ZAVRŠNI RAD - bib.irb.hr · 3.2. Reljefni oblici korita Uslijed djelovanja gravitacije voda nastoji teći u smjeru najvećeg pada birajući put najmanjeg otpora, kako bi disipacija

SVEUČILIŠTE U ZAGREBU GRAĐEVINSKI FAKULTET

Morfološka klasifikacija riječnog sustava

(Stream classification systems)

ZAVRŠNI RAD

Kristijan Matušin

Preddiplomski studij građevinarstva

Mentor: doc. dr. sc. Duška Kunštek

Zagreb 2016.

SADRŽAJ

Ključne riječi na hrvatskom i engleskom jeziku

1. Uvod……………………………………………………………………....….1

2. Tema i cilj istraživanja………………………………………………...……2

3. Stanje znanja u području istraživanja……………………………...……..2

3.1.Tečenje u otvorenim koritima……………………………………...….2

3.1.1. Specifična energija presjeka…………………………….………2

3.1.2. Jednoliko i nejednoliko tečenje u otvorenim koritima………..4

3.1.3. Nestacionarno tečenje…………………………….……………..5

3.2. Reljefni oblici korita………………………………………………..…..5

3.3. Nastanak meandarskog tipa korita…………………………….…….7

3.4.Mikroreljefni oblici korita………………………………………..……...9

4. Klasifikacija riječnog sustava…………………………………...…….....11

4.1. USDA morfološka klasifikacija………………………………...…....12

4.2. Klasifikacija prema Schummu, Harveyu i Watsonu……………....12

4.2.1. Klasifikacija prema Simonu………………………………........14

4.3. Klasifikacijski sustav prema Montgomeryju i Buffingtonu…..……15

4.4. Klasifikacijski sustav prema Rosgenu…………………………......21

4.4.1. Razina I…………………………………………………………..21

4.4.2. Razina II……………………………………………………….…23

4.4.3. Razina III i IV………………………………………………….…24

5. Zaključak…………………………………………………………………...25

6. Literatura………………………………………………………………...…26

Građevinski fakultet Sveučilišta u Zagrebu 2016

1

Ključne riječi: sustavi klasifikacije tokova, riječni tok, odgovor kanala, obrazac kanala, ukopavanje,

stabilnost nasipa, omjer širine i dubine, zakrivljenost, kanalni materijal,

sediment, nagib, parametri

Key words: stream classification systems, stream reach, channel response, channel pattern, channel

entrenchment, bank stability, width to depth ratio, sinuosity, channel material,

sediment, slope, parameters

1. Uvod

Klasifikacijski sustavi, u svom pojednostavljenom obliku, u uporabi su zadnje stoljeće. Međutim, osnova za modernu klasifikaciju započela je 1950-ih i 1960-ih godina radom Leopolda i Wolmana (1957.), Lanea (1957.) i Schumma (1963.) [1].

Klasifikacija riječnog sustava dizajnirana je kako bi doprinijela razumijevanju različitih sustava i njihove povezanosti sa stabilnošću kanala, geomorfologijom sljevova, obalnim i vodenim ekosustavima, te stanjem razvođa [1]. Struktura je obično posljedica fizikalnih procesa, te su na taj način klasifikacijske kategorije bazirane na strukturi često povezane s prirodnim procesima ili funkcijama. Upravo iz tog razloga odluke, kao pravilo, moraju biti bazirane na tim prirodnim procesima ili funkcijama kako bi bile učinkovite [2]. Cilj klasifikacije, kao takve, je pomoći profesionalcima u prepoznavanju kako su učinkovitost i dugotrajnost obalnih restauracijskih djelatnosti povezani s osnovnim tehnikama riječne klasifikacije. Čitatelji tako mogu naučiti osnovnu terminologiju svakog klasifikacijskog sustava i steći osnovnu podlogu za komunikaciju kada je riječ o različitim sustavima [1].

Danas postoje brojni klasifikacijski sustavi, međutim, niti jedan od njih nije univerzalno prihvaćen, , te se profesionalci koji rade u području riječne obnove moraju dobro savjetovati kako bi odabrali odgovarajući klasifikacijski sustav za njihov problem. Ovdje su predstavljena njih četiri (Tab. 1.). Njihovi opisi pomažu u razumijevanju njihovih prednosti, slabosti i ograničenja [1]. .

Tablica 1. Podjela klasifikacijskih sustava [1]


2

2. Tema i cilj istraživanja

Rijeke i potoci predstavljaju veoma dinamične sustave i konstantno odgovaraju na promjene u nanosu sedimenta, hidrologiji i obliku [1]. Upravo iz tog razloga, s

ciljem boljeg razumijevanja, bilo ih je vrlo korisno svrstati u određene kategorije. Bez

obzira koja metoda se koristi, primarni cilj morfološke klasifikacije je osigurati

zajedničku osnovu za razumijevanje riječnog stanja i potencijala u znatno različitom

okruženju i pri različitim utjecajima [5]. Na taj način klasifikacija može pomoći ostalim

korisnicima u prepoznavanju kako su učinkovitost i dugovječnost obalnih

restauracijskih djelatnosti povezani s osnovnim klasifikacijskim tehnikama. Također,

cilj klasifikacije je pružiti određene pojmove koji će biti univerzalni svim korisnicima, te

tako olakšati međusobnu komunikaciju među pripadnicima različitih disciplina [1].

