LR Aplinkos ministerija Ataskaita: gta -to

1

UAB „Aplinkos inžinierių grupė“ Kuršių g. 7 Kaunas LT-48107, [email protected],

įm. kodas 110872756

LR Aplinkos ministerija A. Jakšto g. 4, LT-01105 Vilnius, [email protected], įm.

kodas 188602370

Sutarties pavadinimas: „Vandens debito kreivių sudarymo galimybių studija“

Sutarties numeris: VPS-2019-69-ES

Vykdytojas: UAB „Aplinkos inžinierių grupė“

Užsakovas: LR Aplinkos ministerija

Ataskaita: Galutinė ataskaita (atsižvelgta į 2020 08 14 studijos Priežiūros k-to

pastabas)

Kaunas, 2020 rugpjūtis

Vandens debito kreivių sudarymo galimybių studija. Galutinė ataskaita

2

TURINYS

BENDROJI DALIS ..............................................................................................................................4

1 Sąvokos ir trumpiniai....................................................................................................................6 2 Įvadas ............................................................................................................................................7

3 Problemos esmė ............................................................................................................................8 3.1 Debito kreivių hidrauliniai aspektai .......................................................................................8 3.2 Netikslios debitų kreivės žemiau užtvankų ............................................................................8

3.3 Tvenkinių naudojimo ir priežiūros tipinės taisyklės (TNPT) ..............................................10 3.4 STR 2.05.19:2005 – Statybos techninis reglamentas STR 2.05.19:2005 „Inžinerinė

hidrologija. Pagrindiniai skaičiavimų reikalavimai ........................................................................10 3.5 LAND 81-2006. Vandens debito matavimo hidrometriniais suktukais ir plūdėmis metodika 11

4 Bendrai apie debito nustatymo būdus .........................................................................................12 5 PARENGTI APŽVALGĄ APIE KITŲ ŠALIŲ (BENT TRIJŲ VALSTYBIŲ, PARENKAMŲ

VYKDYTOJO SIŪLYMU, SUDERINUS SU UŽSAKOVU) VANDENS DEBITŲ KREIVIŲ SUDARYMO PRAKTIKĄ IR HIDROMETRIJOJE NAUDOJAMAS METODIKAS UPIŲ VAGOSE VANDENS DEBITUI NUSTATYTI PAGAL VANDENS DEBITO

PRIKLAUSOMYBĖS NUO VANDENS LYGIO KREIVES. ..........................................................13 5.1 Pasaulinė meteorologijos organizacija (WMO) ...................................................................13

5.1.1 Hidrometrinės stoties debito kreivės (DK) vertinimas pagal paprastą vandens lygio ir debito (L-D) sąryšį......................................................................................................................13 5.1.2 Debitų vertinimas pagal „greičio indekso“ metodą ......................................................14

5.1.3 Debitų vertinimas pagal „nuolydis kaip parametras“ metodą ......................................14 5.1.4 Neapibrėžtumai .............................................................................................................14

5.2 Tarptautinė Standartų Organizacija (ISO) ...........................................................................14 5.3 Lenkija .................................................................................................................................15 5.4 Jungtinė karalystė (JK).........................................................................................................15

5.5 Jungtinės Amerikos valstijos, Kanada, Australija, Naujoji Zelandija .................................16 6 ATLIKTI TRADICINIŲ DEBITO MATAVIMO METODŲ, REGLAMENTUOJAMŲ

LIETUVOS RESPUBLIKOS APLINKOS APSAUGOS NORMATYVINIAME DOKUMENTE LAND 81-2006 „VANDENS DEBITO MATAVIMO HIDROMETRINIAIS SUKTUKAIS IR PLŪDĖMIS METODIKA“, PATVIRTINTAME APLINKOS MINISTRO 2006 M. BIRŽELIO 23

D. ĮSAKYMU NR. D1-313 „DĖL LIETUVOS RESPUBLIKOS APLINKOS APSAUGOS NORMATYVINIO DOKUMENTO LAND 81-2006 PATVIRTINIMO“ (TOLIAU – LAND),

TAIKYMO TVENKINIŲ ŽEMUTINIUOSE BJEFUOSE GALIMYBIŲ ĮVERTINIMĄ...............18 6.1 Tarptautinė Standartų Organizacija (ISO) ...........................................................................18

6.1.1 Debito kreivės ...............................................................................................................18

6.1.2 Netradicinis debito matavimo metodas: akustiniai Doplerio debitomačiai (ADCP)....18 6.2 „Vandens debito matavimo hidrometriniais suktukais ir plūdėmis metodika“ LAND 81-

2006. Taikymo tvenkinių žemutiniuose bjefuose galimybių įvertinimas .......................................19 6.3 Apžvalgos išvados................................................................................................................24

7 PATEIKTI ĮVERTINIMĄ, KAIP DEBITO KREIVĖS SUDARYMO TIKSLUMĄ ĮTAKOJA

ŠIE GAMTINIAI AR ANTROPOGENINIAI VEIKSNIAI ..............................................................25 7.1 esant atvirai upės vagai ........................................................................................................29

7.2 esant ledo dangai ..................................................................................................................29 7.3 esant ledo sangrūdoms .........................................................................................................30 7.4 esant vagai užaugusiai vandens augalija ..............................................................................30

7.5 esant upės vagos deformacijoms..........................................................................................31 7.6 esant patvankai dėl žemiau esančios užtvankos ar kito statinio ..........................................31

7.7 esant vandens prietakai iš kitų upių ar nuotekų išleistuvų ...................................................32 7.8 ar kitais atvejais, turinčiais įtaką vandens debito kreivės sudarymo tikslumui ...................33


3

8 PARENGTI METODIKĄ, KURIOJE BŪTŲ PATEIKIAMI REIKALAVIMAI TVENKINIŲ ŽEMUTINIO BJEFO DEBITO KREIVEI SUDARYTI ...................................................................35

8.1 upės vagos debito matavimo ir debito kreivės sudarymo vietos parinkimui .......................39

8.2 debitų matavimui. Papildomų debito matavimų tvenkinių žemutiniame bjefe sausmečio metu reikalavimai, atsižvelgiant į hidrotechninių statinių, senvagių ir kitų kanalų išsidėstymą HE

vandens pralaidų išsidėstymo ir veiklos režimo poveikį debito matavimų ŽB rezultatams bei tradicinių debito matavimo metodų taikymo tvenkinių žemutiniame bjefe galimybes, parengimą 41

8.3 minimalių vandens debitų ekstrapoliavimui. Pateikti reikalavimus, nustatančius vandens lygio ir debito matavimo vietos parinkimui ir minimaliam debitų skaičiui, kuris būtinas naujos

debitų kreivės sudarymui arba patikslinimui ir reikšmingumo lygmens, apibūdinančio atskirų debito kreivių dalių pasikliautinio intervalo ribas, nustatymui bei sąlygas, kurioms esant būtina atnaujinti debito kreivės rodiklius ..................................................................................................42

8.4 papildomų debito matavimų tvenkinių poreikiui (siekiant patikslinti projektinių debito kreivių parametrus). Atlikti įvertinimą, esant skirtingoms vandens režimo sąlygoms ...................46

8.5 esant atvirai upės vagai ir koeficientų nustatymą šiais atvejais: esant ledo dangai; esant ledo sangrūdoms; esant vagai užaugusiai vandens augalija; esant upės vagos deformacijoms, esant patvankai dėl žemiau esančios užtvankos ar kito statinio; esant vandens prietakai iš kitų upių ar

nuotekų išleistuvų; ar kitais atvejais ...............................................................................................47 8.6 periodiniam tvenkinio žemutinio bjefo debito kreivės atnaujinimui, kalibravimui .............48

8.7 tvenkinių žemutiniuose bjefuose įrengtų hidrometrinių matuoklių vandens lygio atskaitoms 48 8.8 pateikti aprašymą su sąlygomis žemutinio bjefo debitui įvertinimui ir debitų kreivei sudaryti

naudojant ekstrapoliavimo metodiką, kai nėra galimybių išmatuoti debito žemutiniame bjefe tradiciniais būdais ...........................................................................................................................48

9 PATEIKTI SIŪLYMUS STR PAKEITIMAMS, SUSIJUSIEMS SU REIKALAVIMŲ VANDENS DEBITO KREIVIŲ SUDARYMUI NUSTATYMU; PATEIKTI SIŪLYMUS KITŲ TEISĖS AKTŲ PAKEITIMAMS, JEIGU ANALIZĖS METU NUSTATYTAS TOKS POREIKIS.

52 9.1 Ryšio Lygis-Debitas nustatymas (Debito kreivės): standarto perėmimas arba „LAND“

parengimas ......................................................................................................................................52 9.2 LAND 81-2006. Vandens debito matavimo hidrometriniais suktukais ir plūdėmis metodika 52

9.3 STR 2.05.19:2005 „Inžinerinė hidrologija. Pagrindiniai skaičiavimų reikalavimai ............52 9.4 Tvenkinių naudojimo ir priežiūros tipinės taisyklės (LAND 2-95) .....................................52

9.5 Vandens greičio ir debito matavimai su akustiniais Doplerio debitomačiais (ADCP)........53 10 Literatūra (atliktos apžvalgos: 3-6 skyriai) .................................................................................55

10.1 Lietuva .................................................................................................................................55

10.2 ISO (Tarptautinė standartų organizacija) .............................................................................55 10.3 WMO (Pasaulinė meteorologijos organizacija) ...................................................................56

10.4 Lenkija .................................................................................................................................56 10.5 Didžioji Britanija..................................................................................................................56 10.6 JAV, Kanada, Australija, Naujoji Zelandija ........................................................................57

11 Literatūra (7-9 skyrių).................................................................................................................57


4

BENDROJI DALIS

Lietuvos Respublikos aplinkos ministro ir Lietuvos Respublikos žemės ūkio ministro 2017 m. gegužės 5 d. įsakymu Nr. D1-375/3D-312 patvirtintame Vandenų srities plėtros 2017–2023 metų

programos įgyvendinimo veiksmų plane numatyta priemonė 2017–2018 m. nustatyti reikalavimus užtvankų žemutinių bjefų (ŽB) debito kreivių sudarymui sausmečiu. Šios priemonės uždavinys yra

sumažinti neigiamą hidromorfologinių pokyčių poveikį paviršiniams vandens telkiniams. Pagal tvenkinių eksploatacijos kontrolės praktiką, daugelyje tvenkinių naudojimo ir priežiūros taisyklėse pateiktos žemutinio bjefo debito priklausomybės nuo vandens lygio kreivės yra labai netikslios .

Pagal šias priklausomybes (debito kreives) negalima pakankamu tikslumu nustatyti sausmečio metu į ŽB praleidžiamą iš tvenkinio vandens debitą.

Paslaugos tikslas – parengti vandens debito kreivių sudarymo galimybių studiją (toliau – Studija), į kurią įeina tvenkinių žemutinių bjefų vandens debito kreivių sudarymo metodika (toliau – metodika) ir pasiūlymai Statybos techninio reglamento STR 2.0519:2005 „Inžinerinė hidrologija.

Pagrindiniai skaičiavimų reikalavimai“ patvirtinimo“, patvirtinto Lietuvos Respublikos Aplinkos ministro 2005 m. rugsėjo 22 d. įsakymu Nr. D1-458 „Dėl statybos techninio reglamento STR

2.0519:2005 „Inžinerinė hidrologija. Pagrindiniai skaičiavimų reikalavimai“ patvirtinimo“ (toliau – STR) keitimui, nustatant reikalavimus vandens debito kreivių sudarymui.

Galutinė ataskaita teikiama remiantis sutarties Nr. VPS-2019-69-ES techninės specifikacijos

14.3 p. nuostatomis. Galutinę ataskaitą sudaro Studija, į kurią įeina:

• 14.3.1p. I ir II tarpinių ataskaitų turinys;

• 14.3.2p. Pasiūlymai dėl STR pakeitimo, nustatant reikalavimus vandens debito kreivių sudarymui;

• 14.3.3p. Pasiūlymai kitų teisės aktų pakeitimams, jeigu analizės metu nustatytas toks poreikis.

Galutinės ataskaitos turinys (dalių numeracijos) suformuotas tiksliai pagal techninės specifikacijos reikalavimus. Detalesnis galutinės ataskaitos turinys:

• Apžvalga apie kitų šalių vandens debitų kreivių sudarymo praktiką (5 skyrius);

• Tradicinių debito matavimo metodų, reglamentuojamų LAND, taikymo tvenkinių žemutiniuose bjefuose galimybių įvertinimas (6 skyrius);

• Pateikti įvertinimą, kaip debito kreivės sudarymo tikslumą įtakoja gamtiniai ar antropogeniniai veiksniai (7 skyrius);

• Parengti metodiką, kurioje būtų pateikiami reikalavimai tvenkinių žemutinio bjefo debito kreivei sudaryti (8 skyrius);

• Pateikti siūlymus STR pakeitimams, susijusiems su reikalavimų vandens debito kreivių sudarymui nustatymu; pateikti siūlymus kitų teisės aktų pakeitimams, jeigu analizės metu

nustatytas toks poreikis (9 skyrius).


5

SANTRAUKA

Nagrinėjama tvenkinių žemutinių bjefų (ŽB) vandens debito kreivių (DK) sudarymo

metodika. Turint DK (vandens lygio-debito sąryšį) pagal vandens lygį, kuris yra lengvai įvertinamas, galima nustatyti vandens debitą. LHMT vandens matavimo stočių prie tvenkinių arba užtvankų

žemutiniuose bjefuose yra nedaug, todėl reikia parengti specifinę metodiką, kurioje būtų pateikiami reikalavimai tvenkinių žemutinio bjefo debito kreivei sudaryti. Šių hidrotechninių statinių (HTS) žemutiniuose bjefuose yra sudarytos projektinės DK ir debitų matavimai atliekami epizodiškai. Vieta,

kur atliekami šie matavimai atitinka paprastos vandens matavimo stoties reikalavimus. Hidrometrinių (H/m) matavimų metodikos natūraliose tėkmėse ir ruožuose žemiau tvenkinių

ar jų užtvankų yra tos pačios, tačiau skiriasi vandens aplinka, vietos sąlygos žemiau hidrometrinės stoties, kurias apibūdina upės vagos tėkmės sąlygos (kontrolė).

Čia nepaliečiamos hidrometrinių stočių tinklo debitų kreivės -„Lygis-Debitas“ su vandens

tėkmės nuolatine ir/ar dirbtina kontrole, kai naudojami dirbtiniai, kalibruoti hidrauliniai slenksčiai, latakai ir kiti hidrotechninių statinių (HTS) bei HE (hidroelektrinių) turbinos ar vamzdynai.

Pagrindinis dėmesys šioje ataskaitoje kreipiamas į tvenkinių (užtvankų) žemutinių bjefų (ŽB) debitų kreivių (vandens Lygio - Debito sąryšio) sudarymą. Analizuojami atvejai, kai upės vanduo dar neišsilieja iš krantų. Tuomet debitų kreivės (DK) viršutinė riba yra sklidinos upės vagos debitas.

Kitaip tariant, maksimalūs debitai arba DK viršutinė riba čia detaliai nenagrinėjama. Naudojami terminai nurodyti LST EN ISO 772 (Hidrometrijos apibrėžimai. Žodynas ir

simboliai) ir kituose normatyviniuose dokumentuose. Pateikiama apžvalga apie kitų šalių vandens debitų kreivių sudarymo praktiką, detalizuojama

Tarptautinės standartų organizacijos (ISO), Pasaulinės meteorologijos organizacijos (WMO) ir kitų

hidrologinių-hidraulinių organizacijų debito kreivių standartai bei jų reglamentai. Įvertinamos tradicinių debito matavimo metodų, reglamentuojamų LAND, taikymo tvenkinių žemutiniuose

bjefuose galimybės. Parengta metodika su reikalavimais tvenkinių žemutinio bjefo debito kreivei sudaryti. Pateikti

siūlymai STR ir kitų normatyvinių aktų susijusiems su reikalavimų vandens debito kreivių sudarymui

nustatymu.


