Transcript
INSTYTUT METEOROLOGII I GOSPODARKI WODNEJ Oddział Morski w Gdyni ul. Waszyngtona 42
81-342 Gdynia
WYZNACZENIE GRANIC OBSZARÓW BEZPOŚREDNIEGO ZAGROśENIA POWODZIĄ W CELU UZASADNIONEGO ODTWORZENIA TERENÓW ZALEWOWYCH
LIWA poniŜej jazu Białki
CZĘŚĆ OPISOWA Opracowanie i mapy wykonano w Oddziale Morskim IMGW w Gdyni na zlecenie Regionalnego Zarządu Gospodarki Wodnej w Gdańsku
mgr inŜ. Barbara Cygan mgr Krzysztof Lubomirski dr inŜ. Marzenna Sztobryn mgr inŜ. Leszek Kostrzębski Jarosław Płonka mgr inŜ. Urszula Józwiak mgr Bartosz Zakrzewski Artur Śliwa Hieronim Zalewski
Autorzy: IMGW Oddział Morski w Gdyni mgr Alicja Kańska mgr inŜ. Beata Kowalska mgr Katarzyna Krzysztofik mgr inŜ. Beata Letkiewicz mgr Monika Mykita mgr Ida Stanisławczyk mgr Marian Krzysztof Piekarski nr upr.41/2004
Kierownik tematu IMGW Oddział Morski Gdynia
2006
Spis treści 1. Podstawa opracowania .................................................................................................... 4 2. Zakres opracowania ......................................................................................................... 5 3. Hydrologia rzeki Liwy ..................................................................................................... 7 3.1. Opis hydrograficzny rzeki Liwy .............................................................................. 7 3.2. Charakterystyczne przepływy (SSQ i SNQ) i stany wody (SSW i SNW) na posterunkach wodowskazowych ..................................................................................... 8 3.3 Przepływy i stany wody o prawdopodobieństwie występowania (przewyŜszenia) p=0.5%, p=1% i 10% na posterunkach wodowskazowych........................................ 10 3.4. Przepływy o prawdopodobieństwie występowania (przewyŜszenia) p=1% i p=10% na profilach niekontrolowanych...................................................................... 12 3.5. Obliczenia rzędnych zwierciadła wody ................................................................. 14 4. Wyznaczenie przekrojów poprzecznych koryta rzecznego i przekrojów dolinowych w miejscach charakterystycznych ................................................................ 17 4.1. Metodyka pomiarów ............................................................................................... 17 4.2. Forma przekazania danych .................................................................................... 18 5. Wyznaczanie terenów bezpośredniego zagroŜenia powodzią od wody o prawdopodobieństwie występowania (przewyŜszenia) p=1% i 10% na mapach topograficznych w skali 1:10 000. ..................................................................................... 19 5.1 Opracowanie podkładów rastrowych map topograficznych w skali 1:10 000 ... 19 5.2 Opracowanie warstw tematycznych ....................................................................... 20 5.3 KilometraŜ................................................................................................................. 20 5.4 Strefy zagroŜenia powodziowego A1 i A10 ............................................................ 20 5.5 Wodowskazy ............................................................................................................. 21 5.6 Budowle mostowe ..................................................................................................... 21 5.7 Wały przeciwpowodziowe........................................................................................ 21 5.8 Gminy ........................................................................................................................ 21 5.9 Wydruki map............................................................................................................ 22 6. Literatura ........................................................................................................................ 24 7. Załączniki ........................................................................................................................ 25
2
Spis tabel i rysunków
Tabela 1. Główne dopływy rzeki Liwy ...................................................................................... 7 Tabela 2. Posterunki wodowskazowe w sieci pomiarowej IMGW na rzece Liwie i Nogat. ..... 9 Tabela 3. Charakterystyczne stany wody SSW i SNW - posterunki wodowskazowe Kwidzyn i Mątawski Cypel.................................................................................................................. 9 Tabela 4. Przepływy charakterystyczne SSQ i SNQ - posterunek wodowskazowy Kwidzyn 10 Tabela 5. Stany o prawdopodobieństwie występowania (przewyŜszenia) p=0.5%, p=1% i p=10% - posterunki wodowskazowe Kwidzyn i Mątawski Cypel .................................. 11 Tabela 6. Obliczone przepływy o prawdopodobieństwie wystąpienia (przewyŜszenia) p=1% i p=10% - posterunek wodowskazowy Kwidzyn .............................................................. 11 Tabela 7. Przepływy o 0.5%, 1% i 10% prawdopodobieństwie występowania (przewyŜszenia) i przepływy SSQ i SNQ obliczone dla charakterystycznych przekrojów poprzecznych rzeki Liwy. ................................................................................................ 13 Tabela 8. Zestawienie rzędnych zwierciadła wody dla przepływów o prawdopodobieństwie występowania (przewyŜszenia) p=0.5%, p=1% i p=10% i przepływów charakterystycznych SSQ i SNQ w przekrojach poprzecznych rzeki Liwy .................... 15 Tabela 9. Zestawienie średnich prędkości w przekrojach poprzecznych w korycie głównym oraz na terenach zalewowych dla przepływu o prawdopodobieństwie przewyŜszenia p=1% ................................................................................................................................ 16 Tabela 10. Zestawienie średnich prędkości w przekrojach poprzecznych w korycie głównym dla przepływu o prawdopodobieństwie przewyŜszenia p=10%....................................... 16 Tabela 11. Wykaz wydrukowanych arkuszy map dla rzeki Liwy ........................................... 22
Rys. 1. Wykaz arkuszy map rzeki Liwy...................................................................................23
Zgodnie z art. 18 ustawy z dnia 17.05.1989 r. – Prawo geodezyjne i kartograficzne (t.j. Dz. U. 2000 r. Nr 100, poz. 1086, ze zm.) rozpowszechnianie, rozprowadzanie oraz reprodukowanie w celu rozpowszechniania, rozprowadzania niniejszych materiałów wymaga zezwolenia Marszałka Województwa.
