UPORABA HIBRIDNEGA HIDRAVLIČNEGA MODELIRANJA ...mvd20.com/LETO2011/R25.pdfTudi matematično modeliranje ima svoje omejitve, običajno glede velikosti računskega elementa, računskega

asist. G. RAK, asist. M. MÜLLER mag. S. ŠANTL, prof. dr. F. STEINMAN

- 193 - AKTUALNI PROJEKTI S PODROČJAUPRAVLJANJA Z VODAMI IN UREJANJA VODA

22. MIŠIČEV VODARSKI DAN 2011

asist. Gašper RAK* asist. Matej MÜLLER* mag. Sašo ŠANTL* prof.dr. Franci STEINMAN*

UPORABA HIBRIDNEGA HIDRAVLIČNEGA MODELIRANJA PRI NAČRTOVANJU BODOČE HE BREŽICE

POVZETEK

Na področju spodnje Save je bil v okviru izgradnje bodoče pretočne hidroelektrarne Brežice izdelan hibridni hidravlični model. Tovrsten model združuje prednosti fizičnega in matematičnega modeliranja: fizični model natančneje opiše pojave turbulence in druge tridimenzionalne pojave, ki se pojavljajo na obravnavanem območju; matematični model pa nadgrajuje fizični model, ko je potrebno izdelati veliko število simulacij pri različnih spremembah v fazi projektiranja elektrarne in nudi boljši pregled rezultatov, kar pomembno koristi za podporo odločanju. Tovrstno modeliranje omogoča tudi primerjavo rezultatov v fazi kalibracije in verifikacije modela, kar privede do zmanjšane stopnje negotovosti v rezultate, predvsem pri obravnavi dogodkov z visoko povratno dobo. Tak pristop je bil izbran zaradi negotovosti razpoložljivih podatkov ter zavoljo precejšnje kompleksnosti primera, saj je na območju Krško-brežiškega polja treba obravnavati vrsto hidroloških, hidravličnih in morfoloških dejavnikov, ter antropoloških vplivov in zahtev, med katere spada tudi zagotavljanje varnega delovanja nuklearne elektrarne Krško. V prvi fazi je bil izhodiščni model uporabljen za namen analize sedanjega stanja (preučitev odtočnega režima, trenutnih retenzijskih sposobnosti in poplavne nevarnosti v vplivnem območju načrtovane elektrarne), v drugi fazi pa so se z modelom analizirale in optimizirale variante zasnove HE Brežice ter drugi načrtovani posegi in ukrepi za zagotavljanje poplavne varnosti v vplivnem območju.

UVOD

Projektiranje hidroenergetske izrabe reke Save v območju med Krškim in državno mejo s Hrvaško je zaradi mnogih vpletenih morfoloških, hidroloških, hidravličnih in antropogenih dejavnikov zelo zapleteno. Poleg urejanja odtočnega režima, vezanega na obratovanje načrtovane hidroelektrarne, je treba upoštevati tudi ohranjanje stanja pri jezu Nuklearne elektrarne Krško in obstoječega odtočnega režima iz obravnavanega območja dolvodno od sotočja s Krko. Ker ni bilo na voljo dovolj meritev iz preteklih visokovodnih dogodkov, se je k obravnavi območja pristopilo z izvedbo hibridnih hidravličnih modelov. Pri tem gre za hkratno simulacijo razmer na fizičnem in na matematičnem modelu, s čimer je možno dovolj zanesljivo simulirati dinamično dogajanje na obravnavanem območju pri višjih pretokih, tudi pri tistih, ki se na obravnavanem območju do sedaj še niso pojavili. Modeliranje območja HE Brežice je le ena od nalog izdelanih v sklopu naloge Izvedba hibridnih hidravličnih modelov za območje spodnje vode HE Krško, območje HE Brežice in območje HE Mokrice. Celotni obseg raziskav naloge zajema območje od HE Krško do državne meje s Hrvaško in je zajet v 3 območja obdelave, kot to prikazuje 0. Prvi, zgornji del območja, kjer se gradi HE Krško je bil simuliran z ne-distorziranim fizičnim modelom. Območje dolvodno od Krškega, kjer se Sava v času visokih pretokov razlije po obsežnih poplavnih površinah, do meje s Republiko Hrvaško je bilo razdeljeno na dva dela, kot sta deljena tudi DPN za HE Brežice in HE Mokrice. Večja natančnost in boljše ujemanje rezultatov na stiku obeh območij se je doseglo z prekrivanje obeh modelov. Hidravlični model območja HE Brežice oz. Krško-Brežiškega polja in HE Mokrice sestavljata fizični in matematični model, ki oba pokrivata enako prostorsko območje. Modela se medsebojno dopolnjujeta in skupaj omogočata simulacijo vseh merodajnih hidroloških situacij in različnih variant gradbenih ukrepov ter njihovih kombinacij.

