Biur Projektowe HydroBIM sp. z o.o. zakończyło analizę w zakresie stworzenia systemu małej retencji dla gminy Wielopole Skrzyńskie. Przez Gminę przepływa mała rzeczka Wielopolka, która może sprawiać wielkie problemy. Tak było na przykład w Gliniku i Ropczycach, w czerwcu 2009, kiedy powódź spowodowała wielkie straty materialne a nawet ofiary śmiertelne. Projekt zabezpieczenia przeciwpowodziowego dla regionu zakłada budowę suchych zbiorników przeciwpowodziowych w miejscowościach Broniszów, Glinik i Rzegocin. Takiemu rozwiązaniu przeciwni są mieszkańcy gminy Wielopole Skrzyńskie, którzy przekonują, że budowa polderów jest dla nich niekorzystna i od 10 lat protestują, czasami nawet bardzo stanowczo. Aby rozwiązać patową sytuację, Burmistrz Gminy zamówił analizę i opracowanie koncepcji alternatywnej, czyli utworzenia wielu zbiorników małej retencji.
Analiza małej retencji – co zrobił nasz Zespół?
Przedmiotem naszego opracowania była analiza rozwiązań inwestycyjnych w zakresie stworzenia systemu małej retencji na terenie gminy Wielopole Skrzyńskie w zlewni rzeki Wielopolka. Opracowaliśmy koncepcję korzystnego rozmieszczenia zbiorników powodziowych na odcinkach dopływów Wielopolki. W opracowaniu określiliśmy pojemności zbiorników retencyjnych w wariancie koncepcyjnym i dwóch wariantach projektowych. Ponadto przedstawiliśmy przybliżoną linię zalewu terenów w czaszach zbiorników retencyjnych. Opracowaliśmy modele 3D, wykorzystujące numeryczny model terenu i dane pozyskane z obliczeń hydraulicznych.
Obliczenia hydrauliczne przy zastosowaniu HEC-RAS
Do obliczeń skuteczności zbiorników wykorzystaliśmy oprogramowanie HEC-RAS. Program, opracowany przez US Army Corps of Engineers, w rękach eksperta (a takich mamy w HydroBIM) staje się potężnym orężem. HEC-RAS umożliwia wykonanie obliczeń jednowymiarowych stałego przepływu, jedno- i dwuwymiarowych obliczeń przepływu zmiennego, obliczeń transportu osadów i rumowiska wleczonego oraz modelowania temperatury wody i jakości wody. Na potrzeby analizy małej retencji wykorzystaliśmy modelowanie przepływów zmiennych na całym obszarze zlewni, z wykorzystaniem rozkładu opadów.
HEC-RAS używa do obliczeń dwuwymiarowych schematu rozwiązania objętości skończonych. Algorytm ten został zaprojektowany by umożliwić użycie strukturalnej i niestrukturalnej siatki obliczeniowej. Oznacza to, że siatka obliczeniowa może składać się z 3, 4, 5 maksymalnie 8-bocznych komórek obliczeniowych. Terminologia HEC-RAS dla opisu siatki obliczeniowej w modelowaniu 2D definiuje obszar przepływu 2D. Opisuje on granice, w których będą robione obliczenia.
Siatka obliczeniowa jest tworzona wewnątrz obszaru przepływu 2D. Definiuje się nominalny rozmiar oczka siatki zależnie od potrzeb i charakteru obliczeń.
Wariant koncepcyjny
Punktem wyjścia dla wariantu koncepcyjnego małych zbiorników retencyjnych na obszarze gminy Wielopole Skrzyńskie było opracowanie z 2010 roku „Analiza możliwości lokalizacji przeciwpowodziowych zbiorników retencyjnych w zlewni rzeki Wielopolka na terenie gminy Wielopole Skrzyńskie” autorstwa zespołu, którym kierował Profesor Politechniki Rzeszowskiej, Józef Dziopak. W modelu tym założono budowę 28 zbiorników małej retencji. Planowaną lokalizację tych zbiorników przedstawiamy poniżej.