3
1. Podstawa opracowania Opracowanie zostało wykonane na zlecenie Regionalnego Zarządu Gospodarki Wodnej w Gdańsku nr 27/2006 z dnia 26 czerwca 2006 roku pt: „Wyznaczenie granic obszarów bezpośredniego zagroŜenia powodzią w celu uzasadnionego odtworzenia terenów zalewowych”. Głównym celem pracy było wyznaczenie granic obszarów bezpośredniego zagroŜenia powodzią dla rzeki Liwy poniŜej jazu Białki od wody o prawdopodobieństwie występowania (przewyŜszenia) p=1% i p=10% oraz wyznaczenie rzędnych zwierciadła wody o prawdopodobieństwie przewyŜszenia p=0.5% na profilu podłuŜnym rzeki.
4
2. Zakres opracowania Zgodnie z Ustawą Prawo Wodne z dnia 18 lipca 2001r. Art. 82 pkt.1 obszary bezpośredniego zagroŜenia powodzią obejmują tereny między wałem przeciwpowodziowym a linią brzegową rzeki, strefę wybrzeŜa morskiego oraz strefę przepływów wezbrań powodziowych. Jako podstawę określenia granic stref zagroŜenia powodziowego uznaje się granice tzw. strefy A1 i A10, określającej zasięg obszaru zalewowego odpowiadającego wysokiemu powodziowemu przepływowi o objętości przepływu Q, którego prawdopodobieństwo przewyŜszenia wynosi 1% i 10%. Zastosowana metodyka wyznaczenia stref zagroŜenia powodziowego zgodna jest z zasadami określania strefy A1 i A10. Obliczenia zostały wykonywane przy wykorzystaniu matematycznego modelu jednowymiarowego ruchu wody oraz innych metod hydrologii stosowanej. Zgodnie z Ustawą Prawo Wodne z dnia 18 lipca 2001r. wraz ze zmianami z dnia 3 czerwca 2005r. - Art. 80a. - Tereny o szczególnym znaczeniu społecznym, gospodarczym lub kulturowym powinny być chronione przed zalaniem wodami o prawdopodobieństwie występowania co najmniej raz na 200 lat. Przeprowadzone prace obejmowały następujące zadania: 1. wyznaczenia charakterystycznych przepływów (SSQ i SNQ) i stanów wody (SSW i SNW) na posterunkach wodowskazowych, 2. wyznaczenia wartości przepływów i stanów wody o prawdopodobieństwie przewyŜszenia p=0.5%, p=1% i p=10% na posterunkach wodowskazowych, 3. przyjęcie wielkości powierzchni zlewni w profilach charakterystycznych rzeki (według „Mapy Podziału Hydrograficznego Polski” z 2003 roku i „Podziału Hydrograficznego Polski” z 1983 roku), 4. wyznaczenie wartości przepływów o prawdopodobieństwie przewyŜszenia p=0.5%, 1% i 10% w przekrojach pomiarowych, 5. zaplanowanie, wykonanie (pomiary geodezyjne) i opracowanie kilometraŜu, przekrojów poprzecznych koryta i doliny rzeki Liwy, 6. przeprowadzenie kalibracji modelu i dobór metod hydrologii stosowanej, 7. wykonanie
obliczeń
rzędnych
zwierciadła
wody
dla
przepływów
prawdopodobieństwie przewyŜszenia 0.5%, 1% i 10% oraz SSQ, SNQ,
5
o
8. naniesienie na podkładowe mapy topograficzne w skali 1:10000 stref zalewu odpowiadających wyznaczonym rzędnym zwierciadła wody.