* assist. Gašper RAK, univ. dipl. inž. VKI., asist. Matej MÜLLER, univ. dipl. inž. gradb., *Sašo ŠANTL, univ. dipl. inž. gradb., *prof.dr.Franci STEINMAN, univ. dipl. inž. gradb., Univerza v Ljubljani, Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo, Hajdrihova 28, 1000 Ljubljana




Slika 26: Območja obravnave s hidravličnimi hibridnimi modeli, kot podlaga je uporabljena »opozorilna karta

poplav – katastrofalne poplave« - vir: ARSO

Pri fizičnem modelu narekuje modelno merilo dolžin predvsem nabor hidravličnih parametrov, ki predstavljajo načrtovani rezultat raziskave, velikost eksperimentalnega prostora (odprti del, laboratorijska dvorana), kapacitete instalacij ipd., merilo višin pa še dodatno sile površinske napetosti, viskoznosti idr., ki preprečujejo modeliranje pri (pre)majhnih globinah vodnega toka. Zato je bila pri obeh območjih za obravnavanje tako obširnega območja vodotoka in poplavnih površin nujna izbira ti. distorziranega hidravličnega modela, pri katerem imamo različni merili za dolžine (1:125) in višine (1:62,5). Tudi matematično modeliranje ima svoje omejitve, običajno glede velikosti računskega elementa, računskega časa, predvsem pa procesov (npr. vodni skok, obratovanje hidromehanske opreme itd.) ali elementov (npr. prelivi), oziroma notranjih robnih pogojev (npr. trasa AC čez poplavno območje), ki jih lahko zadovoljivo simulirajo. Uporabljen je bil matematični model MIKE Flood, ki omogoča modeliranje vseh hidravličnih razmer na obravnavanem območju (vodotok, prelivanje v inundacije, vodne zgradbe, obratovanje prelivov na HE idr.). Za nekatera območja (npr. razmere pri visokih vodah pri NEK) pa je bilo opravljeno podrobnejše modeliranje, z manjšo velikostjo računskih celic, kar omogoča še natančnejši vpogled v tokovne razmere na posameznih lokacijah. V članku je prikazan postopek povezovanja fizičnih in matematičnih modelov, ter umerjanja modelov in nato še verifikacija rezultatov matematičnega modela z izmerjenim stanjem ob poplavah leta 1990 in leta 2010. V prvi fazi je bilo modelirano obstoječe stanje ob različnih visokovodnih valovih, tako iz preteklih dogodkov kot pri statistično verjetnih pojavih, podanih s sintetičnimi hidrogrami. Analizirana so bila območja poplavljenosti, hitrostna polja toka vode, vpliv volumna retenzije, časovni zamik poplavnega vala med dotokom in odtokom z obravnavanega območja, ter izdelane karte poplavne nevarnosti v skladu s predpisi (Pravilnik, 2007). Umerjen matematični model HE Brežice, ki je bil namenjen izvajanju hidravličnih analiz za določitev obstoječega stanja, je bil izhodišče za pripravo hidravličnega matematičnega modela bodočega/načrtovanega stanja na območju HE Brežice. V nadaljevanju je podana tako vzpostavitev matematičnega modela za načrtovano stanje kot tudi optimizacija objektov HE Brežice. Na koncu so predstavljeni tudi rezultati optimizirane variante. Podana je tudi primerjava med obstoječim in bodočim stanjem optimizirane variante.

