Infrastruktura transportu wodnego, Skrypty z Transport

Pobierz Infrastruktura transportu wodnego i więcej Skrypty w PDF z Transport tylko na Docsity!

Lech Tołkacz

INFRASTRUKTURA TRANSPORTU WODNEGO

TOM I

INFRASTRUKTURA TRANSPORTU ŚRÓDLĄDOWEGO

Lech Tołkacz

INFRASTRUKTURA TRANSPORTU WODNEGO

TOM I

INFRASTRUKTURA TRANSPORTU ŚRÓDLĄDOWEGO

Szczecin 2010

Motto: To Natura dała szansę człowiekowi na jej doskonalenie

SPIS TREŚCI

• WPROWADZENIE str
• 1. NNATURALNE OBIEKTY INFRASTRUKTURY LINIOWEJ ........
• 1.1. Rzeki swobodnie płynące........................................................................
• 1.2. Rzeki uregulowane..................................................................................
• 1.3. Rzeki skanalizowane..............................................................................
• 2. SZTUCZNE OBIEKTY INFRASTRUKTURY LINIOWEJ
• 2.1. Budowle hydrotechniczne.......................................................................
• 2.1.1. Jazy.......................................................................................................
• 2.1.2. Śluzy.....................................................................................................
• 2.1.3. Podnośnie i pochylnie...........................................................................
• 2.1.4. Awanporty.............................................................................................
• 2.2. Kanały żeglowne......................................................................................
• 3. INFRASTRUKTURALNE OBIEKTY PUNKTOWE ..........................
• 3.1. Porty i przystanie śródlądowe..................................................................
• 3.2. Stocznie śródlądowe................................................................................
• 4. SZLAKI ŻEGLOWNE DRÓG WODNYCH .........................................
• 4.1. Oznakowanie szlaków żeglownych.........................................................
• 4.2. Parametryzacja szlaków żeglownych dróg wodnych..............................
• RUCHU NA SZLAKACH ŻEGLOWNYCH 5. UWARUNKOWANIA ZACHOWANIA BEZPIECZEŃSTWA
• 5.1. Utrzymanie szlaków żeglownych..........................................................
• 5.2. Systemy meldunkowe i kontroli ruchu..................................................
• 6. EUROPEJSKIE DROGI ŚRÓDLĄDOWE
• 6.1. Fizyko – geograficzna charakterystyka Europy.....................................
• 6.2. Makroregionalne i regionalne sieci dróg wodnych Europy...................
• 6.3. Polskie drogi wodne w makroregionie Europy Zachodniej...................
• ZAKOŃCZENIE .........................................................................................
• LITERATURA .............................................................................................

• przejazdy kolejowe, w tym urządzenia służące zapewnieniu bezpieczeństwa ruchu drogowego,
• nadbudowy, w tym tory, szyny z rowkiem i szyny ochronne; podkłady kolejowe i pręty wzdłużne, drobny osprzęt nawierzchni kolejowej, balasty, w tym odpryski skalne i piasek; punkty, skrzyżowania itd.; obrotnice i przesuwnice (z wyjątkiem zastrzeżonych tylko dla lokomotyw),
• drogi dojazdowe dla pasażerów i towarów, w tym drogi dostępu,
• urządzenia zabezpieczające, sygnalizacyjne i łącznościowe na otwartych torach, w stacjach i stacjach rozrządowych, w tym urządzenia służące do wytwarzania, przetwarzania i dystrybucji prądu elektrycznego do celów sygnalizacji i łączności; budynki, w których takie urządzenia czy instalacje się znajdują; hamulce torowe,
• urządzenia świetlne dla celów ruchu kolejowego i bezpieczeństwa,
• urządzenia do przetwarzania i doprowadzenia energii elektrycznej do holowania pociągów; podstacje, kable zasilające między podstacjami i przewodami jezdnymi, linami nośnymi i nośnikami; trzecia szyna z nośnikami,
• budynki wykorzystywane przez dział infrastruktury, w tym część związana z urządzeniami do poboru opłat komunikacyjnych”. W skład infrastruktury drogowej wchodzą:
• „grunt,
• roboty drogowe przed ułożeniem nawierzchni: wykopy, nasypy, odpływy itd.; podsypywanie i zasypywanie wykopów,
• roboty związane z nawierzchnią i pomocnicze; warstwy nawierzchni wielowarstwowej, w tym impregnacja wodoodporna, krawędzie, pas zieleni, kanały ściekowe i inne urządzenia odwadniające, twarde pobocza i inne miejsca do nagłych postojów, zatoczki i parkingi na otwartej drodze (w tym drogi dostępowe oraz znaki parkingowe i drogowe), miejsca do parkowania na obszarach zabudowanych na gruncie publicznym, roślinność i architektura zieleni, urządzenia zabezpieczające itd.,
• konstrukcje budowlane: mosty, przepusty, wiadukty, tunele, budowle chroniące przed lawinami i spadającymi skałami, osłony śniegowe itd.,

