Koncepcja wyszukiwania lokalizacji pod budowe małych elektrowni wodnych na przykladzie Gwdy.pdf

5/19/2018 Koncepcja wyszukiwania lokalizacji pod budowe maych elektrowni wodnych na przykladzie Gwdy.pdf

1/60

UNIWERSYTET IM.ADAMA MICKIEWICZA WPOZNANIU

WYDZIANAUK GEOGRAFICZNYCH I GEOLOGICZNYCH

INSTYTUT GEOEKOLOGII I GEOINFORMACJI

Pozna, 2012

ADAM DBROWSKI

Koncepcja wyszukiwania lokalizacji

pod budow maych elektrowni wodnychna przykadzie Gwdy

A concept of location of small hydropower plants on the example of the

Gwda River.

Praca magisterska napisana w Zakadzie Geoekologii

pod kierunkiem prof. UAM dr hab. Zbigniewa Zwoliskiego


2/60

2

OWIADCZENIE

Ja, niej podpisany/a

ADAM DBROWSKI

student Wydziau Nauk Geograficznych i Geologicznych

Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza w Poznaniu

owiadczam, e przedkadan pracmagistersk

t.Propozycja lokalizacji maych elektrowni wodnych

na Gwdzie.

napisaem/am samodzielnie.

Oznacza to, e przy pisaniu pracy, poza niezbdnymi konsultacjami,

nie korzystaem/am zpomocy innych osb, aw szczeglnoci niezlecaem/am opra-

cowania rozprawy lub jej istotnych czci innym osobom, ani nie odpisywaem/am

tej rozprawy lub jej istotnych czci odinnych osb.

Jednoczenie przyjmuj dowiadomoci, e gdyby powysze owiadczenie okaza-o si nieprawdziwe, decyzja o wydaniu mi dyplomu zostanie cofnita.

(miejscowo, data) (czytelny podpis)


3/60

3

1 WSTP................................................................................................... 5

1.1 Problem badawczy ..................................................................................6

1.2 Cele i zadania badawcze .......................................................................7

2 DOTYCHCZASOWE POGLDY NA LOKALIZACJ MAYCHELEKTROWNI WODNYCH ....................................................................... 8

2.1 Wyszukiwanie lokalizacji pod budow maych elektrowniwodnych ...................................................................................................................9

2.2 Moliwoci wykorzystania analiz geoinformacyjnych wlokalizacji elektrowni wodnych ................................................................... 11

3

ELEKTROWNIE WODNE I PITRZENIA WODY NA GWDZIE 14

3.1 Czynne elektrownie ............................................................................. 15

3.2 Elektrownie wodne w trakcie realizacji ...................................... 16

4 METODY BADA I RDA DANYCH ....................................... 17

4.1 Przepyw.................................................................................................. 174.1.1

Przygotowanie cyfrowego modelu terenu odwzorowujcego spywpowierzchniowy.............................................................................................................. 18

4.1.1

Interpolacja redniego rocznego przepywu........................................ 20

4.2 Spadek rzeki ........................................................................................... 27

4.3 Obliczanie produkcji energii elektrycznej .................................. 28

4.4 Lokalizacja doliny Gwdy .................................................................... 30

4.5 Ocena oddziaywania zbiornika retencyjnego.......................... 324.5.1 Symulacja obszarw zalanych przez postawienie zapory wodnej 33

5

OBSZAR BADA................................................................................ 37

5.1 Obszary chronione ............................................................................... 38

6 PROCEDURA WYSZUKIWANIA LOKALIZACJI POD

BUDOW MAYCH ELEKTROWNI WODNYCH .............................. 39

6.1 Eliminacja miejsc nienadajcych si do budowy elektrowniwodnych (ograniczenia dla lokalizacji maych elektrowni wodnych) 40

6.2 Wyznaczenie lokalizacji nadajcych si do budowy zapory

wodnej ................................................................................................................... 40


4/60

4

7 WYKORZYSTANIE NARZDZI GIS DO OCENY WYBRANEJLOKALIZACJI MAYCH ELEKTROWNI WODNYCH .................... 44

7.1 Charakterystyka przepyww......................................................... 44

7.1.1

Przepywy charakterystyczne.................................................... ............... 45

7.1.2 Hydrogramy.................................................................................................. 47

7.1.3 Krzywe sum czasu trwania przepyww............................................... 49

7.2 Charakterystyka pitrze................................................................. 50

7.3 Szacowanie produkcji energii elektrycznej ................................ 51

7.4 Ocena oddziaywania zbiornika na rodowisko....................... 527.4.1 Zasig oddziaywania proponowanych zbiornikw wodnych........ 527.4.2

Pojemno projektowanego zbiornika................................................... 54

8 PODSUMOWANIE ............................................................................. 55

SPIS RYCIN ................................................................................................. 59

SPIS TABEL ................................................................................................ 60


5/60

5

1 Wstp

Wraz z rozwojem cywilizacyjnym naturalne zasoby wyczerpuj si lub pogar-sza si ich jako.Zmusza to osoby odpowiedzialne za zarzdzanie nimi, do racjo-

nalnego gospodarowania. Do wspomnianych zasobw zaliczy mona nie tylko zo-

a kopalin, ale rwnie przestrze, wody powierzchniowe i podziemne oraz powie-

trze i przyrod oywion.Lokalizacja inwestycji lub alokacja istniejcych obiektw

w celu minimalizacji negatywnego wpywu na otoczenie lub maksymalizacji korzy-

ci, stanowi czsto powany problem dla decydentw. Rozwizanie tego problemu

mona wesprze uywajc najnowszych rozwiza geoinformacyjnych. Naley jed-nak pamita, e adne oprogramowanie nie wyeliminuje potrzeby obszernej wiedzy

eksperckiej dotyczcej konkretnego zadania do wykonania.

Systemy informacji przestrzennej uatwiajrozwizywanie problemwdotycz-

cych przestrzeni, a wrd nich problemwlokacji/alokacji. Zostay opracowane me-

tody wspomagajce podejmowanie decyzji w tej dziedzinie bazujce na danych ra-

strowych, jak np. MCE - Multi-Criteria Evaluation (Ocena wielokryterialna) lub na

danych wektorowych, jak np. Network GIS (analizy sieciowe) (Albrecht 2007).

Pierwsze polegaj na sprowadzeniu czynnikw i ogranicze, wpywajcych na

decyzj dotyczc lokalizacji obiektu, do postaci map rastrowych. W wyniku ich

przetwarzania powstaje obraz zmiennej wartoci okrelajcej przydatno kadego

oczka rastra do realizacji danego celu. Metody te s szczeglnie przydatne przy

znajdowaniu cile okrelonejpowierzchni lub obszaru nie mniejszego ni okrelona

powierzchnia.

Analizy sieciowe wykorzystywane s, gdy zlokalizowanielub alokacja obiektu

ma miejsce wzdu sieci, np. drogowej lub kolejowej. Uywany jest czsto w mie-

cie, gdzie wana jest odlego liczona po sieci, np. podczas wyszukiwania miejsca

usytuowania stacji pogotowia ratunkowego, do ktrej musi by jak najszybszy do-

stp z wielu miejsc w miecie.

Optymalna lokacja maych elektrowni wodnych na rzekach nizinnych polega na

znalezieniu miejsca, w ktrym po postawieniu pitrzenia powstanie zbiornik wodny

pozwalajcy na jak najwiksz produkcj energii elektrycznej z uwzgldnieniem jej

wpywu na rodowisko oraz minimalizacji kosztw inwestycyjnych. Uwarunkowania


6/60

6

pozwalajce na wstpny wybr potencjalnych miejsc dotycz punktw na rzece, na-

tomiast ocena wpywu projektowanej elektrowni wodnej na rodowisko w propono-

wanych miejscach wymaga zastosowania szeregu analiz komputerowych czcych

dane rastrowe i wektorowe. Z tego powodu prezentowana w niniejszej pracy autor-

ska koncepcja wyszukiwania lokalizacji pod budow maych elektrowni wodnych na

rzekach nizinnych podzielona zostaa na dwa etapy: wstpnej propozycji lokalizacji

oraz ich oceny pod ktem oddziaywania na rodowisko.

1.1 Problem badawczy

Niniejsza praca ma na celu poznanie problemw zwizanych z lokalizacjma-

ych elektrowni wodnych na rzekach nizinnych. Jak dotd nie istnieje w Polsce me-

todologia geoinformacyjnego wyszukiwania nowych miejsc na cele hydroenergetyki.

W zwizku ze wzrastajcym zapotrzebowaniem na energi oraz uzalenieniem

Polski od wyczerpywanego rda energii w postaci wgla kamiennego Odnawialne

rda Energii (OZE) staj si suszn alternatyw. Tym bardziej naley dooy sta-

ra, aby pozyskiwanie z nich energii elektrycznej byo jak najmniej szkodliwe dlarodowiska.

Najwikszy potencja hydroenergetyczny w Polsce posiadaj obszary nizinne.

Niestety tereny o niewielkich deniwelacjach terenu charakteryzuj si koniecznoci

budowy pitrzenia na rzece wcelu podwyszenia efektywnoci energetycznej inwe-

stycji, co skutkuje powstaniem zbiornika wodnego zwikszajcego negatywny

wpyw elektrowni na otoczenie. le przemylane usytuowanie inwestycji moe spo-

wodowa negatywne skutki przyrodnicze i spoeczne.


7/60

7

1.2 Cele i zadania badawcze

Celem niniejszej pracy jest stworzenie metodologii lokalizacji miejsc nadaj-

cych si pod budow maych elektrowni wodnych oraz metodologii oceny wpywu

na rodowiskoprojektowanych przy elektrowni zbiornikw.

Wybr wstpnych lokalizacji uzyskano poprzez eliminacj miejsc nienadaj-

cych si pod inwestycj oraz okreleniemiejsca i wysokoci optymalnegopitrzenia.

Na tej podstawie wyliczona zostaaprodukcja energii elektrycznej bdca wanym

kryterium decyzyjnym dla inwestora. Dla proponowanych elektrowni wyliczonoprzepywy charakterystyczne, wyznaczono krzywe sum czasw trwania przepyww

i hydrogramy.

Ocena wpywu projektowanych inwestycji na rodowisko polega na oszacowa-

niu powierzchni i objtocipowstaego sztucznego zbiornika wodnego oraz stwier-

dzeniu, jak jego lokalizacja wpynie na obszary zalane i znajdujce si w najbli-

szym ssiedztwie.


8/60

8

2 Dotychczasowe pogldy na lokalizacj maych elektrowni wodnych

W okresie midzywojennym na terenie Polski okoo 6500 elektrowni wodnychprodukowao energi elektryczn (Hoffman, 1992). W kolejnych latach ich liczba

malaa, w rezultacie czego obecnie sprawnych jest ok. 400 elektrowni o cznej mo-

cy 40 MW. Wg Puchockiego (2008) w Polsce znajduje si wci ok. 650 obiektw

historycznych wykorzystywanych niegdy do produkcji energii elektrycznej, ktre

po renowacji nadawayby si doponownego uytku.

