów w obrębie Ojcowskiego Parku Narodowego. Średni opad z ostatniego dwudziestolecia kształtuje się na poziomie 726 mm. Na badanym obszarze występują duże wilgotności powietrza wynoszące nawet do 88 %, można więc stwierdzić, iż Dolina Prądnika wykazuje cechy terenów górskich. Oznacza to, iż wilgotność powietrza zmniejsza się tu w miesiącach wiosennych oraz letnich oraz wzrasta w okresie jesiennym a przede wszystkim w miesiącach takich jak listopad oraz grudzień. Obserwowany teren charakteryzuje się zróżnicowaną wilgotnością względną. W lecie jest ona o 9,3% większa od partii wierzchowej zaś zimą o 1,2% zaś sama wierzchowina cechuj się większymi amplitudami tak latem jak i zimą oraz niską wilgotnością względną klarującą się na poziomie poniżej 30% w okresie letnim i 42% w miesiącach zimowych [W. Szafer, 2009] 9.3 Zagospodarowanie terenu Użytkowanie zlewni rzeki Prądnik możemy podzielić na trzy wyraźne kategorie: lasy, grunty orne oraz tereny zabudowane. Grunty orne zajmują 75 % powierzchni, na 10% całej zlewni występują działki przydomowe. W południowej części znajduję się zabudowa wiejska powiązana z uprawami, ogródkami przydomowymi, sadami co łącznie wynosi około 7,6%. Uprawa roli odbywa się tu w północnej część powierzchni a spowodowane jest to tym, iż na tym obszarze występują gleby wykształcone z lessów. Lasy pokrywają 13% terenu a większość nich znajduję się w jednym miejscu. Powierzchnia ta przypada na tereny Ojcowskiego Parku Narodowego. Pozostała część jest równomiernie rozmieszona na całej powierzchni zlewni a niewielka ich cześć pokrywa zbocza dolin. Zabudowa zwarta oraz tereny przemysłowe i komunikacyjne zajmują 11,5% całkowitego obszaru, której znaczna część znajduję sie już w obszarze miasta Krakowa. Na terenach przyległych do Ojcowskiego PN wyznaczono przez gminę nowe strefy osiedleńcze. Na obszarze całej zlewni widoczne jest ubóstwo wód powierzchniowych. Poza rzeką Prądnik oraz jej dopływami w szczególności w dolnej cześć brakuje zbiorników wodnych. W zlewni do dziś przetrwały tylko trzy młyny które pracują pod wpływem energii wody. Na terenie zlewni znajdują się obiekty kulturowe. Znaczna większość obiektów wywodzi się ze stylu gotyckiego, przede wszystkim są to kościoły oraz zamki. Do najcenniejszych elementów architektury należy zamek w Pieskowej Skale oraz pozostałości zamku gotyckiego w Ojcowie. Odbudowywany jest obecnie zamek w Korzkwi. Warta zwiedzenia jest również świecka zabudowa drewniana, w szczególności uzdrowisko w Ojcowie [3].

11 METODYKA POMIAROW 12.1 Uziarnienie dna cieku Zebrany materiał z dna cieku został przesiany przez sita o różnej średnicy oczek. Średnice ty wynoszą kolejno: 80mm, 60mm, 40mm, 20mm. Zważone zostały poszczególne frakcje oraz zestawiono ich procentowy udział w całości zebranego materiału. Dzięki tym danym możemy wykreślić krzywą uziarnienia potrzebną do obliczenia współczynnika szorstkości oraz naprężeń granicznych. Przekroje w których badano uziarnienie to: 2, 8, 13, 15, 17. 12.2 RTK-obliczenia (Pomiar kształtu koryta cieku – GPS RTK) Pomiary kształtu koryta cieku przeprowadzone przez RTK (Real Time Kinematic) są na obecne czasy jednymi z najbardziej zaawansowanych. Jest to jedna z najnowszych technologii która uzyskuje dane w czasie rzeczywistym bez dodatkowych obliczeń wykonywanych po pomiarze tzw. post- processingu. RTK stosuję metodę obliczeniową opartą na metodach różnicowych która stosuję poprawki na przesunięcia fazowe GPS do obliczenia współrzędnych z jak największą dokładnością, często ta dokładność wynosi nawet do kilku centymetrów. Ważną zaletą tego urządzenia jest szybkość wyznaczania położenia centrum fazowego umożliwią to inicjalizacja On-The-Fly (OTF). Wartości nieoznaczonych pomiarów fazowych są bardzo szybko wyliczane metodą Kalmana zwaną również metodą filtracji. Czas potrzebny do inicjacji odpowiednich pomiarów dla GPS przy wykorzystaniu powyższych metod wynosi zaledwie 10 sekund. Do precyzyjnego wyznaczenia pozycji w trybie pracy RTK wyznaczono trzy metody które bezpośrednio transmitują dane ze stacji referencyjnej: - Jedna stacja referencyjna. Ruchomy odbiornik przelicza współrzędne punktu w oparciu o odebrane sygnały przez jego anteny. Odbiór odbywa się za pomocą anteny modemowej bądź też telefonu komórkowego - Wiele stacji referencyjnych. Metoda ta polega na odpowiednim ustawieniu anteny nad dwoma punktami. Anteny te pełnią funkcje stacji referencyjnych oraz wykorzystują różne częstotliwości do transmisji danych. Ruchomy odbiornik ustala odpowiednie pozycje anteny odnosząc się do poszczególnych stacji przez zmiany kanałów. W rezultacie otrzymuje wartość pośrednią. Nadawanie danych po przez odmienne stacje referencyjne jest możliwe ale wyłącznie na jednej częstotliwości po przez wykorzystanie różnych części jednostki czasu w epoce pomiarowej. Jakość pomiary będzie silnie uzależniona z jednorodnością współrzędnych referencyjnych stacji. -Sieć stacji referencyjnych. Trzy odbiorniki GPS stanowią minimalną ilość potrzebną do utworzenia sieci. Wyróżniamy dwa sposoby pobierania danych z sieci stacji referencyjnej w czasie precyzyjnego wyznaczania współrzędnych -FKP ( z j. niemieskiego „Flachen Korrectur Parametr”) -VRS (z j.angielskiego „Virtual Reference Station”) Powyższe dwa przypadki opierają swoje działanie a systemie dystrybucji poprawek RTK. W tym przypadku możliwe jest transmitowanie przez stacje referencyjne danych zachowanych w oryginale, które zostały przez nie odebrane bezpośrednio z satelity [5].