Część graficzna opracowania składa się z 4 map granic stref zagroŜenia powodziowego, profilu podłuŜnego oraz 17 przekrojów poprzecznych. Mapy zasięgu stref zagroŜenia powodziowego wykonano w programie ArcView. Podkład mapowy stanowiły mapy topograficzne 1:10000 w układzie 1965 przeliczone do układu 1992. Zgodnie z wymaganiami Zamawiającego opracowane zostały dodatkowe wektorowe warstwy tematyczne kilometraŜu, wałów przeciwpowodziowych, budowli mostowych, wodowskazów i granic gmin.
6
3. Hydrologia rzeki Liwy 3.1. Opis hydrograficzny rzeki Liwy Rzeka Liwa o długości 112,63 km, i powierzchni zlewni 972,59 km2 jest prawobrzeŜnym dopływem Nogatu, decydującym o przepływie w Nogacie. W środkowym i dolnym biegu nazywana jest Renawą. Rzeka bierze początek w ciągu niewielkich jezior na Pojezierzu Iławskim. Do większych jezior w zlewni Liwy naleŜą: - Januszewskie (o pow. 1,1 km2) - Liwieniec (o pow. 0,8 km2) - Orkusz (o pow. 0,7 km2) - Gaudy (o pow. 1,5 km2) - Bądze (o pow. 1,5 km2) - GraŜymowskie (o pow. 1,7 km2) - Dzierzgoń (o pow. 7,9 km2). Lewym dopływem Liwy jest Miłosna o pow. 48,7 km2. W Kwidzynie do Liwy uchodzi Kanał Palemona. Kanał ten zbiera wody z Doliny Kwidzyńskiej. Powierzchnia jego zlewni wynosi 158,3 km2. W 13-tym km Liwa łączy się ze Starym Nogatem i wykorzystując jego koryto płynie równolegle do Wisły. Kolejnym duŜym prawostronnym dopływem Liwy w 6,8 km jest Podstolińska Struga o pow. zlewni 112,5 km2. Liwa uchodzi do Nogatu poniŜej śluzy w Białej Górze. Główne dopływy Liwy wraz z powierzchniami zlewni zostały przedstawione w tabeli 1.
Tabela 1. Główne dopływy rzeki Liwy
Dopływ
Prawy/Lewy
Miłosna
L
Powierzchnia zlewni [km2] 48,7
Kanał Palemona
L
158,3
Podstolińska Struga
P
112,5
7
3.2. Charakterystyczne przepływy (SSQ i SNQ) i stany wody (SSW i SNW) na posterunkach wodowskazowych Charakterystyki stanów i przepływów dla rzeki Liwy opracowano na podstawie danych z posterunków sieci pomiarowej Instytutu Meteorologii i Gospodarki Wodnej.
Dla rzeki Liwy obliczenia hydrologiczne zostały przeprowadzone dla następujących profilów wodowskazowych (tabela 2):
Kwidzyn – rzeka Liwa (poniŜej jazu Białki),
Mątawski Cypel – rzeka Nogat - reprezentatywny dla ujściowego odcinka Liwy.
Dla rzeki Liwy określono następujące wielkości: -
stany charakterystyczne SSW i SNW (tabela 3),
-
przepływy charakterystyczne SSQ i SNQ (tabela 4),
-
stany o prawdopodobieństwie przewyŜszenia 0.5%, 1% i 10% (tabela 5),
-
przepływy maksymalne roczne o prawdopodobieństwie przewyŜszenia 0.5%, 1% i 10% (tabela 6).
8
PoniŜej przedstawiono posterunki wodowskazowe w sieci pomiarowej IMGW, wykorzystane do określenia charakterystyki hydrologicznej rzeki Liwy.
Tabela 2. Posterunki wodowskazowe w sieci pomiarowej IMGW na rzece Liwie i Nogat.
Kilometr biegu rzeki
Wodowskaz
26,6
Rzeka Nogat
-
Kr86 2
[km]
Rzeka Liwa
Rzędna zera wodowskazu
Powierzchnia zlewni
Kwidzyn Mątawski Cypel archiwalny
[km ]
[m npm]
556,8
10,31
-
4,62
W tabeli 3 przedstawiono charakterystyczne stany wody na posterunkach wodowskazowych Kwidzyn i Mątawski Cypel
Tabela 3. Charakterystyczne stany wody SSW i SNW - posterunki wodowskazowe Kwidzyn i Mątawski Cypel
L.p.
Wodowskaz
Okres
SSW [cm]
1986-2004 1950-1991
125 171
Rzędna wody SSW
SNW [cm]
[m npm]
1 2
Kwidzyn Mątawski Cypel
9
11,56 6,33
Rzędna wody SNW [m npm]
85 89
11,16 5,51
W tabeli 4 przedstawiono charakterystyczne przepływy na posterunku Kwidzyn.
Tabela 4. Przepływy charakterystyczne SSQ i SNQ - posterunek wodowskazowy Kwidzyn
L.p.