6

1 SĄVOKOS IR TRUMPINIAI

AAA – Aplinkos apsaugos agentūra.

AAD - Aplinkos apsaugos departamentas prie Aplinkos ministerijos.

Gradavimas arba vertinimas - ryšys tarp debito ir kitų kintamųjų arba stebėjimai ir skaičiavimai,

reikalingi šiam ryšiui nustatyti (angl. „rating“).

Hidrometrija – mokslas apie vandens matavimus ir analizę, įskaitant metodus, būdus ir prietaisus, naudojamus hidrologijoje.

Hidrometrinis pjūvis - pjūvis arba skerspjūvis, kuriame matuojamas debitas. Praktikoje dažnai sakoma “hidrometrinis profilis”.

HTS, HE - hidrotechnikos statinys, hidroelektrinė.

Kontrolinis skerspjūvis (pjūvis), kontrolinis ruožas - dirbtinės arba natūralios vagos skerspjūvio arba ruožo fizinės savybės, kurios apibūdina ryšį tarp lygio ir debito tam tikroje vagos vietoje.

Krytis - paviršiaus vandens lygių nagrinėjamo ruožo galuose pokytis tam tikru laiko momentu, pavyzdžiui, užrašytas dviejų matuoklių stotyje.

LAND 81-2006 - Vandens debito matavimo hidrometriniais suktukais ir plūdėmis metodika.

L-D – Lygio ir Debito sąryšis - kreivė, lygtis ar lentelė, išreiškianti debito priklausomybę nuo vandens lygio atviros vagos tam tikrame skerspjūvyje ir tam tikromis sąlygomis, esant

nusistovėjusiam, kylančiam ar besileidžiančiam lygiui. Praktikoje dažnai įvardijama „debito kreivė“ (DK). Debitų kreivė leidžia nustatyti vandens debitą pagal vandens lygio matavimų rezultatus.

LHMT - Lietuvos hidrometeorologijos tarnyba

Lygio ir debito sąryšio jautris - Santykis tarp lygio ir jį atitinkančio debito pokyčio hidrometrinėje stotyje. Kai nedidelis debito padidėjimas sukelia didelį lygio pokytį, laikoma kad lygio ir debito

sąryšis yra jautrus. Priešingai, kai didelis debito padidėjimas iššaukia sąlyginai mažą lygio pokytį - sąryšis yra nejautrus.

Lygių skirtumo ir debito sąryšis arba nuolydžio, lygio ir debito sąryšis - kreivių šeima

apibūdinanti ryšį tarp atviros vagos laisvojo vandens paviršiaus nuolydžio, vandens lygio ir debito tam tikrame ruože, esant kintamai patvankai.

Lygmatis - matavimo priemonė skirta skysčio paviršiaus lygiui matuoti lygmačio nulio atžvilgiu.

Matavimų ruožas - hidrauliniams parametrams matuoti išrinktas atviros vagos ruožas.

Paprastoji hidrometrijos stotis - vandens matavimo stotis, kurioje lygis matuojamas viena matuokle

debito ir lygio priklausomybei nustatyti.

Patvanka - skysčio lygio pakilimas vagoje prieš srovę nuo nurodytos vietos, sukeltas tekėjimo

trikdžių

STR 2.05.19:2005 – Statybos techninis reglamentas STR 2.05.19:2005 „Inžinerinė hidrologija. Pagrindiniai skaičiavimų reikalavimai.

TNPT /LAND 2-95 Tvenkinių naudojimo ir priežiūros tipinės taisyklės (LAND 2-95).

VMS – Hidrometrijos (H/m) stotis (vandens matavimo stotis) - prie upokšnio, upės ar atviro vagos

įrengta aikštelė vandens lygiui arba debitui, arba abiem parametrams sistemiškai matuoti.

AB, ŽB - aukštutinis ir žemutinis bjefas (ruožas žemiau ar aukščiau užtvankos).

VL, Q - vandens lygis (m) ir debitas (m3/s).

WMO, ISO - Pasaulinė meteorologijos organizacija, Tarptautinė standartų organizacija


7

2 ĮVADAS

Pagal Lietuvoje priimtą sistemą skiriamos mažos, vidutinės ir didelės upės. Analizuojant tarptautines publikacijas iškyla problema dėl upių dydžio kiekybinio apbrėžimo taikymo. Viena iš

labiausiais pagrįstų klasifikacijų pasaulyje žemiau pateikiama, pritaikant ją šalies upėms (2.1. lent.).

2.1 lentelė. Upių klasifikacija pagal debitą, baseino plotą, vagos plotį ir intakų eilę (UNESCO/WHO/UNEP, 1996)

Upės dydis Debitas m3/s Baseino plotas km2

Upės plotis,

m

Intakų eilė

Lietuvos upės

Didelės upės

1 000 – 10 000 100 000 -106 800-1 500 7-11 Nėra (Nemunas – tenkina tik baseino

ploto sąlygą)

Vidutinės upės

100 -1 000 10 000 -100 000 200-800 6-9 Nemunas ir Neris (Lietuvoje

laikomos didelėmis upėmis)

Mažos upės 10 -100 1 000- 10 000 40-200 4-7 Dubysa, Jūra, Šventoji

Upeliai 1 - 10 100 -1 000 8-40 3-6 Jiesia, Mituva

Maži upeliai (upokšniai)

0.1 – 1.0 10-100 1-8 2-5

Upeliūkščiai <0.1 <10 <1 1-3

Pagal šią klasifikaciją Lietuvoje nėra didelių upių. Nepaisant šito, laikome, kad Nemunas ir

Neris yra didelės (pagal klasifikaciją – vidutinės), vidutinės upės - Dubysa, Merkys, Šventoji ir kt. (pagal klasifikaciją – mažos) ir mažos upės – Jiesia, Mituva ir kt. (pagal klasifikaciją – upeliai).

Kai debitai matuojami tradiciniais metodais (LAND 81-2006 ir LST EN ISO 748:2008 standartas) upės dydžio sąvoka (maža, vidutinė ir didelė) nebefigūruoja. Upės dydį iš dalies netiesiogiai apibūdina parenkamas vandens greičio matavimo vertikalių skaičius, kuris priklauso nuo

vagos pločio bei reikalaujamo debito matavimo tikslumo (žr. 6.1 lent.).


8

3 PROBLEMOS ESMĖ

3.1 Debito kreivių hidrauliniai aspektai

Vandens matavimo stočių (VMS) kontroliniai pjūviai ir kontroliniai vagos ruožai aptariami

daugelyje publikacijų (Maidment, 1992, Herschy, 2008; WMO (I), 2010; WMO (II), 2010, Fenton ir Keller, 2001). Debitų kreivė laikoma vienalytė (pastovus ir stabilus lygio-debito sąryšis), kai hidrometriniai pjūviai ir tolimesni vagos ruožai neturi tėkmei žymios dirbtinos ar nepastovios laike

kontrolės. T.y. vagos hidraulinių sąlygų, kurios apsprendžia tėkmės būklę. Tuomet tėkmės debitas išimtinai priklauso nuo vagos nuolydžio, vandens lygio, vagos geometrijos ir jos šiurkštumo būklės

(detaliau žr. 7 skyrių). Vietinė arba artima vagos kontrolė esanti netoli vandens matavimo pjūvio (stoties) labiausiai

paveikia mažus debitus. Vidutiniai ir dideli debitai H/m stotyje priklauso nuo ilgo, pakankamai

tolimo vagos ruožo fizinių ir hidraulinių charakteristikų. Gera VMS praktika rekomenduoja vengti stočių, kurias įtakoja patvankos. T.y., tvenkiamų

upių ruožų žemiau VMS. Patvankos vertinimas yra pateikiamas visuose tarptautiniuose dokumentuose - tai standartinė praktika.

.

3.2 Netikslios debitų kreivės žemiau užtvankų

Pateikiami keli, realių debitų matavimų pavyzdžiai ŽB, kurie palyginami su projektinėmis debitų kreivėmis (3.1- 3.3 pav.). Kaip matyti, sudarytų HE žemutinių bjefų projektinių debitų kreivės

dažnai neatitinka realių matavimo duomenų (ypač kreivės apatinė dalis - minimalūs debitai).

3.1 pav. Kuodžių HE žemutinio debito kreivė pateikta Tvenkinio naudojimo ir priežiūros

Taisyklėse (netinka mažų debitų apibūdinimui). Matuota – 2019 09 26. Pagal šią kreivę, kai VL=40.30 m (raudona rodyklė) debito reikšmė turėtų būti apie 15 m3/s (realybėje Q=2.53 m3/s).


9

3.2 pav. Balskų HE žemutinio bjefo debitų kreivė (grafikas iš Tvenkinio taisyklių) ir

kontroliniai debitų matavimai

3.3 pav. Antanavo HE žemutinio bjefo debitų kreivė (grafikas iš tvenkinio taisyklių) ir

kontroliniai debitų matavimai

Elementarios vietinės sąlygos, pvz., vandens augalija, žymiai pakeičia DK pobūdį (3.4 pav.).

Esant švariai vagai, debito nustatymui pagal Lygio ir debito sąryšį turi būti naudojama viena kreivė, o kai vaga yra su vandens augalija – kita kreivė.

3.4 pav. Nemuno žemiau Kauno HE debito kreivės Q= f(H) švariai vagai (1) ir vagai su

vandens augalija. 1988m. vasaros pabaiga - ruduo (2). ( Ždankus et al. 2016).


10

Būtina atkreipti dėmesį į nenusistovėjusį tėkmės režimo pobūdį HE ŽB, kur turbinos išleidžia vandenį. Pvz., Nemuno tėkmės režimo pobūdis Kauno HE ŽB (Šikšnys ir Sabas, 2011). Tokiais atvejais dažniausiai L-D sąryšiai yra nepastovūs.

3.3 Tvenkinių naudojimo ir priežiūros tipinės taisyklės (TNPT)

Teiginiai tiesiogiai susiję su debitų matavimų arba debitų kreivėmis (LAND 2-95):

<..................> VII. TVENKINIO VANDENS NAUDOJIMO APSKAITA

<..................> 41. Tvenkinio aukštutiniame ir žemutiniame bjefuose turi būti įrengtos hidrometrinės matuoklės, pagal kurių atskaitas būtų galima nustatyti vandens lygį ir vandens debitą naudojantis debitų ir

vandens lygių priklausomybės kreivėmis.

<..................>

44. Kartą per metus HE savininkas savo lėšomis turi organizuoti šiuos kontrolinius matavimus 44.1. patikrinti hidrometrinėje matuoklėje nurodytus vandens lygius pagal geodezinio ženklo

altitudę (niveliavimo būdu);

44.2. debito matavimą žemutiniame bjefe; 44.3. vandens lygių Tvenkinyje ir žemutiniame bjefe, registruojamų automatinėmis vandens

lygių matavimo ir registravimo priemonėmis, atitiktį pagal hidrometrinių matuoklių parodymus (leistina paklaida ne daugiau kaip 2 cm).

Kontrolinių matavimų rezultatai turi būti įforminti laisvos formos akte, kurį pasirašo

kontrolinius matavimus atlikę asmenys, ir saugomi ne mažiau kaip 1 metus. Kontrolinių matavimų rezultatai pareikalavus pateikiami aplinkos apsaugos valstybiniams kontrolės pareigūnams.

VIII. PRIEDAI <..................> 46.8. Žemutinio bjefo debito (papildomai derivacinio arba apvedamojo kanalo, kai yra įrengta tokio

tipo hidroelektrinė) priklausomybės nuo vandens lygio kreivė; <..................>

46.9. Gamtosauginio vandens debito praleidimo kreivė, nurodant jo praleidimo būdą ir priemones;

3.4 STR 2.05.19:2005 – Statybos techninis reglamentas STR 2.05.19:2005 „Inžinerinė

hidrologija. Pagrindiniai skaičiavimų reikalavimai

Išvardijami teiginiai apie debitų kreives šiame reglamente: <..................>

III SKYRIUS. PAGRINDINĖS SĄVOKOS

<..................> 9.3. debito kreivė – priklausomybė tarp vandens lygio ir debito. Vandens matavimo stotyse,

turint vandens lygius, pagal ją apskaičiuojami debitai. Ji sudaroma ir hidrotechnikos statiniams; <..................>

V SKYRIUS. HIDROLOGINIŲ SKAIČIAVIMŲ BENDROSIOS NUOSTATOS

14. Prieš naudojant hidrometrinius duomenis hidrologiniams skaičiavimams būtina įsitikinti: <..................>

14.6. ar tinkamai ekstrapoliuotos debitų kreivės iki minimalių ir maksimalių vandens lygių ir nuotėkio skaičiavimo metams, sezonui, mėnesiui ir parai pagal debitų kreives; <..................>

21. Statinio projekto hidrologinės dalies sprendiniuose nurodoma: <..................>

21.2. hidrologiniai skaičiavimai: <..................>


11

21.2.5. debito kreivė (vandens lygių-debitų ryšys); <..................>

Išvada: Šiame STR tik paminėtas formalus reikalavimas debitų kreivių sudarymui.

Tačiau nėra jokios techninių žinių apie tvenkinių/užtvankų (HTS) žemutinius bjefus.

3.5 LAND 81-2006. Vandens debito matavimo hidrometriniais suktukais ir plūdėmis metodika

Čia yra tik vienas teiginys apie debitų kreivę šiame reglamente:

<..................> 27.7. atsižvelgiant į matavimo tikslą, taikomas detalusis ar pagrindinis matavimo vertikalėje

būdas. Detalusis būdas taikomas turint tikslą sudaryti debitų kreivę, atliekant kontrolinius

matavimus ir kitais atvejais, kai norima gauti tikslesnius duomenis. Praktikoje dažniausiai naudojamas supaprastintas – pagrindinis būdas.

Išvada: Tik paminėtas formalus reikalavimas debitų kreivių sudarymui,

tvenkinių/užtvankų žemutiniai bjefai nėra akcentuojami.


12

4 BENDRAI APIE DEBITO NUSTATYMO BŪDUS

Europoje (pagal WMO - VI regionas) buvo atlikta apklausa „inicijuoti bendras pastangas su Tarptautine standartizacijos organizacija (ISO) ir Europos standartizacijos komitetu (CEN) dėl

tarptautinių hidrologinių stebėjimų ir duomenų sutvarkymo standartų“ (Buzas, 2008). Išsiųstas klausimynas apie paviršinių vandenų matavimus (vandens lygis, debitas, nešmenys ir kt.). Buvo

paprašyta nurodyti, kokio tipo normatyvinius dokumentus, standartus, rekomendacijas ir kt. naudojo nacionalinės hidrologinės tarnybos (NHT) matavimams ir duomenų sutvarkymui: vietiniai hidrologiniai normatyvai (tai yra techninės gairės, kurias NHT paskelbė tarnybiniam naudojimui, bet

neturi privalomosios vertės) - nacionaliniai standartai - ISO standartai - CEN standartas. 14 šalių užpildė anketą, įskaitant Latviją, Lenkiją, Vokietiją, Ispaniją, D. Britaniją ir kt.

Remiantis šio klausimyno rezultatais, dauguma šių šalių naudojasi iš esmės nacionaliniais hidrologiniais normatyvais lauko matavimams atlikti bei duomenų tvarkyti. Tarptautiniai

standartai labiausi taikomi debitų matavimui ir paviršinio vandens lygio nustatymui

(atitinkami, dešimt ir šešios šalys). Pasaulinės Meteorologijos Organizacijos (WMO) publikuojami hidrologiniai techniniai

reglamentai, vadovai ir žinynai turi tikslą „užtikrinti tinkamą praktikos ir procedūrų vienodumą ir standartizavimą“. Tačiau šalia bendrųjų taisyklių ir procedūrų šie dokumentai taip pat nurodo ISO standartus.

