INTEGRATED ENGINEERING SP. Z 0.0.
ul. Zielona 18
05-090 Raszyn
tel/fax +48 22 720 05 81
e-mail: ie@integrated.pl
KRS 194757
N l P 522-25-74-945

Analiza przejścia wód miarodajnych w rejonie mostu drewnianego na rzece Bzurze w ciągu drogi gminnej w miejscowości Strugienice
AUTORZY OPRACOWANIA
Imię i nazwisko
	Uprawnienia
	Podpis
	
mgr inż. Barbara Cabala-Plucińska mgr inź. Tomasz Darski
	mgr inż. BARBARA CABALA-PLUCIŃSKA
  świadectwo Nr 04/2004

mgr inż. Krzysztof Tejwan

	
mgr inż. Renata Wojciechowska

	
Data RASZYN styczeń 2006r.

Strona nr l
Analiza przejścia wód miarodajnych w rejonie mostu drewnianego na rzece Bzurze _           w ciągu drogi gminnej w miejscowości Strugienice

..2 ..2 ..2 ..3 ..5 ..9 11 22
Spis treści
1. Wprowadzenie...........................................................................
2. Cel pracy...................................................................................
3. Materiały stanowiące podstawę do sporządzenia opracowania
4. Rodzaj i lokalizacja przedsięwzięcia.........................................
5. Obliczenia hydrologiczne..........................................................
6. Obliczenia hydrauliczne............................................................
7. Wyniki obliczeń........................................................................
8. Podsumowanie..........................................................................
Załączniki
• Załącznik nr l - Plan sytuacyjny mostu we wsi Strugienice
• Załącznik nr 2 - Lokalizacja przekrojów poprzecznych
• Załącznik nr 3 - Przekroje poprzeczne doliny rzeki Bzury

Strona nr 2
Analiza przejścia wód miarodajnych w rejonie mostu drewnianego na rzece Bzurze _________w ciągu drogi gminnej w miejscowości Strugienice_________

1. Wprowadzenie
Niniejsze opracowanie p.n. „Analiza przejścia wód miarodajnych w rejonie mostu
drewnianego na rzece Bzurze w ciągu drogi gminnej w miejscowości Strugienice" zostało wykonane na podstawie umowy nr 107/05 zawartej w dniu l grudnia 2005 r. pomiędzy Gminą Zduny (99-400 Zduny l C) a firmą Integrated Engineering Sp. z o.o.
2. Cel pracy
Celem niniejszego opracowania jest wyznaczenie najlepszej lokalizacji mostu na Bzurze we wsi Strugienice poprzez przeprowadzenie obliczeń przebiegu zwierciadeł wód na rzece, dla różnych wariantów kształtu koryta rzeki w rejonie mostu i wybór wariantu optymalnego.
3. Materiały stanowiące podstawę do sporządzenia opracowania
1. Ustawa z dnia 18 lipca 2001 r. - Prawo wodne (Dz. U. Nr 115, póz. 1229 z późn. zm.);
2. Rozporządzenie Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej z dnia 30 maja 2000 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać drogowe obiekty inżynierskie i ich usytuowanie (Dz. U. Nr 68, póz. 735);
3. Rozporządzenie MOŚZNiL z dnia 20 grudnia 1996 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać obiekty budowlane gospodarki wodnej i ich usytuowanie (Dz. U. Nr 21, póz. 111);
4. „Informator o przepływach charakterystycznych rzek polskich oraz o systemie bazy danych hydrologicznych" IMGW, Warszawa 1990 r.;
5. „Hydrologia stosowana" Maria Ozga - Zielińska, Jerzy Brzeziński;
6. Przekroje poprzeczne doliny rzeki Bzury;
7. „Obliczenia hydrologiczne i hydrauliczne dla określenia rz. wody miarodajnej Q 1% oraz określenie minimalnego światła mostu na rzece Bzurze we wsi Strugienice, gm. Zduny, pow. Łowicz"; mgr inż. Kazimierz Sołtan, mgr inż. Czesław Śmieszek;
październik 2004;
8. „Światła mostów i przepustów. Zasady obliczeń z komentarzem i przykładami" Instytut Badawczy Dróg i Mostów, Wrocław - Żmigród, 2000.