1
Wodowskaz
Kwidzyn
Okres
SSQ [m3/s]
SNQ [m3/s]
1961-2004
2,25
0,63
3.3 Przepływy i stany wody o prawdopodobieństwie występowania (przewyŜszenia) p=0.5%, p=1% i 10% na posterunkach wodowskazowych Przepływy
maksymalne
o
określonym
prawdopodobieństwie
przewyŜszenia
wyznaczono w oparciu o „Zasady obliczania przepływów rocznych o określonym prawdopodobieństwie przewyŜszenia” autorstwa prof. M. Ozgi-Zielińskiej i zespołu oraz w niektórych przypadkach na podstawie innych programów statystycznych. Najlepiej dopasowaną funkcją i najbardziej wiarygodną dla odwzorowania rozkładu maksymalnych przepływów rocznych o prawdopodobieństwie występowania (przewyŜszenia) p=0.5%, p=1% i 10% jest funkcja rozkładu log-gamma. Przy
wyznaczaniu
stanów
wody
o
prawdopodobieństwie
występowania
(przewyŜszenia) p=0.5%, p=1% i 10% jako najbardziej wiarygodny rozkład przyjęto funkcję rozkładu lognormalną. Wyniki obliczeń zostały przedstawione w tabelach 5 i 6.
10
Tabela 5. Stany o prawdopodobieństwie występowania (przewyŜszenia) p=0.5%, p=1% i p=10% - posterunki wodowskazowe Kwidzyn i Mątawski Cypel
Rzędna zera Wodowskaz
Stan
wodowskazu
p=0.5%
Kr86
10,31
4,62
Cypel
Rzędna wody
p=1%
p=10% [cm]
Rzędna wody p=10%
1986-
255
12,86
243
12,74
204
12,35
261
7,23
527
7,19
241
7,03
[m npm]
[cm]
p=1%
Stan
[cm]
[m npm]
[m npm]
2003 1950-
Mątawski
p=0.5%
Stan
Okres [m npm]
Kwidzyn
Rzędna wody
1991
Tabela 6. Obliczone przepływy o prawdopodobieństwie wystąpienia (przewyŜszenia) p=1% i p=10% - posterunek wodowskazowy Kwidzyn
L.p.
1
Wodowskaz
Kwidzyn
Przepływ
Przepływ
Q p=0.5%
Q p=1%
[m3/s]
[m3/s]
14,74
13,00
11
Przepływ Q p=10% [m3/s]
8,01
3.4. Przepływy o prawdopodobieństwie występowania (przewyŜszenia) p=1% i p=10% na profilach niekontrolowanych
W praktyce inŜynierskiej w zaleŜności od połoŜenia przekroju obliczeniowego w stosunku do przekrojów wodowskazowych stosowana jest metoda interpolacji lub metoda ekstrapolacji, przy załoŜeniu, Ŝe przyrost zlewni między przekrojem wodowskazowym i obliczeniowym nie przekracza ±20% w stosunku do powierzchni zlewni w przekroju obliczeniowym. Dla
profili
niekontrolowanych
poszczególne
wartości
przepływów
charakterystycznych (Qmaxp0.5%, Qmaxp1%, Qmaxp10%, SSQ i SNQ) w profilach kontrolowanych obliczono poprzez interpolację bądź ekstrapolację wg wzorów:
A Q o = Q w ∗ o Aw
Qo = Qw1 +
n
Qw 2 − Qw1 ( Ao − Aw1 ) Aw 2 − Aw1
(1)
(2)
gdzie Qo - wartość charakterystyki przepływu w przekroju obliczeniowym, Qw - wartość charakterystyki przepływu w przekroju wodowskazowym, Ao - wielkość powierzchni zlewni zamkniętej przekrojem obliczeniowym, Aw - wielkość powierzchni zlewni zamkniętej przekrojem wodowskazowym n - parametr empiryczny; n=2/3 Wyniki obliczeń zostały przedstawione w tabeli 7.
12
Tabela 7. Przepływy o prawdopodobieństwie występowania 0.5%, 1% i 10% (przewyŜszenia) i przepływy SSQ i SNQ obliczone dla charakterystycznych przekrojów poprzecznych rzeki Liwy.
