Dokładność obliczeń

Ocena dokładności obliczeń została wykonana na podstawie informacji o dokładności poszczególnych zbiorów Topograficznej Bazy Danych Numerycznego Modelu Terenu oraz na podstawie informacji z pomiarów zawartych na podkładach geodezyjnych w skali 1:1000. W sumie uwzględniono 35 arkuszy TBDNMT oraz cały odcinek przeznaczony pod inwestycję. Dokładność arkuszy TBDNMT kształtuje się (jak autorzy załączyli w plikach informacyjnych) od 0.52 [m] na zawalu prawym do 0.72 [m] na zawalu lewym.

Przeprowadzona analiza probabilistyczna dokładności TBDNMT w oparciu o informację z pomiarów na małym obszarze wykazała dużo większe odchylenia przy wartości średniej równej 0.19 [m] oraz odchyleniu standardowym równym 0.81 [m], czyli bezpieczny błąd jest rzędu 1.0 [m].

Podsumowanie przypadku A1

Brak informacji o położeniu krytycznych punktów, w których mogłaby nastąpić niekontrolowana filtracja doprowadzająca do powstania wyłomu w korpusie wałów przeciwpowodziowych po lewej i po prawej stronie Wisły, spowodowała konieczność przyjęcia apriori potencjalnych punktów przerwania wałów. Zbiór informacji z symulacji przerwań w kilku punktach (niejednocześnie) daje obraz o ukształtowaniu się zasięgu i zwierciadła wody fali powodziowej. Dzięki temu przeprowadzana analiza zagrożenia stała się obiektywna, przestaje więc być istotne, w którym miejscu przerwanie wału może rzeczywiście wystąpić.

Wykonanie analizy zostało przeprowadzone z wykorzystaniem wielowymiarowego modelu rozpływu fali powodziowej z zastosowaniem metody skończonych objętości. Zebranie informacji ze wszystkich przypadków pozwoliło ocenić obwiednie rzędnej zwierciadła na zawalu lewym i prawym.
Metodyka określenia zagrożenia projektowanej inwestycji autostrady A1, odcinek Nowe Marzy-Czerniewice, była następująca:

• analiza przerwań wałów została wykonana osobno dla lewego oraz osobno dla prawego zawala,
• wykonano symulacje przy założeniu różnych miejsc przerwania wałów: na lewym zawalu założono 4 potencjalne przerwania wałów przeciwpowodziowych, na zawalu prawym założono 3 miejsca przerwań wałów przeciwpowodziowych,
• do symulacji fali powodziowej wykorzystano wielowymiarowy model rozpływu fali powodziowej,
• na całym analizowanym obszarze założono taki sam współczynnik szorstkości równy 35 [m1/3/s],
• informacja o ukształtowaniu terenu została utworzona na podstawie Topograficznej Bazy Danych Numerycznego Modelu Terenu,
• symulacje zostały wykonane z krokiem czasowym 1 [s],
• czas trwania symulacji został oceniony na podstawie maksymalnych szacunkowych wydatków zakładanych wyrw w wałach, ostatecznie przyjęto, że czas symulacji będzie się kształtował od 3 do 6 godzin,
• w przypadku, gdy przerwanie wału miało miejsce powyżej estakad oraz mostów (lokalizacje przerwań LP1, LP2, PP1, PP2), symulację zalewu kończono w momencie, gdy sumaryczna przepustowość estakad oraz towarzyszących mostów na zawalu lewym i prawym przewyższała wypływ z wyrwy, założenie tego warunku gwarantowało obniżanie się zwierciadła wody na zawalu,
• w przypadku przerwań wałów poniżej wyniki symulacji miały tylko znaczenie informacyjne, gdyż największe rzędne zwierciadła wody występowały w przypadkach przerwań wałów z lewej strony projektowanej autostrady, czyli w punktach na lewym zawalu: PL1, PL2, oraz na prawym zawalu w punktach: PP1, PP2,
• do oceny rzędnej zwierciadła wody zostały zdefiniowane przekroje przebiegające w pobliżu inwestycji,
• obwiednia maksymalnej rzędnej zwierciadła wody w pobliżu inwestycji na obszarze zawala lewego oraz zawala prawego została wykonana na podstawie analizy wszystkich analizowanych rzędnych zwierciadła wody, jakie wystąpiły na obszarze odpowiednio zawala lewego i zawala prawego dla wszystkich założonych przerwań wałów.