3. Stanje znanja u području istraživanja

3.1. Tečenje u otvorenim koritima

Tečenje u otvorenim koritima se, obzirom na oblik vodnog lica, može podijeliti

na jednoliko i nejednoliko. Jednoliko tečenje se može javiti samo pri stacionarnom

tečenju u koritima konstantnog poprečnog presjeka, konstantnog pada dna i

konstantne hrapavosti. Slobodno vodno lice je pri tome paralelno s dnom kanala. U

prirodnim koritima se oblik i površina poprečnog presjeka, kao i pad kanala, često

mijenjaju pa je pojava jednolikog tečenja u prirodnim koritima vrlo rijetka.

U svrhu predviđanja promjene dubine i brzine duž vodotoka ili udaljenosti do

koje će se protezati utjecaj uspora nakon izgradnje nekog hidrotehničkog objekta

(npr. ustave, akumulacije,…), u praksi se često računa oblik vodnog lica pri

nejednolikom tečenju. Budući da se tečenje s postupnim promjenama odvija na

dugačkim dionicama vodotoka, utjecaj trenja na kontaktu s koritom je značajan.

Postupno promjenjivo tečenje duž toka se javlja u slučajevima kad postoji

promjena pada dna ili hrapavosti korita. Za nejednoliko tečenje je važno naglasiti da

se pad dna kanala (I0) ne podudara s padom vodnog lica (I) te se javlja promjena

brzine i dubine duž korita. [6]

3.1.1. Specifična energija presjeka

Ako se referentna ravnina postavi u dnu korita tada se, na osnovu

Bernoulijeve jednadžbe veličina specifične energije (energija u odnosu na dno

kanala):

2

2S

vH h

g

(3.1)


3

gdje je:

Hs = specifična energija [J]

h = dubina vode [m]

v = brzina vode [m/s]

g = gravitacijska akceleracija [(9,80665)m/s2]

Specifična energija (Sl. 2.) se sastoji iz dva člana: dubina vode h koja

predstavlja potencijalnu energiju i iz kinetičke energije.

Varijacija specifične energije u presjeku za Q = const. i za zadanu geometriju

pokazuje da specifična energija ima minimum kod neke dubine koju zovemo

kritičnom.

Slika 2. Krivulja specifične energije [13]

Kritična dubina (dubina pri kojoj je specifična energija fluida minimalna) dobiva

se iz uvijeta Fr = 1(Froudeov broj-odnos između sila inercije i gravitacije u modelu

strujanja). Za korito proizvoljnog oblika zbroj potencijalne i kinetičke energije je

jednak (3.2). [6]

2 2

22 2S

v QH h h

g A g

(3.2)

gdje su:

Hs = specifična energija [J]

h = dubina vode [m]

v = brzina vode [m/s]

g = gravitacijska akceleracija [(9,80665)m/s2]


4

Q = volumni protok [m/s3]

matematički model za određivanje protoka prema Chezyu:

Q C A RI (3.3)

gdje su:

C = Chezyjev koeficijent [m1/2/s]

A = površina protjecajnog presjeka [m2]

R = hidraulički radijus [m]

I = nagib dna kanala

Treba naglasiti da se pojam specifične energije (koji se odnosi na jedan

presjek) može upotrijebiti kad god su strujnice kvaziparalelne, te vrijedi hidrostatski

raspored tlakova. Prilikom definiranja specifične energije promatra se jedan

protjecajni presjek te se utjecaj trenja ne uzima u razmatranje. Nasuprot tome kod

energetskih jednadžbi koje povezuju dva presjeka treba voditi računa o djelovanju

trenja.

Slika 3. Promjena protoka sa dubinom pri konstantnoj specifičnoj energiji [14]

3.1.2. Jednoliko i nejednoliko tečenje u otvorenim koritima

Jednoliko tečenje se može javiti samo u sagrađenim, najčešće prizmatičnim

kanalima, jer takav oblik tečenja zahtijeva da je poprečni presjek duž toka jednak po

obliku i površini. Slobodno vodno lice treba biti paralelno sa dnom kanala, što

uvjetuje da pad kanala mora biti konstantan. U prirodnim koritima se oblik i površina


5

poprečnog presjeka, kao i pad dna kanala često mijenjaju, pa je pojava jednolikog

tečenja vrlo rijetka. [6]

Za zadani oblik kanala i odabran protok postoji samo jedna dubina pri kojoj se

može javiti jednoliko tečenje. Tu dubinu nazivamo normalna dubina i kod nje se

uspostavlja ravnoteža sile trenja i gravitacije. Postoji nebrojeno načina u kojima

stacionarni protok može proći kroz jedan protočni profil. Slobodno vodno lice u tim

slučajevima nije paralelno sa dnom kanala te se takvo tečenje naziva nejednoliko.