Miejsce przekroju
KilometraŜ [km]
Qmaxp0.5% [m3/s]
Qmaxp1% [m3/s]
Qmaxp10% [m3/s]
SSQ [m3/s]
SNQ [m3/s]
Kanał Palemona dopływ L rzeka Stary Nogat dopływ P Rzeka Postolińska Struga dopływ P
25,000 13,485 6,900
18,929 20,891 22,185
16,740 18,475 19,619
10,315 11,383 12,088
2,885 3,184 3,381
0,813 0,897 0,952
13
3.5. Obliczenia rzędnych zwierciadła wody Obliczenia hydrauliczne zostały wykonane przy wykorzystaniu modelu HEC-RAS (US Army Corps of Engineers, Hydrologic Engineering Centre-River Analysis System) oraz metod hydrologii stosowanej. Model HEC-RAS ma moŜliwość szczegółowego odwzorowania topografii terenu, geometrii budowli w granicach koryta rzeki i terenach zalewowych oraz oddziaływania tych obiektów na hydrauliczne warunki przepływu. Rzędne zwierciadła wody są wyznaczone od jednego przekroju poprzecznego do kolejnego w oparciu o równanie energii (Bernoulliego):
Zi + Hi +
α v i2 2g
= Zi+1 + Hi+1 +
αvi2+1 2g
+∆xi S
gdzie:
Zi , Zi+1 – wzniesienie dna ponad przyjęty poziom odniesienia odpowiednio w przekroju i oraz i+1
Hi , Hi+1 – głębokość w kanale w przekroju i oraz i+1
νi , νi+1 – średnia prędkość ∆xi – odległość pomiędzy przekrojami S - spadek linii energii miarodajny dla badanego odcinka rzeki
W tabeli 8 zestawiono wyznaczone rzędne zwierciadła wody dla przepływów o prawdopodobieństwie występowania (przewyŜszenia) p=1% i p=10% i przepływów charakterystycznych SSQ i SNQ w przekrojach poprzecznych rzeki Liwy.
14
Tabela 8. Zestawienie rzędnych zwierciadła wody dla przepływów o prawdopodobieństwie występowania (przewyŜszenia) p=0.5%, p=1% i p=10% i przepływów charakterystycznych SSQ i SNQ w przekrojach poprzecznych rzeki Liwy Nr przekroju KilometraŜ Rzędna zww Rzędna zww Rzędna zww Rzędna zww Rzędna zww [km] dla Q0.5% dla Q1% dla Q10% dla SSQ dla SNQ [m n.p.m.] [m n.p.m.] [m n.p.m.] [m n.p.m.] [m n.p.m.] 1 z Liwa cz.1 1 2 3 5 6 7 8 9 10 12 13 14 15 16 17
29.570 28.555 26.960 25.570 24.220 23.040 21.645 19.185 17.500 14.565 9.230 6.755 3.875 3.000 1.440 0.080
13.720 13.380 12.860 12.570 12.210 11.960 11.610 11.090 10.810 10.430 9.770 9.220 8.540 8.370 7.930 7.270
13.580 13.250 12.740 12.430 12.040 11.780 11.440 10.930 10.670 10.300 9.630 9.100 8.380 8.210 7.790 7.220
15
13.080 12.800 12.350 11.870 11.360 11.070 10.710 10.220 9.990 9.640 9.030 8.620 7.800 7.660 7.350 7.050
12.570 12.180 11.560 10.640 10.000 9.680 9.250 8.730 8.460 8.140 7.630 7.270 6.630 6.540 6.400 6.330
12.020 11.680 11.160 10.340 9.300 9.040 8.560 7.970 7.620 7.320 6.920 6.710 5.840 5.720 5.540 5.510
Tabela 9. Zestawienie średnich prędkości w przekrojach poprzecznych w korycie głównym oraz na terenach zalewowych dla przepływu o prawdopodobieństwie przewyŜszenia p=1% przekrój
KilometraŜ
Maksymalna Prędkość głębokość w przepływu w korycie głównym korycie głównym
[m]
[km] 1 z Liwa cz.1 1 2 3 5 6 7 8 9 10 12 13 14 15 16 17
29.570 28.555 26.960 25.570 24.220 23.040 21.645 19.185 17.500 14.565 9.230 6.755 3.875 3.000 1.440 0.080
[m/s] 2.37 2.37 2.43 2.31 3.69 3.48 3.64 3.83 3.93 4.2 3.65 3.37 3.51 3.33 3.15 3.7
Prędkość przepływu na terenach zalewowych – lewy brzeg [m/s]
0.79 0.56 0.59 0.72 0.42 0.51 0.47 0.44 0.38 0.37 0.37 0.58 0.48 0.43 0.64 0.64
Prędkość przepływu na terenach zalewowych – prawy brzeg [m/s]
0.17 0.03
0.06
0.08
0.12
Tabela 10. Zestawienie średnich prędkości w przekrojach poprzecznych w korycie głównym dla przepływu o prawdopodobieństwie przewyŜszenia p=10% przekrój
KilometraŜ [km]
1 z Liwa cz.1 1 2 3 5 6 7 8 9 10 12 13 14 15 16 17
29570 28555 26960 25570 24220 23040 21645 19185 17500 14565 9230 6755 3875 3000 1440 80
Maksymalna Prędkość głębokość w przepływu w korycie głównym korycie głównym [m] [m/s] 1.87 0.7 1.87 0.5 2.04 0.47 1.75 0.68 3.01 0.41 2.76 0.45 2.92 0.42 3.12 0.38 3.25 0.32 3.54 0.33 3.05 0.31 2.89 0.45 2.94 0.43 2.78 0.34 2.7 0.49 3.52 0.42
16
4. Wyznaczenie przekrojów poprzecznych koryta rzecznego i przekrojów
dolinowych w miejscach charakterystycznych Jednym z pierwszych etapów realizacji projektu było wykonanie przekrojów poprzecznych koryta rzeki w miejscach charakterystycznych wraz z charakterystycznymi przekrojami dolinowymi oraz, w oparciu o przekroje poprzeczne koryta rzeki, wykonanie przekroju podłuŜnego rzeki Liwy. Na rzece wprowadzono nowy kilometraŜ, który został naniesiony na mapy topograficzne w układzie „1965” w skali 1:10 000.
