Komputerowe wspomaganie projektowania systemów opóźniających odpływ powodziowy ze zlewni górskiej

Przykładowe zastosowanie modelu WISTOO

Zlewnia pilotowa rzeki Łękawki

Model WISTOO został m.in. wykorzystany do symulacji odpływu ze zlewni górskiej przy zastosowaniu systemów mikroretencji.

    Jako zlewnie pilotową do oceny skuteczności działania mikroretencji na hydrogram przepływu przyjęto zlewnię rzeki Łękawki. Zarówno jej ukształtowanie jak i pokrycie są reprezentatywne dla całej zlewni Soły. Różnorodny charakter zagospodarowania pozwala na sprawdzenie działania wszystkich typów rozwiązań.

    Łękawka jest prawobrzeżnym dopływem Soły. Bierze swój początek w miejscowości Kocoń, u stóp Beskidu Małego, na wysokości około 500 m n.p.m. Głównym jej dopływem jest Kocierzanka, która wypływa spod Mandohory na wysokości około 850 m n.p.m. Na terenie gminy Gilowice do Łękawki uchodzi rzeka Kocierzanka. Powierzchnia zlewni rzeki Łękawki wynosi około 100km2. Największe wzniesienie na terenie zlewni stanowi Madohora (928,9 m n.p.m.), najniższy punkt zlewni stanowi ujście Łękawki do jez. żywieckiego (ok. 270 m n.p.m.).

             Zlewnia rzeki Łękawki

   Zlewnia charakteryzuje się dużą deniwelacją terenu. Około 70% powierzchni zlewni stanowią kompleksy leśne o zróżnicowanym drzewostanie. Pozostałą część powierzchni zlewni stanowią pola uprawne oraz gęsta zabudowa wiejska.

Rozmieszczenie zabudowy i terenów leśnych na obszarze zlewnie Łękawki

 

System mikroretencji

Małe zbiorniki retencyjne

 

Dla potrzeb obliczeniowych przyjęto 16 zbiorników, których lokalizacja została przyjęta zgodnie z założeniami „Lokalnego planu ograniczenia skutków powodzi i profilaktyki przeciwpowodziowej dla powiatu Żywieckiego” wykonanego w ramach Komponentu  B.4  Projektu Banku Światowego w kwietniu 2001. Rozmieszczenie zbiorników w zlewni Łękawki przedstawiono na rysunku 8.1. Sześć zbiorników zlokalizowano na cieku Kocierzanka, z czego trzy bezpośrednio na cieku głównym, trzy pozostałe na dopływach. Pozostałe 10 zbiorników usytuowano na dopływach rzeki Łękawki.

 

Lokalizacja małych zbiorników retencyjnych

 

a)   b)

Hydrogram odpływu - rzeka Łękawka: a)  bez pracy, b) z pracą zbiorników retencyjnych

(wydruki z programu WISTOO)

Wpływ działania systemu planowanych zbiorników na hydrogram przepływu w przekroju zamykającym zlewnię rzeki Łękawki

Formy mikroretencji w zlewnie Łekawki

 

Do analizy działań urządzeń mikroretencji w zlewni wybrano 10 układów urządzeń. Jako parametr efektywności ich działania przyjęto redukcję maksymalnego przepływu przyrównując przepływ dla zlewnie naturalnej do przepływu z uwzględnieniem pracy urządzeń. Efekty ich działań sprawdzano w siedmiu przekrojach kontrolnych.

 Przekroje zostały rozmieszczone w charakterystycznych punktach zlewni. W górnych partiach zlewni umieszczono punkty kontrolne 6 i 7, w środkowej części – punkty 4 i 5. Charakterystycznym miejscem jest połączenie cieków Łękawki i Kocierzanki, przed ich połączeniem usytuowano punkty 2 i 3. Po połączeniu cieków punktem kontrolnym jest punkt 1, który jednocześnie jest punktem kontrolnym w przekroju zamykającym zlewnie. Ich rozmieszczenie pokazano na rys. 8.9.

              Na podstawie tak przyjętego układu kontroli pracy wybranych form retencji można nie tylko śledzić efekty działania w poszczególnych przekrojach zlewni, lecz jednocześnie sprawdzić efekty ich pracy na długości cieków Łękawki i Kocierzanki.

              Poprzez kombinacje różnych form retencji dokonywano symulacji obliczeń przepływu w rzece.

Środkowa i dolna część zlewni Łękawki charakteryzuje się gęstą zabudową. W tych rejonach zastosowano jako formy retencji odwodnienia z zabudowy rozproszonej jak i luźnej z retencją wody do niecek filtracyjnych i zbiorników sztucznych.

Rozmieszczenie przekrojów

kontrolnych w zlewni rzeki Łękawki

       Działanie tych form retencji sprawdzono również w połączeniu z przechwyceniem spływu powierzchniowego.

 

Przyjęte schematy obliczeniowe:

  1. retencja wody z odwodnień wód asfaltowych - wprowadzono odwodnienia dla wszystkich wód asfaltowych

  2. retencja wody z zabudowy

  3. retencja całkowita z zabudowy wiejskiej wraz z przechwyceniem spływu powierzchniowego

  4. retencja wody z zabudowy rozproszonej – zaprojektowano studnie przy 1465 domach

  5. retencja wody z odwodnień asfaltowych do zbiorników szczelnych – przyjęto 11 takich zbiorników 

  6. retencja wody opadowej z zabudowy luźnej wiejskiej do niecek filtracyjnych z uwzględnieniem spływu powierzchniowego – na terenie zlewni zaprojektowano 29 takich niecek

  7. retencja wody opadowej z zabudowy luźnej wiejskiej do niecek filtracyjnych – na terenie zlewni zaprojektowano 29 takich niecek przy czym tutaj został pominięty spływ powierzchniowy

  8. retencja wody opadowej z zabudowy luźnej wiejskiej do zbiorników szczelnych z uwzględnieniem spływu powierzchniowego – zaprojektowano 190 takich zbiorników

  9. retencja wody opadowej z zabudowy luźnej wiejskiej do zbiorników szczelnych – na terenie zlewni zaprojektowano 190 takich zbiorników, przy czym w tym wypadku nie uwzględniono spływu powierzchniowego

  10.  zbiorniki retencyjne – przyjęto lokalizacje 16 zbiorników retencyjnych

Wyniki obliczeń w przekroju zamykającym zlewnie rzeki Łękawki

 

Wyniki obliczeń przepływu z uwzględnieniem odwodnień z wszystkich dróg asfaltowych

Wyniki obliczeń dla retencji wody opadowej z wszystkich form zabudowy (pojedyncza i luźna zabudowa wiejska) w zlewni rzeki Łękawki

Wyniki obliczeń dla retencji wody z zabudowy luźnej wiejskiej do niecek filtracyjnych wraz z przechwyceniem spływu powierzchniowego

]

Wyniki obliczeń dla retencji wody opadowej z zabudowy luźnej wiejskiej do zbiorników szczelnych wraz z przechwyceniem spływu powierzchniowego