HIBRIDNI MATEMATIČNI MODELI (HHM)

Hibridni hidravlični model je dobil svoje ime zato, ker je v celoto povezal sistem fizičnih in matematičnih hidravličnih modelov. Tako je doseženo, da se procesi modelirajo s tistim orodjem, ki je za posamezen proces najprimernejši, hkrati pa je zagotovljena medsebojna primerjava, kar je nujno, kadar so razpoložljive meritve stanja iz preteklih dogodkov redke oz. pomanjkljive. Zlasti pri načrtovanju pomembnejših objektov vodne infrastrukture (npr. hidroelektrarne), ki bi zaradi neustreznega načrtovanja lahko povzročilo bistveno spremembo odtočnega režima in posledično

asist. G. Rmag. S. ŠA

22. MIŠI

poplavnomodela, tiste info(predvsekjer je poptimizaodločanjmodeli, k Z izvedbumerjanjobvladljivpotrebenizhodiščematematje za do(Slika 27

Slika 27:

Kot modzačetnegVečina pkalibracijizvede pmatematanaliza ov rezultazgodili, bter optimpreveri š

RAK, asist. M. MANTL, prof. dr.

ČEV VODAR

o nevarnost ob matemat

ormacije o pem turbulencpotrebno velacije načrtova

a. Prav takoki so omejen

bo dveh modje modelov. vega delovnn predvsem e uporabijo tičnem mode

ogodke, za k7) (Šantl, 201

Shematski prvisokih vodazaupanja, kiki se še niso

deliranje z ega zbiranja postopkov mji na podatkepotrebne motičnem modeobčutljivosti ate modelovbodisi vplive mizacije poseše s fizičnim

MÜLLER F. STEINMAN

RSKI DAN 2

in ogroženostičnem moderocesih, ki ji

ca in razni z iko število vanja, ter ted

o matematični z zmogljivo

delov istega Na primer,

ega okolja, vzaradi umerezultati fiz

elu zmanjša katere obstaj10).

rikaz umerjanjah (točke) in i se doseže s h zgodili, vse d

enim samim in pregleda

modeliranja se iz narave odifikacije eelu možna vna vhodne p, se lahko zrazličnih posegov v prosmodelom (S

011

st večjih razselu še fizični ih tudi sodobnjo povezan

variantnih andaj, ko je poni modeli lahostjo laborato

obravnavaneče je mate

vzpostavljen erjanja matezičnega modoziroma se ja majhna s

ja in uporaberezultatov fiz

hibridnimi modo verjetno naj

orodjem, tupodatkov, v

s fizičnim in sledi primerjnega ali dru

veliko lažja inpodatke. Ko jzačne analizisegov v pros

stor se vrši zlika 28).

- 195 -

sežnosti, se pmodel. Fizičbni matemat

ni 3D pojavi).naliz, s preveotreben izčrpko omogoča

orija.

ega območjamatični modza večje pomatičnega mdela. Zaradiizboljša zautatistična ve

e matematičnezičnega modeodeli, za potrejvišjih pretoko

udi pri hibridvzpostavitve

matematičnjava rezultatugega moden hitrejša spje doseženairanje bodisistor na odtočz matematič

UPRAVL

pogosto istočni modeli pritični modeli Matematičneritvijo velike

pen in učinkoajo analize za

a se prav takdel (MM), zaplavno obmomodela pri vi tega se inpanje v rezu

erjetnost, da

ega modela (Mla (FM) ter pebe ekstrapolaov (Probable M

nih modelih modela ter

nem modelotov. V primeela, čemur rememba m

a želena ozir različnih dočne razmerečnem modelo

AKTUALNI LJANJA Z VOD

časno vzpos tem zlasti zše ne morej

ni modeli pa ega števila povit prikaz rea veliko večj

ko zagotovi uaradi hitrejšeočje, je dodavišjih pretoknterval zaupultate v obmo

bi se v prih

MM) na podlaposledičnega acije: statističMaximum Flo

delo potekakalibracije

m poteka isru odstopanjsledi fino uodela, se je oma zahtevaogodkov, ki . Različne vaom, končna

PROJEKTI S PDAMI IN UREJA

stavita dva hiagotavljajo pjo zadovoljivfizične dopopodatkov v ezultatov v pa območja, k

ustrezno mee vzpostavitvatni fizični mokih, za katerpanja v rezuočju ekstrapohodnosti lahk

agi terenskih mzmanjševanjačno verjetnih dood – PMF)

a skozi več in validacije

stočasno. Poj se poišče v

umerjanje. Kna njem izv

ana stopnja so se ali bi ariante in mo

varianta pa

PODROČJAANJA VODA

idravlična predvsem vo opisati olnijo tam, postopku postopkih kot fizični

dsebojno ve in bolj odel (FM) re se kot ultate pri olacije, to ko zgodili

meritev ob a intervala dogodkov,

faz - od modela.

o končani vzroke in

Ker je pri vedla tudi zaupanja se lahko

odifikacije a se nato

asist. G. RAmag. S. ŠAN

22. MIŠI

Slika 28: H

VZPOS

Velikost čimer sev nivojihlaborator

Kjer je b(Nikuradlaboratormedtem merila pr

Pri gradzgornji, izveden bilo vgra V fazi umkar so se(gozd, trpoplavnitako so pomočjostenami.