3.1.3. Nestacionarno tečenje

Kod stacionarnog tečenja se veličine kojima je ono opisano (brzina, dubina

vode, tlakovi, sile i energija) ne mijenjaju tokom vremena. Tečenje u vodotocima, bilo

u prirodnim ili umjetnim, rijetko je kada stacionarno. Nestacionarne hidrauličke

procese, mada su jako složeni, je moguće opisati zakonima hidrodinamike. Vanjski

činioci, bilo prirodni (oborine,..) ili izazvani ljudskom djelatnošću (npr. manevriranje

zapornicama na branama), uvjetuju vremensku i prostornu promjenu vodostaja i

protoka. O intenzitetu djelovanja vanjskih faktora ovisi karakter nestacionarne pojave,

tako da možemo razlikovati dva tipa nestacionarnog, neuniformnog (nejednolikog)

tečenja:

- Tečenje sa postepenim promjenama je karakterizirano sa promjenama

dubine i brzine duž velikih dionica vodotoka.

- Tečenje sa naglim promjenama je karakterizirano velikim promjenama

dubine i brzine tečenja na kratkim dionicama vodotoka.

Blage i spore promjene rubnih uvjeta na nekom izdvojenom dijelu vodotoka

izazivaju odgovarajuću nestacionarnu pojavu. Tipičan primjer nestacionarnog tečenja

s blagim promjenama je propagacija vodnog vala u prirodnom koritu. [6]

3.2. Reljefni oblici korita

Uslijed djelovanja gravitacije voda nastoji teći u smjeru najvećeg pada birajući put najmanjeg otpora, kako bi disipacija energije toka bila što manja. Međutim, riječni tok nailazi na prepreke i otpore tečenju. Veće prepreke i otpori otklanjaju vodni tok od tečenja po pravcu. Budući da vodni tok istodobno djeluje i na prepreke, kod prirodnih se vodotoka samo na kraćim potezima nalaze pravci, odnosno vodotok pretežno krivuda.

Zbog jakog erozijskog djelovanja vodne struje na konkavama (vanjskim stranama obale) i taloženja na konveksama (unutarnjim stranama obale), krivine postaju sve izraženije, rijeka vijuga, tj. dolazi do meandriranja. Meandri nemaju stabilan oblik, već se u većim vremenskim razmacima pomiču nizvodno, pa ih nazivamo putujućim meandrima. Prilikom formiranja meandara bitna su četiri faktora koja utječu na njegovu

pojavu.


6

Geološki faktori predstavljaju utjecaje prirode u vidu količine sedimenata i

razvoja meandara zbog topografije i uvjeta tla. topografija određuje ukupni nagib i

može biti ograničavajući čimbenik u formiranju meandra kao rezultat položaja viših

reljefa, koji će automatski promijeniti smjer struje rijeke.

Hidrološki faktori će utjecati na varijacije u protoku i otjecanje, a time i vrstu

meandra. Dugoročne klimatske promjene uzrokovat će promjenu toka a samim time i

morfologije.

Hidraulički faktori uključuju dubinu, nagib i brzinu potoka. ti čimbenici su

karakteristike koje izravno uzrokuju erodiranje obale, transport nanosa i slično.

Hidraulički čimbenici imaju tendenciju da promijene presjek korita, bazena i spruda

meandra. Hidraulika protoka u rijekama i potocima složen je pojam. neke od glavnih

komplikacija su: - velik broj međusobno povezanih varijabli (dubina, nagib i brzina)

koje opisuju reakciju prirodnih ili nametnutih promjena na protok rijeke. – kontinuirana

promjena geometrije korita sa promjenama u toku i pronosu nanosa.

Geometrijski faktori sastoje se od poprečnog presjeka kanala, uzorka toka

(ravni, vijugavi ili pleteni). Na mnogim aluvijalnim tipovima rijeka (potoka), različite

dimenzije korita, oblici i uzorci su povezani s količinom raloženja sedimenta, što

pokazuje da promjene u ovim varijablama mogu uzrokovati značajne prilagodbe s

geometrijskim faktorima.

Klasifikacije u koje možemo razvrstati meandre su pravilini ili nepravilni,

jednostavni ili složeni (Sl. 4.), a zavoje meandra u oštre ili plosnate.

Pravilni meandri sastoje se od zavoja s jedinstvenom zakrivljenosti i

spektralnom valnom duljinom. Langbin i Leopold (1966) utvrđuju da je pojava

menadra redovito ovisi o ustaljenosti omjera valne dužine do polumjera zakrivljenosti.

Nepravilni meandri su deformiranog oblika i mogu imati različitu širinu pojasa i/ili

valne duljine. Teren, nehomogeno aluvijalno tlo, ili gubici vode na propusnom sloju

mogu biti odgovorni za nepravilnost meandra. [9]

Jednostavni i složeni meandri su slični. Jednostavni meandri imaju jednu

dominantnu širinu pojasa i valnu duljinu meandra, dok se složeni javljaju najčešće

kod potoka sa više od jednog dominantnog isječka.