Istniejce budowle hydrotechniczne,przy ktrych zlokalizowane s elektrownie

wodne, w wikszoci zostay wybudowane w pierwszej poowie XX wieku. Niewy-korzystywane obiekty ulegy zniszczeniu i przed powtrnym zagospodarowaniem

wymagaj intensywnych prac remontowych.

Na pocztku XX wieku wiadomo, jak wana jest ochrona rodowiska nie by-

a rozpowszechniona. Jazy oraz zapory pitrzce wod na cele energetyczne zostay

postawione bez analizy skutkw, ktre mog spowodowa. Zaowocowao to powa-

nymi zmianami w rodowisku przyrodniczym, wrd ktrych wymieni naley

(Bartel 2002): zmiany fizyko-chemiczne rzeki w miejscu przegrodzenia,

pokrycie dna zbiornika rumoszem skalnym, muem i piaskiem niszczce

miejsca tarliskowe niektrych ryb oraz powodujce wypycanie zbiornika,

zmiany w skadzie fauny i floryoraz utrudnienie migracji ichtiofauny,

osadzanie si zanieczyszcze niesionych przez rzek w zbiorniku retencyj-

nym,

zmiany ekosystemu wynikajce z powstania zbiornika retencyjnego:ozmiana zagospodarowania terenu,

olokalne podtopienia.


9/60

9

2.1 Wyszukiwanie lokalizacji pod budow maych elektrowni wod-

nych

Lokalizacja maych elektrowni wodnych opiera si obecnie na wyszukiwaniu

istniejcych, czsto zniszczonych, obiektw hydrotechnicznych. Postpowanie takie

minimalizuje, z punktu widzenia Regionalnych Zarzdw Gospodarki Wodnej, nega-

tywny wpywinwestycji na rodowisko. Jednoczenieobnione zostajkoszty zwi-

zane z postawieniem nowego pitrzenia oraz wybudowaniem budynku elektrowni.

Znalezienie istniejcej zapory na rzece nie jest niestety wystarczajcym czynnikiemdecydujcym o podjciu inwestycji w tym miejscu.

W celu zlokalizowania nowego miejsca pod budow elektrowni wodnej naley

uwzgldni czynniki przyrodnicze, spoeczne, ekonomiczne oraz uwarunkowania

prawne. Jako optymaln lokalizacj MEW (maej elektrowni wodnej) uznaje si in-

westycjzgodn z prawem lokalnym,powodujc minimalne negatywne skutki eko-

logiczne, maksymalne korzyci spoeczne oraz jak najwiksz ekonomiczn opacal-

no(Puchocki 2008).

UWARUNKOWANIA PRAWNE

Prawne uwarunkowania naley zweryfikowa indywidualnie w przypadku ka-

dej lokalizacji poprzez analiz Miejscowych Planw Zagospodarowania Przestrzen-

nego, Planu Gospodarowania Wodami w Dorzeczu oraz konsultacj w Regionalnym

Zarzdzie Gospodarki Wodnej w celu uzyskania informacji na temat przepywu nie-

naruszalnego danej rzeki. Wykorzystanie wody na cele hydroenergetyki uznaje si

wg Prawa Wodnego (Dz. U. 2001 r. nr 115) za szczeglny sposb korzystania zwd

i jako takie wymaga od inwestora uzyskania pozwolenia wodno-prawnego.


10/60

10

CZYNNIKI PRZYRODNICZE

Ograniczanie wpywu elektrowni wodnej na rodowisko nastpuje poprzez inwe-

stowanie w ekologiczn technologi (np. przepawki) oraz poprzez wybr miejsca, w

ktrym, po postawieniu zapory, powstanie zbiornik retencyjny o jak najmniejszej

powierzchni i jak najwikszej objtoci. Ze wzgldu na due zmiany ekosystemu, nie

uzyskuje si zezwolenia na budow pitrzenia w obrbie parkwnarodowych oraz

rezerwatw przyrody. Dozwolone jest budowanie na terenie obszarw NATURA

2000, jednak tylko w sytuacjach uzasadnionych ochron przyrodylub z udokumen-

towanym brakiem negatywnego oddziaywania na gatunki i siedliska, z powodu kt-

rych zosta utworzony ten obszar (Kowalczyk 2009).

CZYNNIKI SPOECZNE

Mae elektrownie wodne na rzekach nizinnych generuj korzyci dla spoecze-

stwa. Produkcja energii elektrycznej z odnawialnego rda energii jest istotna z

punktu widzenia bezpieczestwa energetycznego pastwa oraz polityki Unii Euro-

pejskiej. Zgodnie z Europejskim Pakietem Klimatyczno-Energetycznym z 2008 roku

15 % energii elektrycznej wytwarzanej w Polsce powinno pochodzi z OZE (odna-

wialnych rde energii). Poziom ten powinien osignity najpniej do roku 2020,

tymczasem w 2010 roku odsetek energii elektrycznej z OZE wynosi 7,5%

(Observ'ER, 2010). Wynika z tego, e aby unikn kar, Polska musi w cigu 10 lat

dwukrotnie zwikszy udzia OZE w generowaniu energii elektrycznej.

Jako inny pozytywny wpyw na spoeczestwo zaliczy mona funkcj rekre-

acyjn orazprzeciwpowodziow. Zbiornik retencyjny ma zdolno przechowywania

nadmiaru wody pyncej, ktra moe zaszkodzilecym wzdu rzeki terenom za-

budowanym i obszarom rolniczym. Ustawienie elektrowni wodnych w kaskadzie

podwysza bezpieczestwo przeciwpowodziowe pozwalajc w duym stopniu regu-

lowa przepyw w trakcie wezbra wody.

CZYNNIKI EKONOMICZNE

Inwestycja w elektrowni wodnjest tym bardziej opacalna, im wicej wytwa-

rza energii elektrycznej przy jak najmniejszym koszcie. Najdroszymjej elementem


11/60

11

jest zbudowanie zapory oraz budynku elektrowni wodnej. Z tego te powoduprefe-

rowane jest lokalizowanie MEW w miejscach istniejcej infrastruktury hydrotech-

nicznej, ktr mona wyremontowa.Moc elektrowni jest w duej mierze zalena od

zastosowanej technologii, jednak roczna produkcja energii elektrycznej zaley

przede wszystkim od czynnikw rodowiskowych: rnicypoziomw wody powyej

i poniej pitrzenia oraz redniego rocznegoprzepywu wody.

2.2 Moliwoci wykorzystania analiz geoinformacyjnych w lokalizacji

elektrowni wodnych

Systemy informacji geograficznej pozwalaj efektywnie analizowa dueobsza-

ry w poszukiwaniu miejsc speniajcych wskazane kryteria. Wymienione w po-

przednim rozdziale kategorie czynnikw (prawne, przyrodnicze, spoeczne i ekono-

miczne) monaza pomoc specjalnego oprogramowania nie tylko zaprezentowa w

postaci map, ale przede wszystkim wykorzysta do wstpnej selekcji atrakcyjnych

lokalizacji pod budow nowych MEW.Prby wykorzystania systemw GIS do loka-

lizacji elektrowni wodnych byy ju podejmowane na wiecie (Gissmalla Yonis A

1996; Felix J.2010; Carroll G. 2004).

Aspekty prawne, do ktrych nale miejscowe plany zagospodarowania prze-

strzennego (MPZP), plany gospodarowania wodami w dorzeczach (PGW) oraz in-

formacje na temat rzek (w tym m.in. przepywu nienaruszalnego) powinny by ogl-

nie dostpne za pomoc serwisw mapowych. Procedura taka zwiksza dostp do

wanych dla inwestora informacji, a tym samym przyczynia si do podejmowania

racjonalniejszych decyzji wzgldem rodowiska.

Mae elektrownie wodne, zgodnie z rozporzdzeniem Rady Ministrw z dnia

9 listopada 2010r. w sprawieprzedsiwzi mogcych znaczco oddziaywa na ro-

dowisko (Dz. U. nr 213. poz. 1397), s kwalifikowane jako przedsiwzicia mogce

znaczco oddziaywa na rodowisko. Programy wykorzystujce geograficzne sys-

temy informacyjne (programy GIS) zarwno uatwiaj wykonanie odpowiednich

analiz, jak rwnie pozwalaj wykry wczeniej niedostrzeoneskutki planowanych

dziaa. Oto kilka moliwych zastosowa analiz GIS wykorzystywanych w celu

okreleniawpywu inwestycji na rodowisko:


12/60

12

za pomoc modelowania wd podziemnych mona okreli wpyw nowego

zbiornika na ich gboko zalegania dziki czemu monapoprawi stosunki

wodne.

Wykorzystanie cyfrowego modelu wysokociowego (DEM, ang. Digital

Elevation Model) pozwala na symulacj nowego zbiornika przy postawieniu

zapory o zadanej wysokoci i okrelenie jego charakterystyk (m.in. po-

wierzchni i objtoci).

Wyznaczenie optymalnej trasy podczenia nowej elektrowni wodnej do

Gwnego Punktu Zasilajcego lub innego odbiorcy energii elektrycznej,

nieprzecinajcej cennych przyrodniczo obszarw.

Rozsdne zarzdzanie gospodark wodn i wydawanie zezwole na ingerencj

w naturalny przebieg rzeki s niezmiernie wane z punktu widzenia Ramowej Dy-

rektywy Wodnej z dnia 23 padziernika 2000r. W poowiemarca 2012 roku Polska

otrzymaa od komisarzy unijnych pierwsze formalne ostrzeenie o niezgodnoci spo-

sobu utrzymywania polskich rzek z unijnym prawem rodowiskowym i jeeli sytu-

acja ta si nie zmieni, Polska bdzie zmuszona paci Unii Europejskiej stosowne

kary.

Organy administracji samorzdowej niezmiernie rzadko wydaj pozwolenie na

budow zbiornika retencyjnego tylko i wycznie wcelu produkcji energii elektrycz-

nej. Zbiornik wodny penicy tylko tak funkcj stanowi niewystarczajckorzy

dla spoeczestwa biorc pod uwag szkody jakie niesie niezbdne przeksztacenie

rodowiska przyrodniczego. Analizy geoinformacyjne pozwalaj okreli, czy na

obszarze zainteresowania wystpuje potrzeba zwizana z innymi funkcjami jakie

moe peni zbiornik wodny. Poprzez symulacj fali powodziowej mona okreli

stopie zagroenia okolicznych terenw oraz wielko zbiornika wodnego, ktry

mgby ograniczy szkody poprzez gromadzenie nadwyki wody.Posiadajc infor-

macj na temat lokalizacji zbiornikw wodnych wykorzystywanych na cele rekre-

acyjne mona stworzy rastrow map odlegoci od nich, eby okreli, ktre mia-

sta s najbardziej odlege i czy postawienie nowego zbiornika wpynoby na popra-

w warunkw ycia spoeczestwa.