WMO 2009 metais atliko apklausą „Debito matavimo įrangos ir debito nustatymo būdų vertinimas“ (WMO, 2009). Pats populiariausias debito nustatymo būdas yra „Greitis-plotas“, o

nuo jo šiek tiek atsilieka „Lygio-debito sąryšis“ – debito kreivės (4.1 lent.). Praėjus dešimtmečiui šios tendencijos nebus aiškiai pakitusios.

4.1 lentelė. Debito nustatymo būdai (61 šalies apklausos atsakymai)

Nr. Debito nustatymo būdas Vidutiniškai % Respondentų %

1. Greitis - plotas 46,4 66,7

2. Lygio-debito ryšys 40,2 51,9

3. Lygio- greičio ryšys 1,2 22,2

4. Hidrotechniniai statiniai (HTS) 9,4 29,6

5. Manningo arba energijos lygtys (įskaitant

nuolydis-plotas, kritinis gylis, netiesioginis metodai ir kt.)

1,2 22,2

6. Krituliai -Nuotėkis 1,6 25,9

7. Traseriai, tirpalai <0,5 148


13

5 PARENGTI APŽVALGĄ APIE KITŲ ŠALIŲ (BENT TRIJŲ VALSTYBIŲ,

PARENKAMŲ VYKDYTOJO SIŪLYMU, SUDERINUS SU UŽSAKOVU) VANDENS

DEBITŲ KREIVIŲ SUDARYMO PRAKTIKĄ IR HIDROMETRIJOJE

NAUDOJAMAS METODIKAS UPIŲ VAGOSE VANDENS DEBITUI NUSTATYTI

PAGAL VANDENS DEBITO PRIKLAUSOMYBĖS NUO VANDENS LYGIO

KREIVES.

5.1 Pasaulinė meteorologijos organizacija (WMO)

WMO vadovėliai arba darbinės knygos „Tėkmių (upių) matavimai“ (Manual on Stream

Gauging“), kaip nurodo jų pavadinimai, skirti debitų vertinimui atvirose vagose (WMO (II), 2010). Šios publikacijos šiuo metu yra atnaujinamos kartu su Hidrometrijos techniniu komitetu ISO TC 113, darbą planuojama baigti 2021 metais.

5.1.1 Hidrometrinės stoties debito kreivės (DK) vertinimas pagal paprastą vandens lygio ir debito (L-D) sąryšį

Žemiau pateikiamas turinys aktualus šios studijos užduočiai:

1. Hidrometrinės stoties L-D sąryšio kontrolė 1.1. Hidrometrinio pjūvio (skersinio profilio) vietinė kontrolė (vagos hidraulinės sąlygos)

1.2. Vagos (išilginė) kontrolė (vagos hidraulinės sąlygos) 1.3. Apjungta arba sudėtinė kontrolė

2. Pagrindinės hidraulinės lygtys

3. Sudėtingi L-D ryšiai 4. DK grafinis atvaizdavimas

4.1. Debitų matavimo sąrašas 4.2. Lygmačio vidinės ir išorinės atskaitos 4.3. Tiesinis (aritmetinis) mastelis

4.4. Logaritminis mastelis 4.5. Debitų kreivių kompiuterinė grafika

4.6. Debitų kreivių analizė / vertinimas 5. H/m stoties pjūvis su natūralia kontrole 6. H/m stoties pjūvis su natūralia sudėtine kontrole

7. H/m stotis su stabilia vagos kontrole 8. H/m stotis su sudėtine kontrole (skerspjūvio ir vagos)

9. Debito kreivių ekstrapoliacija 9.1. Minimalių debitų ekstrapoliacija 9.2. Maksimalių debitų ekstrapoliacija

10. Debito kreivių poslinkiai 10.1. Poslinkių indentifikavimas

10.2. L-D ryšio statistinė analizė 10.3. DK vertinimo poslinkiai natūraliai pjūvio kontrolei 10.4. DK vertinimo poslinkiai vagos kontrolei

11. Ledo poveikis debitų vertinimui 11.1. Bendrai 11.2. Ižas

11.3. Paniręs ledas 11.4. Paviršinis ledas

11.5. Debito skaičiavimai esant patvankai nuo panardinto ledo 11.6. Debito skaičiavimai esant patvankai nuo paviršinio ledo


14

5.1.2 Debitų vertinimas pagal „greičio indekso“ metodą

Šis vertinimo metodas taikomas ten, kur kintanti patvanka neleidžia naudoti aukščiau aprašytų lygio - debito kreivių sąryšio apskaičiuoti upės debitą. Jis tapo prieinamas, kai buvo pradėti taikyti

akustiniai greičio matavimo prietaisai (akustiniai greičio matuokliai, akustiniai Doplerio tėkmės greičio matuokliai, akustiniai Doplerio tėkmės „profiliuotajai“ - debitomačiai). Pagrindiniai angliški

trumpiniai – ADVM, ADCP. Šis metodas taip pat apibūdinamas toliau tekste, apžvelgiant JAV patirtį.

1. Įvadas

2. Greičio indekso metodo pagrindai 3. Lygis – plotas sąryšio sudarymas 4. Greičio indekso vertinimo sudarymas

5. Debito skaičiavimas 5.1. Bendrai

5.2. Vidutinis debitas potvynių-atoslūgių vietovėse 5.3. Debitų duomenys ledo laikotarpiu

6. Vietovės pavyzdys taikant ADVM Greičio indeksą

6.1. Lygis-plotas sąryšio sudarymas 6.2. Greičio indekso sudarymas

7. Greičio indekso paklaidos

5.1.3 Debitų vertinimas pagal „nuolydis kaip parametras“ metodą

Šis metodas dar vadinamas „lygio kritimo (kryčio) - debito“ vertinimas. Jei yra kintanti patvanka arba nenusistovėjusi tėkmė, tuomet tėkmės energijos linijos nuolydis taip pat kinta ir debito

negalima nustatyti pagal lygis-debitas sąryšį. Kintančią patvanką dažnai sudaro svyruojantis vandens lygis žemiau užtvankų, kai atidaromi uždoriai, paleidžiamos/išjungiamos HE turbinos arba yra santaka su pasroviui esančia vandens tėkme. Tokiomis sąlygomis debitas priklauso nuo vandens lygio

ir tėkmės energijos gradiento nuolydžio. Tačiau čia dažnai ignoruojamas susidaręs greičio (kinetinis) aukštis, kai vandens lygis pakankamai intensyviai kinta.

1. Bendrosios pastabos 2. Teoriniai aspektai

3. Kintamas nuolydis, atsirandantis dėl kintančios patvankos 3.1. Pastovaus kritimo (kryčio) metodas

3.2. Kintamo kritimo (kryčio) metodas 4. Kintamas nuolydis, kurį lemia kintantis debitas

4.1. Teoriniai aspektai

4.2. Vertinimo pakeitimo metodai kintant debitui 5. Kintamas nuolydis, atsirandantis dėl kintamos patvankos ir besikeičiančio debito

6. Debito vertinimo poslinkiai, kai veiksnys yra nuolydis

7. Kompiuteriniai metodai, skirti analizuoti ir apskaičiuoti nuolydžio įtakojamus debito vertinimus

5.1.4 Neapibrėžtumai

Neapibrėžtumai ir pasitaikančios įvairios klaidos yra aptariamos minėtuose darbinėse knygose. Literatūros apžvalga vertinanti neapibrėžtumus, kai debitų nustatymui taikoma DK nagrinėjama WMO inicijuotame projekte (Le Coz, 2012).

5.2 Tarptautinė Standartų Organizacija (ISO)

Tarptautinė Standartų Organizacija (ISO) reglamentuoja hidrometriją, kuri apima debitų matavimus bei debitų kreivių vertinimą.


15

ISO/TC 113 hidrometrijos techninis komitetas pateikia: metodus, procedūras, prietaisus ir įrangą, susijusių su vandens lygio, greičio, debito ir nešmenų pernešimo atvirose vagose hidrometrija ir jos standartizavimu, įskaitant:

• Terminiją ir simbolius;

• Duomenų rinkimą, vertinimą, analizę, aiškinimą ir jų pateikimą;

• Neapibrėžtumų vertinimą. Lietuva iki šiol yra perėmusi šešis Europos ISO standartus susijusius su atvirų vandens

telkinių hidrometrija (žr. literatūros sąrašą). Tačiau aktualaus standarto – „Lygio ir debito sąryšis“ (debitų kreivės), išversto į lietuvių kalbą - nėra.

5.3 Lenkija

Lenkija yra perėmusi ISO 1100-2:1998: „Atvirų vagų tėkmių matavimas. 2 dalis. Lygio -

debito sąryšio nustatymas“ (ISO 1100-2:1998). T.y., neatnaujinta versija. Lenkijos Meteorologijos ir vandentvarkos institutas (IMGW) yra parengęs debitų kreivių

sudarymo metodikos vadovą (Szkutnicki et al, 2007). Jo pagrindinis turinys:

• DK teorinė samprata ir jos hidrauliniai aspektai.

• Didelių vandens paviršiaus nuolydžių DK.

• Veiksniai įtakojantys (kontroliuojantys) DK pobūdį, patarimai jiems įvertinti.

• Logaritminis metodas DK nustatymui. Ekstrapoliacijos metodai (Manningo lygtis ir kt.).

• Matematiniai modeliai DK nustatymui, kompiuterinė programa sudaryti DK.

• DK pavyzdžiai. Ilgalaikiai DK tyrimai ir patirtis apibendrinta (Ozga-Zieliński et al, 2014). Pateiktos DK

sudarymo metodikos yra standartinės, praktiškai nesiskiria nuo žinomų Lietuvoje, daugiausiai pateiktų ne normatyvinėje literatūroje (pvz., vadovėliuose). DK ekstrapoliacijai taikomi žinomi

metodai: a) lygis-greitis-plotas; b) Manningo lygtis c) Stivenso (Stevens) metodas - panašus į Manningo, tačiau grindžiamas Šezy (Chezy) formule. Kreivės ekstrapoliacijai taikoma panaši praktinė taisyklė kaip ir Lietuvoje (riba - penktadalis).

Debito kreivės pokyčiai VMS analizuoti 400 m žemiau užtvankos (Michalec et al., 2016). Naudojant standartinę metodiką nustatyta, kad DK mažų ir vidutinių debitų zonoje nevienareikšmė

dėl pakitusio upės dugno ir tvenkinio vandens režimo. Įprastais debito matavimo būdais patikrinta prieš 3 metus nustatyta DK žemiau tvenkinio (Michalec et al, 2013). Išaiškintas hidrometrinio pjūvio nestabilumas, kuris paveikė Lygio-debito sąryšį. Prieš tai Michalec (2012 a,b) tyrė kitas upes, kur

VMS buvo išdėstytos žemiau užtvankų. Išvados yra panašios – DK yra nestabilios. Naudojant HEC-RAS upių tėkmių 1D modeliavimui būtinos debitų kreivės (Gruss et al., 2018).

5.4 Jungtinė karalystė (JK)

Aptariami visi pagrindiniai, dabartiniai upių ir kitų atvirų vagų debitų matavimo metodai, laikantis ISO ir CEN standartų ir tenkinantys dabartinius Tarptautinės standartizacijos organizacijos

ir Europos Sąjungos vandens pagrindų direktyvos reikalavimus (Herschy, 2008). Įprastas vandens lygio-debito sąryšis apibūdinamas tokiais standartiniais etapais:

• Bendrosios nuostatos.

• Vandens matavimo stoties kontrolė.

• Paprasta DK.

• Logaritminis metodas.

• Logaritminių DK pavyzdžiai.

• Debito vertinimo lentelė.

• Jautrumo analizė.

• Pusiau logaritminis tinklas.


16

• Polinominės kreivės taikymas DK apibūdinimui.

Daug dėmesio skiriama debitų nustatymui esant kintamai patvankai pagal lygių skirtumo ir debito sąryšį (nuolydžio/kritimo, lygio ir debito sąryšį). Kintančią patvanką sukelia vagos susiaurėjimai arba dirbtinės konstrukcijos pasroviui, tokios kaip užtvankos ar tiltai ar įtekantys

intakai. Visi šie veiksniai gali padidinti arba sumažinti tėkmės energijos gradientą ir sukelti kintančias patvankos sąlygos. Joms esant, įprastas vandens lygio-debito sąryšis netinka debitui nustatyti.

Tuomet rekomenduojama naudoti dviejų lygmačių (pagrindinės ir papildomos stoties) sinchroniniais duomenimis. Tai ypač aktualu minimaliems debitams.

Didelei JK vandens matavimo stočių daliai stabilus upės vandens lygio ir debito ryšys

pasiekiamas įrengiant hidrometrinį slenkstį ar lataką su jų žinomomis hidraulinėmis savybėmis (NRFA). Nesant tokių konstrukcijų, DK sudaroma dviem būdais – matuojant debitą vandens

malūnėliais (suktukais) arba akustiniais Doplerio prietaisais (ADCP). Pastarieji turi daug pranašumų, lyginant su klasikiniu – vandens greičių matavimu h/m suktuku.

Atlikti 500 šalies VMS DK sisteminiai tyrimai vertinant debitų (minimalių, vidutinių ir

maksimalių) nustatymo neapibrėžtumus (Coxon et al, 2015). Jie svyruoja intervale nuo 10–397%. Išvada - vietos sąlygos lemia didžiausius skirtumus.

Praktinis vadovas DK ekstrapoliacijai pateikiamas (Ramsbottom & Whitlow, 2003).

5.5 Jungtinės Amerikos valstijos, Kanada, Australija, Naujoji Zelandija

Klasikiniai debito vertinimo metodai, pagrįsti debitų kreivių sudarymu pateikti JAV

Geologijos tarnybos (USGS) leidinyje (Kennedy, 1984). Pateikiamos rekomendacijos atsižvelgti į vagos augaliją (USGS, 1989). Atsirandantys neapibrėžtumai, kai mažų tėkmių debitų nustatymui

taikoma DK, nagrinėjami (Birgand, 2012). Pateikiama kritinė analizė Tarptautinių ir Australijos standartų DK ryšio nustatymui (Fenton,

2001, Fenton & Keller, 2001). Labai aiškiai yra išskiriamos minimalių debitų bei vidutinių-

maksimalių debitų zonos. Čia aprašomas hidraulinis metodas DK sudarymui, pateikiamos korekcijos nesustovėjusios tėkmės poveikiui pagal DK, debito nustatymui pagal vandens nuolydį.

Patikslintame Britų Kolumbijos (Kanada) Hidrometrijos standartų vadove (RISC, 2018) aprašomas procedūros, susijusios su visais atvirų vagų hidrometrijos aspektais: hidrometrinių veiklų pagrindai, vandens lygio ir debito matavimais, lygio-debito sąryšio vertinimas (kreivė) bei debito

skaičiavimais. Praeityje DK būdavo išbrėžiamos ranka, dabar matematiškai - kompiuterių pagalba naudojant

grafikų sudarymo programas ir specializuotas programines įrangas, pvz., Aquarius (Aquatic Informatics). Ši įranga - įdiegtos LHMT HYMER analogas. Pateikiamos aiškios rekomendacijos DK sudaryti, pvz., reikalingas minimalus debito matavimų skaičius, priklausomai nuo kreivės segmentų

skaičiaus. Rankiniu būdu atliekami sudėtingų lygio-debito kreivių analizės skaičiavimai aprašomi

techninėje publikacijoje (USDA, 2012). Dauguma iš šių skaičiavimų lengvai galima atlikti naudojant laisvai prieinamą JAV Hidrologinės inžinerijos centro hidraulinę programą HEC-RAS (2019).