Strona nr 3
Analiza przejścia wód miarodajnych w rejonie mostu na Bzurze na drodze do wsi Strugienice

4. Rodzaj i lokalizacja przedsięwzięcia
Most drogowy znajduje się we wsi Strugienice, gm. Zduny, pow. łowicki. Obecnie most usytuowany jest w km 69+395 rzeki Bzury. W przekroju mostowym powierzchnia zlewni wynosi 2436,7 km2. Na prawym brzegu rzeki w sąsiedztwie mostu zlokalizowany jest młyn Strugienicki.
Ze względu na zły stan przeprawy zdecydowano się na remont mostu, który może polegać na budowie nowego mostu w tym samym miejscu lub w jego pobliżu, w górę lub w dół rzeki.
Plan sytuacyjny mostu przedstawia załącznik nr l.
Most w Strugienicach jest mostem drewnianym. Rzędna spodu konstrukcji mostu wynosi obecnie 87,95 m npm.
Poniżej zamieszczono zdjęcia mostu zrobione w czasie wizji lokalnej.

Fot. 4.1. Widok mostu w Strugienicach

Analiza przejścia wód miarodajnych w rejonie mostu na Bzurze na drodze do wsi Strugienice _________

Fot. 4.2. Widok na most i młyn

Fot. 4.3. Filary mostu

Strona nr 5
Analiza przejścia wód miarodajnych w rejonie mostu drewnianego na rzece Bzurze w ciągu drogi gminnej w miejscowości Strugienice_________

5. Obliczenia hydrologiczne
Dla potrzeb niniejszego opracowania przepływy prawdopodobne określono poprzez interpolację wielkości przepływów dla dwóch przekrojów wodowskazowych: Orłów i Łowicz. Przekrój wodowskazowy Orłów położony jest powyżej przekrój mostowego, powierzchnia zlewni w tym przekroju wynosi 1219,7 km2. Przekrój wodowskazowy Łowicz położony jest poniżej przekroju mostowego i zamyka zlewnię o powierzchni 3448,5 km .
Wodowskazy te są obecnie zlikwidowane, ale posiadały długi ciąg obserwacji - co pozwala wykorzystać ich dane z większą wiarogodnością niż poprzez określanie wielkości przepływów innymi metodami. Przepływy prawdopodobne dla tych wodowskazów zaczerpnięto z publikacji IMGW „Informator o przepływach charakterystycznych rzek polskich oraz o systemie bazy danych hydrologicznych". Przepływy dla tych wodowskazów przedstawiono w tabeli 5.1. Tab.5.1.
Przepływy charakterystyczne
	Przepływ [m^s]
	
	Wodowskaz Łowicz
	Wodowskaz Orłów
	
WWQ
	197
	74,1
	
SWQ
	80,3
	30,2
	
SSQ
	12,9
	5,4
	
SNQ
	2,76
	1,2
	
NNQ
	1,27
	0,53
	
Przepływy Qmaxp o p-stwie przewyższenia

	
1%
	304
	94,8
	
5%
	207
	68,2
	
10%
	165
	56,2
	
50%
	64
	26
	
Lokalizację wodowskazów Łowicz i Orłów przedstawia rys. 5.1.

Strona nr 7
Analiza przejścia wód miarodajnych w rejonie mostu drewnianego na rzece Bzurze w ciągu drogi gminnej w miejscowości Strugienice