W celu wyliczenia opacalnoci ekonomicznej inwestycji naley w pierwszej

kolejnoci okreli roczn produkcj energii elektrycznej, a co za tym idzie, wyli-


13/60

13

czy przepyw redni roczny w miejscach niemonitorowanych. Jedn z metodzale-

can przez Europejskie Stowarzyszenie Maych Elektrowni Wodnych ESHA

(Hoffman, 1992) jest interpolacja przepywu waona powierzchni. Wykorzystanie

systemw geoinformacyjnych pozwala na zautomatyzowanie procedury i wyliczenie

wartoci dla kadego miejsca wzdu rzeki (wicej w rozdziale 3.1.2. Interpolacja

redniego rocznego przepywu). Z drugiej strony, ekonomiczna efektywno zaley

od minimalizacji kosztw, do ktrych mona zaliczypostawienie zapory oraz przy-

czenie do sieci energetycznej. Analizy GIS pozwalaj sprawnie wyznaczy dugo

zapory oraz odlego do Gwnego Punktu Zasilajcego (GPZ).

Geoinformacja usprawnia nie tylko obliczenia, ale rwnie umoliwiaprezenta-

cj wynikw wformie map, wykresw i tabel. Dziki obiektywnemu i czytelnemu

przedstawieniu oceny oddziaywania elektrowni na rodowisko mona ograniczyjej

negatywny wpyw MEW oraz przyspieszy inwestycj.


14/60

14

3 Elektrownie wodne i pitrzenia wodyna Gwdzie

Elektrownie wodne na Gwdzie zostay wybudowane w pierwszej poowie XXwieku. Powstay wwczas nastpujce obiekty (RZGW Pozna, 2012):

MEW Gobiewo (100 km)

MEW Lubnica (94 km)

MEW Wgorzewo (91km)

MEW w m. omczewo (85 km)

MEW Podgaje (71 km)

MEW Jastrowie (63 km)

MEW Ptusza (52 km)

MEW Tarnwka (49km)

MEW Dobrzyca (32 km)

MEW Koszyce (25 km)

Jaz Byszki (6 km)

Z wymienionych powyej Podgaje, Jastrowie, Ptusza, Dobrzyca oraz Koszyce

nale do spki z o.o. Elektrownie Wodne. Tarnwka, naleca do grupy Warter

przy fabryce tekturyjest w trakcie remontu od 2011 roku. Przy jazie Byszki rwnie

od 2011 roku trwaj prace remontowe realizowane przez firm Wodel sp. z o.o. ma-

jce przystosowa zapor do generowania energii elektrycznej.W lutym 2012 roku

zoono wniosek o budow elektrowni wodnej we wsi Plecemin na 40 km rzeki.

Elektrownie Gobiewo, Lubnica, Wgorzewo i omczewos wasnoci pry-

watnspek cywilnych. Wywarzaj niewielk moc przy niskim pitrzeniu, uywan

na potrzeby wasne.


15/60

15

3.1 Czynne elektrownie

Najwiksze elektrownie wodne na Gwdzie nale do sp. z o.o. Elektrownie

Wodne, za ich charakterystyki przedstawione zostay w Tabeli 1. Pozostae elek-

trownie wykorzystywane s na cele prywatne gospodarstw rolnych i nie wykorzystu-

j zbiornikw wodnych na cele hydroenergetyki.

Tabela 1 Cechy elektrowni wodnych bdcych wasnoci sp. z o.o. Elek-

trownie Wodne

Podgaje Jastrowie Ptusza Dobrzyca Koszyce

Data wybu-

dowania1929 1930 1932 1907 1937

Miejsce (ki-

lometr bie-

gu rzeki)

71 km 63 km 52 km 32 km 25 km

Spad 9,55 m 7,2 m 6,1 m 4,8 m 3,5 m

Rodzaj

elektrowni

szczytowa

(derywacyj-

na)

szczytowa

przepywowa

(zbiornik wy-

rwnawczy)

przepy-

wowa

przepy-

wowa

Powierzch-

nia zbiorni-

ka wodnego

116 ha 150 ha 200 ha 92 ha 46 ha

Objto

zbiornika3,8x106m3

6,20x10

m34x106m3

brak

danych

0,74x10

m3

Dugo

zapory520 m 450 m 300 m 230 m

brak da-

nych

rednia

roczna pro-

dukcja

energii

6519 MWh6177

MWh4412 MWh 6370 MWh

5 500

MWh


16/60

16

3.2 Elektrownie wodne w trakcie realizacji

Regionalny Zarzd Gospodarki Wodnej w Poznaniu wg stanu z marca 2012 ro-

ku wskazuje dwie lokalizacje, ktre s w trakcie procesu inwestycyjnego: Jaz Byszki

oraz Tarnwka. W lutym 2012 roku zosta rwnie zoony wniosek o zgod na bu-

dow maej elektrowni wodnej we wsi Plecemin w obszarze NATURA 2000 - Pusz-

cza nad Gwd.

Jaz Byszki zosta wybudowany w pierwszej poowie XX wieku. Pitrzy wod

na wysoko 1,75m i znajduje si na 6 kilometrze Gwdy. Budowla nie nadaje si do

wykorzystywania na cele hydroenergetyki, dlatego jest poddawana remontowi. Sza-

cowana produkcja energii elektrycznej wedug inwestora wyniesie 3066 kWh.

Tarnowski Myn stanowi budowle hydrotechniczn pitrzc wod na 49 kilo-

metrze rzeki.

We wsi Plecemin planowana jest budowa maej elektrowni wodnej, w ktrej

rnica poziomw wody grnej i dolnej ma wynosi 3,21m. Lokalizacja znajduje si

na terenie Puszczy nad Gwd, ale jak twierdzi wykonawcaz wykonanych ekspertyz

wynika, e inwestycja nie bdzie oddziaywa na rodowisko (Wieczorek, 2012).

Proponowany stopie wodny ma znajdowa si na 40 kilometrze rzeki. Z posiadanej

dokumentacji wynika, e moc projektowanej elektrowni ma siga 457 kW.


17/60

17

4 Metody badai rda danych

W celu wybrania potencjalnych lokalizacji pod budow maych elektrowniwodnych wykorzystane zostaynarzdzia geoinformacyjne w oprogramowaniu Arc-

GIS firmy ESRI. Dane hydrologiczne zebrane zostay w spjnym modelu danych

ArcHydro w postaci relacyjnej bazy danych.

Przeprowadzone komputerowe analizy przestrzenne wykonano na danych po-

chodzcych z Mapy Podziau Hydrograficznego Polskiw skali 1:50 000 oraz pomia-

rw przepyww dobowych z Instytutu Meteorologii i Gospodarki Wodnej z lat 1951

2009 dla wodowskazw Ptusza i Pia oraz lat 1971 2009 dla wodowskazu GwdaWielka. Cyfrowy model wysokociowy powsta z mapy wektorowej poziomu dru-

giego (Vmap level 2) w skali 1:50 000. Wszystkie dane zostay sprowadzone do

wsplnego ukadu wsprzdnych PUWG 92.

Uzyskane wyniki zale w duej mierze od dokadnoci i wiarygodnoci posia-

danych danych przestrzennych, ktrewarto wzbogaci o informacj uzyskan pod-

czas wizji lokalnej rozpatrywanych miejsc. Bdy w pierwszych etapach analiz prze-

strzennych zawsze ulegaj zwikszeniu z kolejnymi wyliczeniami i przeksztacenia-

mi, dlatego zaleca si szczegln uwag podczas zbierania danych.

4.1 Przepyw

Pierwszy etap wyszukiwania lokalizacji pod budow MEW w niniejszej pracy

polega na wyznaczeniu rednich rocznych przepyww na dugoci caego cieku. Jest

to niezbdne do wyliczenia wielkoci produkowanej energii. W dalszej kolejnocinaley ustali, jaki procent przepywu najbliszego punktu wodowskazowego stano-

wi przepyw w proponowanych do budowy elektrowni wodnej niemonitorowanych

lokalizacjach.Na podstawie wiedzy o procentowym podobiestwie mona przeli-

czy wartoci z monitorowanego punktu wg procentowego podobiestwadla warto-

ci dobowych oraz wyznaczyhydrogramy i krzywe sum czasw trwania przepy-

ww.Pozwalaj onena etapie projektu wybra odpowiednie wyposaenie elektrowni


18/60

18

(np. rodzaj turbin, przeyk instalowany czy generator). Poniej przedstawiono przy-

kad przeliczania informacji o przepywie.

1.redni roczny przepyw w punkcie wodowskazowym A wynosi 10 m3/s.

2.redni roczny przepyw wyliczony w niemonitorowanym punkcie B

wynosi 9m3/s.

3.Przepyw w punkcie B wynosi 90% przepywu w punkcie A.

4.Znane wartoci dobowego przepywu dla punktu A zostaj przeliczone

wg zalenoci AB PP %90 ; PAPrzepyw dobowy w punkcie A, PB

Przepyw dobowy wpunkcie B.

4.1.1 Przygotowanie cyfrowego modelu terenu odwzorowujcego spyw

powierzchniowy

Utworzenie cyfrowego modelu terenu na potrzeby analiz geomorfologicznych i

hydrologicznych obszarw nizinnych wymaga precyzyjnych wysokorozdzielczych

danych posiadajcych atrybuty wysokoci bezwzgldnej oraz danych reprezentuj-cych hydroinofrmacj. Aby oddawa on precyzyjnie spyw powierzchniowy

uwzgldniajcy istniejce wody powierzchniowe, niezbdne jest wykorzystanie w

procesie jego tworzenia danych wektorowych reprezentujcych rzeki, jeziora, zlew-

nie czstkowe oraz dzia wodny gwnego cieku. Dane te dostpne s w Mapie Po-

dziau Hydrograficznego Polski, skd zostay zaczerpnite na potrzeby niniejszej

pracy.

Mapa wektorowa poziomu drugiego dysponuje danymi z atrybutem wysokocibezwzgldnej dla poziomic, punktw wysokociowych, oraz gbokoci rzeki. Way

oraz skarpy posiadaj wycznie atrybut wysokoci wzgldnej. Do stworzenia mode-

lu terenu, nadajcego si do rozpatrywania powierzchni i objtoci projektowanych

zbiornikw,way mog by reprezentowane przez wysoko wzgldn, zostajc do-

dane do modelu terenu jako wzniesienia za pomoc funkcji Build Walls (tum.

wybuduj ciany). Aby skarpy zostay oddane w modelu terenu jako nagy spadek

wysokocio zaomie grnym i dolnym, musz by reprezentowane w postaci dwch


19/60

19

linii wektorowych o podanych wysokociachbezwzgldnych.Niezbdne okazao si

rwnieuycieprzed stworzeniem rastrowego modelu wysokociowegow formacie

GRID, modelu wysokociowegow postaci wektorowej TIN, ktry umoliwia wyko-

rzystanie tzw. twardych linii (hardlines). Pozwoliy one stworzygwatowny spadek

wysokoci zamiast agodnych przej pomidzy liniami reprezentujcymi grny i

dolny zaom skarpy. W celu uzyskania poprawnego cyfrowego modelu terenu w po-

staci rastra (ktra to posta jest niezbdna do analiz projektowanych zbiornikw re-

tencyjnych) przeprowadzono nastpujc procedur:

1.

poniewa obszarem zainteresowania jest dolina rzeczna jako miejsce, w kt-

rym powstanie nowy zbiornik retencyjny, wybrano skarpy znajdujce si w

promieniu 600 metrw od Gwdy. Odlego t wybranoponiewa szeroko

dotychczasowych zbiornikw retencyjnych nie przekraczaa tej wartoci.