AK, asist. M. MÜNTL, prof. dr. F

ČEV VODAR

Prepletanje iHE Brežice.

STAVITEV

območja HEe je bilo mogh vode. Fakrija, modelne

[m] širina vodse), Lr merrija je omogko bil fakto

retoka je bil t

nji fizičnega 5cm debel, v več fazah.

ajenih 40 piez

merjanja fiziče uporabljaleravniki, njiveh površinahbile s simula

o tokovnic so. Pretok prek

ÜLLER F. STEINMAN

RSKI DAN 2

n povezovanje

V MODELA

E Brežice je noče izogniti

ktor distorzije natančnost

maxLr

odne površinrilo dolžin [gočal realizaor distorzije etorej enak:

modela so betonski slo Povsem povzometrov, ki

čnega modele različne frae itd.). Fizičn, saj teh podacijami z razo se določil

ko posamezn

011

e pri vzpostav

A OBMOČJ

narekovala plaminarnemue in modelnti in hidravličn

maxn310nC ⋅= ,

ne, C koeficie[-], Q pretoacijo fizičnegenak n=2, k

5= LQ rr

bili za doseoj površine 1vršinski sloj so kasneje s

la se je sprekcije peska.

ni model je pdatkov za razzličnimi barva tudi podro

nih področij s

- 196 -

vitvi fizičnega

JA HE BR

pri fizičnem mu toku prekonega merilanih omejitev

( )hbn 1,0≤

([ 2,0 hk=

165,5C ⋅=ent, h globinak in Re Re

ga modela okar daje sku

612325 =nr

ego natančne1500m2 pa jmodela je izvslužili za opra

eminjala hrapVelikosti zrn

predvsem slzlične poplav

vili določene očja, ki jih jese je izvredno

UPRAVLJ

in matematičn

EŽICE ZA

modelu distoro poplavnih pa je bil ome

(Kobus, 198

)n

) ] 31nh

(323 Re0 n k⋅−

a vode [m], keynoldsovo

območja HE paj nmax=2,2

24,1763

e topografijeje bil, zaradveden s cemavljanje mer

pavost rečnen pa so bile pužil za dolovne dogodkeglavne poti

e bilo mogootil s pomočj

AKTUALNI PJANJA Z VODA

nega za prime

A SEDANJE

rzirano merilpovršin in zaejen s prost80):

) 97nhk ,

k ekvivalent število [-]. Brežice v m

2 za pretok

e uporabljeni zahtevnost

mentnim mlekitev.

ga korita in povezane z rčitev gladin e iz narave, vodnega to

oče izločiti so Thompson

PROJEKTI S POAMI IN UREJAN

er modeliranja

E STANJE

lo v vertikalngotoviti meritorskimi kap

hrapavosti zRazpoložljiv

merilu dolžinQn=5000m3/

i leseni prečti dela in tokom. V telo m

poplavnih porabo prostoravode in preni bilo na voka preko ret

s pomožniminovih prelivov

ODROČJANJA VODA

a območja

E

ni smeri, s itve razlik

pacitetami

zrna [mm] vi prostor n Lr=125, /s. Faktor

čni profili, pografije, modela je

ovršin, za a v naravi etokov na oljo. Prav tenzije. S ločilnimi v.




Slika 29:Fotografija fizičnega modela, iz katere se lepo vidi obarvana trajektorija/tokovnica.

Hidrodinamični matematični model območja bazena HE Brežice je bil vzpostavljen s programsko opremo MIKE Flood, ki združuje programsko okolje za modeliranje 2D modela (MIKE 21) in programsko okolje za modeliranje 1D modela (MIKE 11) (Slika 30). Izbor takega modela temelji predvsem na zahtevah po analizi bodočega stanja, saj programska oprema MIKE 11 omogoča vgraditev različnih objektov z možnostjo simuliranja dinamike njihovega obratovanja v odvisnosti od časovne spremembe pretoka. Ustrezno vodenje poplavnega vala, ki ne bo prinesel dodatne poplavne nevarnosti, je namreč bistvena zahteva pri optimizaciji načrtovanja objektov HE Brežice.