Tradicinis „Lygis-Debitas sąryšis“ yra pagristas vieninteliu parametru – vandens lygiu. Kai

yra sudėtingos tėkmės sąlygos, - kintanti patvanka, abipusės ar atgalinės tėkmės, maži nuolydžiai, ar staigūs tėkmės pokyčiai, minėtas sąryšis nebegalioja. Tuomet galima taikyti empirinį Greičio Indekso

metodą. Debitų skaičiavimui jis buvo sukurtas po 1997m., kai atsirado kaštų atžvilgiu efektyvūs akustiniai vandens greičio matavimo prietaisai pagrįsti Doplerio principu (John et al, 2004; Levesque ir Oberg, 2012; Mueller et al, 2013; Environment Canada, 2013, NEMS, 2016). Angliškai šių

prietaisų trumpiniai - ADCP, ADVM. JAV geologijos tarnyba (USGS) 2011 m. šį metodą naudojo 470 stočių debitų skaičiavimui. Jis priimtinas ISO ir WMO. Labai detaliai ir praktiškai „Lygis-

Debitas sąryšį“ bei Greičio indekso metodą pateikia Naujosios Zelandijos aplinkos monitoringo standartas (NEMS,2016).


17

Greičio indekso metodas debitų skaičiavimui skiriasi nuo tradicinio L-D metodo, kuomet yra išskiriami atskiri vagos skerspjūvių vandens greičio ir tėkmės plotai. T.y., vandens greičio indekso ir lygio-tėkmės ploto priklausomybės. Jų sandauga - vagos skerspjūvio vidutinio greičio (V0) ir

atitinkamo tėkmės ploto (A) leidžia nustatyti debitą.


18

6 ATLIKTI TRADICINIŲ DEBITO MATAVIMO METODŲ, REGLAMENTUOJAMŲ

LIETUVOS RESPUBLIKOS APLINKOS APSAUGOS NORMATYVINIAME

DOKUMENTE LAND 81-2006 „VANDENS DEBITO MATAVIMO

HIDROMETRINIAIS SUKTUKAIS IR PLŪDĖMIS METODIKA“, PATVIRTINTAME

APLINKOS MINISTRO 2006 M. BIRŽELIO 23 D. ĮSAKYMU NR. D1-313 „DĖL

LIETUVOS RESPUBLIKOS APLINKOS APSAUGOS NORMATYVINIO

DOKUMENTO LAND 81-2006 PATVIRTINIMO“ (TOLIAU – LAND), TAIKYMO

TVENKINIŲ ŽEMUTINIUOSE BJEFUOSE GALIMYBIŲ ĮVERTINIMĄ

Netradiciniai debito matavimo metodai, tokie kaip dvigubos vandens matavimo stotys,

ultragarso (išskyrus akustinį - ADCP), elektromagnetiniai ir kiti sudėtingi debito vertinimai čia nepaliečiami. Šie pasiūlymai liečia ne tik debito matavimo metodų taikymą tvenkinių ŽB, bet ir visos šalies valstybinėms hidrologinėms (hidrometrijos) stotims.

6.1 Tarptautinė Standartų Organizacija (ISO)

6.1.1 Debito kreivės

Šios studijos objektas – debito kreivės standartas „Vandens lygio - debito sąryšio

nustatymas“ dar nėra perimtas Lietuvos standartų (ISO 1100-2:1998; ISO 9123:2001; ISO 1100-2:2010). Diskutuotina jų perėmimas arba „LAND“/reglamento parengimas.

• ISO 1100-2:1998: Measurement of liquid flow in open channels - Part 2: Determination of the stage-discharge relation (atnaujintas 2010).

• ISO 9123:2001: Measurement of liquid flow in open channels - Stage-fall-discharge relationships

• ISO 1100-2:2010: Measurement of liquid flow in open channels - Part 2: Determination of the stage-discharge relationship (Debito matavimas atvirose vagose – 2 Dalis: Lygio - debito sąryšio nustatymas).

Pabrėžtina, kad standarte ISO 1100-2:2010 nėra ypatingų principinių skirtumą lyginant su 6.1 skyrelyje pateikta WMO lygio - debito sąryšio nustatymo metodika. Beje, kaip minėta anksčiau,

greitu laiku abejas metodikas planuojama apjungti.

6.1.2 Netradicinis debito matavimo metodas: akustiniai Doplerio debitomačiai (ADCP)

ADCP (Acoustic Doppler current profiler) ir kitais sutrumpinimais pavadinta įranga buvo

išrasta ir pagaminta JAV, ir nuo septinto dešimtmečio pritaikyta okeanografijoje. Upių greičių ir

debitų matavimai buvo vykdomi vėliau - nuo devinto dešimtmečio pradžios. Akustiniai vandens greičio matavimo prietaisai pagrįsti Doplerio principu yra efektyvūs,

įskaitant ir kaštus. Tai yra puikiausia alternatyva tradiciniams debito matavimo metodams. Todėl reikėtų parengti reglamentą ar perimti ISO standartą vandens greičio ir debito matavimams su akustiniais prietaisais seklioms tėkmėms (min. gylis 0,2-0,5 m). Geriausias pavyzdys žemiau

nurodytas ISO standartas, o taip pat JAV (Geologijos tarnybos) ir Kanados (Vandens tarnyba) techninės specifikacijos (Mueller et al, 2013; Environment Canada, 2013).

• ISO/TS 24154:2005 (en) Hydrometry — Measuring river velocity and discharge with acoustic Doppler profilers („Hidrometrija — Upės greičio ir debito matavimas su akustiniu Doplerio debitomačiu“).

ADCP prietaiso pranašumai, lyginant su „Greičio-plotas“ (tradicinis debito matavimas)

metodu.


19

a) paprastai greitesnis ir pigesnis nei h/m suktuku (Greitis -Plotas) ar kiti debito matavimo metodai;

b) gali būti matuojamos ir didelės ir mažos upės;

c) galima patogiau išmatuoti potvynius; d) gali būti naudojami esamiems metodams patikrinti;

e) įranga lengvai transportuojama iš vienos vietos į kitą; f) gali būti patogiai naudojama nuo tiltų ar kabančių lynų; g) patogesni matavimai po ledo danga, nei įprasti metodai;

h) gali būti naudojama kieto (nešmenų) debito matavimui; i) naudojama batimetriniams tyrimams, tame tarpe tvenkiniuose bei ežeruose.

Vienas iš pagrindinių ADCP debitomačio privalumų būtų jo taikymas ten, kur kintanti patvanka

neleidžia naudoti lygio - debito kreivių sąryšio apskaičiuoti upės debitą. Tuo pasižymi upių

santakų ruožai (pvz., hidrometrijos stotis Nemune ties Kaunu (Aleksoto tiltas) ir dalinai užtvankų žemutiniai bjefai.

Matavimo vietos pasirinkimas. Norint gauti geriausius ADCP matavimo rezultatus, reikėtų atkreipti dėmesį į šiuos dalykus:

a) vengti vietų su vandens augalija; b) vengti vietų su intensyviais dugniniais nešmenimis (arba „judančio dugno“);

c) turėtų būti vengiama vietų, kuriose tėkmės aeracija ar turbulencija yra didelė (pvz., matavimai ištekėjime arti turbinų, ar persiliejančio vandens per slenkstį srauto);

d) tėkmės greičiai turėtų būti didesni už mažiausią jutiklio atsako greitį ir mažesnis už

maksimalų; e) saugos sumetimais vidutinis skerspjūvio greitis neturėtų būti viršyti 4m/s, ir gali būti

mažesnis, priklausomai nuo tėkmės sąlygų; f) jutiklių paviršiai yra pažeidžiami ir matavimo profilyje neturi būti akmenų ir kitų aštrių daiktų; g) daugeliu atvejų gylis turėtų būti ne mažesnis kaip 0,2 m, bet atskaitos taškas turėtų būti

pateiktas pagal gamintojo vadovą. Gamintojas turėtų nurodyti neišmatuojamus vandens tėkmės plotus;

h) ADCP yra sudėtinga ir brangi įranga, prieš matavimus darbuotojai turi būti apmokyti. ADCP išmatuotų debitų neapibrėžtumų apskaičiavimas yra sudėtingesnis nei tradicinio h/m

suktuko, tačiau principas yra tas pats. Kiekvienas iš n greičių matuojamas vertikalės ir apskaičiuojamas debitas nustatomas pagal vidurio segmento metodą. Remiantis iki šiol sukaupta

patirtimi nustatyta, kad ADCP debito ir greičių tikslumas, kai matavimai atliekami geromis sąlygomis, yra panašus į h/m suktuko matavimo tikslumą.

6.2 „Vandens debito matavimo hidrometriniais suktukais ir plūdėmis metodika“ LAND 81-

2006. Taikymo tvenkinių žemutiniuose bjefuose galimybių įvertinimas

Šis LAND 81-2006 buvo parengtas pagal Pasaulinės meteorologijos organizacijos

Hidrologinės praktikos vadovą Nr. 168 (The Guide to Hydrological Practices (WMO No.168, 1994)

ir jis dalinai atitinka Lietuvos standartą LST EN ISO 748:2008 (Hidrometrija. Skysčio srauto atvirose kanaluose matavimas naudojant srautmačius ar plūdes). Tai klasikiniai (tradiciniai) debito matavimo

būdai, kurie per šį laiką nėra labai pakitę. Abu šie reglamentai skirti tik pavienių debitų

matavimams ir be jokios abejonės gali būti taikomi tvenkinių žemutiniuose bjefuose. Kaip minėta anksčiau, LAND 81-2006 nėra jokio teiginio apie debitų kreivių sudarymą

tvenkinių/užtvankų žemutiniuose bjefuose. Tik paminėta, kad „detalusis būdas taikomas turint tikslą sudaryti debitų kreivę“. LST EN ISO 748:2008 standarte taip pat nurodoma, kad kai kuriais atvejais

šie matavimai yra skirti nustatyti vandens matavimo stoties lygio-debito sąryšį. O nuolatiniai debito


20

matavimai yra pateikiami kituose standartuose (ISO 1100-1 ir ISO 1100-2). Iš jų pats aktualiausias yra „Vandens debito matavimas atvirose vagose: 2 dalis. Lygio-debito sąryšio nustatymas“.

Atkreipiamas dėmesys, kad debito matavimas tradiciniu būdu - „Hidrometriniais suktukais ir

plūdėmis“ (LAND 81-2006) – upės dydžio sąvoka (didelė, vidutinė ir maža) ir LST EN ISO 748:2008 standarte išnyksta. Viską lemia vagos plotis, pagal kurią nustatomas vagos vertikalių skaičius arba

matavimo segmentų tarp vertikalių debitų skirtumas (6.1 lent.).

6.1 lentelė. Rekomenduojamas minimalus vertikalių skaičius priklausomai nuo tėkmės vagos pločio

(EN ISO 748:2007)

Vagos plotis Vertikalių

skaičius

Pastaba

<0,5 5-6

0,5 -1,0 6-7

1-3 7-12

3-5 13-16 Tėkmė (arba upokšnis) laikoma maža, kai jos plotis <5m

>5 >22 Vertikalių skaičius parenkamas toks, kad kiekvieno segmento debitas būtų mažesnis už 5-10% viso upės debito

Pastaba: Šie vertikalių skaičiai gali būti sumažinti dėl praktinių sumetimų - matavimo laiko, kaštų

ar vietos sąlygų išskirtinumo.

Šiame standarte greičiams matuoti papildomai siūloma naudoti elektromagnetinį suktuką (ne mechaninį), kuris neturi ypatingų techninių privalumų lyginant su mechaniniu (propeleriu). Šiam elektromagnetiniam suktukui galioja standartas (ISO/TS 15768:2000. Measurement of liquid velocity

in open channels — Design, selection and use of electromagnetic current meters/ Atvirų vagų tėkmių greičio matavimas. Projektavimas, parinkimas ir elektromagnetinio suktuko naudojimas). Šis

standartas nėra perimtas Lietuvoje. Kadangi debito kreivės sudarymui vienas iš pagrindinių elementų yra išmatuotas debitas,

toliau analizuojama LAND‘o ir minėto standarto (angliškojo varianto) atitikimas. Jis pateikiamas 6.2

lentelėje. Palyginimas atliekamas pagal antraštes, akcentuojami tik aktualiausi dalykai. Pateikiamos originalios numeracijos.

21

6.2. Lentelė. EN ISO 748:2007 ir LAND 81-2006 reikalavimų palyginimas

1. EN ISO 748:2007 LAND 81-2006 2. Turinys Komentarai Turinys Komentarai

3. 1 Bendros nuostatos

4. 2 Normatyvinės nuorodos II NUORODOS WMO No.168, 1994

5. 3 Sąvokos ir pažymėjimai Taikomos ISO 772 sąvokos III. SĄVOKOS Pateikiamos kitos sąvokos,

jos nėra blogos

6. 4 Matavimo metodų principai

7. 5 Vietos parinkimas ir demarkacija

8. 5.1 Vietos parinkimas. IV. VIETOS VANDENS DEBITO

MATAVIMAMS PARINKIMAS

9. 5.2 Vietos demarkacija Pastovioms stotims ar dažniems

matavimams reikalaujama nuolatinai

pažymėti hidrometrinį profilį

Nėra

10. 6 Vagos skerspjūvio ploto matavimas Skaičiavimų nėra VI. UPĖS SKERSPJŪVIO PLOTO

MATAVIMAS IR

SKAIČIAVIMAS

11. 6.1 Bendros nuostatos

12. 6.2 Pločio matavimas Plačioms upėms, ar iš valties galima naudoti

GPS

Nėra

13. 6.3 Gylio matavimas Pakankamo gylio vagoms naudojamas

echolotas.

Matuojama taip, kad tikslumas tarp dviejų

matavimų < 5 %.

Išvardinami galimi netikslumai

Nėra

14. 7 Greičio matavimas

15. 7.1 Greičio matavimas hidrometriniais

suktukais

V. MATAVIMO

HIDROMETRINIAIS

SUKTUKAIS BŪDAI

16. 7.1.1 Mechaninis hidrometriniais

suktukais (su sparneliais)

Nurodomas minimalus matavimo gylis

(kartais, priklausomai nuo h/m suktuko

diametro)

VII. VANDENS SROVĖS

GREIČIO MATAVIMAS

HIDROMETRINIAIS

SUKTUKAIS

17. 7.1.2 Elektromagnetinis suktukas Tai naujesnė technologija Nėra

18. 7.1.3 Matavimo eiga Vertikalių skaičius labai detalizuojamas

siauroms vagoms (iki 5m). Vagoms, kurių

plotis >5m parenkamas iš sąlygos, kuri

tenkina jų segmentų minimalų debitą (tarp

Greičio vertikalių skaičius

pateikiamas 2 lentelėje

priklausomai nuo vagos

pločio


22

5% ir 10 %.viso upės debito). Tačiau

galimos išimtys – viską lemia praktiniai

sumetimai (matavimo laikas, kaštai ir kt.)

19. 7.1.4 Skersuojanti tėkmė Skersuojanti tėkmė (kai kuriems suktukams

neturi įtakos)

Nėra

20. 7.1.5 Vertikalės vidutinio greičio

nustatymas

Nėra

21. 7.1.5.1 Parinktys ir klasifikacija Išvardijami žinomi metodai

22. 7.1.6 Paklaidos ir ribos Nėra

23. 7.2 Greičio matavimas plūdėmis VIII. VANDENS SROVĖS

GREIČIO MATAVIMAS IR

SKAIČIAVIMAS PLŪDĖMIS

Skaičiavimų nėra. Be to,

„plūdžių metodas“ gali būti

naudojamas tik retais

atvejais.

