Uniwersytet Rolniczy im. Hugona Kołłątaja w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej i Geotechniki Wydział Inżynierii Środowiska i Geodezji Zarządzanie kryzysowe obszarem Natura 2000 w warunkach powodzi na przykładzie Małopolskiego Przełomu Wisły (km 254- 307) Metodyka pomiarowa Wojciech Bartnik, Jacek Florek, Agnieszka Hawryło, Leszek Książek, Małgorzata Leja, Mateusz Strutyński, Andrzej Strużyński, Maciej Wyrębek 16 lipca 2014 r., Sandomierz

Plan prezentacji Wstęp Stan zrównoważony środowiska cieku: 1. Równowaga hydrodynamiczna intensywność transportu rumowiska, bilans ilości przetransportowanego materiału 2. Bezpieczeństwo powodziowe przepustowość koryta rzeki, 1D model numeryczny przepływ w korytach z zabudową biologiczną 3. Stan ekologiczny cieku (co najmniej dobry) Waloryzacja hydromorfologiczna, odcinek referencyjny, siedliska awifauny, roślin, ichtiofauny

Obniżenie się minimalnych rocznych stanów wody głównych rzek polskich Karpat i przedgórza w ciągu XX wieku Żródło: B. Wyżga

1. Równowaga hydrodynamiczna koryto cieku jest stabilne ilość przetransportowanego rumowiska się bilansuje akumulacja erozja

a. Sedymentacja w korycie

b. Sedymentacja na terasie zalewowej Zmniejszenie strefy aktywnej przekroju Spadki poprzeczne i lokalne kierują wodę na terasy zalewowe w kierunku poprzecznym do osi koryta

c. Zasady Fargue`a i Girardon`a (XIX w.) Zasada spadku Jeżeli krzywizna zmienia się w sposób ciągły, to nachylenie stycznej do wykresu krzywizny wyznacza spadek dna.

Analiza układu poziomego i pionowego Porównanie dwóch wykresów krzywizn łuków poziomych i pionowych pozwala ocenić czy pomiędzy tymi układami istnieje związek czy nie. Idealna sytuacja pokazuje, iż wykresy te są do siebie równoległe. Od kilometra 260 na krótkim odcinku występuje równowaga pomiędzy układami co widać w równoległości pomiędzy wykresami natomiast od kilometra 263 wykresy zaczynają się przecinać co wskazuje na brak równowagi. Prosta Łuk Prosta Łuk Prosta Łuk Prosta Łuk Prosta Łuk Prosta Łuk Prosta Tarnobrzeg-Sandomierz – od 254+000 km do 276+300 km

2. Bezpieczeństwo powodziowe Równowaga pomiędzy funkcją odprowadzeniem wód wezbraniowych oraz funkcją ich retencjonowania na obszarach zalewowych Zapewniona przepustowość koryta cieku dla bezpiecznego przepuszczenia fali powodziowej

1D model rzeki Wisły na odcinku o długości ok. 60 km Warunki hydrauliczne w czasie przejścia fali powodziowej dla aktualnych danych geodezyjnych, danych hydrologicznych, zagospodarowania terenu: - układ zwierciadła wody [m n.p.m.], - przepływ [m3/s], prędkości przepływu [m/s], - napełnienia [m], - objętość fali [m3]

Wisłoka km 73+665 Wisłoka km 179+095

Ocena wpływu roślinności na terenach zalewowych na przepustowość koryta dla przepływu powodziowego Z hydraulicznego punktu widzenia wyróżniamy trzy piętra roślinności: niska, średnia i wysoka Wyznaczenie współczynnika szorstkości części korytowej na podstawie pomiarów,

strefa przejściowa, sedymentacja Określenie strefy interakcji koryta głównego i terasy zalewowej (wzór Pasche’go) strefa przejściowa, sedymentacja Do oceny wpływu roślinności wykorzystano jednowymiarowe równanie przepływu. Wzór Pasche. Strefa interakcji to część terenu zalewowego gdzie występują prędkości przepływu istotnie wpływają na przepustowość. Pasche przyjoł że strefę iterakcji pomiędzy korytem głownym a teresami można obliczyć uwzględniając wsp. Szorstkości prędkość poślizgu i promień hydrauliczny. retencja przepływ poprzeczny, sedymentacja retencja przepływ poprzeczny, sedymentacja strefa przepływu