Slika 30: Zasnova matematičnega modela – sistem 1D model vodotokov in 2D model območij poplavljanja. Celotno območje matematičnega modela za HE Brežice zajema reko Savo v dolžini 17,100 metra in reko Krko od izliva v Savo do vodomerne postaje Podbočje gorvodno. Matematični model poplavnega območja ima tako površino 31,89 km2. Torej obsega prostor, ki je kar 36% večji od fizičnega modela in omogoča simuliranje dotoka Krke kot tudi učinkovitejšo simulacijo nestalnega toka. Pri matematičnem




modelu so bili upoštevani trije vhodni in dva izhodna robna pogoja. Poleg tega je bil kritičen tudi notranji robni pogoj in sicer jez NEK. Modeliran je bil z uporabo Villemonte-jeve enačbe za jez (MIKE, 2009).

KALIBRACIJA IN VERIFIKACIJA HHM

Tako fizični kot matematični model je bil v prvi fazi neodvisno od drugega umerjen na meritve iz narave ob visokovodnih dogodkov iz obdobja 2007-2009. Pri tem so bili izbrani dogodki s pretoki Q=1230 m3/s, 1595 m3/s in 2466 m3/s. Pri 1230 m3/s je vsa voda še v strugi, pri pretoku okoli 1600 m3/s se ponekod že pojavlja delno prelivanje na retenzijo, pri dogodku iz leta 2007, ko je pretok znašal okrog 2460 m3/s, pa sta bili aktivni že obe retenziji. Za vse tri dogodke so bili na voljo podatki iz 13-ih merilnih mest vzdolž odseka Krško-Brežice, ki so bila opremljena z merilnimi sondami z namenom pridobiti podatke visokih vod za nalogo HHM. Umerjanje fizičnega modela je potekalo odsekoma z spreminjanjem hrapavosti rečnega korita. Pri tem se je uporabljal pesek granulacije 8mm v kombinaciji s cementnim mlekom. Podobno se je umerjal matematični model, kjer se je odsekoma spreminjal Manningov koeficient hrapavosti. Postopek je potekal v treh fazah:

• Umerjanje izhodnega robnega pogoja,

• Umerjanje parametrov jezovne zgradbe NEK, kot notranji robni pogoj,

• Umerjanje koeficientov hrapavosti struge Save in poplavnih območij. Ob gradnji jezu NEK, je bila na Vodnogradbenem laboratoriju (danes Inštitut za hidravlične raziskave) s pomočjo fizičnega modela sicer določena pretočna krivulja, vendar pa le-ta danes ni več povsem natančna, saj so se, zaradi poglabljanja struge dolvodno od jezu, hidravlične razmere delno spremenile. Zato so se pri določitvi parametrov jezu NEK, uporabljali prečni profili iz leta 1986. Za matematičen model se je izdelala tudi analiza občutljivosti, v kateri so se posebej analizirale razmere pri spremembi koeficienta hrapavosti na retenzijskih površinah in v strugi Save v razponu ± 20 % in občutljivost izračunov glede na negotovost vhodnih podatkov za pretoke (± 5 %). Ker se je analiza izdelala za pretok 2466 m3/s, ko je obseg poplavljanja še sorazmerno majhen, je nihanje globin in dosega poplavljanja na obvodnem prostoru lahko veliko. Enako velja tudi za vodostaj v strugi, v kateri ima razpon cca. 123 m3/s glede na osnovni pretok še razmeroma velik vpliv. Pri višjih pretokih, ko je območje poplavljanja bistveno večje, je vpliv tolerance pretoka seveda manjši. To je se je bolj nazorno pokazalo pri določanju poplavnih linij za pretok Q= 4000 m3/s tudi za toleranco ±5% pretoka, ki je pokazala, da je posledična sprememba poplavnih linij veliko manjša (Slika 31).

Slika 31: Variiranje območja poplavljenosti pri Q = 4000 m3/s ± 5%. Po vzpostavitvi modelov sta se pri umerjanju v prvi fazi oba modela umerjala na izvedene meritve v naravi, v drugi fazi pa so se medsebojno primerjali izmerjeni rezultati na fizičnem modelu in izračunani

asist. G. Rmag. S. ŠA

22. MIŠI

rezultati opravila dogodkoleta 1982007 se poglabljaiz leta 2gladin instanja pposledicobmočjihmeritvam±12cm. Nizmerjen

Slika 32:

OPTIM

Izhodiščobmočjuposamezgeometrparamet(smeri, jain umešopravljensprememanalizo bspremem

• R

• Sk

RAK, asist. M. MANTL, prof. dr.