W praktyce inżynierskiej, w odniesieniu do interpolacji charakterystyk przepływu rzecznego wzdłuż rzeki kontrolowanej najczęściej stosowana jest metoda określająca zmianę przepływu w funkcji wielkości powierzchni zlewni. W przypadku położenia przekroju obliczeniowego pomiędzy przekrojami wodowskazowymi stosowana jest metoda interpolacji lub linearyzacji. W metodach tych zakłada się, że w przekrojach położonych w pobliżu przekroju kontrolowanego przepływy charakterystyczne zmieniają swoją wartość w funkcji wielkości powierzchni zlewni. W niniejszym przypadku, gdy na rzece znajdowały się dwa przekroje wodowskazowe, a pomiędzy nimi przekrój mostowy dla którego potrzebne były wielkości przepływów - można przeprowadzić linearyzację, tzn. założyć, że charakterystyka przepływu zmienia się liniowo w funkcji przyrostu powierzchni zlewni. W takim przypadku przepływ w przekroju obliczeniowym usytuowanym na odcinku pomiędzy przekrojami wodowskazowymi obliczany jest jako wartość interpolowana według zależności:
Qo = Qwi + ((Qw2 - Qwi)/(Aw2-Awi)) • (Ao-A^i))
gdzie: Qo i Qwi, Qw2 - przepływy maksymalne,
Ao i Awi, Aw2 - powierzchnie zlewni - w profilach analizowanych
Powyższy wzór stosowano do przenoszenia charakterystyk przepływu do przekroju obliczeniowego - mostu w Strugienicach - położonego pomiędzy dwoma przekrojami wodowskazowymi.
Wyniki obliczeń, przepływy prawdopodobne dla przekroju mostowego (przekrój 5) w Strugienicach, przedstawia tabela 5.2.
Tab.5.2.
Prawdopodobieństwo
	p i%]
	Przepływ Qmaxp
	[m^s]
	
0,5
	
	232

l
	
	203

5
	
	140

10
	
	112

50
	
	45,6

Strona nr 8
Analiza przejścia wód miarodajnych w rejonie mostu drewnianego na rzece Bzurze w ciągu drogi gminnej w miejscowości Strugienice

Wartości przepływów o prawdopodobieństwach od p=50% do p=l% obliczono na podstawie wymienionego wyżej wzoru z zależności między wodowskazami. Wartość przepływu  o   prawdopodobieństwie  p==0,5%   odczytano   z  wykresu  krzywej prawdopodobieństwa, zamieszczonego poniżej.

Strona nr 9
Analiza przejścia wód miarodajnych w rejonie mostu drewnianego na rzece Bzurze w ciągu drogi gminnej w miejscowości Strugienice

6. Obliczenia hydrauliczne
Do obliczeń hydraulicznych wykorzystano model HEC-RAS (Hydrologie Engineering Center's River Anałysis System) (pakiet gotowych programów komputerowych) opracowany przez US Anny Corps of Engineers-Hydraulic Engineering Center.
Pakiet służy do obliczania układu zwierciadła wody w sieciach cieków z uwzględnieniem wpływu mostów, przepustów itd. Bazuje na równaniach ustalonego wolnozmiennego przepływu w sieci cieków. W ruchu wolnozmiennym ustalonym w korycie charakterystyki przepływu nie pozostają niezmienne na długości koryta. Dzieje się tak z dwóch powodów:
• zmienia się kształt przekroju poprzecznego koryta;
• występuje zasilanie lub odpływ z koryta po drodze.
W ruchu wolnozmiennym zwierciadło wody układa się stale wzdłuż tej samej linii, lecz nie jest równoległe do dna koryta. Nie istnieje również stały spadek linii swobodnego zwierciadła, czy linii energii nawet między przekrojami położonymi bardzo blisko siebie.
W ramach niniejszego opracowania zostały przeprowadzone obliczenia modelowe przebiegu zwierciadeł wód na rzece Bzurze na odcinku 490 m w sąsiedztwie aktualnej lokalizacji mostu (między przekrojami l i 10). Rozpatrywano następujące warianty zmian aktualnych warunków przepływu wód:
• regulacja koryta obejmująca wyrównanie spadku i wyrównanie przekrojów poprzecznych w dnie;
• poszerzenie koryta rzeki od strony lewego brzegu o 7,5 m na odcinku od przekroju 4 do 6 (km 69+445 - 69+325) z regulacją koryta;
• poszerzenie koryta rzeki od strony lewego brzegu o 15 m na odcinku od przekroju 4 do 6 (km 69+445 - 69+325) z regulacją koryta;
• poszerzenie koryta rzeki od strony lewego brzegu o 15 m na odcinku od przekroju
3 do 7 (km 69+495 - 69+275) regulacją koryta.
Przeprowadzono również obliczenia dla warunków aktualnych, bez zmian w kształcie koryta Bzury.