Slika 4. Tipovi meandra [8]

Pravilni, složeni

Pravilni, složeni

Nepravilni, jednostavni


7

3.3. Nastanak meandarskog tipa korita

Postoji nekoliko faza u stvaranju meandara koje su prikazane su u nastavku.

Faza 1 (Sl. 5.)

U uvjetima slabog protoka stvaraju se naslage na obalama ravnih riječnih

kanala. Tok vode vijuga oko tih naslaga i pritom stvara dublje dijelove korita gdje

protiče večina vode i nasuprot njih plića područja sa manjim protokom vode što

uzrokuje zavojitost toka rijeke. [9]

Slika 5. Nesimetričnost korita meandra [8]

Faza 2 (Sl. 6.)

Na mjestu gdje rijeka zavija, voda stvara značajniju lokalnu eroziju i uzrokuje

potkopavanje te strane obale. Na suprotnoj strani korita, gdje je brzina toka vode

manja, materijal se taloži. Stoga rijeka ne postaje ništa šira. [9]

Slika 6. Erozija konkava i taloženje konveksa [10]


8

Faza 3 (Sl. 7.)

Nastavak erozije duž vanjskog zavoja, kao rezultat abrazije, stvara riječne

litice i hridi. Na unutarnjem zavoju taloži se sav materijal, šljunak, pijesak i sl.

Slika 7. Poprečni presjek riječnog kanala [10]

Faza 4 (Sl. 8.)

Daljenje razvijanje meandara potpomognuto i poboljšano je formiranjem

spiralnog toka. Naime, kada površina toka rijeke erodira vanjski (konkavni) zavoj

struje toka nastave se kretati spiralno formirajući sprudove na unutarnjem

(konveksnom) zavoju.

Slika 8. Taloženje i erozija obale (lijevo); spiralni tok i sprudovi (desno) [8]


9

Faza 5 (Sl. 9.)

Erozija je najveća od sredine konkavnog zavoja meandra, to uzrokuje

pomicanje meandra nizvodno tokom vremena i na kraju probijanje zavoja i stvaranje

rukavca. [9]

Slika 9. Riječno jezero (rukavac) [8]

3.4. Mikroreljefni oblici korita

Rukavci tj. riječna jezera (Sl. 9.) su plitka udubljenja polumjesečastog ocrta.

Predstavljaju ostatke nekadašnjih zavoja rijeke (meandara), koja su se u slučaju

postojećih nastale amtropogenom intervencijom, kada se regulacijskim radovima

nastoji skratiti vodeni put, olakšati protok voda i spriječiti poplave zbog stvaranja

ledenih čepova. Tako nastala jezera su relativno velikog opsega luka (H), i u pravilu

su u odmaklijoj fazi organogeno–mineralogenog zatrpavanja i vrlo često su zastrte

močvarnom vegetacijom.

Grede su za 2 - 5 m (Sl. 10) (iznad srednjih voda) povišena asimetrična

ispupčenja terena lučnog ocrta neposredno u tjemenu meandara i riječnih jezera.

Oblikovane su bočnom erozijom vodotoka, na što ukazuje više ili manje izražen

strmac koji ih odvaja od dubljeg dijela korita i mrtvaje. Grede su plavljene periodično,

samo za izuzetno visokih vodostaja. [11]


10

Slika 10. Greda

Meandarski sprudovi (Sl. 11.) su manja asimetrična uzvišenja (0,5 – 1 – 1,5 m)

u okviru konveksne strane krivina. Akumulacijski su oblici nastali sedimentacijom

rijekom erodiranog materijala u tjemenu prve konkave. Lučnog su oblika i u pravilu se

pojavljuju u međusobno usporednim sustavima. Izraz su dakle sukcesivnog bočnog

razvoja i micanja korita rijeke. U cijelosti grade međuprostor između krivina rijeke i

mrtvaja. Tijekom faze mrtvaje sukcesija meandarskih sprudova je zasuta, nakon što

su spiranjem ili eolskom akumulacijom zatrpana lučna udubljenja između dvaju

sprudova. Često su i pod šumskom vegetacijom ili su pak iskorištene kao oranične

površine. [11]

Slika 11. Sprud


11

Sprudovi su dakle, dinamički reljefni oblici. Nastaju kao izraz akumulacijskih

procesa u koritu toka. Radi se o svojevrsnim hidrodinama, asimetričnog uzdužnog

ocrta; uzvodni dio zaravnat a nizvodni ustrmljen. Za plavnih voda dakle, povečanih

proticaja sprudovi migriraju nizvodno. Ukoliko dolazi do njihovog zbijanja, nastaju ade

(Sl. 12.).