ČEV VODAR

na matemaz meritvam

om leta 19906. Spreminjaje izkazalo,

anja danes v007, dobili b

n obseg poplpokazalo doba sprememh. Zaledne inmi ob dogodNa spodnji s

nimi maksima

Primerjava pmaksimalnim

MIZACIJA N

e za priprau HE Brežicezne posege,ijske podatkre (npr. koefakosti, potekčanju HE Brne tako, komb in pobudbodočega/nambami:

Razširitev 1D

Sprememba koordinat rač

MÜLLER F. STEINMAN

RSKI DAN 2

atičnem modmi poplavnih0 je bila spreanje struge da je na ne

večjo prevodnbodisi nižje glavljenosti mbro ujemanjebe topograf

n lastne vodedku iz septesliki je vzdolžalnimi kotam

poteka gladin mi kotami Sav

NAČRTOV

avo hidravliče je bil umerje, njihovo koke, zajete vf. trenja zarak vodnih tokorežice in ostt so jih pot, ki so se poačrtovanega

D modela str

topografije čunskih celic

011

delu. Verifika dogodkov

emenjena baSave ima svkaterih mestnost, bi pri sgladine in s t

morali povečae, pri obsegfije poplavnie v modelu nembra 2010 žni profil Savei Save.

Save od papve za visokovo

VANEGA S

čnega mateen matematimbinacijo ozv matematič

adi spremenjov, robni pogtalih objektotrebovali pro

ojavile v časustanja mate

ruge Save do

na območjc 2D modela

- 199 -

acija končnojeseni leta

atimetrija struvojo dinamiktih prišlo do imuliranju dotem manjši o

ati pretok. Vegu pa je priih območij niso bile upo

pokazala ze od papirnic

pirnice Vipap odni dogodek i

STANJA H

ematičnega čni model Hz. izločanje čni model ene rabe pro

goji). Vse varov v obsegu ojektanti. Nau izvajanja hematični mod

o načrtovanih

u načrtovanv območju n

UPRAVL

o umerjeneg1990 in se

uge in sicer ko in pri primizrazitega poogodka iz letobseg poplaerifikacija z lhajalo do nin zalednih

oštevane. Prazelo dobro uce Vipap v K

v Krškem do iz septembra 2

HE BREŽIC

modela bodE Brežice zaovir vodnemobstoječegaostora) oziroriante so bile

DPN HE Ba podlagi izhibridnega hidel obstoječe

h nasipov (ti.

nih posegov nasipov oziro

AKTUALNI LJANJA Z VOD

ga matematieptembra 20so bili upora

merjavi batimoglabljanja. Kta 1990 in upvljenosti, boetom 1990 jekaterih ods

ter lastnihav tako je prujemanje z Krškem do Te

Term Čatež z2010

CE

dočega/načra določitev obmu toku je ba stanja, spoma paramet izdelane zarežice v pro

zhodišč in zdravličnega ega stanja m

. območje ak

z vzpostavoma drugih p

PROJEKTI S PDAMI IN UREJA

čnega mode010. Pri verabljeni prečnmetrije iz letaKer ima strugpoštevanju bdisi bi za ene glede na gstopanj, kar voda na rimerjava reznajvečjimi oerm Čatež z

z vrisanimi iz

rtovanega sbstoječega sbilo treba sppreminjati hitre odtočneg podporo na

ostor, zato sozasnove sistmodeliranja,

modificiral na

kumulacije)

vitvijo novih predvidenih n

PODROČJAANJA VODA

ela se je rifikaciji z i profili iz

a 1986 in ga zaradi atimetrije

nake kote gladinska je lahko

nekaterih zultatov z odstopanji

vrisanimi

zmerjenimi

stanja na stanja. Za preminjati idravlične ga režima črtovanju o analize tema, ter , se je za aslednjimi

višinskih nadvišanj




(ŠRC Vrbina, nasipi, deponije) ali načrtovanih poglobitev (nadomestni habitat - načrtovani gramoznici)