Strona nr l O
Analiza przejścia wód miarodajnych w rejonie mostu drewnianego na rzece Bzurze w ciągu drogi gminnej w miejscowości Strugienice

Do uruchomienia modeli zgromadzono następujące dane:
• dane opisujące kształt doliny rzeki (hydrauliczne) - przekroje poprzeczne;
• dane hydrologiczne - wielkości przepływów prawdopodobnych w poszczególnych przekrojach
Geometrię koryta doliny rzecznej opisują przekroje poprzeczne, wyznaczone pomiarami geodezyjnymi. W celu oddania kształtu koryta rzeki wprowadzono do modelu przekroje poprzeczne. Dla rozpatrywanego odcinka Bzury wyznaczono 10 przekrojów poprzecznych odzwierciedlających kształt koryta rzeki poniżej i powyżej rozpatrywanego mostu w miejscowości Strugienice. Badany odcinek miał długość 490m.
Przekroje zostały zlokalizowane w następujących km Bzury:
1. 69+590,
2. 69+550,
3. 69+495,
4. 69+445,
5. 69+395 (przekrój mostowy),
6. 69+325,
7. 69+275,
8. 69+230,
9. 69+170,
10.69+100.
Lokalizację przekrojów poprzecznych przedstawiono na mapie stanowiącej załącznik nr 2. Przekroje poprzeczne zamieszczono w załączniku nr 3.
Przekrój przez dolinę rzeki został wprowadzony jako ciąg punktów (odległość, rzędna terenu). Każdy z wprowadzonych przekrojów miał także określone położeniu punktów brzegu koryta rzeki, a także odległość do następnego przekroju. Powyższe informacje, wprowadzone do programu HEC-RAS pozwoliły na uzyskanie trójwymiarowego modelu doliny rzecznej.
Prawidłowe oszacowanie własności hydraulicznych koryta i doliny ma zasadnicze znaczenie dla skutecznego modelowania. Dla najważniejszych cech hydraulicznych należy pokrycie i sposób użytkowania terenu, bezpośrednio określające liczbowe charakterystyki szorstkości. Naj powszechniej stosowanym sposobem opisu szorstkości jest współczynnik Manninga „n". Jest on uzależniony od typu cieku, kształtu koryta, rodzaju materiału w dnie, występowania roślinności itp. i charakteryzuje powierzchnię ze względu na opory działające

Strona nr
Analiza przejścia wód miarodajnych w rejonie mostu drewnianego na rzece Bzurze w ciągu drogi gminnej w miejscowości Strugienice

na warstwę cieczy. Im wyższa jest wartość współczynnika, tym większy opór. Wartości współczynników Manninga zawarte są w tablicach [Ven Te Chów, 1959]. W zastosowanym modelu wprowadzane są oddzielne wartości współczynnika szorstkości „n" dla koryta głównego rzeki oraz dla koryta zalewowego co umożliwia dokładniejsze odwzorowanie warunków przepływu w przypadku modelowania przejścia wielkich wód.
Dla wariantu obliczeniowego odzwierciedlającego aktualne warunki wprowadzono do modelu dla koryta głównego rzeki współczynnik szorstkości, przyjęty zgodnie z tablicami, o wartości 0,035, dla koryta zalewowego przyjęto współczynnik szorstkości o wartości 0,05. Dla wariantów uwzględniających regulację koryta, bądź jego poszerzenie przyjęto współczynnik 0,03 w korycie głównym i 0,035 w korycie zalewowym z uwagi na to, że tym pracom towarzyszyło będzie również oczyszczenie koryta, co w istotny sposób wpływa na zmniejszenie wartości współczynnika szorstkości.
Z uwagi na niewielką długość badanego odcinka dla każdego przekroju wprowadzono takie same wartości przepływów prawdopodobnych obliczonych w rozdziale 5.
7. Wyniki obliczeń
Analizę  obliczeniową rozpoczęto  od  wykonania  obliczeń  dla wariantu uwzględniającego aktualny kształt koryta Bzury (wariant „bez zmian") i dla wariantu obejmującego regulację koryta polegającą na wyrównaniu spadku i wyrównanie przekrojów poprzecznych w dnie (wariant „z regulacją koryta").
Tabela 7.1. przedstawia zestawienie rzędnych zwierciadeł wód o określonym prawdopodobieństwie przewyższenia dla wariantu bez zmian i dla wariantu z regulacją koryta w przekroju mostowym. Tab.7.1.
Prawdopodobieństwo przewyższenia [%]
	Rzędna wody [m npm]
	