2.

Obiekty liniowe reprezentujce skarpy skopiowano na odlego 16 m bliej

rzeki, poniewa maj oddawa dolny zaom skarpy. Warto 16 m wybrano

jako wiksz od rozdzielczoci rastra kocowego (15m). W ten sposb na-

gy spadek terenu bdzie reprezentowany przez dwie wartoci lecych obok

siebie oczek rastra. Gdyby odlego, na ktr kopiowane s obiekty bya

mniejsza, wysoko bezwzgldna zostaaby uredniona dla jednego oczkarastra nie oddajc rzeczywistego spadku terenu.

3.Zaomom grnym (pierwotnym liniom reprezentujcym skarpy) oraz zao-

mom dolnym (liniom skopiowanym) nadano wartoci wysokoci bez-

wzgldnej na podstawie wartoci linii reprezentujcychpoziomice.

4. Stworzono cyfrowy model wysokociowyw postaci wektorowej TIN wyko-

rzystujc do niego dane wysokociowe wraz z nowo powstaymi skarpami,

informacj o lokalizacji jezior oraz rzeki. Poziomicom nadano typ (SF Typesurface type) softline (agodna interpolacja pomidzy liniami), skarpom

hardline, punktom gbokociowym masspoint, dziaowi wodnemu

hardclip (cyfrowy model terenu nie zostanie wygenerowany poza dzia

wodny), jeziorom softvaluefill (wypenienie poligonw reprezentujcych

jeziora jedn wartoci wysokoci), za rzekom - softline.


20/60

20

5.Efekt punktu czwartego poddano konwersji do formatu rastrowego. Utworzo-

ny model terenu wzbogacono o informacj dotyczc waw poprzez uycie

opcji Build walls.

W ten sposb przechodzc przez punkty 1-5 zosta utworzony model terenu

wykorzystany pniej podczas generowania zbiornikw retencyjnych przy

proponowanej elektrowni wodnej. Punkty 6-7 procedury zostay wykonane

na potrzeby interpolacji przepywu na caej dugoci Gwdy pomidzy wo-

dowskazami oraz ekstrapolacji wartoci od rda do pierwszego wodo-

wskazu, a take od ostatniego wodowskazu do ujcia rzeki.

6.Aby model terenu odzwierciedla prawidowo powierzchnie zlewni czstko-

wych uyto tego samego narzdzia, co w przypadku waw (Build walls),

dodajc granice zlewni czstkowych z wykorzystaniem danych wektoro-

wych reprezentujcych rzeki w opcji Breach Line(tum. linia wyomu).

Pozwolio to zachowa cigo sieci rzecznej, ktra nie zostanie przerwana

wyniesieniem reprezentujcym granic zlewni czstkowych.

7.

Na sam koniec wykorzystano narzdzie Fill sinks (tum. wypenij zag-

bienia), ktre wypeniopowstaepodczas generowania modelu terenu za-

gbieniabezodpywowe, wymuszajc w ten sposb, spyw wody na caym

obszarze zlewni.

Rnic pomidzy modelem terenu nie uwzgldniajcym skarp i tym z wykorzysta-

nymi skarpami przedstawiono naRyc. 1.

4.1.1 Interpolacja redniego rocznego przepywu

Istnieje kilka sposobw wyznaczania redniego rocznego przepywu w niemo-

nitorowanym punkcie, jednak wikszo wymaga, aby przeprowadzone zostay ba-

dania terenowe. Podejcie to nie pozwala na automatyczne wyliczenie charakterysty-

ki przepywu na wikszym odcinku rzeki. Matematyczn metod, ktr mona zasto-

sowa w systemach GIS, a ktra pozwala na automatyzacj obl icze, jest interpola-

cja liniowa waona powierzchni.

W pierwszym etapie sucym interpolacji stworzono z cyfrowego modelu tere-

nu map rastrow odzwierciedlajc kierunek spywu powierzchniowego (suy do


21/60

21

tego narzdzie Flow direction"tum. kierunek spywu). Aby oddawa lokaliza-

cje rzek zgodnie z rzeczywistoci poprawiono uzyskany obraz za pomoc narzdzia

Flow direction with streams (tum. kierunek spywu z uwzgldnieniem rzek).

Narzdzie to jest szczeglnie uyteczne na obszarach nizinnych, ktre charakteryzuj

si du powierzchni obszarw paskich, na ktrych wyznaczenie kierunku spywu

jest utrudnione. W wyniku jego dziaania oprcz mapy kierunku spywu powierzch-

niowego powstay rwnie nastpujce dane wektorowe: linie drenau (Drainage-

Line) przebiegajce przez rodek kadego oczka rastra, przez ktre przepywa rzeka

oraz punkty wzowe (HydroRiverPoints) znajdujce si porodku kadego oczka

rastra przez ktry przebiega linia drenau. Za pomoc opcji select by location

(tum. wybierz z uwzgldnieniem lokalizacji) wybrano te punkty, ktre znajduj

si w promieniu 30m od rzeki, na ktrej chcemy zlokalizowa ma elektrowni

wodn i zapisano je jako nowy plik elektrownie_temp. Dziki tej procedurze stwo-

rzono obiekty punktowe, ktre w dalszym etapie pracy bd reprezentowa rozwa-

ane lokalizacje elektrowni wodnych.

Na podstawie mapy kierunkw spywu powierzchniowego stworzono z wyko-

rzystaniem narzdzia Flow Accumulation (tum. akumulacja spywu) map

akumulacji spywu powierzchniowego. Generowana jest ona poprzez sumowanie zilu komrek woda spywa do kadej analizowanej komrki. Procedura ta jest zapre-

zentowana naRyc. 2.


22/60

22

Ryc. 1 Porwnanie cyfrowego modelu terenu powstaego bez uwzgldnieniaskarp z cyfrowym modelem terenu uwzgldniajcym skarpy.


23/60

23

Ryc. 2Procedura wyliczania Flow Accumulation rdo: ArcGIS Help

Punktom reprezentujcym rozpatrywane lokalizacje pod budow elektrowni

wodnych przypisano wartoci z rastra flow accumulation (fac) za pomoc narz-

dzia Extract value to points. Wefekcie zapisana zostaje w kadym punkcie wiel-

ko powierzchni, z jakiej spywa do niego woda, wyraonailoci oczek rastra, jakprzedstawiono na Ryc. 3Mapa spywu powierzchniowegoflow accumulation

fragmentu rzeki Gwda.


24/60

24

Ryc. 3Mapa spywu powierzchniowegoflow accumulationfragmentu rzeki

Gwda.

Aby wyznaczy wzr liniowej regresji potrzebny do interpolacji przepyww

niezbdne s informacje dotyczce jego wartoci w miejscach pomiarowych oraz z

jakiej powierzchni spywa do nich wodawarto uzyskana z rastra flow accumu-

lation.


25/60

25

Tabela 2 rednie roczne przepywy w monitorowanych punktach

Nazwa wodowskazu Powierzchnia spywu powierzch-

niowego

[ilo komrek]

redni roczny

przepyw [m3/s]

Gwda Wielka 471812 2,98

Ptusza 2219180 11,33

Pia 5075220 26,93

Ryc. 4Zlewnie czstkowe dla punktw wodowskazowych(opracowanie wa-

sne)

Z podanych w Tabeli 2 wartoci mona wyliczywzory liniowych regresji po-

midzy wodowskazami oraz wzory suce do ekstrapolacji przepywu powyej i

poniej miejsc monitorowanych. Poniej przedstawiono wzorydla podanych odcin-

kw rzeki:


26/60

26

Od rda Gwdy do punktu Gwda Wielka(Grny bieg rzeki):

x5796172053200.00000631 y

Od punktu Gwda Wielka do punktu Ptusza (rodkowy bieg rzeki 1):

84745450.72502303x8629393792480.00000478 y

Od punktu Ptusza do punktu Pia(rodkowy bieg rzeki 2):

66838660.77830961-x7903664717590.00000546 y

Od punktu Pia do ujcia Gwdy(Dolny bieg rzeki):x83049530701161800000.0 y

Odpowiednio dla HydroRiverPointsznajdujcych si w wybranych zlewniach

czstkowych (Ryc. 4)zostay zastosowane powysze wzory, aby zamieniwartoci

flow accumulationna realny przepyw w m3/s.

W celu pniejszego porwnania metod interpolacji wykonano na potrzeby ni-niejszej pracy mapakumulacji spywu powierzchniowego waonego powierzchni

(FAC) i nachyleniem terenu (FAC_slope). Dla punktw rdo oraz Ujciewy-

liczone wartoci przepywu uzyskano z ekstrapolacji liniowej. Wyniki zaprezento-

wano w tabeli 3 .

Tabela 3Porwnanie wynikw interpolacji liniowej redniego rocznego

przepywu na rzece Gwda

rdo Gwda Wielka Ptusza Pia Ujcie

FAC 134771 471812 2219180 5075220 5240700

Przepyw [m /s] 0.8517011 2.9816712 11.3392265 26.9342515 27.812456

FAC_slope 351335 1081130 3920770 8972210 9330380

Przepyw [m3/s] 0.9689542 2.9816712 11.3392265 26.9342515 28.009465


27/60

27

4.2 Spadek rzeki

Wielko produkcjienergii elektrycznej zaley w duej mierze od uzyskanego

spadu uytecznego, czyli wysokoci pomidzy zwierciadem grnej wody, a zwier-

ciadem dolnej wody. Na terenach nizinnych postawienie wysokiej zapory, czyli

uzyskanie wysokiego spadu, oznacza czsto stworzenie zbiornika wodnego o duej

powierzchni, co wie si z wikszym oddziaywaniem inwestycji na rodowisko.

Aby zminimalizowa powierzchni zbiornika naley przeanalizowa uksztatowanie

terenu pod ktem naturalnych spadkw. W tym celu na potrzeby niniejszej pracy po-

suono si modelem terenu stworzonym wczeniejdo interpolacji przepyww, bez

zaznaczonych granic zlewni czstkowych.

W pierwszym etapie podzielono lini drenau utworzon w wyniku dziaania

narzdzia Flow direction with streamsna odcinki czce dwa oczka rastra. Uyto

do tego nastpujc procedur:

1.uywajc narzdzia Select by location wybrano odcinki DrainageLine,

ktre przecinaj (ang. intersect) rzek Gwda (warstwa uzyskana z Ma-

py Podziau Hydrograficznego Polski).

2.

Zaznaczone obiekty wyeksportowano do nowego pliku poprzez ExportData. W niniejszej pracy plik wynikowy zapisano pod nazw Slo-

pe_line_Temp.