• przejazdy kolejowe,
• znaki drogowe i urządzenia sygnalizacyjne i łącznościowe,
• urządzenia świetlne,
• urządzenia do poboru opłat, parkometry,
• budynki wykorzystywane przez dział infrastruktury”. Na infrastrukturę wodną śródlądową składają się następujące pozycje:
• „ grunt,
• kanały (roboty ziemne, baseny i osłony kanałów, podwaliny, falochrony, wały brzegowe, drogi holowania i drogi dojazdowe), ochrona brzegów, kanały doprowadzające do akweduktów, lewary i przewody, tunele kanałów, baseny obsługi służące wyłącznie do ochrony jednostek pływających, baseny i zbiorniki do przechowywania wody pitnej i regulowania poziomu wód, budowle do kontroli wód, narzędzia do pomiaru przepływu, rejestry poziomu i urządzenia ostrzegawcze,
• roboty związane z odcięciem drogi wodnej i bezpieczeństwem, przelewy spływowe do odprowadzenia siłą ciężkości wód retencyjnych, baseny i zbiorniki do przechowywania wody pitnej i regulowania poziomu wód, budowle do kontroli wód, narzędzia do pomiaru przepływu, rejestry poziomu i urządzenia ostrzegające,
• zapory wodne i budowle piętrzące (konstrukcje w poprzek koryta rzeki służące utrzymaniu odpowiedniej głębokości wody dla celów nawigacji oraz w celu ograniczenia przepływu poprzez przednie uderzenie fal lub za pomocą dorzeczy), związane z tym budowle (przepławki dla ryb, kanały przepustowe),
• śluzy nawigacyjne, wypory (podnośnie - przyp. autora) i równie pochyłe, w tym baseny poczekalnie i baseny służące do celów gospodarki wodnej,
• sprzęt cumowniczy i przystanie (boje cumownicze, dalby, pachołki cumownicze, polery, relingi i odbijacze),
• urządzenia do oznakowania kanałów, sygnalizacji, bezpieczeństwa; łączności i oświetlenia,
• urządzenia do kontroli ruchu,
• urządzenia do poboru opłat,
• budynki wykorzystane przez dział infrastruktury”.

Długi okres żywotności jest z pewnością pożądany np. ze względu na okres zwrotu inwestycji. Jednakże obiekty starzeją się nie tylko fizycznie ale również moralnie. To ostatnie, wynika z pojawiania się nowych koncepcji i nowych generacji rozwiązań technicznych, które wymagają likwidacji obiektów przed upływem utraty przez nie możliwości sprawnego funkcjonowania. Jest to tym bardziej istotne, że realizacja inwestycji infrastrukturalnych wiąże się z długim okresem ich powstawania w warunkach poligonowych. Immobilność tych obiektów sprawia, że z reguły nie można ich przenieść w inne miejsce lub dostarczyć w postaci gotowej z miejsc bardziej sprzyjających ich wytworzeniu. Jak wynika z tabeli 1, szczególnie długi okres żywotności charakteryzuje obiekty infrastruktury transportu śródlądowego. Również długi jest ich okres wykonawstwa w trudnych warunkach terenowych i w szczególnych uwarunkowaniach hydrologicznych. Niemniej jednak to te obiekty charakteryzują się najwyższą produktywnością w kraju o dobrych wynikach gospodarczych, o czym świadczą informacje zawarte w tabeli 2.

Tabela 2 Produktywność nakładów inwestycyjnych w transporcie RFN [tkm/DM]

Rok

Transport Śródlądowy Kolejowy Samochodowy 1960 5,3 1,5 1, 1965 4,8 1,3 1, 1970 5,2 1,3 1, 1975 4,6 0,9 1, 1980 4,9 1,0 2, 1985 4,4 0,8 2, Żródło: [Produktivitat den Binnenschiffahrt. „Zeitszcrift fur Binnenschiffahrt und Wasserstrassen“ 1985, nr 8]

Istotność infrastruktury transportu śródlądowego wynika również z faktu jej naturalnego pochodzenia a tym samym możliwości użytkowania od momentu zaistnienia procesów transportowych. To pochodzenie, stanowi jedno z kryteriów podziału infrastruktury transportowej przedstawionego na rysunku 1.