4.1. Metodyka pomiarów Wszystkie pomiary hipsometryczne wykonywano w geodezyjnym poziomym układzie współrzędnych PUWG 1992 i pionowym poziomie odniesienia Kronsztad 86’. Na podstawie map topograficznych 1:10 000 oraz wizji lokalnej wytyczano w terenie profile przekrojów hipsometrycznych poprzez stabilizację palikami dwóch punktów wyznaczających profil. Do pomiarów geodezyjnych wykorzystano stację tachimetryczną NIKON DTM-501 oraz aparaturę opartą o technikę GPS (Globalny System Pozycyjny). UŜyto odbiorników GPS Trimble 5700 z anteną Zephyr – odbiornik ruchomy i Zephyr Geodetic – odbiornik bazowy z radiową transmisją „sygnału korekcyjnego” w czasie rzeczywistym oraz rejestratora GPS Trimble TSC [ 2, 3, 4, 5 ]. Część pomiarów wykonano pracując w opcji RTK (pomiary w czasie rzeczywistym), a część wykonując pomiary statyczne w opcji FastStatic (postprocessing). Zastosowany sprzęt umoŜliwia wykonanie pomiarów z dokładnością wymaganą przez Instrukcję Techniczną GUGiK G-1-10 oraz pozwala na wykonywanie pomiarów bez konieczności zakładania sieci poligonów. Współrzędne zastabilizowanych w terenie punktów określano metodą statyczną GPS. Do pomiarów były uŜywane dwa odbiorniki TRIMBLE 5700 pracujące w trybie FastStatic. Stacje bazowe ustawiano na punktach naleŜących do sieci punktów POLREF, których współrzędne w układzie WGS-84 i „1992” wraz z wysokościami elipsoidalnymi otrzymano z Centralnego Ośrodka Dokumentacji Geodezyjno-Kartograficznej w Warszawie. Obliczenia na elipsoidzie WGS-84 wykonano przy pomocy oprogramowania TRIMBLE GEOMATICS OFFICE Version 1.61. RóŜnice wysokości geoidy niwelacyjnej i elipsoidy odniesienia obliczono z modelu „Geoidy niwelacyjnej 2002” wprowadzonej do stosowania przez Głównego Geodetę Kraju. Wyznaczenie tych róŜnic jest konieczne do przeliczeń wysokości elipsoidalnych do 17
obowiązującego układu wysokości. Pomiary na przekrojach wykonano przy pomocy stacji tachimetrycznej NIKON serii DTM-501. Przeliczenia współrzędnych pomiędzy układami „1965” i „1992” wykonano posługując się oprogramowaniem GEONET_unitrans wersja 8.2. Obliczenia pikiet wykonano programem WinKalk wersja 3.7. Pomiary przepływu na wytypowanych profilach były wykonywane, w zaleŜności od głębokości wody, metodą tradycyjną przy pomocy młynka hydrometrycznego lub prądomierza akustycznego. Na profilach o głębokości około 1m i poniŜej, pomiar przeprowadzano młynkiem hydrometrycznym, zgodnie z instrukcją wykonywania pomiarów, obowiązującą w IMGW. W przypadku głębokości większych od 1m, pomiary wykonywane były za pomocą prądomierza akustycznego Workhorse Rio Grande ADCP firmy RD Instruments. Przetwornik prądomierza doplerowskiego wraz z zintegrowaną z nim anteną GPS holowany był za łodzią motorową wzdłuŜ profilu. Do wyznaczenia przepływów uŜywano standardowego oprogramowania WinRiver firmy RD Instruments. W kaŜdej sesji pomiarowej wyznaczano aktualną rzędną zwierciadła wody dowiązując ją stacją tachimetryczną do punktów bazowych o wyznaczonej wysokości.
4.2. Forma przekazania danych Rezultaty prac pomiarowych wykonanych przez Oddział Morski IMGW w Gdyni przedstawiono
w
załącznikach
zawierających
przekroje
poprzeczne
i
podłuŜne
poszczególnych rzek. Wszystkie tabele, materiał zdjęciowy oraz przekroje poprzeczne i profile podłuŜne zostały zapisane na dysku CD będącym integralną częścią tego opracowania.