Slika 12. Ada

Ada je riječni akumulacijski otok koji slično sprudovima također migrira

nizvodno za velikih proticaja. Ade su često pokrivene šumskom vegetacijom. [11]

4. KLASIFIKACIJA RIJEČNOG SUSTAVA

Klasifikacija riječnog sustava prema Frissellu i sur. (1986.), Montgomeryju i

Buffingtonu (1993.), Paustianu i sur. (1992.) i Rosgenu (1994.) bazirane su na

skupini zajedničkih geomorfoloških čimbenika uključenih u sustav koji je razvila

USDA (eng. United States Department of Agriculture). [1]

Morfološka klasifikacija uključuje identifikaciju riječnog sustava preko

prosječne veličine sedimenta (pjeskovito, šljunkovito, stjenovito korito) ili fizičkih

parametara i zemljišta. Jedan od prvih morfološki-baziranih klasifikacijskih sustava

osnovali su Leopold i Wolmann koji su razlikovali rijeke prema njihovom izgledu:

pletene, vijugave ili ravne. Shummova klasifikacija u erozivne, transportne i

depozicijske tokove pomaže u razumijevanju transporta sedimenta. Ti pristupi korisni

su u prijenosu prostorne dispozicije kanala, topografije i/ili korištenja susjednog

zemljišta, ali osiguravaju ograničenu količinu informacija o riječnim sustavima.

Montgomery i Buffington, te Rosgen, ali i brojni drugi geomorfolozi, geografi i

inženjeri razvili su obuhvatnije pristupe koji ta ograničenja nadilaze. [5]


12

4.1. USDA morfološka klasifikacija

USDA (eng. United States Department of Agriculture) je razvila tablicu kriterija

za klasifikaciju riječnih sustava (Tab. 2.). Pomoću njih korisnik može odrediti tipove

riječnog sustava koji su definirani prema ukopu kanala, obliku i zavojitosti, dok su

dijelovi sustava koji su od najveće pomoći segmenti dolina i riječni tokovi kao njihov

dio. Zahvaljujući ovom sustavu prikupljeni podaci postaju dostupni Nacionalnim

šumama. Ovakav način klasifikacije nema mogućnost određivanja evolucijskog

trenda riječnih tokova. [1]

Tablica 2. Klase riječnih sustava i njihove karakteristike [1]

4.2. Klasifikacija riječnog toka prema Schummu, Harveyu i Watsonu

Ovaj model razvio se kao rezultat poplava iz 1960-ih do 1980-ih godina, zbog

čega je izvršena kanalizacija nekoliko riječnih tokova na području Mississippija. Kao i

tada i danas ovaj model služi za predviđanje promjena koje pogađaju kanal kao

posljedica prokopa, te pomaže u odabiru prikladne intervencije u svrhu dosezanja

stabilnih uvjeta. Bazira se na geomorfološkim mjerenjima dosega strujanja uzvodno i

nizvodno od prokopa. Model se koristi odnosima između visine nasipa (h) i kritične

visine nasipa (hc). Ukoliko visina nasipa (h) prelazi kritičnu visinu (hc), gravitacijski

neuspjeh je neizbježan. Taj odnos važan je jer njegovom promjenom dolazi do

morfoloških izmjena kanala kao što su nastanak riječnih terasa koje su nekada bile

poplavne ravnice, te agregiranja materijala (npr. drveća). [1]

Prema ovom sustavu, općenito, se može razlikovati pet tipova riječnih tokova

kao što je prikazano u tablici 3, te na slici 13.


13

Tablica 3. Pet tipova riječnih tokova prema Schummu, Harveyu i Watsonu [1]

Slika 13. Shematski prikaz poprečnog presjeka i longitudinalnog profila te karakteristike svih

V tipova prema Schummu, Harveyu i Watsonu [1]


14

4.2.1. Klasifikacija riječnog toka prema Simonu

Naknadnu modifikaciju modela predložio je Simon 1989. godine, te je taj

model postao najčešće korišten (Sl. 14.). Prema njemu postoji šest klasa riječnih

tokova. Svaka od klasa predstavlja šest stadija erozijske progresije kada se nađu pod

destabilizacijskim obalnim utjecajem kao što je urbanizacija. Ovaj sustav također ima

nedostatke. Naime, može se primjenjivati samo na slivovima s ujednačenim

morfološko – geološkim karakteristikama korita, dok u sustavima gdje ti parametri

značajno variraju ne može. [1]

Slika 14. Shematski prikaz poprečnog presjeka i longitudinalnog profila toka, te

karakteristike svih V tipova prema Simonu [1]


15

4.3. Klasifikacijski sustav prema Montgomeryju i Buffingtonu

Ovaj sustav bavi se klasifikacijom riječne morfologije šumovitih planinskih

tokova, što čini njegovu primjenu regionalnom i jedinstvenom [1]. Pri tom u obzir

uzima sastav dna, formu dna korita, dominantne hrapave elemente, dominantne

izvore sedimenta, elemente za pohranu sedimenta, tipična ograničenja i tipičan

razmak umirujućih sekvenci. Prema tome razlikuje osam tipova riječnih tokova koji

mogu biti erozijskog, transportnog ili sedimentnog (depozicijskog) tipa (Sl. 15. i 16.).