• Vgraditev geometrije levega in desnega razbremenilnika na korenu zajezbe, kjer so se iskale potrebne dimenzije teh objektov (desni je bil kasneje izločen in nadomeščen z linijskim prelivnim objektom) in samega jezovnega objekta HE Brežice, s pogoji načrtovanega obratovanja ob visokih vodah

• Sprememba koeficientov hrapavosti (nG) znotraj nasipov – v območju akumulacije se pričakuje manjšo hrapavost, ki jo je bilo treba še ovrednotiti

• Visokovodne ureditve za zaščito naselij na vplivnem območju HE Brežice pred visokimi vodami, ki so bile v začetni fazi načrtovane na obseg poplav iz Opozorilne karte poplavne nevarnosti, kasneje pa prilagojene natančnejšim hidravličnim izračunom

• Spremembe modelnih in obratovalnih parametrov v samem procesu optimizacije. Pri tem je bilo treba v procesu optimizacije objektov in delovanja HE Brežice upoštevati naslednje pogoje in zahteve:

• Začetek poplavljanja pri načrtovanem stanju se pojavi pri enakih oziroma višjih pretokih, kot pri obstoječem stanju

• ohranjanje obstoječega stanja odtočnega režima dolvodno od načrtovanih posegov (še posebej razmere na državni meji),

• ohranjanje oziroma izboljšanje poplavne varnosti v vplivnem območju načrtovanega posega,

• ohranjanje oziroma izboljšanje erozijske varnosti v vplivnem območju načrtovanega posega in

• upoštevanje varnostnih operativnih zahtev NEK s poudarkom na nemotenem zagotavljanju hladilne vode in poplavni varnosti objektov.

Končna situacija načrtovanega stanja z vsemi posegi v prostor po DPN za HE Brežice je prikazana na spodnji sliki.

Slika 33: Situacijski pregled vseh predvidenih posegov v prostor upoštevan v HHM.

REZULTATI

V skladu z zahtevami zakonodaje s področja prostorskega načrtovanja na poplavno ogroženih območjih je bilo treba na območju DPN HE Brežice izboljšati oziroma vsaj ohranjati poplavno varnost, odtočni režim in retenzijsko funkcijo poplavnih površin. Zato je bila v vseh fazah pozornost usmerjena na področje razbremenjevanja visokih vod preko razbremenilnikov oziroma brežin struge. Tako se je z analizo pokazalo, da ni potrebe po razbremenilniku na desnem bregu. Z lokalnimi ureditvami desne brežine nad jezom NEK, je namreč možno zagotoviti, da se razlivanje pojavi pri višjih pretokih kot se to




zgodi danes, hkrati pa se preko tega dela, ob visokih vodah, še vedno razbremenjujejo dovolj velike količine vode, da ne prihaja do prevelikega pretoka na levo retenzijo in do dviga konice izhodnega hidrograma. Pod jezom NEK se začenjajo nasipi akumulacije, katerih voda ne sme prelivati, zato levi razbremenilnik ostaja. Levi razbremenilnik je predviden, kot regulacijski preliv, katerega pretočna sposobnost je bila določena na posebej izdelanem fizičnem modelu. Pretočna krivulja je bila nato upoštevana v matematičnem modelu. Poleg pretočne krivulje so bile upoštevane tudi zahteve o ohranjanju poplavne nevarnosti. Spodaj je prikazana primerjava obsega poplavljanja pri obstoječem in načrtovanem stanju za sintetični visokovodni val s konico 3960 m3/s (Slika 34). Iz raziskav je razvidno, da se, pri obstoječem stanju, napajanje obeh retenzijskih površin med visokovodnimi valovi vrši na daljšem odseku struge. Pri načrtovanem stanju se je za napajanje leve retenzijske površine kot najprimernejše mesto razbremenilnika pokazala lokacija dolvodno od obstoječega nasipa NEK z odvodom prelite vode neposredno v bodočo gramoznico. Ker se pri načrtovanem stanju celotni pretok na levo retenzijo spušča preko razbremenilnika lociran v zgornjem delu retenzije, se ni mogoče izogniti delnemu povečanju hitrosti in globin vode, ter posledično tudi obsegu poplavljenosti.