Dla wydatku wyrwy przy deniwelacji zwierciadła wody równym około 6 [m], co odpowiada wypływie z wyrwy w wale (o szerokości 30 [m]) równym około 650 [m3/s], przepustowość estakady na lewym zawalu już przy głębokości przepływu 1 [m] pod estakadą powoduje udrożnienie i odpływ wód powodziowych. Dodatkowo zdolności odprowadzenia wód powodziowych zwiększa obiekt na Mątawie oraz przepusty pod autostradą.
Analogicznie, dla wydatku wyrwy przy deniwelacji zwierciadła wody równym około 6 [m], co odpowiada wypływie z wyrwy w wale równym około 650 [m3/s], przepustowość estakady na prawym zawalu już przy głębokości przepływu 1.5 [m] pod estakadą powoduje udrożnienie i odpływ wód powodziowych. Dodatkowo zdolności odprowadzenia wód powodziowych zwiększa obiekt na Kanale Głównym oraz na Młynówce.
Analizując zestawienie krzywych pojemności analizowanych obszarów można stwierdzić, że maksymalnie stanowią one do 15% objętości zestawionych rzeczywistych fal powodziowych, fakt ten mógłby świadczyć o możliwości całkowitego wypełnienia obszarów zawala w przypadku braku odpływu. Ze względu na topografię terenu zarówno na zawalu lewym, jak również prawym, bardzo ważnym jest szybkie odprowadzenie ewentualnych wód powodziowych powstałych np. wskutek awarii wałów, tak by nie dopuścić do piętrzenia, powstawania cofki oraz retencji. Dla rozwiązania tego problemu przyjęto estakady i mosty zwiększające przepustowość i umożliwiające odprowadzenie wód powodziowych, odpowiednio:

• most, rzeka Mątawa, MA-89, L=60 [m], km 91+656.75,
• most na Kanale Głównym, MA-93, L=110 [m], km 96+658.20,
• estakada, km 94+331 do km 94+612,
• estakada, km 95+826 do km 95+987.

Rozmiary oraz lokalizacja niniejszych obiektów udrażniających zawale lewe oraz zawale prawe zapewnia poprawny przepływ potencjalnych wód powodziowych, które mogłyby się znaleźć na zawalu w wyniku przerwań wałów przeciwpowodziowych. W efekcie przeprowadzonej
symulacji przerwań wałów można stwierdzić, że:

• na zawalu lewym, w miejscu gdzie niweleta autostrady osiąga minimum – km 92+950, co odpowiada odciętej przekroju nr 3 pomiędzy: 1507 [m] do 1547 [m], maksymalna rzędna zwierciadła wody wskutek analizowanych przerwań wałów w miejscach PL1, PL2, PL3, PL4 daje
  wartości odpowiednio od 20.78 [m npm] do 20.73 [m npm],
• na zawalu lewym, w miejscu gdzie niweleta autostrady osiąga minimum – km 92+950, co odpowiada odciętej przekroju nr 4 pomiędzy: 1666 [m] do 1709 [m], maksymalna rzędna zwierciadła wody wskutek analizowanych przerwań wałów w miejscach PL1, PL2, PL3, PL4 daje wartości odpowiednio od 20.56 [m npm] do 20.56 [m npm],
• na zawalu prawym w miejscu, gdzie niweleta autostrady osiąga minimum – km 97+700, co odpowiada odciętej na przekroju nr 2 pomiędzy: 1834 [m] do 1856 [m], maksymalna rzędna zwierciadła wody wskutek analizowanych przerwań wałów w miejscach PP1, PP2, PP3 daje wartości odpowiednio od 20.33 [m npm] do 20.27 [m npm],
• na zawalu prawym w miejscu, gdzie niweleta autostrady osiąga minimum – km 97+700, co odpowiada odciętej na przekroju nr 1 pomiędzy: 2091 [m] do 2114 [m], maksymalna rzędna zwierciadła wody wskutek analizowanych przerwań wałów w miejscach PP1, PP2, PP3 daje wartości odpowiednio od 20.11 [m npm] do 20.09 [m npm].