Analiza potencjalnych lokalizacji zbiorników małej retencji
Wykorzystując integrację danych GIS i BIM wykonaliśmy analizę topografii terenu gminy oraz obliczenia numeryczne. Opracowanie wariantów lokalizacji zbiorników i analiza małej retencji podlegały następującym założeniom:
- czasze zalewowe zbiorników powinny leżeć poza terenami zabudowanymi, w przeciwnym wypadku konieczne jest zastosowanie dodatkowych zabezpieczeń w postaci murów,
- niweleta czaszy zbiorników retencyjnych powinna być jak najmniejsza,
- doliny zalewowe powinny mieć jak największą szerokość i długość przy określonej wysokości piętrzenia wody,
- obwałowania i tamy zamykające doliny powinny mieć jak najmniejszą długość,
- pojemność zbiorników powinna być skorelowana z wielkością cieku wodnego i obszaru jego zasilania,
- zbiorniki retencyjne powinny być zlokalizowane w terenach o niskiej kulturze rolnej (łąki, zarośla),
- zbiorniki retencyjne powinny być położone w pobliżu dróg komunikacyjnych,
- zbiorniki retencyjne powinny w jak najmniejszym stopniu ingerować w układ komunikacyjny,
- zbiorniki retencyjne powinny w jak największym stopniu chronić obszary zurbanizowane przed zdarzeniami wezbraniowymi.
Analiza małej retencji – warianty projektowe naszego autorstwa
Kierując się powyższymi założeniami opracowaliśmy dwa warianty projektowe. Pierwszy stanowił rozwinięcie wariantu koncepcyjnego. Wykorzystując aktualne obliczenia przepływów, skoncentrowaliśmy się na modelowaniu zbiorników małej retencji na ciekach o wyższym przepływie, rezygnując z tych położonych w pobliżu cieków o niskim przepływie. Założeniem było zredukowanie o około 50 % przepływów na wybranym cieku przy niewielkich piętrzeniach na zbiornikach.
Drugi wariant projektowy który opracowaliśmy, stanowi rozwinięcie wariantu WP1 o jeden zbiornik w dolinie rzeki Wielopolki, w miejscu planowanego w „Aktualizacji Planów Zarządzania Ryzykiem Powodziowym” (aPZRP) zbiornika W_GWW_993, w rejonie ujścia cieku Malanaka do Brzeźnicy. Jednak wielkość tego zbiornika skorygowaliśmy tak, aby nie powodował zalewania budynków. Sprawdziliśmy też możliwość uwzględnienia zbiornika dodatkowego w miejscu planowanego w aPZRP zbiornika W_GWW_991. Jednak zbiornik nie powodujący zalewania zabudowy miał niezauważalny wpływ na redukcję fali wezbraniowej. Ostatecznie nie uwzględniliśmy go w drugim wariancie projektowym.
Podsumowanie
Wielowątkowa analiza małej retencji dla gminy Wielopole Skrzyńskie pozwoliła na opracowanie wniosków końcowych opartych nie na opiniach, a na twardych danych, wynikających z obliczeń i symulacji. Dzięki metodyce BIM i zintegrowaniu wielu źródeł danych, w tym topograficznych, hydraulicznych, geofizycznych i meteorologicznych uzyskaliśmy miarodajne i możliwe do zweryfikowania wyniki. Dla poprawy percepcji rezultatów analizy opracowaliśmy szereg wizualizacji 3D, które ułatwiają zrozumienie szerokiego kontekstu projektu.
Przedstawiliśmy Zleceniodawcy naszą ocenę możliwych opcji i oszacowaliśmy koszty realizacji wariantów projektowych. Doświadczenia z realizacji projektu będziemy mieli okazję natychmiast wykorzystać przy realizacji kotraktu dla PGW Wody Polskie.
Metoda badawcza i zastosowany system obliczeń mają, naszym zdaniem, duży potencjał w zakresie ograniczania skutków powodzi błyskawicznych przy zastosowaniu rozwiązań małej retencji.