Rys.1. Podział obiektów infrastruktury transportowej Źródło: opracowanie własne

Podział ten obejmuje podstawowe obiekty infrastrukturalne poszczególnych rodzajów transportu. Ujmuje on również nie wymieniane dotąd obiekty infrastruktury transportu morskiego.

INFRAKSTRUKTURA TRANSPORTOWA

Obiekty liniowe

Obiekty punktowe

Naturalne Sztuczne

Śródlądowe

Morskie

Rzeki

Jeziora

Kanały morskie

Kanały śródlądowe

Drogi kołowe

Drogi szynowe

Powietrzne

Porty morskie

Porty śródlądowe

Terminale lądowe

Stacje kolejowe

Porty lotnicze

Przepom- pownie

Rurociągi

typu obiektami były tratwy budowane z bali drewnianych, które służyły zarówno transportowi drewna jak i ludzi oraz niewielkich partii ładunku (rys.2).

Rys. 2. Spław tratwy Źródło: [4]

Współcześnie, coraz bardziej rosną wymogi dotyczące masy ładunku, powodujące wzrost wymagań w stosunku do parametrów geometrycznych dróg wodnych a szczególnie do ich głębokości. Rzeki spełniające co najmniej podstawowe wymagania zawarte w klasyfikacji dróg wodnych [16], noszą nazwę rzek żeglownych. Są one obiektami na bazie których tworzona jest infrastruktura transportu śródlądowego.

1. NATURALNE OBIEKTY INFRASTRUKTURY LINIOWEJ

1.1. Rzeki swobodnie płynące Głębokość rzeki jest przede wszystkim pochodną jej zasobności w wodę. O tej zasobności decydują podstawowe dwa czynniki: wielkość dorzecza rzeki oraz intensywność opadów charakteryzujących to dorzecze. Dorzecze jest obszarem, z którego wszystkie wody spływają do systemu jednej rzeki i odpływają zeń rzeką główną. Poza rzeką główną w dorzeczu z reguły występują dopływy tworzące dorzecze rzędu I, jeżeli są dopływami bezpośrednimi; dopływy pośrednie tworzą dorzecze bardziej rozwinięte – rzędu II i rzędów wyższych, co ilustruje rysunek 1.1.

Rys.1.1. Porównanie dorzeczy o różnym stopniu rozwinięcia : a. dorzecze Sanu b. dorzecze Turii (Hiszpania) Źródło: [19]

W powyższej zależności poza znanymi wielkościami jakimi są parametry geometryczne przekroju koryta rzeki tj. poza jego szerokością i głębokością występuje również wielkość, którą jest spadek rzeki. Wynika on z faktu wzdłużnego nachylenia dna koryta rzeki w stosunku do płaszczyzny poziomej oraz nachylenia płaszczyzny powierzchni wody przy różnych jej stanach. Stany wody w rzekach rozumiane jako położenie jej powierzchni w stosunku do zerowej wartości wodowskazu, mają z reguły charakter lokalny. Zmiany stanów występują jako skutek miejscowych opadów lub przemieszczania się fali spływu powstałej w wyniku gwałtownego spływu powierzchniowego. Stany te w podstawowej formule przyjmują wartości określane jako:

• NW – Niska Woda
• SW – Średnia Woda
• WWŻ – Wysoka Woda Żeglowna

Ze względu na opór ruch statku w „jeździe w górę rzeki” przyjmuje się że granicznym spadkiem rzek lub ich żeglownych odcinków jest spadek o wartości 4 ‰ i że z biegiem rzeki jego wartość jest malejąca. Malejący spadek powoduje mniejszą prędkość przepływu wody w rzece. Ciągłość przepływu wyrażona zależnością:

S * v = constans, (3) wymusza rosnącą – wraz z biegiem rzeki – wartość powierzchni przekroju jej koryta. W tym kontekście i z uwzględnieniem warunku (2) można stwierdzić, że w sposób naturalny z biegiem rzeki rośnie jej szerokość i głębokość, przy czym przyrost wzrost szerokości jest bardziej intensywny niż przyrost głębokości. Te znane ale równocześnie formalnie powyżej opisane zjawiska, determinują warunki żeglugi zróżnicowane na długości każdej rzeki swobodnie płynącej. Zróżnicowanie to stało się podstawą do ingerencji człowieka w koryta rzeczne celem ujednolicenia i ustabilizowania wartości parametrów rzek wpływających na ich transportowe wykorzystanie.