18
5. Wyznaczanie terenów bezpośredniego zagroŜenia powodzią od wody o prawdopodobieństwie występowania (przewyŜszenia) p=1% i 10% na mapach topograficznych w skali 1:10 000. Do tworzenia map stref zagroŜenia powodziowego został wykorzystany program ArcView GIS. Pozwoliło to na stworzenie mapy tematycznej, w której poszczególne elementy składowe mapy zapisane są w oddzielnych warstwach tematycznych.
5.1 Opracowanie podkładów rastrowych map topograficznych w skali 1:10 000 Ze względu na brak map wektorowych z terenu zlewni Liwy, jako podkłady mapowe do tworzenia warstw tematycznych map zagroŜenia powodziowego rzeki Liwy, wykorzystano rastrowe mapy topograficzne w skali 1:10 000 w układzie "PUWG – 1965”. Obrazy rastrowe zostały zapisane jako monochromatyczne w formacie TIFF z rozdzielczością 300dpi. Schematyczny układ arkuszy map wykorzystanych w opracowaniu przedstawiono na rys 1. Obrazy rastrowe zostały przeliczone do układu PUWG-1992 zgodnie z algorytmami przeliczeniowymi zawartymi w instrukcji "Wytyczne techniczne. G-1.10. Formuły odwzorowawcze i parametry układów współrzędnych." Przejścia transformacyjne realizowane były na podstawie następującego schematu:
19
Przy tworzeniu nowych przeliczonych plików wykorzystano metodę interpolacji najbliŜszego sąsiedztwa. W metodzie tej wartość nowego piksela zostaje przypisana na podstawie wartości piksela najbliŜszego do transformowanego.
5.2 Opracowanie warstw tematycznych Na podstawie uzyskanych informacji z róŜnych ośrodków administracji, pomiarów terenowych, obliczeń hydraulicznych i opracowanych podkładów rastrowych opracowano dla Liwy następujące warstwy tematyczne: -
kilometraŜ rzeki,
-
wodowskazy,
-
budowle mostowe,
-
wały przeciwpowodziowe,
-
granice gmin,
-
strefy bezpośredniego zagroŜenia powodziowego od wody 1% i 10%.
5.3 KilometraŜ Warstwa kilometraŜu została opracowana w celu właściwego odwzorowania odległości pomiędzy poszczególnymi przekrojami poprzecznymi. Wyznaczony został poprzez pomiar odległości w linii nurtu koryta rzeki na podkładach mapowych w skali 1:10 000. Próby określenia lokalizacji przekrojów na podstawie kilometraŜu według ”Podziału hydrograficznego Polski” IMGW 1983 prowadziły do występowania niewłaściwych odległości pomiędzy przekrojami. Przyczyny takiego stanu rzeczy upatrywać naleŜy w tym, iŜ kilometraŜ przedstawiony w „Podziale hydrograficznym Polski” opracowany był na podstawie map w skali 1:50000.
5.4 Strefy zagroŜenia powodziowego A1 i A10 Rodzaj warstwy – poligon. Podstawą do wyznaczenia granic stref były punkty pomiarowe przekrojów poprzecznych oraz podkład mapowy ze szczególnym uwzględnieniem informacji o rzeźbie terenu doliny rzeki tj. warstwic i pikiet wysokościowych. PoniewaŜ za podstawę wykreślenia granic przyjęto dane wysokościowe z map topograficznych w skali 1:10 000, moŜe powodować to niedokładności zasięgu zalewu w stosunku do map bardziej dokładnych (np. map do celów projektowych). W przypadku wystąpienia w/w niedokładności decyduje rzędna zwierciadła wody. Rzędną moŜna odczytać
20
z tabeli Liwa-przekrój podłuŜny.xls w katalogu „Liwa opracowanie” na płycie CD. Rzędne pomiędzy punktami załamania moŜna obliczać korzystając z metody aproksymacji liniowej (jest to linia prosta).
5.5 Wodowskazy Typ warstwy – punkty. Warstwa lokalizacji posterunków wodowskazowych Instytutu Meteorologii i Gospodarki Wodnej została opracowana na podstawie danych historycznych IMGW zweryfikowanych pomiarami terenowymi.
5.6 Budowle mostowe Typ warstwy – punkty. Warstwa lokalizacji budowli mostowych opracowana została na podstawie materiałów przekazanych przez RZGW Gdańsk oraz pomiarów terenowych.
5.7 Wały przeciwpowodziowe Typ warstwy – linia. Warstwa lokalizacji wałów przeciwpowodziowych opracowana została na podstawie „Zestawienia oceny stanu technicznego wałów przeciwpowodziowych” uzyskanych z WZMiUW województwa warmińsko-mazurskiego.