Slika 34: Primerjava obsega poplavljenosti med obstoječim in bodočim stanjem pri ozkem visokovodnem valu s

konico Q = 3960 m3/s ter linijo obsega poplavljenosti leta 1990. Ureditve vezane na HE Brežice imajo, skupaj z drugimi predvidenimi posegi v prostor po DPN, tudi delen vpliv na odtočni režim. Zaradi obratovanja prelivnih organov se namreč delno spreminja oblika odtočnega hidrograma. Enak trend se pokaže pri vseh treh računih, kjer je bil uporabljen nestalni tok. Vzrok je predvsem v povečanem pretoku skozi akumulacijo (glede na pretok v strugi pri obstoječem stanju) in deniveliranju gladine v akumulaciji v naraščajoči fazi hidrograma. Struga in akumulacijski prostor bosta v novem stanju gladkejša v primerjavi z inundacijo, zaradi česar je vodni tok tam hitrejši.

ZAKLJUČEK

Zaradi pomembnosti in kompleksnosti področja Krško-Brežiškega polja, na katerem se projektira HE Brežice, je bil za izdelavo strokovnih podlag in optimizacije načrtovanih objektov HE in vseh drugih posegov v prostor predvidenih po DPN, pri nalogi uporabljen pristop s hibridnimi hidravličnimi modeli. Na ta način so se združile prednosti matematičnih in fizičnih hidravličnih modelov, kar je omogočalo natančnejšo kalibracijo in verifikacijo modelov, ter posledično zmanjšanje intervala zaupanja v rezultate študije. Modeli so bili umerjeni na meritve visokovodnih dogodkov iz obdobja od leta 2007 do leta 2009. Iz istega časovnega obdobja so bili uporabljeni tudi podatki topografije. Modela sta bila verificirana na dva dogodka in sicer na visokovodni dogodek iz leta 1990, kjer je bila uporabljena tudi batimetrija struge iz tega obdobja, in na leto 2010. Rezultati končne variante načrtovanega stanja s predvidenim delovanjem objektov HE Brežice kažejo, da so izpolnjene zahteve in predstavljajo podlago za nadaljne načrtovanje objektov HE in drugih spremljevalnih objektov. Posebej pomembno je tudi to, da se ohranja funkcija retenzijskih površin in da




se poplavna nevarnost ohranja. Večinoma se poplavna varnost celo izboljšuje, le na gorvodnem delu leve retenzije se, zaradi koncentriranosti odvajanja visokih vod preko reguliranega razbremenilnika, pojavijo nekoliko višje gladine in hitrosti vode. Z optimizacijo se je doseglo minimalno zvišanje konice izhodnega hidrograma, razlika v konici hidrograma pa je izničena na območju modela HE Mokrice, s čimer je izpolnjen pogoj, da se stanje na meji s Republiko Hrvaško ohranja.

LITERATURA

F.Steinman, S. Šantl, G. Rak, M. Müller. 2010. Vpliv gradnje in obratovanja HE Brežice na odtočni režim reke Save v mejnem profilu z Republiko Hrvaško. Študija CPVO. Ljubljana.

H.Kobus. 1980. Hydraulic Modelling. Verlag Paul Parey, Hamburg J. W. Hall et.al. 2009. Sensitivity Analysis for Hydraulic Models. J. Hydr. Engrg. Vol. 135, Issue 11, pp.

959-969. M. Müller, G. Rak, F. Steinman, G. Novak, S. Šantl. 2011. Hybrid hydraulic modeling of hydropower

plants at Sava near the national border. Hrvatske vode. Opatija. MIKE by DHI. 2009. MIKE 11 – A modelling system for Rivers and Channels – User Guide. MIKE by

DHI 2009 J. Mlačnik et. al.. 2010. Poročilo – Izvedba hibridnih hidravličnih modelov za območje spodnje vode HE

Krško, območje HE Brežice in območje HE Mokrice. Inštitut za hidravlične raziskave. Ljubljana S. Šantl, G. Novak, G. Rak, F. Steinman. 2010. Hybrid hydraulic modelling approach in the process of

hydropower plant design. V: ISHPF 2010, Nanjing, China, sep. 2010 S. Šantl, G. Rak. 2010. Analiza poplavne nevarnosti in odtočnega režima – uporaba različnih tipov

hidravličnih modelov. Gradbeni vestnik. Ljubljana

Documents

UPORABA HIBRIDNEGA HIDRAVLIČNEGA MODELIRANJA ...mvd20.com/LETO2011/R25.pdfTudi matematično modeliranje ima svoje omejitve, običajno glede velikosti računskega elementa, računskega