3.Poddajc warstw Slope_line_Temp edycji scalono wszystkie znajdu-

jce si w niej obiekty (opcja Merge).

4.Za pomoc narzdzia Split line at vertices(tum.podziel lini w punk-

tach wzowychpodzielono lini na odcinki czce dwa kolejne oczka

rastra.Dla powstaej warstwy wektorowej uyto narzdzia River Slope(tum.spa-

dek rzeki), zapisujcego w tabeli atrybutw m.in. wysoko nad poziomem morza

odcinka w gr strumienia(ElevUp)i w d strumienia (ElevDS). Na potrzeby

tej pracy dodano w tabeli pole spadek, w ktrymdla kadego rekordu wyliczono

rnic wysokoci pomidzy ElevUp, a ElevDS. Poprzez wizualizacj spadkw

terenu w postaci kategorii o rnych wysokociach mona wstpnie okreli wiel-

ko cofki, jaka powstanie po wybudowaniu zapory.


28/60

28

4.3 Obliczanie produkcji energii elektrycznej

Produkcja energii elektrycznej z hydroenergetyki uwarunkowana jest mocno

przepywem oraz rnic poziomw wody pomidzy zwierciadem wody grnej

(zbiornika retencyjnego), a zwierciadem wody dolnej (poniej pitrzenia). Precyzyj-

ne okrelenie energii oddawanej do sieci energetycznej nie jest moliwe na bazie

tych dwch czynnikw ze wzgldu na zrnicowan sprawno urzdze generuj-

cych energi elektryczn. Wspczynnik ukadu generujcego prd, na ktr skada

si sprawno turbiny, generatora, przekadni oraz transformatora szacuje si

pomidzy 70%a 90% (Steller J., 2010). Dla celw projektowych stosuje si nastpu-

jcy wzr do oszacowania produkcji energii elektrycznej (Steller J., 2010)

][876081,9 kWhshE

E- produkcja energii Elektrycznej

h - spad netto

s -przepyw rednioroczny

- oglna wydajno elektrowni wodnej

Na podstawie wartoci wyliczonych dla elektrowni o znanej produkcji energii,

okrelono redni ogln wydajno elektrowni na poziomie 75,4%. Ryc. 5Bd!

Nie mona odnale rda odwoania.prezentuje wartoci produkcji energii elek-

trycznej podane przez Elektrownie Wodne sp. z o.o. wraz z wyliczonymi na podsta-

wie podanego wczeniej wzoru wartoci.


29/60

29

Ryc. 5Porwnanie wartoci podawanej produkcji energii elektrycznej z wyli-

czon na podstawie interpolowanych przepyww.

Maksymalna warto wyliczona zostaa dla elektrowni Dobrzyca. Produkcja

energii elektrycznej zostaa przeszacowana dla niej o 785 kWh, czyli o 12,32 %.

Najbardziej niedoszacowan warto uzyskano dla MEW Jastrowie, wyliczajc war-

to o 1072 kWh, czyli 17,36% mniejsz ni jest podawana.Wyliczenia energii elektrycznej na podstawie spywu powierzchniowego wao-

nego nachyleniem terenu dao wyniki gorsze ni bez jego uwzgldniania. Maksy-

malne niedoszacowanie wynioso 1158kWh, natomiast maksymalne przeszacowa-

nie - 1232kWh, co odpowiednio wynosio 19,34% i18,75% dla elektrowni Dobrzyca

i Jastrowie. Z tego wzgldu do okrelania produkcji energii elektrycznej w propono-

wanych lokalizacjach pod budow maych elektrowni wodnych uyto danych

z interpolacji liniowej waonej wycznie powierzchni.


30/60

30

4.4 Lokalizacja doliny Gwdy

Najbardziej efektywne elektrownie wodne wystpuj przy budowlach pitrz-

cych wod. Postawienie zapory na rzece skutkuje powstaniem zbiornika retencyjne-

go, ktry w sposb znaczcy oddziauje na rodowisko, jednoczenie jednak zwik-

szajc produkcj energii elektrycznej oraz zabezpieczajc elektrowni przed gwa-

townymi zmianami w dostawie energii do sieci energetycznej.

Aby zminimalizowa koszty inwestycyjne wynikajce z budowy zapory, naley

postawi pitrzenie w miejscu, ktre jest jednoczenie wskie i wysokie. Innymi

sowy naley zlokalizowa dolin rzeki.W tym celu zastosowano klasyfikacj form

terenu Weissa (2001), ktra na podstawie indeksu pozycji topograficznej (TPI)

umoliwia wyznaczenie doliny rzecznej na cyfrowym modelu wysokociowym.

Klasyfikacja form terenu Weisseawykorzystuje do oblicze porwnanie rnic

wysokocipomidzy wysokocikomrki analizowanej i redniwartoci komrek

z ssiadujcego obszaru. Obliczenia wykonywane s w dwch ssiedztwach mniej-

szym i wikszym.

W niniejszej pracy zastosowano podczas klasyfikacji form terenu wartoci em-

piryczne dla terenu nizinnego zaczerpnite z pracy E. Stefaskiej (informacja ustna).

Dla mniejszego ssiedztwa wykorzystano kwadrat o boku 3 komrek rastra, nato-

miast dla wikszego ssiedztwa wykorzystano kwadrat o boku 63 komrek rastra. W

efekcie uzyskano obraz reprezentujcy nastpujce formy uksztatowania terenu:

1.kanion lub gboko wcity strumie,

2.pytkie doliny,

3.tereny rdliskowe,

4.

u-ksztatne doliny,

5.rwniny,

6.

otwarte stoki,

7.grna cz stoku lub paskowy,

8.

lokalne grzbiety lub wzgrza w dolinach,

9.grzbiety o rednim nachyleniu terenu lub wzgrza na rwninach,

10.szczyty gr.


31/60

31

W celu zawenia obszaru zainteresowania i jednoczenie uzyskania infor-

macji o wikszej precyzji, dla obszaru doliny rzeki Gwdy (wybrany teren Kanion

lub gboko wcity strumie, Pytkie doliny, U-ksztatne doliny przecinajce

rzek Gwd) wygenerowano model terenu o dwukrotnie wikszej rozdzielczoci po-

ziomej (15 metrw) oraz wyliczono ponownie map klasyfikacji form terenu za po-

moc klasyfikacji Weissa dla wybranego obszaru. Efekt klasyfikacji zosta zapre-

zentowany na Ryc. 6.Klasyfikacja form terenu dla cyfrowych modeli terenu o

rozdzielczoci 30 i 15 m

W wyniku zastosowania narzdzia klasyfikacji form terenu Weissa uzyskano

w pracy nie tylko informacj na temat lokalizacji doliny rzecznej, ale rwnie na te-

mat lokalizacji teras rzecznych. Wiedza ta umoliwia bardziej precyzyjny dobr wy-

sokoci zapory ze wiadomoci, jak dug zapor naley postawi oraz jak duy ob-

szar zostanie zalany.


32/60

32

Ryc. 6Klasyfikacja form terenu dla cyfrowych modeli terenu o rozdzielczoci

30 i 15 m

4.5 Ocena oddziaywania zbiornika retencyjnego

Jednym z wanych elementw procesu podejmowania decyzji na temat lokal i-

zacji elektrowni wodnych, jest ocena ich wpywu na rodowisko przyrodnicze. Mae

Elektrownie Wodne oddziauj na otoczenie gwnie poprzez zbiornik retencyjny.

Postawienie zapory na rzece powoduje spitrzenie wody przed ni, a tym samym za-

lanie okolicznych terenw oraz moliwe podtopienia terenw rolniczych poprzez


33/60

33

podwyszenie poziomu wd gruntowych.Zbiornik retencyjny peni rwnie wane

pozytywne funkcje, m.in. magazynujc nadmiar wody, chroni miasta i wsie przed

powodzi.

Z tych powodw naley precyzyjnie okreli, jak duy powierzchniowo i obj-

tociowo zbiornik powstanie. Wizualizacja projektowanego zbiornika pozwala rw-

nie okreli, jakie tereny ulegn zalaniu i podj odpowiednie dziaania w celu m i-

nimalizacji szkd.Wykorzystujc informacj z istniejcych map obszarw zagroo-

nych podtopieniami stworzonych przez Pastwowy Instytut Geologiczny mona

szybko okreli, czy poniej projektowanego zbiornika wodnego istnieje realne za-

groenie powodziowe, ktremu mona przeciwdziaa.

4.5.1 Symulacja obszarwzalanych przez postawienie zapory wodnej

Narzdzia GIS pozwalaj niemal dowolnieprzeksztaca cyfrowy model terenu.

Narzdzie Build walls pozwala wywyszy model terenu o zadan przez uytkow-

nika wysoko w wybranych miejscach. Uywajc do tego danych wektorowych re-

prezentujcych zapormonaprzegrodzirzekwywyszajcobiekt liniowy znajdu-

jcy siw poprzek rzeki.

W celu stworzenia wyej wymienionej zapory stworzono nowy plik wektorowy

przechowujcy dane liniowe w ukadzie wsprzdnych PUWG 92. Nastpnie po-

przez wektoryzacj stworzono obiekt, reprezentujcyzapor na rzece. Nacyfrowym

modelu terenu uyto narzdzia Build walls wpolu internal walls wybierajc

stworzon zapor, natomiast w polu height podajc wysoko projektowanej zapo-

ry. W wyniku tego dziaania powsta cyfrowy model terenu z rzek przegrodzon

zapor.

W kolejnym etapie uyto narzdzia Fill sinks, wypeniajcego zagbienia

bezodpywowe. Poniewapierwszy cyfrowy model terenu przed postawieniem zapo-

ry nie posiada zagbie bezodpywowych, jedynym obszarem, ktry zostawype-

niony jest obszar zapitrzeniem przegradzajcym rzek. Odejmujc raster pierwsze-

go modelu terenu od drugiego powstaobraz rastrowy reprezentujcy projektowany

zbiornik wodny wraz z informacj na temat jego gbokoci w kadej komrce ra-

stra.


34/60

34

Obraz wynikowy poddano reklasyfikacji do postaci binarnej ustawiajc jako

warto 1 wszystkie wartoci powyej 0, za wartoci 0 nadajc warto NoData.

Nastpnie dokonano konwersji binarnego pliku rastrowego do formatu wektorowego

poligonalnego. Procedur przedstawiono na Bd! Nie mona odnale rda

odwoania. . W wyniku jej dziaania powsta obiekt reprezentujcy powierzchni

projektowanego zbiornika wodnego (przykad naRyc. 8).


35/60

35

Ryc. 7Procedura generowania zbiornikw wodnych za zapor.


36/60

36

Ryc. 8Porwnanie rzeczywistego zbiornika wodnego z wygenerowanym na

podstawie cyfrowego modelu terenu.


37/60

37

5 Obszar bada

Obszarem bada niniejszej pracy jest dolina Gwdy. Rzeka ta jest prawobrze-

nym dopywem Noteci i posiada najwiksze dorzecze ze wszystkich rzek Pojezierza

Poudniowopomorskiego (4 942,8 km2). Na obszarze dorzecza Gwdy znajduje si

przeszo 2200 jezior o cznej powierzchni 123,6 km2oraz 1567 km rzek.