5.8 Gminy Typ warstwy – linia. Warstwa granic poszczególnych gmin opracowana zgodnie z obecnie panującym podziałem administracyjnym. RóŜnica pomiędzy przebiegiem granic gmin na mapach topograficznych, a wektorową warstwą podziału administracyjnego wynika z wykorzystania jako źródła danych dla warstwy wektorowej map topograficznych w mniejszej skali tzn.1:100000. Stąd teŜ granice w formie wektorowej nie są tak dokładne jak granice jednostek administracyjnych przedstawione na podkładowych mapach topograficznych 1:10 000.
Część geometryczna wektorowych warstw tematycznych została uzupełniona o tabele danych atrybutowych dla poszczególnych obiektów. Wszystkie warstwy wektorowe zostały zapisane w formacie *.shp (programu ArcView).
21
5.9 Wydruki map Kompozycje map zawierających obrazy rastrowe map topograficznych oraz zestawy danych wektorowych zostały wydrukowane barwnie. Obszar wydruku map jest zgodny z obszarem podkładowych map topograficznych w skali 1:10 000.
Tabela 11. Wykaz wydrukowanych arkuszy map dla rzeki Liwy
Numer mapy
KilometraŜ rzeki Liwy
1
0+000 ÷ 9+000
2
9+000 ÷ 18+000
3
18+000 ÷ 25+000
4
24+000 ÷ 32+720
22
23
6. Literatura 1.
Bajkiewicz-Grabowska E., Magnuszewski A., Mikulski Z., Hydrometria, PWN, Warszawa 1993
2.
IMPEXGEO, Instrukcja Obsługi Rejestratora GPS Trimble TSCe.
3.
IMPEXGEO, Odbiorniki GPS 5700.
4.
IMPEXGEO, Oprogramowanie Rejestratora GPS Trimble TSCe Survey Conntroller v.10.6. Podstawowe informacje uŜytkownika.
5.
IMPEXGEO, Oprogramowanie TRIMBLE GEOMATICS OFFICE.
6.
IMPEXGEO, TOTAL STATION Seria DTM – 501, Instrukcja obsługi.
7.
Kietlińska Z., Walczak S., Miernictwo w Budownictwie Lądowym i Wodnym, WSziP, Warszawa 1997.
8.
Kosiński W., Geodezja, Wyd. SGGW, Warszawa 2002.
9.
Nachlik E., Kostecki S., Gądek W., Stochmal R. „Strefy zagroŜenia Powodziowego“ Biuro Koordynacji Projektu Banku Światowego, Wrocław 2000
10.
Ozga-Zielińska M., Brzeziński J., Hydrologia stosowana, PWN, Warszawa 1994.
11.
Pasławski Z., Metody Hydrometrii Rzecznej, IMGW, WKiŁ, Warszawa 1973.
12.
Praca zbiorowa pod kier. Juliusza Stachy, Podział Hydrologiczny Polski, IMGW, Warszawa 1986.
13.
Instrukcja modelu HEC-RAS Hydraulic Reference Manual
24
7. Załączniki •
Profile:
o podłuŜny o poprzeczne •
Mapy stref bezpośredniego zagroŜenia powodzią na rzece Liwie
•
Opracowanie w formie elektronicznej na płycie CD
Zawartość płyty: 1. Katalog "Liwa opracowanie" zawiera podkatalogi: -Liwa poprzeczne a-cad -Liwa podłuŜne a-cad -zdjęcia budowle hydrotechniczne oraz pliki w formacie *.xls: -Liwa zestawienie (opis rzeki, kilometraŜ, m. przekrojów, dopływy i odpływy, budowle hydrotechniczne, budowle opis, wodowskazy, pozwolenia wodnoprawne) - Liwa przekrój podłuŜny - Liwa profile poprzeczne, oraz plik w formacie *.doc z opisową częścią projektu 2. Katalog "Warstwy_map" zawiera warstwy wektorowe w formacie *.shp: - ″granice gmin” - podział na gminy, - "mosty" - lokalizacja mostów drogowych, kolejowych - "kilometraŜ 2006" - warstwa punktowa kilometraŜu rzeki, - "wały" - lokalizacja obwałowań, - "posterunki wodowskazowe" - lokalizacja posterunków wodowskazowych, - Liwa " - lokalizacja punktów pomiarowych przekrojów poprzecznych, - "woda-10%" - tereny o prawdopodobieństwie wystąpienia wody 10% - "woda-1%" - tereny o prawdopodobieństwie wystąpienia wody 1% - "woda-0,5%" - tereny o prawdopodobieństwie wystąpienia wody 0,5% 3. Katalog "Rastry" zawiera warstwy rastrowe podkładów topograficznych w formacie *tif. 4. Katalog "Wydruki" zawiera w podkatalogach ("eps", "jpg") przygotowane do wydruku kompozycje map w formatach *.eps i *.jpg 5.Program A9CADV2Setup.exe do przeglądania zbiorów w formacie *.dwg
25