1.2. Rzeki uregulowane Pierwotna ingerencja człowieka w dzieło natury jakim jest rzeka nosi nazwę regulacji. Podlegają jej rzeki swobodnie płynące , które w sposób ciągły zmieniają swój kształt, koryto, brzegi. Rzeczą naturalną jest fakt, że rzeki te nie tworzą przebiegu prostoliniowego lecz zawsze płyną zakolami (rys. 1.2.)

źródło rzeki ujście rzeki Rys.1.2. Nie prostoliniowy przebieg rzeki Źródło: [opracowanie własne]

Taki kształt rzeki jest wynikiem oddziaływania na masę jej wody ruchu wirowego i obrotowego Ziemi. Prostoliniowa odległość od jej źródeł do ujścia jest mniejsza od jej długości mierzonej w środku szerokości koryta. Relacja pomiędzy tymi wielkościami nosi nazwę rozwinięcia rzeki, które zawsze przybiera wartość większą od jedności. Relację tą ilustruje zapis: długość rzeki rozwinięcie rzeki = ----------------------------------------------- > 1 odległość od źródeł do ujścia Rozwinięcie rzeki ma istotny wpływ na wydłużenie potencjalnej wodnej drogi transportowej w stosunku do drogi lądowej przebiegającej po linii prostej lub do niej zbliżonej kształtem. Rzeka płynąc zakolami swoją energią przepływu ( E = mv² ) rzeźbi koryto tak, że jedne brzegi są wysokie i nazywane brzegami wklęsłymi a brzegi przeciwległe są płaskie i noszą miano brzegów wypukłych (rys 1.3)

brzeg wklęsły

brzeg wypukły Rys.1.3. Rzeźba brzegów koryta rzeki; nurt rzeki Źródło : [opracowanie własne]

Quasi stałymi w zbiorze tych form są głębie (plosa) i ławice. Pozostałe formy denne zmieniają swoje kształty i położenie w sposób ciągły i dynamiczny, utrudniając tym samym warunki nawigacyjne na drodze wodnej. W sposób ciągły ale mniej dynamiczny zmieniają swoje położenie i kształt brzegi wklęsłe. W wyniku „ich podmywania” przez płynącą wodę zakola przekształcają się w meandry (rys.1.5).

Stadia meandra:

1. Podmywanie brzegu wklęsłego
2. Likwidacja meandra
3. Starorzecze

Rys.1.5. Meander rzeki swobodnie płynącej. Stadia meandra. Źródło: [19]

Proces likwidacji meandra następuje zazwyczaj w czasie wysokiej wody i zwiększonego natężenia przepływu. W jego wyniku tworzy się tzw. starorzecze, stanowiące fragment poprzedniego koryta rzeki. W obrazie starorzeczy zapisana jest historia rzeki, która w okresie swojego trwania wielokrotnie tworzyła meandry i odcinała je z czasem od głównego koryta. Taki obraz przedstawia rysunek 1.6, na którym widnieje rzeka Narew oraz materialne ślady jej przeszłości.

Rys. 1.6. Meandry i starorzecza Narwi Źródło: [20]

W przeszłości półwyspy lub wyspy tworzone przez meandry były wykorzystywane do lokalizacji warowni, dla których otaczająca je woda tworzyła naturalne fosy. Do dzisiaj w obszarach o nazwie własnej „Ostrów” (tw języku starosłowiańskim oznaczającym - wyspę) np. Ostrów Tumski , na których położone są Stare Miasta, odnaleźć można historię związku rzeki z ludźmi zamieszkującymi jej pobrzeża. Łączność tych śródlądowych wysp z lądem stałym zapewniały najczęściej zwodzone mosty lub brody. Brody wiodły poprzez miejscowe wypłycenia rzek zwane przemiałami (patrz rys. 1.4). Dzisiaj stanowią one istotną przeszkodę dla żeglugi śródlądowej zmniejszając głębokość szlaku żeglownego. Przeszkodę w uprawianiu żeglugi stanowią również meandry o małych promieniach łuku lub skomplikowanych kształtach. Współczesnym potwierdzeniem takiego stanu jest meander znajdujący się na Odrze Dolnej w pobliżu miejscowości Urad. ( rys. 1.7).