Gwda ma rda na wysokoci 157 m n.p.m w potoku Bielska Struga nieopodal

wsi Biaa, uchodzi natomiast na wysokoci 48 m n.p.m. Jej czn dugo wynosi

147 km.

Jak wynika z danych z lat 1950 2009 (IMGW) rzeka ta ma nastpujce stany

charakterystyczne (w punkcie wodowskazowym Pia, do ktrego spywaj wody z

powierzchni 4608 km2):

przepyw najwyszy: 111 m3/s (warto z 11 czerwca 1970 roku)

przepyw redni: 26,934m3/s

przepyw najniszy: 9,72 m3/s (warto z 15 listopada 1982 roku)

przepyw nienaruszalny: 6,684 m3/s

Potencja energetyczny rzeki szacowany jest na 43 GWh/rok (Malicka, 2009).

Obecnie znajduje si przy rzece 10 elektrowni wodnych o cznej produkcji ok. 30

GWh/rok. Kolejne dwie elektrownie wodne s w trakcie procesu inwestycyjnego, a

trzecia czeka na decyzj administracji na rozpoczcie budowy.

W grnym biegu rzeka pynie w gbokiej dolinie sandrowej poronitej borem

sosnowym. Nastpnie przepywa przez pi jezior zaporowych powstaych przy ja-

zach lewarowych sucych spitrzeniu wody dla elektrowni wodnych. Ostatnim

etapem rzeki jest tzw. przeom Gwdy, z szybkim nurtem oraz licznymi bystrzami.

Obszar bada zosta wybrany ze wzgldu na dug, dobrze udokumentowan hi-stori elektrowni wodnych, wyjtkowo intensywne wykorzystanie rzeki na cele hy-

droenergetyczne oraz niewykorzystywany potencja energetyczny rwny ok. 13

GWh/rok. Dziki tym cechom moliwe byo rozpoznanie charakterystyk istniejcych

maych elektrowni wodnych oraz wskazanie lokalizacji podobnych inwestycji w nie-

zagospodarowanym obszarze rzeki.


38/60

38

5.1 Obszary chronione

Na terenie Dorzecza Gwdy znajduje si cznie 25 obszarw NATURA2000,

jeden park krajobrazowy, jedna strefa chronionego krajobrazu i 24 rezerwaty przyro-

dy. Spord wymienionych, fragmenty rzeki Gwdaprzecinaj rezerwatprzyrody Do-

lina Gwdy, stref chronionego krajobrazu Pojezierza Waeckiego i Doliny Gwdy

oraz 3 obszary NATURA 2000: Puszcz nad Gwd, Ostoi Pilskiej oraz Jeziora

Szczecineckie.

Jeziora Szczecineckie znajduj si wrdliskowej czci rzeki, ktra nie nadaje

si pod lokalizacj elektrowni wodnychze wzgldu na redni przepyw roczny poni-

ejwartoci przepywu nienaruszalnego. Puszcza nad Gwd posiada status obszaru

wyznaczonego, natomiast Ostoja Pilskaobszaru proponowanego. Jako gwne za-

groenia dla nich podaje sim.in. melioracj obszaru, zanieczyszczenia i eutrofizacj

wd, rozwj infrastruktury oraz rozbudow sieci elektrowni wodnych (Instytut na

rzecz Ekorozwoju, 2011).

Rezerwat przyrody Dolina Gwdy zosta utworzony w 1998 roku i zajmuje

powierzchni 428 ha. Obejmuje obszar rzeki oraz przylegajce do niej tereny leno-

bagienne. Zosta utworzony by chroni rolinno wodno-leno-bagienn oraz

zniszczon infrastruktur urzdze energetycznych regulujcych gospodark wodn

w dolinie rzeki.

Obszar chronionego krajobrazu Pojezierza Waeckiego i Doliny Gwdy zosta

utworzony w 1998 roku obejmujc powierzchni 35535 ha. Na jego terenie nie ma

prawnego zakazu budowania elektrowni wodnych.


39/60

39

6 Procedura wyszukiwania lokalizacji pod budowmaych elektrow-

ni wodnych

Hydroenergetyka uwaana jest za jeden z najbardziej przyjaznych rodowisku

sposobw pozyskiwania energii elektrycznej (Wara K., 2010). Nie wie si ze spa-

laniem, w zwizku z czym nie powoduje emisji szkodliwych substancji. Mimo to

kada elektrownia wodna jest ingerencj w rodowisko m.in. z powodu budowy

obiektu hydrotechnicznego oraz zmian ekologii wd. Przegrodzenie rzekiwpywa

znaczco na zmiany fizyko-chemiczne wd oraz faun i flor zasiedlajc ten eko-

system.Do zalecanych przez Regionalny Zarzd Gospodarki Wodnej w Krakowieloka-

lizacji nale miejsca(RZGW, 2010):

na rzekach o duychspadkach podunych i wysokich wartociach przepy-

ww,

na odcinkach rzek o moliwie trwaych, zwartych korytach w nurcie pooo-

nym w osi koryta, co jest korzystne ze wzgldu na transport rumowiska i m i-

nimalizuje wpyw inwestycji na istniejc struktur morfologiczn koryta

oraz na erozj w strefie brzegowej,

w strefie meandru rzecznegona wklsych ukach ze wzgldu na dobry na-

pyw wody do elektrowni,

na obszarach sabo zagospodarowanych,

na obszarach o przecitnej wartoci przyrodniczej,

w kaskadzie z istniejcymi elektrowniami wodnymi.

W celu wyszukania lokalizacji pod budow elektrowni wodnych naley podj

decyzj, ktreograniczenia i czynniki, majce znaczcy wpyw na wstpne okrele-

nie potencjalnych miejsc, naley wybra i uwzgldni w procesie decyzyjnym.


40/60

40

6.1 Eliminacja miejsc nienadajcychsi do budowy elektrowni wod-

nych (ograniczenia dla lokalizacji maych elektrowni wodnych)

Przepisy polskiego prawa stanowi, e dowolne korzystanie z wd nie moe na-

ruszy ustalonej wartoci przepywu nienaruszalnego. Dla rzeki Gwda warto ta

wynosi 6.684 m3/s. W praktyce oznacza to, e elektrownie wodne nie mog powsta

na Gwdzie a do ujcia rzeki Czernica, gdzie dopiero redni roczny przepywprze-

kracza warto przepywu nienaruszalnego. Z tego wzgldu wyeliminowano wszyst-

kie lokalizacjepowyej tego miejsca.Wyeliminowano rwnie miejsca, ktre znajduj si na obszarach istniejcych

zbiornikw wodnych przy dziaajcych elektrowniach wodnych. Postawienie nowej

zapory w takim miejscu ingeruje w efektywno istniejcych obiektw hydroenerge-

tyki.

Poniewa jako szczeglne zagroenie dla obszarw NATURA 2000 na bada-

nym terenie uznano eutrofizacj rzeki oraz rozwj hydroenergetyki, zostay one po-

traktowane jako obszary nienadajce si pod lokalizacj nowych budowli pitrz-cych wod.

Zbiorniki wodne nie mog powstawa na terenie istniejcych miast i wsi ze

wzgldw bezpieczestwa. Gwda przepywa przez nastpujce miejscowoci: Pyt-

nic, Tarnwk, Pi oraz Ujcie. Tereny zabudowane zostay uznane za nie nadajce

si do zlokalizowania nowych elektrowni wodnych.

6.2 Wyznaczenie lokalizacji nadajcych si do budowy zapory wodnej

Po usuniciu wspomnianych w rozdziale 6.1 obszarw z analizy lokalizacyjnej

pozostay 2 regiony dostatecznie due, by nadaway si pod budow maych elek-

trowni wodnych. Pierwszy z nich obejmuje rzek na dugoci ok. 6 km. Rnica wy-

sokoci na profilu podunym wynosi 4,20 m. Drugi natomiast rozciga si na dugo-

ci ok. 11,5 km, na ktrej rnica wysokociwynosi 5,5m.

Proponowane obszary lokalizacji przedstawiono naRyc. 9 iRyc. 10.


41/60

41

Ryc. 9 Pierwszy obszar moliwej lokalizacji maej elektrowni wodnej.

Ryc. 10 Drugi obszar moliwej lokalizacji maej elektrowni wodnej.

Propozycja postawienia zapory na rzece wynika ze wczeniej utworzonej klasy-

fikacji form terenw metod Weissa. Wyszukano najwsze miejsca w dolinie Gw-


42/60

42

dy oraz na podstawie ich przekrojw i rnicy wysokocipomidzy zapor i kocem

zbiornika retencyjnego okrelono dugo i wysoko pitrzenia.Propozycje lokali-

zacji przedstawiono naRyc. 11 iRyc. 12

Ryc. 11 Propozycja lokalizacji zapory wodnej w pierwszym wybranym obsza-

rze.


43/60

43

Ryc. 12 Propozycja lokalizacji zapory wodnej w drugim wybranym obszarze.


44/60

44

7 Wykorzystanie narzdzi GIS do oceny wybranej lokalizacji maych

elektrowni wodnych

Jak wykazano wczeniej narzdzia GIS pozwalaj oceni wybrane lokalizacj

pod ktem ich efektywnoci oraz oddziaywania na rodowisko. Rzeka Gwda jest

obecnie jedn z bardziej wykorzystywanych na cele energetyczne rzek, dlatego udao

si, w wyniku eliminacji miejsc niesprzyjajcych inwestycji hydroenergetyce, wska-

za tylko dwa obszary, w ktrych postawienie elektrowni jest jeszcze potencjalnie

moliwe.

Aby wspomc proces decyzyjny dotyczcy usytuowania w tych miejscachMEW okrelono przepywy charakterystyczne w przekroju proponowanej zapory

wodnej, scharakteryzowano pitrzenie oraz produkcj energii elektrycznej, jak rw-

nie okrelono zasig oddziaywania zbiornika retencyjnego.

7.1 Charakterystyka przepyww

Z punktu widzenia lokalizacji maej elektrowni wodnej, okrelenie charaktery-

stycznych stanw wody dla rozwaanego miejsca ma kluczowe znaczenie. Zaley od

nich opacalno ekonomiczna wpierwszej kolejnoci, a nastpnie rwnie technicz-

ne wyposaenie inwestycji.

Pierwsza lokalizacja pod budow maej elektrowni wodnej znajduje si na 84

kilometrze rzeki. Wyliczony przepyw w tym miejscu wynosi 10,28 m3/s. Najbliszy

wodowskaz znajduje si w miejscowoci Ptuszawskazujcredni roczny przepyw

na poziomie 11,33 m3/s. Z tego powodu na potrzeby wyznaczenia charakterystycz-

nychprzepyww posuono si porwnaniem procentowym z wartociami uzyska-

nymi empirycznie w miejscu tego waniewodowskazu. Wartoci w proponowanym

miejscu stanowi 90,66% wartoci przepywu monitorowanego w Ptuszy.