	wariant bez zmian
	wariant z regulacją koryta
	
0,5
	87,97
	87,80
	
l
	87,87
	87,65
	
5
	87,56
	87,33
	
10
	87,38
	87,04
	
50
	86,37
	85,94

Strona nr 12
Analiza przejścia wód miarodajnych w rejonie mostu drewnianego na rzece Bzurze w ciągu drogi gminnej w miejscowości Strugienice       __

W myśl Rozporządzenia Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej z dnia 30 maja 2000 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać drogowe obiekty inżynierskie i ich usytuowanie (Dz. U. Nr 68, póz. 735) prawdopodobieństwo przepływu miarodajnego dla mostu trwałego, i drogi lokalnej, dojazdowej wynosi 1%. Miarodajna rzędna zwierciadła wody odpowiada przepływowi miarodajnemu. W związku z powyższym w tabeli 7.2. zamieszczono zestawienie rzędnych wody 1% uzyskanych dla wszystkich przekrojów poprzecznych dla wariantu bez zmian i wariantu z regulacją koryta. Tab. 7.2.
Przekrój
	Rzędna wody 1% [m npm]
	
	wariant bez zmian
	wariant z regulacją koryta
	
l
	88,07
	87,79
	
2
	88,10
	87,80
	
3
	88,09
	87,81
	
4
	88,06
	87,79
	
5
	87,87
	87,65
	
6
	87,93
	87,74
	
7
	87,94
	87,74
	
8
	87,51
	87,30
	
9
	87,49
	87,28
	
10
	87,50
	87,29
	
Profil podłużny rozpatrywanego odcinka Bzury z naniesionymi zwierciadłami wody 1% dla wariantu bez zmian i wariantu z regulacją koryta przedstawia wykres 7.1.
Na wykresie 7.2 przedstawiono przekrój mostowy w obecnym kształcie i po jego regulacji z zaznaczonymi poziomami wody 1%.

Strona nr 15
Analiza przejścia wód miarodajnych w rejonie mostu drewnianego na rzece Bzurze w ciągu drogi gminnej w miejscowości Strugienice

W dalszej części analizy obliczeniowej porównywano warianty uwzględniające różne warunki poszerzenia koryta Bzury wraz z jego regulacją. Najlepsze wyniki otrzymano dla wariantu uwzględniającego poszerzenie koryta o 15 m na dłuższym odcinku. W związku z powyższym poniżej zamieszczono zestawienia wyników uzyskanych dla wariantu uwzględniającego poszerzenie koryta o 15 m od strony lewego brzegu na odcinku od przekroju 3 do 7 wraz z regulacją koryta (wariant „z poszerzenie koryta").
Tabela 7.3. przedstawia zestawienie rzędnych zwierciadeł wód o określonym prawdopodobieństwie przewyższenia dla wariantu bez zmian i dla wariantu z poszerzeniem koryta otrzymanych w przekroju mostowym. Tab.7.3.
Prawdopodobieństwo przewyższenia [%]
	Rzędna wody [m npm]
	
	wariant bez zmian
	wariant z poszerzeniem koryta
	
0,5
	87,97
	87,87
	
l
	87,87
	87,71
	
5
	87,56
	87,37
	
10
	87,38
	87,06
	
50
	86,37
	85,92
	
W tabeli 7.4. zamieszczono zestawienie rzędnych wody 1% dla 10 przekrojów poprzecznych obliczonych dla wariantu bez zmian i wariantu z poszerzeniem koryta.