24. 7.2.1 Bendros nuostatos

25. 7.2.2 Matavimo vietos parinkimas

26. 7.2.3 Matavimo eiga

27. 7.2.4 Plūdžių rūšys

28. 7.2.5 Greičio nustatymas

29. 7.2.6 Pagrindiniai paklaidų šaltiniai

30. 8 Debito skaičiavimas Nėra

31. 8.1 Bendri

32. 8.2 Grafinis metodas

33. 8.2.1 Gylio-greičio integracija

34. 8.2.2 Greičio-plotas integracija greičio

horizontalių metodas (izochronų

metodas)

35. 8.3 Aritmetinis metodas Nėra

36. 8.3.1Vidutinio segmento metodas

37. 8.3.2 Vidurinio segmento metodas

38. 8.4 Nepriklausomos vertikalės metodas

39. 8.5 Vidurio segmento metodas

40. 8.6 Debito skaičiavimas pagal plūdžių

duomenis

41. 8.7 Debito skaičiavimas, kai svyruoja

vandens lygis

Nėra

42. 8.7.1 Bendrai

43. 8.7.2 Debito skaičiavimas


23

44. 8.7.3 Vidutinio vandens lygio

skaičiavimas

45. 9 Debito matavimo neapibrėžtumai Nėra

46. 9.1 Bendrai

47. 9.2 Neapibrėžtumų apibrėžimas

48. 9.3 Neapibrėžtumų vertinimas, kai

debitai nustatyti pagal vandens greičius

išmatuotus h/m suktuku

49. 9.3.1 Bendrai

50. 9.3.2 Visų veiksnių neapibrėžtumai

51. 9.3.3 Pavyzdys

52. 9.3.4 Bendri neapibrėžtumai

53. 9.4 Neapibrėžtumų vertinimas, kai

debitai nustatyti pagal vandens greičius

išmatuotus plūdėmis

54. 9.4.1 Bendrai

55. 9.4.2. Visų veiksnių neapibrėžtumai

56. 9.4.3. Bendri debito neapibrėžtumai

57. 9.4.4 Pavyzdys

58. Priedas A (informacijai). Pataisos,

atsirandančios dėl išlinkimo, traukimo,

nuolydžio ir temperatūros, matuojant

skerspjūvio plotį juosta ar lynu

Pataisos, atsirandančios dėl

lyno išlinkimo yra.

59. Priedas B (informacijai). Skerspjūvio

ilgio matavimas

60. Priedas C (informacijai)

Pataisos dėl šlapio lyno ilgio, kai lynu

matuojami vandens lygiai yra ne statūs

paviršiui

61. Priedas D (informacijai). Pataisos dėl

dreifo

62. Priedas E (informacijai). Neapibrėžtumai

naudojant metodą Greitis -Plotas

63. Priedas F (informacijai). Vidutinio

vandens greičio nustatymas pagal

plūdžių matavimus

64. Literatūra

65. IX. BAIGIAMOSIOS

NUOSTATOS

Nurodymai Vandens debito

matavimų žurnale

24

Išvada: LAND 81-2006 nėra skirtas debitų kreivių sudarymui. Jo paskirtis - tik debitų

matavimams, tame tarpe tvenkinių ar užtvankų ŽB. Nepaisant to, kad šis LAND‘as nėra stipriai „techniškai“ atsilikęs nuo EN ISO 748:2007 standarto, būtina naudotis Lietuvoje perimtu LST EN

ISO 748:2008 standartu. Jame yra daugiau teorinių ir kitų vadovėlinių ar techninių nurodymų (ne vien tik lietuviškų šaltinių) reikalavimų. Pvz., debitų skaičiavimo metodai, matavimų neapibrėžtumų

vertimas ir kt. Šio standarto ir LAND 81-2006 lyginamoji analizė pateikiama 6.2 lentelėje.

6.3 Apžvalgos išvados

1. Tarptautiniai standartai ir reglamentai yra pagrindiniai hidrometrijos pažangos šaltiniai. Jie

privalėtų būti aktyviau diegiami praktikoje. Visų pirma, hidrometrinių stočių debitų kreivių

sudarymo bei akustinių debito matavimo prietaisų naudojimo reglamentai. Tai yra pagrindas tvenkinių žemutiniu bjefų debitų kreivių sudarymui.

2. Stipriai išsivysčiusios šalys yra parengusios laisvai prieinamus hidrometrijos techninius dokumentus, kuriuos galima panaudoti. Tačiau tradiciniai debito matavimo ir debito kreivių sudarymo metodai yra tie patys kaip ir Lietuvoje.

3. Didžiausias viltis suteikia akustinių matavimo prietaisų naudojimas vandens greičių ir debitų matavimams bei kokybiškų debitų kreivių sudarymui. Tai ateities debito matuokliai, kurie pakeis

tradicinius debito matavimo metodus (h/m suktukus), tačiau ne visada. Jie tinka, tiek seklioms, tiek gilioms upėms ir svarbiausia kintančios tėkmės režimui. Nepaisant akustinių debitomačių efektyvumo ir matavimo greičio, šie prietaisai yra gana brangūs. Tai, greičiausiai viena iš kliūčių

juos plačiau naudoti Lietuvoje. 4. Lenkijos apžvalga rodo, kad taikomas panašios metodikos debitų matavimui ir kreivių sudarymui,

kaip ir Lietuvoje. Šioje šalyje yra parengtas debitų kreivių sudarymo vadovas (Lietuvoje - nėra). Žemutiniuose bjefuose akcentuojami tie patys matuojamos tėkmės pokyčiai, kaip ir Lietuvoje.


25

7 PATEIKTI ĮVERTINIMĄ, KAIP DEBITO KREIVĖS SUDARYMO TIKSLUMĄ

ĮTAKOJA ŠIE GAMTINIAI AR ANTROPOGENINIAI VEIKSNIAI

Vandens matavimo stotys (VMS) yra dviejų pagrindinių tipų:

• Stotys, kuriose „Lygio-Debito“ (L-D) sąryšis nustatomas (kontroliuojamas) pagal hidrotechnikos statinius - HTS (dažniausiai slenksčiai, latakai, uždorių konstrukcijos ir kt.).

• Atvirų vagų stotys, kuriuose nėra jokių HTS ir L-D ryšys yra priklausomas (kontroliuojamas) nuo upės vagos charakteristikų.

VMS naudojančios HTS, pvz., kalibruotus slenksčius, šioje studijoje nenagrinėjamos. Lygio - debito vandens matavimo stotyse naudojami šie prietaisai, pagal kurių porinių

matavimų serijas sudaromos debitų kreivės:

• Hidrometrinis (H/m) suktukas (tėkmėmatis) ir plūdės (ISO 748).

• Akustinis (ultragarso) tranzitinio laiko prietaisai (ISO 6416).

• Doplerio greičio matuoklis (ISO 15769).

• Elektromagnetinis tėkmėmatis (ISO/TS 15768).

• Akustinis Doplerio debitomatis (ADCP) (ISO/TR 24578).

• Tirpalų metodas (ISO 9555-1, ISO 9555-3 and ISO 9555-4). Debitų kreivė aprašoma paprasta laipsnine funkcija - parabole (gali būti ir polinominė):

𝑄 = 𝐶(ℎ − 𝑒)𝛽 (7.1)

čia, Q – debitas, m3/s,

h – vandens lygis, m, e – stoties nulio aukštis (konstanta), C ir b – konstantos.

Būtina pažymėti, kad pagal hidraulikos teoriją C, e ir β turi fizinę prasmę. Koeficientas C

reikšmė didėja, kai tėkmės skerspjūvio plotas ir nuolydis didėja, bet mažėja, kai šiurkštumas išauga. Jei vagoje yra augalija, t.y., padidėjęs šiurkštumas, tai C reikšmė turi būti atitinkamai sumažinta. Nesudėtingos geometrijos vagos koeficientas β yra pastovus. Koeficientas e apibūdina vagos dugną

ir yra pastovus. Stoties nulis gali būti aukščiau arba žemiau (teigiamas/neigiamas) vagos dugno. Būtina nustatyti stoties vandens lygį esant nuliniam debitui. T.y., iš vandens lygio matuoklės

atskaitos atimti vandens gylio reikšmę. Stoties nulio aukštį geriausia nustatyti, kai upėje yra žemas vandens lygis.

Lygio-debito ryšys dažniausiai sudaromas logaritminiame arba įprastame (aritmetiniame)

tinkle (7.1 pav.).


26

7.1 pav. Debito kreivė (lygio-debito sąryšis) sudaryta tolydiniame tinkle. X- debitas, m3/s, Y-

efektyvus gylis (h-e) (ISO 1100-2)

Lygio-debito (L-D) sąryšis atviros vagos tėkmės vandens matavimo stotyje priklauso nuo

vagos sąlygų žemiau šios stoties, kurios įvardijamos „kontrolė“ (7.2 pav.)

7.2 pav. Upės vagos išilginis pjūvis ir vandens lygiai su potvynio banga judančia žemyn.

Žemiau vandens matavimo stoties vagoje yra tėkmę kontroliuojantys veiksniai, esant žemam ir

aukštam potvynio vandeniui (Fenton ir Keller, 2001).

Skiriama:

• Vietinė (artima) stoties pjūvio (profilio) kontrolė. Pvz., netoliese vagoje esantis natūralus akmenų/stambaus žvyro slenkstis, vagos dugno staigus kritimas, susiaurėjimas ar sąnašos.

• Vagos (jos šiurkštumo, pasipriešinimo tėkmei) kontrolė. T.y., ilgas vagos ruožas su savo fizinėmis charakteristikomis įtakojantis tėkmę.

• Tolima kontrolė, pvz., santaka su kita upe, patvanka ir t.t. Upės tėkmės žemą vandenį (minimalų nuotėkį) įtakoja stoties pjūvio kontrolė, o aukštą

vandenį – vagos kontrolė. Vidutinė upės tėkmė gali būti priklausoma nuo abiejų kontrolių. Kai kada

vandens lygiai yra kombinacija pjūvio ir vagos kontrolės. Žinios apie vagos savybes, kurios įtakoja L-D ryšį yra būtinos. Sudarant debitų kreives, kai yra daugiau kaip viena kontrolė, ir kai dėl kontrolės atsiranda pokyčių ir bet to, kai yra mažai debitų matavimų, reikalinga atlikti interpoliaciją tarp šių

matavimų bei ekstrapoliaciją už aukštų ar žemų debitų. Tai labai svarbu ten, kur kontrolės yra nepastovios laike ir tai atsiliepia L-D ryšiui. Šios kontrolės ir jas apibūdinančios lygtys yra aptariamos

toliau. Stoties pjūvio (profilio) kontrolė gali būti vizualiai įvertinta stebint tėkmę per natūralų vagos

dugno slenkstį (kontrolę), kai pasireiškia vandens lygio kritimas (7.3 pav.). Vandens lygiui pakilus


27

(pvz., potvynio metu), pjūvio kontrolė yra apsemiama ir ji daugiau neįtakoja L-D ryšio. Nuo šio momento gamtinis slenkstis yra nematomas ir tėkmės pobūdį kontroliuoja kitos žemiau esančios kontrolės, pvz., vagos hidraulinė geometrija ar jos šiurkštumas. T.y., vagos kontrolė.

7.3 pav. Stoties pjūvio kontrolė (akmenų slenkstis) Norvegijoje (tėkmė yra iš dešinės į kairę).

Žemo vandens atveju kontrolė yra reikšminga tuo tarpu esant aukštam vandeniui (kai po vandeniu) – nereikšminga (Herschy, 2008)

Vagos kontrolę sudaro vagos dydis, forma, vingiuotumas, nuolydis, šiurkštumas. Vagos ruožo ilgis, kuris kontroliuoja L-D ryšį kinta. Jei vagos nuolydis yra didelis, šis vagos ruožo ilgis yra

sąlyginai trumpas. Jis padidėja, esant mažam vagos nuolydžiui. Kontroliuojamo vagos ruožo ilgis priklauso ir nuo debito dydžio. Iš tikro, nebūtina ir nelabai galima nustatyti tikslų vagos kontrolės ruožo ilgį.

Kombinuota kontrolė pasireiškia trumpame vandens lygių tarpe tarp pjūvio ir vagos kontroliuojamų ruožų. Ši debito kreivės/ kalibravimo dalis vadinama tranzitine zona. Kartais, gali

būti dvi kontrolės vienu metu, tačiau retai. L-D ryšio kreivės tranzitinė dalis pasižymi nuolydžio ir formos pokyčiais.

L-D ryšis vagos kontrolei ir nusistovėjusiai tėkmei nustatomas pagal Manningo arba Chezy

formules:

𝑄 = 1 𝑛⁄ 𝐴𝑅2/3𝑆 1/2 (7.2)

Čia: Q – debitas m3/s; n – konstanta (šiurkštumo koeficientas);

A – tėkmės skerspjūvio plotas, m2; R – hidraulinis spindulys, m;

S – nuolydis. Chezy formulė:

𝑄 = 𝐶𝐴𝑅1/2 𝑆 1/2 (7.3)

Čia:

Q – debitas m3/s,


28

C – šiurkštumo koeficientas, A – tėkmės skerspjūvio plotas, m2, R – hidraulinis spindulys, m,

S – nuolydis.

Egzistuoja ryšys tarp Chezy ir Manningo šiurkštumo koeficiento:

𝐶 =𝑅1/6

𝑛 (7.4)

7.4 A paveikslo logaritminiame tinkle (dešinėje) pateiktos hipotetinės debito kalibravimo kreivės priklausomai nuo vagos ir stoties pjūvio kontrolės bei vagos skerspjūvio formos pokyčių.

Pavaizduota trapecijos formos vaga be salpos, tėkmę kontroliuoja tik pati vaga. Vagos kalibravimo kreivė yra tiesė su nuliniu debitu, kai stoties aukštis e lygu nuliui. Kalibravimo kreivės nuolydis mažesnis už 1:2.

7.4 B paveiksle atsiranda papildoma vagos kontrolė - salpa. Pasikeitus vagos geometrijai, aukščiau sklidinos vagos vandens lygio pasikeičia kalibravimo kreivės forma.

7.4 C paveikslas vaizduoja stoties pjūvio kontrolę esant žemam vandeniui. Kalibravimo kreivės forma pasikeičia dėl šios tėkmės kontrolės stoties pjūvyje.

7.4 pav. Debito kreivės formos priklausomai nuo vagos ir tėkmės kontrolės savybių (ISO

1100-2:2010) Sudėtingi L-D ryšiai. L-D ryšis, kai yra stabili kontrolė, pvz. vagos dugno staigus

pažemėjimas – status dugno kraštas ar žmogaus įrengtas slenkstis, latakas, maža užtvanka problemos jų kalibravimui nekyla. Problemos iškyla, kai kontrolė yra nestabili arba kintanti patvanka. Kai kontrolė nestabili, L-D ryšio kreivės dalys gali keistis, tai dažniausiai trumpalaikė sąlyga ir tai galima

išspręsti naudojant kontrolės poslinkio metodą. Kintanti patvanka gali būti tiek stabiliai, tiek nestabiliai vagai. Patvankos šaltiniai esantys


29

pasroviui: tvenkiniai, intakai, ledas, užtvankos ir kitos fizinės kliūtys, kurios įtakoja vandens matavimo stoties debitą.

Kitas sudėtingas atvejis yra histerezė, kai vandens paviršiaus nuolydžiai keičiasi dėl vandens

lygio staigaus kilimo ar kritimo vagos kontrolės ruože. Tai būdinga mažo nuolydžio upėms. Lygiui kylant, vandens paviršiaus nuolydis yra žymiai statesnis, negu nusistovėjusios tėkmės sąlygai ir dėl

to padidėja debitas. Priešingai, lygiui staigiai krintant, debitas mažėja.

7.1 esant atvirai upės vagai

Jei stoties tėkmės kontrolė yra pastovi, t.y. nekintanti (7.5 pav.), tuomet atliekami tik kontroliniai debito matavimai DK validavimui. Šiuo atveju L-D ryšis apibūdinamas įprasta rodikline lygtimi 7.1.