Druga lokalizacja znajduje si na 8 kilometrze rzeki. W tym miejscu wyliczony

redni roczny przepyw wynosi 27,70 m3/s, co w porwnaniu z najbliszym wodo-

wskazem w Pile (26,93m3/s) stanowi 102,9% monitorowanego przepywu.


45/60

45

W wyniku przeliczenia pomiarw z lat 19512009 powsta zbir danych doty-

czcych analizowanej lokalizacji.

7.1.1 Przepywy charakterystyczne

Z punktu widzenia potrzeb hydrotechniki najczciej operuje si nastpujcymi

przepywami charakterystycznymi z wielolecia:

przepywem najwyszym z najwyszych obserwowanych (WWQ), traktowa-

nym jako maksymalny przepyw w okresie monitorowania,

przepywem rednim z najwyszych (SWQ), bdcym redni arytmetycznnajwyszych rocznych wartoci z wielolecia,

przepywem rednim ze rednich (SSQ), wyliczanym na podstawie redniej

arytmetycznej ze rednich rocznych wartoci przepyww,

rednim z najniszych (SNQ), czyli redni arytmetyczn najniszych rocz-

nych przepyww z wielolecia,

najniszym z najniszych(NNQ), bdcymnajnisz wartoci przepywu z

wielolecia,

ekstremalnym o okrelonym procencie prawdopodobiestwa pojawienia si ,

nienaruszalnym (Qn), czyli minimalnym przepywie wody, ktry nie moe

zosta zmniejszony w skutek dziaalnoci gospodarczej. Ma on zapewnia

ochron rodowiska przyrodniczego, oczekiwania spoeczne zwizan z eks-

ploatacj wd (uywaniem powszechnym wd) oraz yciem biologicznym

rzek. Dla Gwdy zosta on wyznaczony na poziomie 6,684m3/s, natomiast dla

potrzeb projektowych w rzekach o niewyznaczonej wartoci, przyjmuje si

w obliczeniach wzr: SNQKQn , za wspczynnik K przyjmujc warto

midzy 0,5-1,5, nisz warto biorc do oblicze w przypadku duych rzek

nizinnych, wysz - grskich.

O okrelonym czasie trwaniawyliczanym na podstawie krzywych sum czasu

trwania przepyww.


46/60

46

Dla analizowanych miejsc przepywy charakterystyczneprzedstawiono wTabe-

la 4.Wspczynnik K wyliczono na podstawie wzoru: SNQQnK / . Gdyby przy

wyznaczaniu przepywu nienaruszalnego zgodnie ze wzorem projektowym przyj

dla Gwdy wspczynnik K = 1.2, przepyw nienaruszalny wynosiby w punkcie loka-

lizacji pierwszej elektrowni: 5,63 m3/s, a w drugim punkcie: 17,37m3/s.

Tabela 4Przepywy charakterystyczne dla wybranych lokalizacji pod budow

MEW

MEW 1 MEW 2

SSQ 10.28 27.70

WWQ 45.33 114.21

SWQ 23.44 56.15

NNQ 2.69 10

SNQ 4.51 13.9

Qn 6.684 6.684

K 1.48204 0.480863


47/60

47

7.1.2 Hydrogramy

Istniej dwa powszechnie uywane sposoby dotyczce prezentacji wielkoci

przepyww, ktre s wykorzystywane w hydroenergetyce. Pierwszym z nich s hy-

drogramy. Polegaj one na przedstawieniu na wykresie danych pomiarowych w po-

rzdku chronologicznym. System taki pozwala zaplanowa prac elektrowni, aby

optymalnie wykorzystywa energi gromadzonej wody w okresie nadwyki i niedo-

boru wody.

Dla obu punktw proponowanych elektrowni wodnych przedstawiono hydro-gramy z dwch lat, w ktrych wystpi przepyw maksymalny i minimalny z okresu

19512009 r. Dla MEW 1 byy to lata 1959 (NNQ) i 1970 (WWQ), za dla MEW2:

1984 (NNQ) oraz 1970 (WWQ).Ryc. 13 iRyc. 14prezentuj zmienno chronolo-

giczn natenia przepyww.

Ryc. 13Natenie przepywu wproponowanym miejscu postawienia pierwszej elek-

trowni wodnej


48/60

48

Ryc. 14Natenie przepywu w proponowanym miejscu postawienia drugiej elek-

trowni wodnej


49/60

49

7.1.3 Krzywe sum czasu trwania przepyww

Drugim sposobem prezentacji natenia przepywu jest tzw. krzywa sum czasu

trwania przepyww. Suy ona do okrelenia, przez jak dugi wzgldny czas w roku

bdzie mona odnotowa przepyw powyej okrelonej wartoci. Wiedza ta pozwala

dobra odpowiednio wyposaenie elektrowni wodnej.

Krzywe sum czasu trwania przepyww wykrela si podobnie do hydrogra-

mw, wczeniej jednak porzdkujc je wg wielkoci przepywu.NaRyc. 15 iRyc.

16 przedstawiono opracowane wykresy dla proponowanych lokalizacji.

Ryc. 15Krzywe sum czasu trwania przepyww dla pierwszej propozycji lo-

kalizacji elektrowni wodnej z lat 1959,1970


50/60

50

Ryc. 16Krzywe sum czasu trwania przepyww dla drugiejpropozycji lokali-

zacji elektrowni wodnej z lat 1984 i 1970

7.2 Charakterystyka pitrze

Wybr miejsca do wybudowania pitrzenia wody podyktowany jest dwoma

czynnikami. Po pierwsze dugoci pitrzenia, a po drugiejego wysokoci. Im wy-

sza zapora, tym wiksza rnicapomidzy poziomem wody grnej oraz dolnej, a w

konsekwencji wiksza moc elektrowni i produkcja energii elektrycznej.

Na podstawie klasyfikacji form terenu metod Weissa okrelono najwsze

miejsca w dolinie rzecznej. Przekrj poprzeczny w wybranych lokalizacjach prezen-

tujRyc. 17 iRyc. 18.Dla obu lokalizacji zaproponowano wybudowanie zapory w

miejscach wskich i wysokich znajdujcych si wdolnym biegu rzeki analizowane-go obszaru, aby powstay zbiornik by jak najduszy.

W miejscu wyznaczonym pod wybudowanie pierwszej elektrowni wodnej po-

stawiono pitrzenie o wysokoci 4,2m i dugoci 158m.Dla drugiej elektrowni wod-

nej postawiono zapor wysok na3,5 m i dug na 110 m.


51/60

51

Przekrj poprzeczny

rdo: Opracowanie wasne

250200150100500

113

112

111

110

109

108

107

106

105

Ryc. 17Przekrj poprzeczny w miejscu postawienia zapory dla MEW1

Przekrj poprzeczny

rdo: opracowanie wasne

100806040200

53

52.5

52

51.5

51

50.5

50

Ryc. 18Przekrj poprzeczny w miejscu postawienia zapory dla MEW2

7.3 Szacowanie produkcji energii elektrycznej

Pierwsza lokalizacja maej elektrowni wodnej znajduje si w miejscu, gdzie

redni roczny przepyw wynosi 10,28 m3/s. Przy spitrzeniu wody na wysoko 4,2m

roczna produkcja energii elektrycznej wynosi bdzie2,8GWh +/- 0,5GWh. Druga

elektrownia wodna produkowa bdzie energi elektryczn przy spadzie 3,5 m i

przepywie 27,70m3/s. Wedug wylicze, uwzgldniajcych tak jak w przypadku

pierwszej MEW 75,4% wydajno urzdze hydrotechnicznych, produkowa ona

bdzie 6,3GWh +/- 1,1GWh.

Aby wykorzysta wyprodukowanenergi elektryczn, monapodczy elek-

trowni wodn do gospodarstwa domowego, albo do sieci krajowej. W tym drugim

przypadku wymagane jest podczenie do Gwnego Punktu Zasilajcego (GPZ).


52/60

52

Pierwsza lokalizacja znajduje si w odlegoci ok. 5 kilometrw od najbliszego

GPZ, natomiast druga zaledwie 1,5 kilometra; wynika to z bliskiej odlegoci do du-

ego miasta jakim jest Pia.

7.4 Ocena oddziaywania zbiornika na rodowisko

Mae elektrownie wodne wg ustawy z 3 padziernika 2008r. o udostpnianiu in-

formacji o rodowisku i jego ochronie, udziale spoeczestwa w ochronie rodowiska

oraz o ocenach oddziaywania na rodowisko nale do obiektw, ktre mog poten-

cjalnie oddziaywa na rodowisko. Ich wpyw dotyczy m.in. zmian fizykochemicz-nych waciwociwd, w tym ich eutrofizacji, zmian gatunkowych fauny rzecznej

oraz zmian stosunkw wodnych w obrbie zbiornika i jego najbliszegootoczenia.

Im mniejszy zbiornik retencyjny, tym mniejsze jego oddziaywanie na otocze-

nie. Z drugiej strony im wiksza jego objto, tym lepiej zabezpiecza on lece po-

niej pitrzenia miasta przed powodzi oraz zapewnia mae wahania w produkcji

energii elektrycznej. Z tych powodw w niniejszej pracy ograniczono si do analizy

tych dwch charakterystyk proponowanych zbiornikw powierzchni i objtoci.

7.4.1 Zasig oddziaywania proponowanych zbiornikwwodnych

Zbiorniki utworzone w wyniku komputerowej analizy zajmuj odpowiednio

45,8 ha (w pierwszym obszarze) i 104 ha (w drugim obszarze). Oba znajduj si na

obszarach lenych i rolniczych, ale w pierwszym przypadku wicej wody pokryje

tereny lene, natomiast w drugimtereny rolnicze, co prezentujRyc. 19 iRyc. 20.

Druga propozycja zbiornika wodnego znajduje si w bliskiej odlegoci od miej-

scowoci Pia(200 m od najbliszych terenw zabudowanych) i Leszkw (70 m od

najbliszych terenw zabudowanych) mogc powodowa podniesienie poziomu wd

gruntowych na terenach zabudowanych i zwikszenie ryzyka powodziowego. Ponad-

to swym zasigiem obejmuje rwnie dwa mosty na rzece Gwda.


53/60

53

Ryc. 19Zasig oddziaywania proponowanego zbiornika 1.

Ryc. 20Zasig oddziaywania proponowanego zbiornika 2.


54/60

54

7.4.2 Pojemno projektowanego zbiornika

Projektowane zbiorniki wodne s wstaniepomieci 6,5*105 m3/s (pierwsza lo-

kalizacja) i 13*105 m3/s (druga lokalizacja) wody. Oznacza to, e przy rednim rocz-

nym przepywie (po odjciu przepywu nienaruszalnego) na zapenienie ich potrzeba

odpowiednio 52 godzin (~2 dni) dla mniejszego i 155 godzin (~6,5 dnia) dla wik-

szego nieprzerwanego dopywu wody.

Dua objto zbiornikw zwiksza bezpieczestwo przeciwpowodziowe.