Slika 15. Erozijski, transportni i depozicijski tip riječnog toka


16

Slika 16. Obilježja tokova koja se mijenjaju (protok, veličina kanala, sediment)

Tokovi s većim prilivom sedimenta od transportnog kapaciteta su erozijski i

obično se pojavljuju u gornjem toku planinskih rijeka (bujičnog karaktera). Na

dionicama u nižim i umjerenijim uvjetima, moguća je ravnoteža između priliva nanosa

sedimenta i kapaciteta transporta. Ti tokovi definirani su kao transportni. Na

posljetku, najniže dionice riječnih sustava su apsolutno depozitne (taložne) zbog

redukcije transportnog kapaciteta i nazivaju se depozicijski tokovi. [1]

Osim opskrbe sedimentom i transportnog kapaciteta postoje brojne druge

varijable koje utječu na karakteristike kanala. Važna geometrijska svojstva riječnih

kanala uključuju širinu, duljinu i uzdužni pad. Hidraulička svojstva uključuju nagib,

hrapavost, hidraulički radijus, pražnjenje, brzinu, distribuciju brzine, turbulenciju,

svojstva fluida i ujednačenost pražnjenja. Drugi geomorfološki faktori uključuju

veličinu čestica suspendiranog sedimenta i materijala, učestalost pojave otoka, tipove

nanosa i broj sedimentnih naplavina i osobito utjecaj brzih tokova koji nose materijal,

te pojavu šumskog materijala. [1]

Također, ova metoda razlikuje tri primarna supstrata – stjenovit, aluvijalan i

koluvijalan, pri čemu se aluvijalni tip može podijeliti u šest dodatnih kategorija, pa

tako prema ovoj klasifikaciji postoji osam različitih tipova kanala (Sl. 17.). [4]


17

Slika 17. Klasifikacijski sustav prema Montgomeryju i Buffingtonu [1]

Koluvijalni (Sl. 18.) i stjenoviti tipovi riječnog toka su normalno povezani s

izvorom rijeke, ali su prilično različiti u morfološkim karakteristikama [1]. Zbog

nedostatka istraživanja koluvijalne kanale vrlo je teško klasificirati. Za njih je

karakteristična reducirana energija za transport sedimenta kao rezultat prisutnosti

vegetacije, debrisa i stjenovitih stepenica [4]. Dakle, sadrže značajno više sedimenta

nego rijeka transportnog kapaciteta [1]. S obzirom na sediment, stjenoviti tipovi

obično su suprotnog karaktera od koluvijalnih kanala u kojima transportni kapacitet

značajno prelazi nanos sedimenta [1], te su u prirodi obično strmiji od koluvijalnih [4].

Međutim, iznenadno uvođenje izvora sedimenta može povremeno uzrokovati da

stjenoviti tipovi zadobiju morfološke karakteristike koluvijalnih kanala. Povratak

stjenovitog tipa kanala u svoj prvotni oblik primarno će ovisiti o volumenu opstrukcije

sedimenta i veličini transportiranih čestica. Budući da hidraulički kapacitet stjenovitih

kanala normalno prelazi dopuštenu količinu sedimenta, ovaj tip kanala pripada

transportnom tipu tokova. [1]


18

Slika 18. Koluvijalni tip riječnog toka [15]

Preostalih pet klasa su aluvijalnog tipa (Sl. 19.). Oni obuhvaćaju kaskadu,

step-pool, plane-bed, pool-riffle i dune-ripple klasu. Sediment u kaskadnim kanalima

je pretežno snabdijevanjem reduciran što rezultira viškom transportnog kapaciteta. Ti

tokovi pojavljuju se na strmim padinama koje rezultiraju visokim stopama rasipanja

energije. Dno se obično sastoji od stijena i oblutaka dok će bilo kakav finiji materijal

biti mobiliziran i transportiran nizvodno.


19

Slika 19. Aluvijalni tip riječnog toka [15]

Kaskadne tokove (Sl. 20.) karakteriziraju strme padine i veliki kameni materijal

pri čemu stvaraju pomalo agresivan tok. U prirodi su obično uski i ograničeni

dolinama. Transport sedimenta vrše velikom učinkovitošću, te raspodjeljuju na kanale

manjeg gradijenta. [4]


20

Slika 20. Kaskadni tok [15]

Step-pool tokovi (Sl. 21.) mogu se okarakterizirati kao longitudinalne stepenice

koje odvajaju višestruke bazene i riječne tokove dok protok putuje nizvodno

[4].Pojavljuju se na strmijim padinama, izlažu grub stjenoviti materijal, te imaju niske

ili umjerene omjere širine i dubine. [1]

Slika 21. Step-pool tok [15]

Plane-bed (Sl. 22.) tokovima pripadaju tokovi koji se pojavljuju kao slapovi i

brzaci. Obično se nalaze na padinama koje su između step-pool i pool-riffle tokova

[1], što znači da mogu biti umjerenog do strmog uspona [4]. Karakterizira ih

nedostatak transportnog kapaciteta za veće čestice, dok se finiji suspendirani

sediment lako transportira[1]. Imaju nizak omjer širine i dubine [4].