12 Przepływy brzegowe zostały wyliczone metodą Wołoszyna. Na podstawie przepływów brzegowych model numeryczny HEC-RAS wyliczył charakterystyczne parametry, które zestawiono poniżej w Tab.13.1.2.1 Tab.13.1.2.1 Zestawienie wybranych parametrów rzeki Prądnik przy przepływie brzegowym Przekroje przepływprędkość naprężenia ścinające liczba Froude’a szerokość zwierciadła wody rzędna zwierciadła wody głę bo ko ść wo dy w da ny m prz ekr oju m 3 ·s -1 m·s -1 N·m -2 -mm n.p.m.m 12345678 30 17.86 II III IV V VI VII VIII IX X XI XII XIII XIV XV XVI XVII XVIII

13 przekroje przepływprędkośćNaprężenia ścinająceLiczba Froude'aszerokość zwierciadła wody rzędn a zwier ciadła wody głębo kość wody w dany m przekr oju lewa strona trasy zalewowej koryto prawa strona trasy zalewowej lewa strona trasy zalewowej koryto prawa strona trasy zalewowej lewa strona trasy zalewowej koryto prawa strona trasy zalewowej koryto cały obszer zalewowy lewa strona trasy zalewowej koryto prawa strona trasy zalewowej m 3 ·s -1 m·s -1 N·m -2 -m m n. p. m. m 1234567891011121314151617 I64.3245.0420.652.873.361.6426.9860.6017.590.711.0027.485.8323.64 305.7 4 3.03 II72.6357.37-0.422.04-22.0327.12-0.440.34103.5913.03- 305.6 4 3.33 III3.47113.8612.670.474.482.3439.13113.1253.930.951.129.7411.304.80 304.5 7 2.57 IV30.1767.5432.291.723.621.6635.4979.1032.870.850.9523.1810.2527.66 302.4 8 2.64 V77.1952.81-1.772.23-13.7427.56-0.500.5846.0011.43- 300.4 8 3.08 VI90.5338.810.670.711.010.424.655.871.590.230.2082.2719.312.72 298.9 6 2.20 VII65.3535.3229.330.981.630.748.0014.986.110.34 56.609.4044.25 298.8 8 2.72 VIII0.69101.8827.430.873.771.8920.1675.7434.800.941.041.5316.3919.65 297.9 4 1.99 IX9.3192.3628.331.334.502.4534.9192.2634.300.831.006.426.8611.21 296.2 2 3.28 X9.0451.9369.030.671.280.543.197.584.550.220.209.1612.2966.29 294.1 0 4.01 XI-106.6823.32-4.362.46-98.3457.841.001.03-12.518.53 293.0 5 2.42 XII9.0568.8252.130.672.100.657.6617.804.580.340.457.348.5081.57 292.2 5 4.02 XIII7.1899.0823.740.784.192.6511.9484.9734.430.721.1924.466.878.03 291.2 8 4.44 XIV15.0338.1576.820.391.670.525.0913.138.970.340.2743.219.2094.04 287.6 4 3.18 XV37.9584.997.060.723.581.0437.3764.4814.490.850.9554.7813.3018.08 286.9 1 2.43 XVI95.6634.34-3.341.89-123.39172.87-0.581.0538.6017.18- 282.0 8 1.78 XVII33.0796.670.260.332.050.659.8424.814.450.490.61142.5826.610.94 280.4 7 2.53 XVIII2.9686.4640.581.314.052.6631.0293.7746.740.911.003.1710.5715.43 279.1 6 2.45

14 XXXIII OGÓLNOPOLSKA SZKOŁA HYDRAULIKI Katedra Inżynierii Wodnej i Geotechniki UR Kraków BUDOWA MORFOLOGICZNA I JEJ WPŁYW NA WARUNKI PRZEJŚCIA WÓD WEZBRANIOWYCH PRĄDNIKA NA ODCINKU SĄSPÓWKA – KORZKIEWKA Jacek Florek, Maciej Wyrębek