Pierwszy obszar znajduje si wg map utworzonych przez Pastwowy Instytut Geolo-giczny poza stref zagroon podtopieniami, natomiast drugi cakowicie zawiera si

w niej. Ryzyko zwizane z powodzi nie wynika jednak z fali na rzece Gwda, lecz z

nadmiaru wody pyncej Noteci. Istnieje realna moliwo podniesienia si pozio-

mu wody a do miejscowoci Dobrzyca. Rnica wysokoci od tej miejscowoci do

ujcia Gwdy wynosi 10m. Sytuacja zostaa przedstawiona naRyc. 21.

Ryc. 21 Strefa zagroenia powodziowego w rejonie Piy. r-

do:www.geoportal.gov.pl


55/60

55

8 Podsumowanie

W wyniku intensywnego eksploatowania nieodnawialnych rde energii istnieje

silna potrzeba korzystania z odnawialnych rdeenergii, takich jak mae elektrow-

nie wodne. Nie naley jednak zapomina, e pojcie odnawialne nie jest rwno-

znaczne z ekologiczne. Rwnoczenie trzeba pamita, e lokalizacja miejsc do

budowy elektrowni wodnych nie moe by podyktowana wycznie czynnikami

przyrodniczymi.

Wadza administracyjna zezwala na budow pitrze tylko w przypadkach, gdy

decyzja ta jest podyktowana wzgldami bezpieczestwa lub spoecznymi, w zwizku

z czym warto wykorzystywa narzdzia GIS do przekonywania urzdwadministra-

cji publicznej, o znaczeniu pitrzenia na rzekach, na ktrych wystpuje wysokie ry-

zyko powodziowe, by nastpnie lokalizowa przy nowopowstaych pitrzeniach

elektrownie wodne.

Celem niniejszej pracy byo wypracowanie metody wstpnej lokalizacji moli-

wych do wykorzystania na cele hydroenergetyki obszarw oraz ich oceny pod

wzgldem ekologicznym i ekonomicznym. Analizy geoinformacyjne usprawniaj ten

proces czynic gobardziej obiektywnym i skutecznym. W wyniku zastosowanej me-tody wskazano dwa obszary potencjalnie nadajce si pod inwestycj w hydroener-

getyk. Obszar pierwszy o niszej produkcji energii elektrycznej jednak majcy

mniejszy negatywny wpyw na otoczenie oraz drugi produkujcy znacznie wicej

energii, jednak mogcy stanowi zagroenie dla lecych w pobliu miejscowoci

oraz dla cennych obszarw chronionej przyrody.

Ju od dawna istniej specjalistyczne programy wykorzystujce systemy infor-

macji geograficznej dedykowane energetyce wodnej. Do najpopularniejszych naleRetScreen (Kanadyjski) oraz Vapidro-Aste (Woski) (Alterach 2011). Pierwszy to

patne oprogramowanie, natomiast drugi zosta stworzony przez Ricerca Sistemo

Energetico w ramach projektu Unii Europejskiej i z tego powodu jest powszechnie

udostpniany za darmo. Powanym ograniczeniem Vapidro-Aste jest niestety jego

dostosowanie do potrzeb energetyki wysokospadowej i brak penej kontroli nad wy-

konywanymi analizami, co czyni go nieskutecznym w Polsce, gdzie najwikszy po-

tencja hydroenergetyczny jest na rzekach nizinnych.


56/60

56

Przedstawiona w niniejszej pracy metoda wyszukiwania lokalizacji i ich oceny

stanowi zatem cenne uzupenienie istniejcej metodyki w tym zakresie. Mimo, e

zostaa wykonana na patnym oprogramowaniu firmy ESRI, jest moliwa do zaim-

plementowania rwnie z wykorzystaniem programw OpenSource.Zatem, dziki

niskim kosztom moe by opacalna jest nie tylko dla inwestorw dysponujcych

prywatnym kapitaem, ale rwnie dla jednostek administracji samorzdowejopiniu-

jcych projekty i wydajcychzezwolenia na rozpoczcie budowy.


57/60

57

9 Bibliografia

Albrecht J., 2007. Key concepts & techniques in GIS. SAGE Publications, Londyn

Alterach J., Elli A., 2011. Customized tools (software) for the identification and

evaluation of potential sites for SHP implementation. European Union reportcommon strategies to improve SHP implementation

Bartel R., 2002.Przegradzanie rzek i moliwoci zachowania dronoci rzek.InstytutRybactwa rdldowego - Pracownia Rybactwa Rzecznego.

Carroll G., Reeves K., Lee R., Cherry S., 2004. Evaluation of Potential Hydropower

Sites Throughout the United States.2004 ESRI User Conference, San Diego

Engel J. i Jelonek M., 2010. rodowiskowe kryteria lokalizowania MEW.FundacjaGreenmind, Instytut Ochrony Przyrody PAN.

Felix J., Dubas A., 2010. Use of GIS to identify potential sites for small hydroelec-

tric plant: general concepts and example of application . HydroGIS 96: Applica-

tion of Geographic Information Systems in Hydrology and Water ResourcesManagement (Vienna Conference, April 1996)

Gissmalla Yonis A., Bruen M., 1996. Use of a GIS in reconnaissance studiem for

small-scale hydropower development In a developing country: a case study from

Tanzania;

Geoportal, 2012. Online 2011-2012 -http://www.geoportal.gov.pl/

Hoffman, M., 1992.Poradnik M.E.W.wydawnictwo Nabba, Warszawa.

Katalog obszarw NATURA 2000.Instytut na rzecz Ekorozwoju.http://obszary.natura2000.org.pl/

Kondracki J., 2009 Geografia regionalna Polski.Wydawnictwo Naukowe PWN,

Warszawa

Kowalczyk P., Nieznaski P., Stako R., Mas F. M., Sanz M. B., 2009.Natura 2000a gospodarka wodna. Ministerstwo rodowiska, Warszawa.Malicka E., 2009.Energia wd powierzchniowych.Towarzystwo Rozwoju Maych

Elektrowni wodnych, Warszawa.

Observ'ER. 2010. The state of renewable energies in Europe.Observ'ER, Pary.Pathak M. 2009. Application ofGIS and Remote Sensing for Hydropower

Development in Nepal. Hydro Nepal, Nepal

Przybya C., 2007.Przegld zasobw odnawialnych rde energii w wojewdztwieWielkopolskim.Pozna.

Puchocki B., 2008.Rola maych elektrowni wodnych w rodowisku przyrodniczym,gospodarczym i spoecznym Polski.Towarzystwo Rozwoju Maych Elektrowni

Wodnych, Warszawa.RZGW Krakw 2010.Kryteria opiniowania przedsiwzi w zakresie maej

energetyki wodnej.RZGW, Krakw.RZGW Pozna, 2012.Zestawienie lokalizacji MEW na rzekach administrowanych

przez RZGW Poznawg stanu zaawansowania prac na dzie 06.03.2012 r.RZGW. Online 4.04.2012r. -

http://mew.rzgwpoznan.eu/pliki/stan_zaawansowania.pdf

Steller J., 2010.Jak zbudowa ma elektrownie wodn? Przewodnik inwestora.ESHA - Europejskie Stowarzyszenie Maej Energetyki Wodnej, Warszawa.

Wara K., 2010.Elektrownie wodne -Ich funkcjonowanie i oddziaywanie nanajblisze rodowisko.Supsk.
http://www.geoportal.gov.pl/http://www.geoportal.gov.pl/


58/60

58

Wieczorek J., 2012. Wniosek o wydanie decyzji o rodowiskowych uwarunkowaniachzgody na realizacj przedsiwzicia polegajcego na budowie stopnia wodnegoPlecemin na rzece Gwda (KM 40+400) wraz z instalacj turbin Archimedesa.Tarnwka


59/60

59

Spis rycin

Ryc. 1 Porwnanie cyfrowego modelu terenu powstaego bez uwzgldnieniaskarp z cyfrowym modelem terenu uwzgldniajcym skarpy....................... 22Ryc. 2 Procedura wyliczania Flow Accumulation rdo: ArcGIS Help23

Ryc. 3 Mapa spywu powierzchniowego flow accumulation fragmenturzeki Gwda. .................................................................................................... 24

Ryc. 4 Zlewnie czstkowe dla punktw wodowskazowych (opracowaniewasne)........................................................................................................... 25Ryc. 5 Porwnanie wartoci podawanej produkcji energii elektrycznej zwyliczon na podstawie interpolowanych przepyww................................. 29Ryc. 6 Klasyfikacja form terenu dla cyfrowych modeli terenu o

rozdzielczoci 30 i 15 m................................................................................. 32Ryc. 7 Procedura generowania zbiornikw wodnych za zapor................... 35

Ryc. 8 Porwnanie rzeczywistego zbiornika wodnego z wygenerowanym napodstawie cyfrowego modelu terenu. ............................................................ 36

Ryc. 9 Pierwszy obszar moliwej lokalizacji maej elektrowni wodnej........ 41Ryc. 10 Drugi obszar moliwej lokalizacji maej elektrowni wodnej........... 41Ryc. 11 Propozycja lokalizacji zapory wodnej w pierwszym wybranym

obszarze. ......................................................................................................... 42

Ryc. 12 Propozycja lokalizacji zapory wodnej w drugim wybranym obszarze.

........................................................................................................................ 43

Ryc. 13 Natenie przepywu w proponowanym miejscu postawieniapierwszej elektrowni wodnej ......................................................................... 47

Ryc. 14 Natenie przepywu w proponowanym miejscu postawienia drugiej

elektrowni wodnej .......................................................................................... 48Ryc. 15 Krzywe sum czasu trwania przepyww dla pierwszej propozycji

lokalizacji elektrowni wodnej z lat 1959,1970 .............................................. 49

Ryc. 16 Krzywe sum czasu trwania przepyww dla drugiej propozycjilokalizacji elektrowni wodnej z lat 1984 i 1970 ............................................ 50

Ryc. 17 Przekrjpoprzeczny w miejscu postawienia zapory dla MEW1 ..... 51Ryc. 18 Przekrj poprzeczny w miejscu postawienia zapory dla MEW2..... 51Ryc. 19 Zasig oddziaywania proponowanego zbiornika 1......................... 53Ryc. 20 Zasig oddziaywania proponowanego zbiornika 2......................... 53Ryc. 21 Strefa zagroenia powodziowego w rejonie Piy.rdo:www.geoportal.gov.pl ....................................................................... 54


60/60

60

Spis tabel

Tabela 1 Cechy elektrowni wodnych bdcych wasnoci sp. z o.o.Elektrownie Wodne 15

Tabela 2 rednie roczne przepywy w monitorowanych punktach 25

Tabela 3 Porwnanie wynikw interpolacji liniowej redniego rocznegoprzepywu na rzece Gwda 26

Tabela 4 Przepywy charakterystyczne dla wybranych lokalizacji pod budowMEW 46

Documents

Koncepcja wyszukiwania lokalizacji pod budowe małych elektrowni wodnych na przykladzie Gwdy.pdf