21

Slika 22. Plane-bed tok [15]

Dno pool-riffle kanala (Sl. 23.) ima valovit izgled koji pomaže u razumijevanju

postojanja niza prepreka, bazena i slapova [4]. Pojava prepreka ukazuje da je

kompozitni režim toka limitiran transportom [1]. Obično se pojavljuju na srednjim do

malim strminama. Karakteriziraju ih velike poplavne ravnice zbog neograničenog

nasipa. Kao tipičan materijal javlja se šljunak. Kao i pool-riffle kanali mogu djelovati i

za opskrbu i za transport sedimenta [4].

Slika 23. Pool-riffle tok [15]

Dune-ripple kanal (Sl. 24.) razlikuje se od drugih kategorija zbog obično niskog

gradijenta i sporije brzine transporta [4]. Sediment se konstantno pomjera na kratke

udaljenosti, ali ukupni nedostatak transportnog kapaciteta usporedno s ukupnim

sedimentnim nanosom rezultira da su dune-riffle kanali limitirani transportom [1]. Kao


22

rezultat takvog kretanja nastaju male pješćane dine koje imaju tendenciju stvaranja

malih valova na površini vode [4].

Slika 24. Dune-ripple tok [15]

4.4. Klasifikacijski sustav prema Rosgenu

Rosgenova klasifikacija karakterizira tokove na temelju morfologije, tako da je

moguće napraviti dosljedne, kvantitativne opise. Kroz terenska mjerenja, varijacije u

procesu toka grupirane su u različite tipove riječnih tokova. Prema njemu, riječni

tokovi mogu se grupirati u tipove od A do G ili pak kategorije od 1 do 6 na osnovu

materijala od kojega su građene obale. Rosgenova klasifikacija daje geomorfološku

podlogu potrebnu za regulacije i obnovu vodotoka.

4.4.1. Razina I

Razina I klasifikacije djeluje kao preliminarna. Bazira se na geomorfološkim

obilježjima, koja se mogu tumačiti zračnim fotografijama, topografskim i geološkim

kartama, te individualnim poznavanjem riječnih sustava i zemljišnih oblika unutar

slijeva od interesa. Na osnovu nagiba, zakrivljenosti, omjera širine i dubine korita,

stupnja ukopa, te veličini čestica tla obala i dna kanala moguće je odrediti osam

tipova riječnih sustava A, B, C, D, DA, E, F i G (Sl. 25., 26 i 27.). Kao takva ova

razina klasifikacije može poslužiti samo za grupo planiranje,ali ne i konačno

dizajniranje obnove [1].


23

Slika 25. Longitudinalni, poprečni i plain pogled glavnih tipova tokova [2]

Slika 26. Položaj različitih tipova tokova [2]


24

Tip A Tip B Tip C

Tip D Tip DA Tip E

Tip F Tip G

Slika 27. Tipovi riječnih tokova prema Rosgenu

4.4.2. Razina II


25

Razina II , u odnosu na razinu I, zahtjeva stvarna terenska mjerenja i veću

razlučivost kartiranja oblika zemljišta kako bi se dizajnirala detaljnija riječna

klasifikacija. Prilikom toga potrebno je odrediti šest parametara, a to su: broj kanala,

stupanj ukopavanja, omjer širine i dubine, zavojitost, vrstu kanalnog materijala (Tab

4.; Sl. 28.) i nagib .[1]

stijena

fragment stijene veće od 256 mm

kaldrma 64 – 256 mm

šljunak 2 – 64 mm

pijesak 0.062 – 2.0 mm

mulj/glina manje od 0.062 mm

Tablica 4. Tipovi materijala prema veličini čestica [1]

Slika 28. Klasifikacija tokova prema Rosgenu [2]

4.4.3. Razina III i IV

Razina III koristi se za procjenu stanja toka i njegovo odstupanje od

optimalnih uvjeta. Ova razina klasifikacije nužna je za kvantificiranje brojnih

parametara koji mnogo jasnije definiraju trendove i očekivane dugoročne promjene u

trenutnom statusu toka. [1]

Razina IV je bavi se procjenom ispravnosti pri čemu se parametri toka prate


26

neko vrijeme kako bi se provjerila valjanost statusa toka ili uspjeh restauracijskih

djelatnosti. [1]

5. Zaključak

Tijekom cijelog prošlog stoljeća inženjeri, geomorfolozi i biolozi pokušavali su

klasificirati riječne sustave. Prva zabilježena metoda klasifikacije potječe od 1899.

godine. Od tada se razvilo niz sustava uključujući i ove ovdje prikazane.

Brojni su razlozi nastojanja uvođenja klasifikacijskih sustava, a kako bi se

tokovi pravilno klasificirali potrebno je dobro razumjeti parametre kao što su

dimenzije, protok, sediment itd. Neki od tih razloga su: mogućnost predviđanja

budućeg ponašanja rijeka, razvoj odnosa prikazanih riječnih tipova u odnosu na

hidrauliku i sediment, eksploatacija podataka specifičnih to the site i njihova primjena

na slične rijeke, te pružanje dosljednih referenci za opisivanje riječne morfologije koje

će poslužiti pripadnicima različitih znanstvenih disciplina (geolozima, inženjerima,

biolozima i slično).