Poziom projektowanej niwelety autostrady powinien być wyniesiony ponad obliczone rzędne wód zalewowych.

dr inż. BERNARD TWARÓG
Instytut Inżynierii i Gospodarki Wodnej Politechniki Krakowskiej

Zestawienie literatury dla obu części artykułu „Analizy zagrożeń inwestycji liniowych”:
[1] Verfahren zur hydraulischen Berechnung von Deich- und Dammbr¸chen Dr.- Ing. Karl Broich, Institut f¸r HydrotechnikGmbH, Drosselweg 4, D-82279 Eching a. A. UniBw M¸nchen, Werner Heisenbergweg 39, D-85577 Neubiberg.
[2] Investigation of Extreme Flood Processes and Uncertainty, Final Technical Report – January 2005, Mark Morris, HR Wallingford, UK.
[3] Determination of inititial conditions for dam erosion due to overtopping and possible integration into a probabilistic design concept, K. Broich, Researcher, University of the Federal Armed Forces Munich, Werner-Heisenberg-Weg 39, D-85577 Neubiberg, Ten adres pocztowy jest chroniony przed spamowaniem. Aby go zobaczyć, konieczne jest włączenie w przeglądarce obsługi JavaScript..
[4] (Advances on breach models by Cemagref during impast Project (Paquier A., Recking A., Cemagref France, Cemagref France).
[5] Twaróg B., Ocena zagrożenia w wyniku przerwania wału przeciwpowodziowego na podstawie identyfikacji czasów pojawienia się czoła fali powodziowej. Mapa zagrożenia obszaru obwałowanego. V Ogólnopolska Szkoła nt: Współczesne problemy ekstremalnych zagrożeń środowiska, IMGW Warszawa ISBN 83-88897-46-2, Paszkówka koło Krakowa, maj 2004 r.
[6] Twaróg B., Wykorzystanie elementów skończonych do oceny zagrożenia powodziowego dla obszaru zabudowanego. Konferencja Naukowo-Techniczna, Korbielów, marzec 2002, ISBN 83-918169-9-0.
[7] Rozporządzenie Ministra Ochrony Środowiska, Zasobów Naturalnych I Leśnictwa w sprawie warunków technicznych jakim powinny odpowiadać obiekty budowlane gospodarki wodnej i ich usytuowanie (Dz.U. 1997 Nr 21, poz. 111).
[8] Rozporządzenie Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać drogi publiczne i ich usytuowanie (Dz.U. 1999 Nr 43, poz. 430).
[9] B. Twaróg, Obiekt: Autostrada A1 Nowe Marzy-Czerniewice, Zasięg fali powodziowej wywołany przerwaniem wałów rzeki Wisły k. Grudziądza, TRANSPROJEKT GDAŃSKI Spółka z o.o., 2007.
[10] B. Twaróg, Raport o oddziaływaniu na środowisko dla łącznika na odcinku węzeł Wierzchosławice – węzeł Krakowska – część w międzywalu rzeki Dunajec, Gmina Wierzchosławice, 2007.
[11] Ustawa Prawo ochrony środowiska (Dz.U. 2001 Nr 62, poz. 627), tekst jednolity (Dz.U. 2006 Nr 129, poz. 902), zmiany.
[12] Ustawa o planowaniu i zagospodarowaniu przestrzennym (Dz.U. 2003 Nr 80, poz. 717), zmiany.
[13] Ustawa - Prawo budowlane (Dz.U. 1994 Nr 89, poz. 414), tekst jednolity (Dz.U. 2000 Nr 106, poz. 1126), tekst jednolity (Dz.U. 2003 Nr 207, poz. 2016), tekst jednolity (Dz.U. 2006 Nr 156, poz. 1118), zmiany.
[14] Ustawa Prawo wodne, (Dz.U. 2001 Nr 115, poz. 1229), tekst jednolity (Dz.U. 2005 Nr 239, poz. 2019), zmiany.
[15] Ustawa Prawo geologiczne i górnicze (Dz.U. 1994 Nr 27, poz. 96), tekst jednolity (Dz.U. 2005 Nr 228, poz. 1947), zmiany.
[16] Rozporządzenie Rady Ministrów w sprawie sieci autostrad i dróg ekspresowych (Dz.U. 2004 Nr 128, poz. 1334), zmiany.
[17] Rozporządzenie Rady Ministrów w sprawie określenia rodzajów przedsięwzięć mogących znacząco oddziaływać na środowisko oraz szczegółowych uwarunkowań związanych z kwalifikowaniem przedsięwzięcia do sporządzenia raportu o oddziaływaniu na środowisko (Dz.U. 2004 Nr 257, poz. 2573), zmiany.
[18] Rozporządzenie Ministra Środowiska w sprawie warunków, jakie należy spełnić przy wprowadzaniu ścieków do wód lub do ziemi, oraz w sprawie substancji szczególnie szkodliwych dla środowiska wodnego, z (Dz.U. 2006 Nr 137, poz. 984).

Tweet