Waloryzacja przyrodnicza W celu zilustrowania wpływu roślinności wysokiej na przepustowość przedstawiono przykładowy przekrój w kilometrze 260 +446. Jest to przekrój zlokalizowany poniżej mostu drogowego w Sandomierzu. Parametr Ct został przyjęty w zależności od gęstości porostu roślinnosci na podstawie wizji terenowej. Na ortofotomapach wyznaczono długości odcinków o określonej gęstości porostu co pozwoliło na obliczenie średniego parametru Ct dla danego przekroju. Średni współczynnik wyznaczono zarówno dla terasy lewej jak i prawej. Schemat do wyznaczania parametru CT w przekroju 260+446 km

Wyniki obliczeń hydraulicznych Z przedstawionej analizy wynika, że najgorsze warunki przepustowości w międzywalu wiślanym występują w km 265,00 – 275.00 (tj. okolice mostu kolejowego, drogowego, bulwarów i huty szkła. Poprawne hydraulicznie warunki przepływu dla wód katastrofalnych zlokalizowane sa w przekrojach od km 260.00 – 265.00. Poza granicę wyznaczającą strefę aktywną do granicy wałow, teren ten będzie jedynie retencjonował wodę a więc z utrudnionym przepływem zgodnym z kierunkiem korytowym. Zjawisko to jest wynikiem interaktywności terenów zalewowych porośniętych roślinnością krzaczasta i wysokopienną na warunki przepływu wody w korycie głównym. Strefa retencji obwałowanie Przekrój czynny Zmienność bII dla prawego i lewego terenu zalewowego dla odcinku rzeki Wisła od 257+000 do 284+000 km

3. Stan ekologiczny cieku (co najmniej dobry) Waloryzacja hydromorfologiczna wg PN- EN 14614, odcinek referencyjny, jednostki hydromorfologiczne siedliska awifauny, roślin, ichtiofauny

Waloryzacja hydromorfologiczna Wisła w 254 km-308 km zawiera 2 JCWP: Wisła od Wisłoki do Sanu (PRLW20002121999) Wisła od Sanu do Wieprza (PRLW2000212399) Według Typologii wód płynących w Polsce (IMGW 2004) Wisła od Raby jest to wielka rzeka nizinna. Odcinek referencyjny dla tego typu rzeki to Wisła w rejonie ujścia Wilgi.

Odcinek referencyjny - Wisła w rejonie ujścia Wilgi Wiele koryt Łachy i wyspy piaszczyste Rumosz drzewny w korycie na brzegach

Siedliska- jednostki hydromorfologiczne Identyfikacja obszarów (jednostki, siedliska) o jednolitych parametrach hydraulicznych przepływu wody (napełnienie, prędkość). Pomiary charakterystyk parametrów siedliska: morfologia dna, charakter przepływu, Rozkład i dystrybucja jednostek morfologicznych Pomiary: kartowanie

Kartowanie

Pomiary przepływ, wyznaczenie współczynnika szorstkości , rozkład prędkości konfiguracja dna, przekroje poprzeczne profil podłużny na długości 60 km określenie zwierciadła wody inwentaryzacja śladów po powodzi, analiza składu granulometrycznego Przeprowadzono pomiary za pomocą profilomierza przepływowego ADCP, który działa na zasadzie Dopplera. Jest on wyposażony w 9 przetworników, 4 pary służą do pomiaru prędkości natomiast pozostały jeden do pomiaru głębokości. Dzięki ADCP pod czas badań terenowych wykonano pomiar przepływu, konfiguracji dna w profil podłużnym oraz w przekrojach poprzecznych, rozkładów prędkości oraz inwentryzację roślinności i śladow powodziowych. Pod czas sesji pomiarowej został również określony pozioma zwierciadła wody. Ze względu na sedymentację materiału na terenach zalewowych oraz gęstość porostu nie posłużono się obliczaniem oporów za pomocą mikro struktur. Użyto skali makro w której uwzględniono wpływ dużych skupisk roślinności (drzew). Sandomierz km 265+147, 15.10.2010 Q = 271.5 m3·s-1 Średnia prędkość– 0.65 m·s-1

Siedliska awifauny, roślin, ichtiofauny