Premda se klasifikacija često zlouporabi ona može djelovati kao izvrsna

preliminarna mjera s ciljem ostvarenja projekta obnove. S ciljem da se riječni sustav

vrati u prirodno stanje, svaki parametar mora biti dobro razumljiv kako bi mogao

predvidjeti promjene, bile one prirodne ili ljudske naravi.

Današnji izazov u klasificiranju rijeka je odlučiti koji klasifikacijski sustav

primjenjivati. Rosgenova metoda je trenutno najkorištenija tehnika u znanstvenoj

zajednici [4]. Koristeći četiri razine klasifikacije njegova metoda daje ukupno 94

moguća tipa. Nasuprot tome, Montgomery-Buffington metoda zasniva se na samo 7

razreda i primarno se koristi pri opisu planinskih sustava sa strmim nagibom .

Niti jedan od ovih sustava ne funkcionira u svim situacijama, te se sukladno

tome profesionalci koji se bave restauracijom potoka moraju dobro savjetovati kako

bi odabrali odgovarajući klasifikacijski sustav za njihov problem. To znači da bilo koji

od sustava klasifikacije ne može zamijeniti fokusirano promatranje i jasno

razmišljanje o riječnim procesima. Kanali su složeni sustavi koji trebaju biti


27

interpretirani unutar njihova lokalnog i povijesnog konteksta. Klasifikacija jednostavno

pruža jedan od raznih alata koji se mogu primijeniti za neke probleme [1].

6. Literatura

[1]http://directives.sc.egov.usda.gov/OpenNonWebContent.aspx?content=17779.wba

[2]https://cfpub.epa.gov/watertrain/moduleFrame.cfm?parent_object_id=1189

[3] https://www.bae.ncsu.edu/programs/extension/wqg/srp/ppts/classification.pdf

[4]https://riverrestoration.wikispaces.com/Stream+classification+techniques

[5]http://www.nysenvirothon.net/StreamClassification.pdf

[6]https://www.grad.unizg.hr/_download/repository/PREDAVANJA_1/PREDAVANJA/

h02-tecenje_u_otvorenim_koritima.pdf

[7] Andreić, Ž. Mehanika fluida, dio 9, Rudarsko-geološko-naftni fakultet, Zagreb

[8] http://www.slideshare.net/tudorgeog/l3-meanders-and-ox-bow-lakes-

bv?next_slideshow=3

[9] Hasfurther, V.R.: The use of meander parameters in restoring hydrologic

balance to reclaimed stream beds, Wyoming Water Reaserch Center, Wy, 1985.

[10]http://www.bbc.co.uk/bitesize/higher/geography/physical/hydrosphere/revision/3/

[11] Bognar, A.: Geomorfološka obilježja korita rijeke Drave i njenog poloja u širem području naselja Križnica, Hrvatski geografski glasnik, 2008. [12] Gary, L.B., Ronald R.C., Craig F.: Hydraulic Losses in River Meanders,

Vicksburg, 2007.

https://cfpub.epa.gov/watertrain/moduleFrame.cfm?parent_object_id=1189

https://www.bae.ncsu.edu/programs/extension/wqg/srp/ppts/classification.pdf

https://riverrestoration.wikispaces.com/Stream+classification+techniques

http://www.nysenvirothon.net/StreamClassification.pdf

https://www.grad.unizg.hr/_download/repository/PREDAVANJA_1/PREDAVANJA/h02-tecenje_u_otvorenim_koritima.pdf

https://www.grad.unizg.hr/_download/repository/PREDAVANJA_1/PREDAVANJA/h02-tecenje_u_otvorenim_koritima.pdf

http://www.slideshare.net/tudorgeog/l3-meanders-and-ox-bow-lakes-bv?next_slideshow=3

http://www.slideshare.net/tudorgeog/l3-meanders-and-ox-bow-lakes-bv?next_slideshow=3

http://www.bbc.co.uk/bitesize/higher/geography/physical/hydrosphere/revision/3/


28

[13] http://www.extension.org/pages/62481/rosgen-classification-

method#.Vf2ywt_tmkq

[14] Blair, P.G, Timothy J.R.: Users's Manual for SRH-Meander, U.S.Department of

the Interior Bureau of Reclamation Tehnical Service Center, Colorado, 2007.

[15] http://www.grad.unizg.hr/_download/repository/Bio_vodo_P7_DK_novo.pdf

http://www.extension.org/pages/62481/rosgen-classification-method#.Vf2ywt_tmkq

http://www.extension.org/pages/62481/rosgen-classification-method#.Vf2ywt_tmkq

Documents

ZAVRŠNI RAD - bib.irb.hr · 3.2. Reljefni oblici korita Uslijed djelovanja gravitacije voda nastoji teći u smjeru najvećeg pada birajući put najmanjeg otpora, kako bi disipacija