Strona nr 16
Analiza przejścia wód miarodajnych w rejonie mostu drewnianego na rzece Bzurze w ciągu drogi gminnej w miejscowości Strugienice

Tab.7.4.
Przekrój
	Rzędna wody 1% [m npm]
	
	wariant bez zmian
	wariant z poszerzeniem koryta
	
l
	88,07
	87,61
	
2
	88,10
	87,63
	
3
	88,09
	87,76
	
4
	88,06
	87,75
	
5
	87,87
	87,71
	
6
	87,93
	87,74
	
7
	87,94
	87,74
	
8
	87,51
	87,30
	
9
	87,49
	87,28
	
10
	87,50
	87,29
	
Profil podłużny Bzury z naniesionymi zwierciadłami wody 1% dla dwóch rozpatrywanych wariantów przedstawia wykres 7.3.
Porównanie kształtu przekroju mostowego przed poszerzeniem koryta i po jego poszerzeniu z zaznaczonymi poziomami wody 1% przedstawia wykres 7.4.

Strona nr 19
Analiza przejścia wód miarodajnych w rejonie mostu drewnianego na rzece Bzurze w ciągu drogi gminnej w miejscowości Strugienice

W tabeli 7.5. przedstawiono porównanie wyników uzyskanych dla wariantu z regulacją koryta i dla wariantu uwzględniającego poszerzenie koryta i jego regulację. Tab.7.5.
Przekrój
	Rzędna wody 1% [m npm]
	
	wariant z regulacją koryta
	wariant z poszerzeniem koryta
	
l
	87,79
	87,61
	
2
	87,80 //
	87,63
	
3
	87,81
	87,76
	
4
	87,79
	87,75
	
5
	87,65
	87,71
	
6
	87,74
	87,74
	
7
	87,74
	87,74
	
8
	87,30
	87,30
	
9
	87,28
	87,28
	
10
	87,29
	87,29
	
Profil podłużny Bzury uwzględniający warianty w powyższym zestawieniu przedstawia wykres 7.5.
Przekrój mostowy dla wariantu z regulacją koryta i dla wariantu z poszerzeniem koryta i jego regulacją z zaznaczonymi poziomami wody 1% przedstawia wykres 7.6.

Strona nr 22
Analiza przejścia wód miarodajnych w rejonie mostu drewnianego na rzece Bzurze w ciągu drogi gminnej w miejscowości Strugienice

8. Podsumowanie
Otrzymane wyniki pozwalaj ą na sformułowanie następujących wniosków:
1. W przypadku realizacji wariantu z regulacją koryta, polegającą na wyrównaniu spadku i wyrównaniu przekrojów w dnie, poziom wody 1% w przekroju mostowym powinien obniżyć się w stosunku do aktualnych warunków o 22 cm.
2. Dla wariantu uwzględniającego poszerzenie koryta od strony lewego brzegu o 15 m na odcinku od km 69+495 do km 69+275 wraz z regulacją koryta różnica w rzędnych wody 1% w przekroju mostowym w stosunku do warunków aktualnych powinna wynieść 16 cm.
3. Z obliczeń wynika, że poszerzenie koryta Bzury wraz z jego regulacją nie spowoduje znacznego obniżenia poziomu zwierciadła wody miarodajnej.
4. Lepsze efekty w obniżeniu poziomu wody można uzyskać przeprowadzając tylko regulację koryta polegającą na wyrównaniu spadku i wyrównaniu przekrojów w dnie, z jednoczesnym oczyszczeniem koryta.
5. Po zrealizowaniu wariantu z regulacją koryta poziom wody miarodajnej w aktualnym przekroju mostowym osiągnie rzędną 87,65 m npm. Niższy poziom wody w porównaniu z przekrojem mostowym otrzymano jedynie dla przekrojów 8, 9 i 10, które są oddalone od obecnej lokalizacji mostu o 165 m.
6. Osiągnięta rzędna wody miarodajnej w wariancie z regulacją koryta jest o 30 cm niższa, niż aktualna rzędna spodu konstrukcji mostu, co oznacza, że w przypadku budowy nowego mostu, w tym samym miejscu, należy podnieść spód konstrukcji co najmniej o 20 cm. Bezpieczne wzniesienie spodu konstrukcji budowli hydrotechnicznej, zgodnie z Rozporządzeniem MOŚZNiL z dnia 20 grudnia 1996 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać obiekty budowlane gospodarki wodnej i ich usytuowanie (Dz. U. Nr 21, póz. 111), wynosi 0,5 m nad poziomem wody przy maksymalnym poziomie wody lub poziomie wody przy przepływie miarodajnym.