7.5 pav. Lygis-debitas sąryšis (pastovi kontrolė)

7.2 esant ledo dangai

Daugelis šaltinių akcentuoja, kad DK yra netiksliai nustatomos upėms padengtu ledu arba ledo suirimo metu, kai vandens lygiai ir debitai stipriai svyruoja. Tai nepalyginat sudėtingiau nei

atviros upės vagos atveju. Viršutinę debito kreivę galima paaiškinti tuo, kad upėse su ledo reiškiniais vandens lygiai

didėja, tuo tarpu debitai išlieka panašūs (7.6 pav.).

7.6 pav. Lygis-debitas sąryšis. Upės vaga padengta ledu (viršutinė kreivė) (Herschy, 2008)

Ledas, esantis upių vagose arba stoties pjūvių kontrolėje įtakoja L-D ryšį per sudarytą

patvanką, kuri kinta nuo ledo kiekio ir jo būklės, o kartu ir debitas. Dėl varijuojančios patvankos, debito matavimai privalo būti atliekami dažnai, kai vaga padengta ledu, ypač vagos užšalimo ir ledo tirpimo metu, kai debitas labai svyruoja. Matavimų dažnis žiemos metu priklauso nuo klimato,


30

prieigos prie upės, upės dydžio, žiemos nuotėkio pobūdžio. Ledo poveikis L-D ryšiui priklauso nuo ledo režimo ir ledo storio. O debitų nustatymo tikslumas nuo debitų matavimo laiko ir dažnio. Yra keli debito skaičiavimo metodai ledo sąlygomis. Jie turi būti testuojami, palyginti su rezultatais iš

kitų šaltinių (ISO 9196:1992).

7.3 esant ledo sangrūdoms

Ledo sangrūdos veikia kaip elementarus slenkstis (žr. 8.5 sk.).

7.4 esant vagai užaugusiai vandens augalija

Augalai upės vagoje rodo vandens užterštumą organiniais junginiais. Jų poveikis DK yra

panašus į vagos išplovimą ir nešmenų akumuliaciją vagoje. Aukštesni potvyniai sumažina augalų poveikį tėkmei. Vandens augalija mažina vagos pralaidumą, sudaro papildomą pasipriešinimą tėkmei

(padidėja šiurkštumas), dėl ko vandens lygis tai pačiai debito reikšmei padidėja. Kai augalai išnyksta, L-D ryšys grįžta į pradinę padėtį. Debito matavimai (h/m suktuku ar kitu būdu) upėje privalo būti periodiškai atliekami prie skirtingų augalų išsivystymo fazių. Tokiu būdu, sudaroma debito kreivių

šeima, atspindinti įvairias vandens augalų fazes (7.7 pav.). Augalijos didžiausias poveikis pasireiškia žemo vandens lygio atvejais.

7.7 pav. Lygis-debitas sąryšis. Vandens augalija vagoje. Skirtingos debito kreivės, priklausomai

nuo augalų išsivystymo fazės. Viršutinė kreivė rodo didžiausią augalijos paplitimą vagoje. (Herschy,

2008)

Vandens augalija žymiai pakeičia DK pobūdį Nemune ties Kaunu (7.8 pav.).

7.8 pav. Nemuno žemiau Kauno HE debito kreivės Q= f(H) švariai vagai (1) ir vagai su

vandens augalija. 1988m. vasaros galas - ruduo (2). (Ždankus ir kt., 2016).


31

7.5 esant upės vagos deformacijoms

Jei upės vaga yra stabili, gali prireikti palyginti nedaug debito matavimų. Tačiau ne visos upės pasižymi visišku vagos stabilumu. Todėl debito kreivės kalibravimas negali būti atliekamas vieną

kartą ir visiems laikams, bet turi būti atliekamas pakartotinai, tokiu dažniu kaip keičiasi DK pobūdis. Upių nešmenų judėjimas aliuvinėse vagose ir tuo pačiu jų deformacijos įtakoja jų pralaidumą,

hidraulinį šiurkštumą, vingiuotumą ir nuolydį. Tai komplikuoja L-D ryšio sudarymą (7.9 pav.).

Kadangi dėl šios veiklos vagos geometriniai pokyčiai yra atsitiktiniai, L-D ryšio variacija laike yra sudėtinga.

7.9 pav. Lygis-debitas sąryšis. Smėlio vagos išplovimas ir užnešimas (Herschy, 2008)

Labai akivaizdžiai vagos deformacijas (vertikalia kryptimi) parodo istorinės debitų kreivės Nemune ties Kauno HE sudarytos 1960-1988 metais (7.10 pav.).

7.10 pav. Kauno HE debito kreivių pokyčiai 1960-1988 metais (perdaryta pagal

Gidroprojekt,1988)

7.6 esant patvankai dėl žemiau esančios užtvankos ar kito statinio

Jei žemiau stoties yra slenkstis, užtvanka, derivacija ar intakas, tuomet energijos gradientas esamam debitui gali padidėti ar sumažėti (derivacijos atveju) ir atsirasti kintama patvanka. Tuomet keičiasi ruožo nuolydis lyginant su normaliu. Debito kreivė pasislenka (7.11 pav.). Debito kreivės

23,0

23,5

24,0

24,5

25,0

25,5

26,0

26,5

27,0

27,5

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

Lygi

s, m

Debitas m3/s

1960

1966

1974

1988


32

poslinkių įvertinimui būtina įrengti antrą vandens lygio matuoklę, kad nustatyti krytį sudarant lygis-krytis-debitas priklausomybę.

7.11 pav. Lygis-debitas sąryšis. Kintama patvanka, kai vaga yra vienoda (Herschy, 2008)

Kai kurie vagos ruožai žemiau VMS gali turėti vietinius kontrolės pjūvius/profilius tokius

kaip vagos dugno perkritį, greitvietę arba natūralų slenkstį, kurie įtakoja L-D ryšį esant žemam vandens lygiui (7.12 pav.).

7.12 pav. Lygis-debitas sąryšis. Kintama patvanka, kai žemo vandens lygio kontrolė yra apsemta

(Herschy, 2008)

Šios kontrolės gali būti patvenktos, pvz., dėl intako vandens esančio žemiau stoties arba

veikiančios užtvankos, kai praleidžiamas vanduo. Šiuo atveju, kaip ir prieš tai, būtina įrengti antrą

vandens lygio matuoklę žemiau kontrolės profilio, kad išmatuoti krytį.

7.7 esant vandens prietakai iš kitų upių ar nuotekų išleistuvų

Vandens prietaka gali būti pademonstruota Nemune ties Kaunu. Kauno VMS esanti apie 15 km žemiau Kauno HE vandeningu laikotarpiu yra veikiama Neries patvankos. Sudaryta debito kreivė

Kauno VMS į tai neatsižvelgia (7.13 pav.). Jos pobūdis turėtų būti kaip 7.11 ar 7.12 pav.


33

7.13 pav. Nemuno debito kreivė ties Vytauto bažnyčia, Kaune, pagal 1986–1996 m. duomenis.

Neries patvanka čia nevertinama (LEI, 2016)

Neries prietaka sudaro apie 60 % Nemuno debito ties Kauno VMS. Be to upių santaka yra

labai arti - apie 1,3 km ir tai apytiksliai pagal nuolydį sudaro apie 30 cm lygių kritimą esant normaliam tėkmės režimui.

Nuotekų išleistuvų įtaka DK sudarymui nuotekas priimančioje upėje ar kitoje vandentėkmėje

priklauso:

• Nuo nuotekų kiekio.

• Upės priimančios nuotekas vandeningumo ir atstumo nuo nuotėkų padavimo vietos. Jei nuotekų šaltinio debitas neviršija 10 %, galima laikyti, kad nėra jokios įtakos. Priešingu

atveju, būtini detalesni tyrimai.

7.8 ar kitais atvejais, turinčiais įtaką vandens debito kreivės sudarymo tikslumui

Kai kuriose VMS, pasižyminčiomis nedideliu ruožo nuolydžiu, L-D ryšys yra įtakojamas greitos debito kaitos (7.14 pav.). Jei debitas greitai didėja, jis bus didesnis už tą kuris atitinka nulinį kaitos intensyvumą. Ir priešingai, jei debitas stipriai mažėja, jis bus mažesnis.

7.14 pav. Lygis-debitas sąryšis. Debito kaitos intensyvumo įtaka (Herschy, 2008)

Daugelyje stočių vanduo išsilieja iš vagos krantų ir kaupiasi salpose greta pagrindinės vagos.

Esant dideliam debitui, dalis nuotėkio patenka į šias teritorijas, padidėja nuolydis ir debitas, lyginant

su lygio pokyčio intensyvumu. Priešingai, kai debitas mažėja, vanduo grįžtantis į vagą iš šių teritorijų sukelia patvanką ir debitas atitinkam vandens lygiui sumažėja. Kiekvienas potvynis sudaro savo

individualią kilpą (7.15 pav.). Nėra jokių tikslių metodų sudaryti DK šiems atvejams. Būtini debitų matavimai potvynio kilimo ir slūgimo laikotarpiais.


34

7.15 pav. Lygis-debitas sąryšis. Kilpinės debitų kreivės: vanduo išsiliejęs iš vagos ir

susikaupęs salpoje (Herschy, 2008)


35

8 PARENGTI METODIKĄ, KURIOJE BŪTŲ PATEIKIAMI REIKALAVIMAI

TVENKINIŲ ŽEMUTINIO BJEFO DEBITO KREIVEI SUDARYTI

Kaip parodyta ankstesniuose skyriuose, daugelio tvenkinių žemutiniai bjefai pasižymi debitų kreivių nestabilumu. Nestabilūs L-D sąryšiai yra apibrėžiami debitų kreivės dalių poslinkiais, kurie

dažnai kinta. Vagos geometrija, trinties savybės, taip pat kontrolės charakteristikos kinta laike ir tokiu būdu keičiasi L-D ryšys. Šie pokyčiai yra akivaizdžiausi potvynių metu ir laikotarpiais, kai atsiranda ledas ar intensyvi vandens augalija. Dėl vagos dugno ir krantų grunto medžiagos, gali atsirasti vagos

išplovimas ir nešmenų akumuliacija, kurie bus DK poslinkių priežastimi. Įvairios žolės, krūmai ar kita augalija gali įtakoti L-D ryšius tam tikrais metų periodais.

Matuojant nestabilių vagų debitus su nestabiliais tėkmės kontrolės elementais, yra neįmanoma nustatyti visus DK pokyčius (poslinkius). DK poslinkių kontroliavimo metodai turi būti naudojami įvertinant taškų vietas tarp matavimų laikotarpių.

Skiriami tvenkiniai su neintensyviu ir intensyviu vandens naudojimu paros laikotarpyje. Pagal pagrindinę naudojimo paskirtį tvenkiniai yra rekreaciniai, žuvininkystės, drėkinimo ir energetikos.

Paskutiniu atveju tai HE ir jų tvenkiniai, kurių veikla dažnai keičia upės vandens režimą žemiau jų (per parą). Lietuvoje dauguma HE yra vagos tipo, derivacinių (apylankinių) yra nedaug.

HE (hidroelektrinė) su slenkstine vandens pertekliaus (potvynių) pralaida ir turbinų

pastatu. Tai Kauno HE, Kuodžių HE (8.1 - 8.2 pav.), Pilviškių HE. Iš turbinų ištekėjęs vanduo tiesiogiai patenka į pagrindinę vagą. Jų žemutinis bjefas tuoj pat už slenkstinės vandens pertekliaus

(potvynių) pralaidos dažnai yra išplatėjęs dėl išplovimo. Vandens energijos gesinimo statiniai, vagos tvirtinimo priemonės yra išdėstytos trumpame ŽB atstume, todėl jos nepilnai apsaugo vagą.

8.1 pav. Kauno HE. Turbinų vanduo tiesiogiai teka į pagrindinę upės vagą


36

8.2 pav. Kuodžių HE. Turbinų vanduo tiesiogiai teka į pagrindinę upės vagą

HE komponavimo schema gali būti kitokia prie tvenkinių, kurie turi šachtines vandens

pertekliaus pralaidas (8.3 pav.). Angirių HE atveju, turbinų vanduo išleidžiamas į pagrindinės vagos šoną.

8.3 pav. Angirių HE

Kartais HE yra sąlyginai trumpas apylankinis turbinų vandens nuvedimo kanalas (8.4 pav.). Bet tai nėra derivacinė HE.


37

8.4 pav. Balskų HE. Yra trumpas turbinų vandens nuvedimo kanalas (ne derivacija)

Derivacinės schemos pavyzdys yra Gondingos HE (8.5 pav.). Senvagėje (strėlės viršuje) turi

būti palaikomas gamtosauginis debitas.

8.5 pav. Derivacinė Gondingos HE

Kaip rodo HE hidrauliniai vagų tyrimai, žemutinių bjefų vagos yra dažnai išplautos ir nusistovėjusi savigrinda. Mažose HE ši įtaka pasireiškia sąlyginai trumpame ruože. Užtvankos

užkerta kelia nešmenims keliauti žemyn upe, nesusidaro smėlio sąnašynai. Kita vertus, šalies upės nėra gryno smėlio ar aliuvio vagos, dažniausiai pasižyminčios nepastovumu ir tuo pačiu nestabiliu L-D ryšiu.

Veikiant hidroelektrinei, galimi intensyvūs vandens lygių svyravimai upės ruože žemiau turbinų vandens išleidimo angų (žemutiniame bjefe). Labiausia tai pasireiškia didelėje Kauno HE

(8.6 pav.), mažesnėms HE mažiau, nors yra išimčių. Kauno HE dirba elektros gamybos piko režime (8.7 pav.) ir toks intensyvus vandens lygių ir debitų svyravimas vadinamas hidropikingu (hidrografo laiptavimas). Mažos HE šiame režime nedirba, tačiau, kuomet staigiai paleidžiamos ar stabdomos

turbinos tai pat gali būti stebimas hidrografo laiptavimas (8.8 pav.).


38

8.6 pav. Nemuno tėkmės svyravimai prieš KHE marias (Nemajūnų vandens matavimo stotis) ir

ties Aleksoto tiltu 2017 m. spalio mėn. „Dantytas“ grafikas - KHE turbinų darbo režimo pasekmė. (sudaryta pagal LHMT duomenis).

Kauno HE VL svyravimai Nemune išsilygina maždaug už 45 km (Šilinis ir kt., 2020).

8.7. pav. Tipiniai Kauno HE darbo režimai ir ŽB vandens lygiai bei debitai (Šilinis ir kt., 2020).

8.8 pav. Mažos Kavarsko HE ŽB hidrografas dirbant dviem turbinoms (P=457-570 kW). Vandens lygių

svyravimų amplitudė nėra didelė (bangos aukštis) <10 cm. Vandens kilimo ir slūgimo greitis apie 1 cm/h.

Tyrimai rodo, kad atskirais atvejais mažų HE ŽB vandens kilimo ir slūgimo greitis gali siekti 20 - 30 cm/h.


39

8.1 upės vagos debito matavimo ir debito kreivės sudarymo vietos parinkimui

Pirmiausia, čia galioja įprastiniai reikalavimai išdėstyti LAND 81-2006, kai naudojamas klasikinis debito matavimo būdas - h/m malūnėliai (suktukai):

• Matuoti turi būti patogu ir saugu.

• Upės vaga matavimo vietoje turi būti tiesi. Tiesaus upės ruožo ilgis priklauso nuo upės pločio ir turi būti ne mažiau kaip trigubas upės plotis į abi puses nuo matavimo vietos.

• Matavimo vietoje upės vanduo niekada neturi išsilieti iš vagos.

• Vandens tėkmėje neturi būti stovinčio vandens zonų, grįžtamųjų bei skersuojančių tėkmių. Papildomai parenkant „Greitis – Debitas“ stoties vietą galioja bendros taisyklės išdėstytos

(LST EN ISO 18365:2014). Toliau pateikiami bendrieji greičio - debito stočių parinkimo kriterijai. Konkrečios vietos parinkimo kriterijai kiekvieno tipo instrumentui yra aprašyti atitinkamame ISO standarte.

• Matavimo vietos vaga turi būti tiesi, vienodo skerspjūvio ir nuolydžio siekiant sumažinti nenormalų greičio pasiskirstymą. Kai vagos ilgis yra ribotas, rekomenduojama, kad tiesus

aukštupio ilgis būtų bent du kartus didesnis už pasrovinį ilgį.

• Tėkmės kryptys visuose vertikalės taškuose per plotį turi būti lygiagrečios viena kitai ir stačiu kampu matavimo profiliui.

• Vagos dugnas ir kraštai turi būti stabilūs ir gerai apibrėžti visuose tėkmės etapuose, kad būtų galima tiksliai atlikti skerspjūvio matavimą. Matavimo profilis (skerspjūvis) privalo nekisti laike.

• Greičio pasiskirstymas tėkmėje turi būti taisyklingas vertikalioje ir horizontalioje matavimų padėtyse.

• Geriausia vengti vietų, kuriose būtų sūkuriai, atgalinė tėkmė ir stovinčio vandens zonos.

• Matavimo metu tėkmė turėtų būti rami, vengti turbulentiškų zonų su matomais oro burbulai („balto vandens“ efektas - 8.9 pav.) ir didelių bangų.

Žemiau veikiančių HE:

• Rekomenduotina išsiaiškinti buvusį prieš matavimą ir būsimą matavimo metu turbinų darbo režimo grafiką (susisiekti su HE operatoriumi ar valdytoju).

• Matavimai turi būti atliekami esant nusistovėjusiam turbinų darbo režimui ir tuo pačiu upės tėkmės režimui (8.10, 8.11 pav.). Žemutiniame bjefe esančios matuoklės vandens lygis matavimų

metu turi būti pastovus. Pvz., įjungus ar išjungus HE turbinas stebimas vandens lygio kilimas ar kritimas laike, tol kol tėkmė nusistovi. Tą patį galima patikrinti įsikalus laikinus kuoliukus vandenyje arti prie kranto linijos ir fiksuojant vandens lygių eigą. Įsitikimus vandens lygio

pastovumu yra atliekami matavimai. Jei matavimų metu pasikeičia vandens lygis, debito skaičiavimai turi būti perskaičiuoti.

8.9 pav. Audringa tėkmė - „baltas vanduo“ (Pilviškių HE, 2010 03 05)


40

8.10 pav. Nusistovėjusio tėkmės debito matavimai iš valties su akustiniu debitomačiu (ADCP)

Kuodžių HE, kai dalinai pradaryta potvynių pralaida (2019 09 26 - gilus sausmetis)

8.11 pav. Nusistovėjusi, rami tėkmė (dešinė) žemiau užtvankos (apie 100 m), kai veikia viena

turbina ir dalinai potvynių pralaidos (Motiejūnų HE, 2015 02 27)

Išmatuotas debitas žemiau užtvankų yra pastovus pakankamai ilgame upės ruože, jei nėra reikšmingų šoninių intakų. O nustatytas vandens lygis į DK kalibravimo vietą, t.y., prie užtvankos ar

HE, gali būti perkeltas pagal išmatuotą vandens paviršiaus nuolydį. Kai upėje yra žemas vandens lygis arba gilus sausmetis, debitų matavimus žemiau HE labai

apsunkina vandens augalija. Tuomet vagos skersinį profilį galima paruošti ją išpjaunant reikalingu

pločiu. Esant palankioms sąlygoms, akustiniu Doplerio prietaisu (ADCP) debitą patogu matuoti

turbinų aukštutiniame bjefe (AB), prieš turbinų kameras - prieškamerėje. Visa šito neįmanoma atlikti, jei vanduo į HE patenka per šachtinę potvynio vandens pralaidą arba naudoti vieną h/m suktuką.

Esant nedideliam debitui ir užsitikrinus pakankamą saugumą debito matavimus galima atlikti

turbinų vandens nuvedimo kanale, pasižyminčiu taisyklingu geometriniu profiliu (8.12 pav.).


41

8.12 pav. Palankios ramios tėkmės matavimo sąlygos turbinų vandens nuvedimo kanale (Bartkuškio HE, 2015 02 27)

8.2 debitų matavimui. Papildomų debito matavimų tvenkinių žemutiniame bjefe sausmečio metu

reikalavimai, atsižvelgiant į hidrotechninių statinių, senvagių ir kitų kanalų išsidėstymą HE

vandens pralaidų išsidėstymo ir veiklos režimo poveikį debito matavimų ŽB rezultatams bei

tradicinių debito matavimo metodų taikymo tvenkinių žemutiniame bjefe galimybes,

parengimą

Tobulos turbinos (pvz. Kaplano dvigubo reguliavimo) turi didesnes debito reguliavimo

galimybes, nei Kaplano viengubo reguliavimo turbinos, todėl jos mažiau keičia upės tėkmės gamtinį režimą. Propelerinės turbinos neturi beveik debito reguliavimo laisvės. Labai svarbi turbinų charakteristika yra „įrengtas“ debitas. Pvz., Kauno HE turbinų jos siekia apie 2 Nemuno vidutinius

debitus. Panašiai yra mažoje Angirių HE (Šušvė) – dviejų propelerinių turbinų įrengtas debitas siekia apie 2 vidutinius metų debitus. Paleidžiant ar stabdant turbinas šios HE ŽB stebimi intensyvūs tėkmės

svyravimai, kurie fiksuojami labai toli - 11 km, Josvainių VMS. Sausmečio metu turbinos dirba minimaliu režimu. Tos turbinos, kurios neturi didelių debito

reguliavimo galimybių ir negali per turbinas praleisti gamtosauginio debito yra stabdomos (pvz.

Angirių ir kitos HE). Sausmečio meto ŽB didžiausia problema – augalija upės vagoje (7.4 skyr.). Debitų matavimai yra tradiciniai, viską lemia individualios stoties upės tėkmės savybės,

kurios nurodytos 8.1 skyrelyje. HTS tipas, senvagių, kanalų kategorijos nėra lemiantys, parenkant reprezentatyvų matavimo profilį (skerspjūvį).

Papildomi debito matavimai turi būti atliekami, kai būtina tikslinti stoties debito kreivę (DK).

Kai šie debito matavimai rodo DK poslinkį, hidrologas privalo nustatyti, ar poslinkis yra laikinas ar pastovus. Jei šis poslinkis tęsiasi kelis mėnesius ar ilgiau, tai geriausia sudaryti naują DK. Jei poslinkis yra trumpalaikis, tai galima nubrėžti laikiną poslinkio kreivę. Kita vertus reikalinga gera

patirtis išsiaiškinti kiekvienos tėkmės kontrolės priežastį ir nustatyti DK poslinkių būklę – laikina ar pastovi.

Kaip rodo praktika, sausmečio metu tėkmės pobūdį lemia (kontroliuoja) vandens augalija. Be to, sumažėjus vandens lygiui vagoje, pasimato kiti vietinės kontrolės elementai – salelės, slenkstukai ir kt., kurie praranda įtaką esant aukštesniam vandeniui.

Sausmečiu upėje stebimi minimalūs debitai. Pagrindinė problema sausmečio metu yra išmatuoti minimalų debitą - gamtosauginį debitą. Reglamentas (Dėl gamtosauginio...,2005) išvardija

tris galimus būdus praleisti gamtosauginį debitą į žemutinį bjefą:

• Per slenksčių viršų ir uždorius;

• Per įrengtus įvairius vamzdžius vandens pralaidų angas;

• Per hidroturbinas ir žuvitakius. Be to, prie derivacinio (apylankos) tipo hidrojėgainių ar kitų upės vandens nukreipimo atvejų

senvage turi būti nuolat praleidžiama ne mažiau kaip 10 % upės tekančio vandens.

Nuo šių statinių, įrenginių ar kanalų išdėstymo priklauso reprezentatyvaus matavimo profilio (skerspjūvio) ar metodo (matavimo ar skaičiavimo) parinkimas:


42

• Per slenksčių viršų ir uždorius - hidraulinės formulės.

• Per įrengtus įvairius vamzdžius vandens pralaidų angas - hidraulinės formulės.

• Hidroturbinos. Esant nedideliam mažų HE turbinų debitui ir užsitikrinus pakankamą saugumą debito matavimus galima atlikti turbinų vandens nuvedimo kanale, turinčių taisyklingą

geometrinį profilį (8.12 pav.). Matavimų skersinis profilis turi būti parinktas atsižvelgiant į tėkmės dinamiką.

• Žuvitakis (pvz. latakinis, baseinėlių tipo). Vandens greičio matavimai h/m suktuku (tradiciniu debito matavimo metodu) gali būti atliekami žuvitakio pradžioje (aukštutiniame bjefe), kur dar tėkmė yra nustovėjusi. Žuvitakio konstrukcijos profilis yra taisyklingas, lengvai išmatuojamas.

Rekomenduojamą minimalų vertikalių skaičių galima priimti priklausomai nuo tėkmės pločio (EN ISO 748:2007). Kai žuvitakio plotis 1-3m, vertikalių skaičius nuo 7 iki 12. Šie vertikalių

skaičiai gali būti sumažinti dėl praktinių sumetimų - matavimo laiko, kaštų ar vietos sąlygų išskirtinumo.

• Derivacinis (apylankos) kanalas. Matavimo stoties vieta parenkama pagal reikalavimus nurodytus 8.1 sk.

Vertinant tradicinių debito matavimo metodų taikymo tvenkinių žemutiniame bjefe galimybes, pažymėtina, kad šie metodai išlieka tie patys (LAND 81-2006, ISO 1088:2007), tik

matavimo skersinio profilio parinkimas mažesnėse upėse yra sudėtingesnis.

8.3 minimalių vandens debitų ekstrapoliavimui. Pateikti reikalavimus, nustatančius vandens

lygio ir debito matavimo vietos parinkimui ir minimaliam debitų skaičiui, kuris būtinas

naujos debitų kreivės sudarymui arba patikslinimui ir reikšmingumo lygmens,

apibūdinančio atskirų debito kreivių dalių pasikliautinio intervalo ribas, nustatymui bei

sąlygas, kurioms esant būtina atnaujinti debito kreivės rodiklius

Debitų kreivių (L-D ryšio) ekstrapoliacija (pratęsimas).

L-D ryšys neturėtų būti taikomas už debito matavimų diapazono ribų, pagal kuriuos jis sudarytas. Tačiau, jei būtina apskaičiuoti debitą už DK diapazono ribų, tuomet reikia atlikti jos ekstrapoliaciją (8.13 pav.).

8.13 pav. Debito kreivė, kai visa vandens tėkmė yra vagoje

Ekstrapoliacijos, viršijančios aukščiausią arba žemiausią matavimą turėtų būti atliktos atidžiai ir naudojant metodus, kurie gerai apibrėžia kreivės formą ir ekstrapoliuotos kreivės dalį. Prieš atliekant bet kokią DK ekstrapoliaciją, pirmiausiai reikia atidžiai ištirti upės vagą ir tėkmės režimo

kontroles pasroviui ir prieš srovę nuo VMS. Tėkmės kliūtys, vagos susiaurėjimas ar išplatėjimas (tėkmės suspaudimas ar išlėtimas), plūdenos, vagos formos pokyčiai ir kitos sąlygos privalo būti

registruotos. Jei yra nenormalios vagos sąlygos, į kurias negalima atsižvelgti, tuomet DK ekstrapoliacija neturėtų būti daroma daugiau 1/3 kreivės segmento.


43

Paprasta DK ekstrapoliacija (pratęsimas) naudojant 7.1 išraišką (arba polinominė) gali būti atliekama tik, kai:

• Tėkmės skerspjūvio plotas kylant ar leidžiantis vandens lygiui didėja ar mažėja palaipsniui.

• Debito kreivės kalibravimas negali būti taikomas pereinamojoje dalyje tarp pilnos vagos debito ir išsiliejančio iš krantų į salpą debito.

• Netaikoma jei vagoje keičiasi augalijos pobūdis ar yra staigūs vagos skerspjūvio pokyčiai.

• Atsarga turi būti priimta kreivės pereinamoje dalyje tarp panardintos tėkmės kontrolės elemento ir vagos kontrolės.

Logaritminė ekstrapoliacija (logaritminis grafikas). Ji dažniausiai taikoma nuo vidutinių iki

didelių debitų.

Greičio ekstrapoliacijos metodai naudojant hidraulines formules. Manningo ir rečiau Chezy (arba Stevens metodas) lygtys gali būti naudojamos didelių ir mažų debitų ekstrapoliacijai. Reikalinga tėkmės skerspjūvių matavimai, šiurkštumo koeficientai ir vandens paviršiaus nuolydis.

𝑄 = 𝐴𝑣 = 1 𝑛⁄ 𝐴𝑅2/3𝑆 1/2 (8.1)

Čia: Q – debitas m3/s

n – Manningo šiurkštumo koeficientas; A – Tėkmės skerspjūvio plotas, m2 R – hidraulinis spindulys, m

S – nuolydis

Jų taikymui galioja tokie patys reikalavimai kaip ir 7.2 išraiškai.

Nuolydis-plotas metodas. Pagristas taip pat Manningo lygtimi (8.1). Būtina atlikti tėkmės

skerspjūvių plotų matavimus, hidraulinio spindulio, Manningo šiurkštumo koeficiento ir vandens paviršiaus nuolydis.

Lygis - greitis-plotas metodas. Turi būti sudarytos dvi papildomos kreivės: Lygis-tėkmės plotas ir Lygis – tėkmės vidutinis greitis. Pirmiausia yra pratęsiami vidutiniai vandens greičiai pagal

vandens lygį (8.14 pav.). Prieš tai yra sudaromas grafikas - Lygis – plotas. Vidutinio greičio ir ploto sandauga atitinkamam lygiui duoda debitą. Šis metodas dažniausiai taikomas dideliems debitams.

8.14 pav. Lygis-plotas-greitis metodas lygio-debito kreivės ekstrapoliacijai (dideliems debitams)


44

Minimalių debitų ekstrapoliacija reikalauja didelio kruopštumo. Esant labai mažiems debitams, kai matavimo tėkmės pjūvis yra įtakojamas kontrolės, labai svarbu žinoti šios kontrolės formą ir stoties aukštį, kai debitas lygus nuliui. Kartais geriausia nubrėžti debito kreivę įprastu

masteliu („aritmetinis tinklas“), kad būtų galima pažymėti stoties aukštį, kai yra nulinis debitas. Ypač tai svarbu, kai norima ekstrapoliuoti iki nulinio debito.

Bendra taisyklė: jei debitų kreivė yra vieno segmento ir tėkmės kontrolė yra stabili, tuomet ekstrapoliacija bus patikima, negu kai kreivė yra sudaryta iš atskirų segmentų. Logaritminė ekstrapoliacija yra patikimiausia DK trumpiems segmentams. Tačiau praktikoje ji dažniausiai

taikoma kreivės dalims nuo vidutinių iki didelių debitų. Upėje, kai yra mažai vandens ir kai debitas yra arti nulio labai patogu atlikti DK interpoliaciją

iki išmatuoto artimiausio minimalaus debito. Tai patikimiausia DK ekstrapoliacija. Jei nulinio debito taškas nėra žinomas, tuomet ekstrapoliacija yra nerekomenduojama.

Kiekvieno metodo tikslumas priklauso nuo individualios situacijos. Laikoma, kad visi

metodai pasiekia reikalingą tikslumą (+/-10%). Didelės paklaidos galimos, kad šie metodai taikomi už reikalaujamų hidraulinių sąlygų. Rekomenduojama ekstrapoliaciją atlikti keliais nepriklausomais

metodais ir rezultatus palyginti. Kai ekstrapoliuojamos kreivės debitas padidėja 2 kartus, geromis tėkmės sąlygomis

neapibrėžtumai gali siekti nuo +/-10% iki +/-30% (Ramsbottom ir Whitlow, 2003). Panašus ar

didesnis neapibrėžtumo procentas gali būti pratęsiant DK iki minimalių debitų.

Nustatančius reikalavimus vandens lygio ir debito matavimo vietos parinkimui.

Matavimo vieta neturi specifinių reikalavimų, nesiskiria nuo 8.1 sk. išdėstytų reikalavimų. Debito kreivę iš vieno skerspjūvio į kitą, kaip ir vandens lygius, galima perkelti tik nedideliu atstumu

pagal upės nuolydį, jeigu skerspjūviai skiriasi nežymiai.

Minimaliam debitų skaičiui.

Sudaryti DK reikia mažiausiai 12-15 debito matavimų (ISO 1100-2). Kiekvienai kreivės daliai tenka apie trečdalį matavimų. Tad 5 debitų matavimų privalėtų būti minimalus skaičius šios kreivės

daliai apibūdinti.

Reikšmingumo lygmens, apibūdinančio atskirų debito kreivių dalių pasikliautinio

intervalo ribas. Lygis-debitas ryšio neapibrėžtumų teorija ir statistikos lygtys yra pateikiamos ISO 1100-2 standarte. Čia pateikiami skaitmeniniai pavyzdžiai įvertinti L-D ryšio neapibrėžtumus ir

dienos vidutinio debito. Statistinė analizė nagrinėja kiekvieną DK segmentą atskirai tarp lūžio taškų arba tarp perėjimo

kreivių. Vienas DK segmentas yra parodytas 8.1 lentelėje, kuris naudojamas skaičiavimuose.


45

8.1 lentelė. Se ir Smr skaičiavimai

Standartinė paklaida se apskaičiuojama iš debitų kreivės, priimant, kad yra tiesinė

priklausomybė logaritminiame tinkle:

𝑠𝑒 = [∑(𝑙𝑛𝑄−𝑙𝑛𝑄𝑐)2

𝑁−2]

0.5

(8.2)

Q –išmatuotas debitas, Qc – debitas apskaičiuotas iš debitų kreivės arba kalibravimo lentelės,

N – matavimų skaičius.

Debito matavimų standartinė paklaida se apskaičiuojama pagal lygtį (8.2): se= [(0,02999/(32-2)]0,5=0,03162

Kai debitų matavimų skaičius yra didelis, tuomet Studento t reikšmė atitinkanti 95%

pasikliovimo lygmuo gali būti lygus 2. Tada, taškų nuokrypis procentais nuo pritaikytos kreivės apskaičiuojamas:


46

0,95 se=2se x100

Debitų kreivės neapibrėžtumas (tikslumas) procentais lygus:

0,95se = 2 x 0,03162 x 100 = 6,3 %

Čia yra dvi lygiagrečios linijos (pasikliovimo ribos) iš abiejų kalibravimo kreivės segmento pusių – atstumu 2se. Kitais žodžiais, vidutiniškai 95% matavimų yra šiose ribose (6,3 %).

Kai matavimų taškai yra stipriau nutolę nuo kalibruotos debitų kreivės, atsitiktinė paklaida

lnQc(2smr) taške ln(h-e) skaičiuojama (ISO/TR 7066-1):

2𝑠𝑚𝑟 = ±𝑡𝑠𝑒 1

𝑁+ {

[ln(ℎ−𝑒)−ln (ℎ−𝑒)] 2

∑[ln(ℎ−𝑒)−ln (ℎ−𝑒)] 2}

0.5

𝑥100 (8.3)

Pastabos: Rekomenduojama naudoti kelis H/m suktukus nustatant L-D ryšį, kad išvengti

sisteminių klaidų. Kai yra daugiau 20 debitų matavimų Studento t pataisa 95% pasikliovimo lygmenyje lygi 2.

2𝑠𝑚𝑟 = ±2(0,03162) [1

32+

1,86225

27,92422]

0,5

𝑥100 = ±1,98% (suapvalinta iki 2%)

Lygio-debito ryšio jautrumo analizė parodo koks yra debito padidėjimas padidinus vandens

lygio reikšmę Kai mažas debito padidėjimas iššaukia sąlyginai didelį vandens lygio pakilimą, laikoma kad ryšys yra jautrus. Priešingai, kai didelis debito padidėjimas sukelia sąlyginai mažą lygio pakilimą – ryšys yra nejautrus. Tai reiškia, kad išmatuota jautri vandens lygio reikšmė gali būti tiksliau

konvertuota į debitą negu nejautri. Pavyzdžiui jautrioje stotyje gali pakakti 5mm tikslumo VL atskaitos, tačiau mažiau jautrioje stotyje tam pačiam debitui tikslumui pasiekti VL atskaita turėtų būti

1mm. Kiekvienoje stotyje jautrumas priklauso nuo debito ir yra individualus, ir jis mažėja kai debitas mažėja. Anglijoje upių debitų matavimo stotyse jautrumas buvo susietas su 10 mm vandens lygių pokyčiu skaičiuojant 95% debitą. Būtinas vandens lygio matavimo tikslumas svyravo nuo 1 iki 26

mm, kai jautrumo paklaida buvo nuo 2 iki 65% (Herschy, 2008).

Sąlygas, kurioms esant būtina atnaujinti debito kreivės rodiklius.

Vandens matavimo stoties L-D ryšys privalo būti tikrinamas periodiškai atliekant kontrolinius debito matavimus. Kontrolinių debitų matavimų periodiškumas priklauso nuo daugelio veiksnių,

pirmiausiai nuo pačios DK stabilumo, hidrologinių-hidraulinių veiksnių, kurie gali pakeisti DK pobūdį. Ekstremaliais hidrologiniais periodais - potvyniai ar sausros, rekomenduotina atlikti

papildomus kontrolinius matavimus, kad būtų galima išvengti būsimos kreivės ekstrapoliacijos arba nustatyti patvankos ar histerezės poveikį, jei tokie yra. Jei šie matavimai labai skiriasi nuo DK reikšmių ar prieš tai buvusių matavimų, tuomet būtina kuo greičiau atlikti kitą seriją papildomų

matavimų, rezultatų patvirtinimui arba jų atmetimui. Paprastai, kai kontrolinio matavimo taškas debito kreivėje nukrypsta keletą procentų nuo

kalibravimo kreivės, tuomet daroma prielaida kad DK yra tinkama ir jokių korekcijų nereikia. Šis procentas priklauso nuo debito matavimo tikslumo ir dažnai priimamas 5 %.

8.4 papildomų debito matavimų tvenkinių poreikiui (siekiant patikslinti projektinių debito

kreivių parametrus). Atlikti įvertinimą, esant skirtingoms vandens režimo sąlygoms

Kaip rodo praktiniai HE ŽB matavimai, didžiausi neatitikimai, lyginant su projektinėms DK stebimi jų žemutinėje dalyje. Iš aplinkosaugos ir net HTS konstrukcijų pusės, nėra jokio tikslo tikslinti

DK dalį aukščiau vidutinių debitų. Kaip minėta aukščiau 5 debitų matavimų tradiciniais ar kitais būdais pakaktų šiai kreivei

patikslinti. Matavimai turėtų būti atliekami sausmetyje ir siekti vandeningesnio sezono pradžią, esant maksimaliai vandens augalijos (jei ji yra) išsivystymo fazei. Matavimų paspartinimui, t.y., atlikti keletą matavimų per dieną galimas ir alternatyvus būdas. Tą pačią dieną dirbtinai nuleisti tvenkinio


47

vandenį ir modeliuoti pratekamų debitų reikšmes šios kreivės kalibravimui. Matavimų metu reikia užtikrinti nusistovėjusį tėkmės režimą pakankamame vagos ruože, nesukeliant dirbtinės patvankos.

8.5 esant atvirai upės vagai ir koeficientų nustatymą šiais atvejais: esant ledo dangai; esant ledo

sangrūdoms; esant vagai užaugusiai vandens augalija; esant upės vagos deformacijoms,

esant patvankai dėl žemiau esančios užtvankos ar kito statinio; esant vandens prietakai iš

kitų upių ar nuotekų išleistuvų; ar kitais atvejais

Ledas stoties pjūvyje padidina hidraulinį spindulį (R), šiurkštumą ir sumažina skerspjūvio plotą. Kaip vandens augalijos, taip pat ir ledo atveju vagoje, vandens lygis esamam debitui pakyla.

Ledo formavimas ir tirpimas yra sudėtingi dalykai, todėl DK gali būti sudarytos tik matavimo

būdais, naudojant debito, vandens lygio reikšmes, temperatūrą ir kritulius. Debito kreivė yra stabili,

kai ledo danga, kuri padengia visą vagos plotį. Debito matavimai, kai yra ledo danga ir ypač kai ji nepilna yra sudėtingi (ISO 9196:1992). Yra pavienių tyrimų, kai jos sudaromos dalinai padengtai ledu upės vagai (Sui ir kt., 2007).

Pastovi ledo danga žemutiniuose ruožuose (ŽB) susidaro tik neintensyviai vandenį naudojamų tvenkinių. Jos formavimas panašus į nereguliuotų upių (be užtvankų) ledo dangą. Tuo tarpu HE ŽB

ledo danga yra dažnai nepastovi, dėl ištekančio iš tvenkinio šiltesnio vandens ir retai padengia visą upės plotį. Pvz. Kauno HE ŽB šis nepastovus ledo dangos ruožas tęsiasi iki Neries santakos (>15 km). Mažose HE ši nepastovi ledo danga gali siekti nuo keliasdešimt metrų iki kelių šimtų metrų ir

daugiau. Ledo sangrūdos už užtvankų yra labai retas ar sunkiai įmanomas atvejis (užtvanka – fizinis

barjeras). Beveik 60 metų nėra ledo sangrūdų dėl pastatytos Kauno HE užtvankos Nemune iki santakos su Nerimi. Mažose HE, kurios turi šachtines vandens pertekliaus pralaidas nėra jokios teorinės galimybės ŽB ledo grūsčių susidarymui. Jų formavimosi nedidelė tikimybė galima, jei yra

slenkstinė užtvanka. Hidraulinio modeliavimo programa HEC-RAS leidžia įvertinti ledo dinamikos režimą upėse,

kai žinomas ledo storis ir šiurkštumas - Manningo koeficientas (8.15 pav.).

8.15 pav. HEC-RAS ledo dangos redaktorius

Programa modeliuoja ledo sangrūdas prie fizinių kliūčių (pvz., tiltų) pagal veikiančių jėgų

balanso lygtis. Šia programa buvo modeliuota ledų sangrūdos Neryje, Kauno mieste (8.16 pav.).


48

8.16 pav. Neries upės ties Kaunu susiformavusios ledų sangrūdos esant ledo storiui 0.4 m

hidraulinis modelis (Viskačka, 2016)

8.6 periodiniam tvenkinio žemutinio bjefo debito kreivės atnaujinimui, kalibravimui

Čia galioja tie patys reikalavimai išdėstyti 8.3 skyriuje dėl debito kreivės atnaujinimo arba jos kalibravimo. Bet kokiu atveju, išmatuotas debitas ir neatitinkantis reikalaujamo tikslumo pagal ŽB

projektinę debito kreivę aiškiai parodytų naujų matavimų būtinybę.

8.7 tvenkinių žemutiniuose bjefuose įrengtų hidrometrinių matuoklių vandens lygio atskaitoms

H/m matuoklės yra naudojamos paprastose vandens matavimo stotyse vandens lygiui nustatyti („rankinis matavimas“) arba kartu su vandens lygio jutikliu („automatinis matavimas“). Abu

vandens lygio matavimo taškai turi būti išdėstyti kuo arčiau vienas kito ir jų atskaitos suderintos. Matuoklės atskaitos turi būti aiškiai susietos su geodeziniu aukščiu pagrindu.

Tvenkinių žemutiniai bjefai, ypač įtakojami HE darbo režimo, pasižymi dideliais ir greitais

vandens lygio svyravimais bei bangavimu. Todėl paprastos, metalinės, emaliuotos ir aiškiai sugraduotos vertikalios hidrometrinės (H/m) matuoklės privalo būti įrengiamos ten, kur bangavimas yra minimalus ir patogi apžvalga, apsaugotos nuo ledo poveikio ar vandalizmo. Be to, jų frontalinė

pusė neturi būti tiesiogiai veikiama tėkmės, išvengiant papildomo tėkmės greičio aukščio. Bangavimo metu atskaita yra vidurkis tarp bangos keteros ir jos apačios.

Jei H/m matuoklė yra nutolusi nuo debitų matavimų profilio skerspjūvio, jos atskaita į matavimo vietą gali būti perkelta pagal vandens paviršiaus nuolydį. Reikalinga techninė niveliacija.

Hidrometrinėse stotyse matuoklių aukščiai yra kontroliuojami kartą į metus, dažniausiai po

pavasario potvynio. Nestabiliose H/m stotyse – du kartus per metus. Pagal standartus, jose matuoklių atskaitų tikslumas labai griežtas – 0,006 m arba 0,6 cm (kai VL svyravimai iki 3 m). Turint omenyje,

kad jei HTS neturi hidrometrinės stoties statuso, ši tolerancija galėtų būti žymiai didesnė.

8.8 pateikti aprašymą su sąlygomis žemutinio bjefo debitui įvertinimui ir debitų kreivei sudaryti

naudojant ekstrapoliavimo metodiką, kai nėra galimybių išmatuoti debito žemutiniame bjefe

tradiciniais būdais

Tvenkinių ŽB debitų įvertinimo ir debitų kreivės ekstrapoliavimui reikia vadovautis klasikine metodika. Esminiai ypatumai atsiranda tik veikiančių HE ŽB, kuruose intensyviai kinta tėkmės

debitas ir vandens lygiai (hidropikingas arba hidrografo laiptavimas). Prieš matavimus turi būti žinomas turbinų darbo grafikas. Debito matavimai turi būti atlikti pakankamai greitai, kol yra

pastovus vandens lygis. Jo pastovus stebėjimas, pagal vandens lygio matuoklės atskaitas yra būtinybė (žr. 8.1-8.2 skyr.).


49

Paprastas hidraulikos metodas. Debito kreivę iš vieno skerspjūvio į kitą, kaip ir vandens lygius, galima perkelti tik labai nedideliu atstumu pagal upės nuolydį, jeigu skerspjūviai skiriasi nežymiai.

Sudaryti naują DK, t.y., apskaičiuoti jos debito reikšmes galima pagal hidraulikos formules, padauginus tėkmės skerspjūvio plotą iš vandens greičio (𝑄 = 𝐴𝑣).

Vidutinis tėkmės skerspjūvio vandens greitis gali būti apskaičiuotas pagal Manningo arba Chezy formules. Pirmoji taikoma dažniau.

�̅� = 1 𝑛⁄ 𝑅2/3𝑆 1/2 , ms−1 (8.4)

Čia: �̅� - vidutinis skerspjūvio greitis,

R - hidraulinis spindulys, m, n - Manningo šiurkštumo koeficientas,

A - tėkmės skerspjūvio plotas, m2, S - nuolydis.

�̅� = 𝐶𝑅1/2𝑆 1/2 ,ms−1 (8.5)

Čia, C - Chezy šiurkštumo koeficientas. Likę pažymėjimai yra tie patys kaip aukščiau.

Gamtinėse vagose hidraulinį spindulį R galima pakeisti vidutiniu tėkmės skerspjūvio gyliu ℎ𝑣𝑖𝑑 :

�̅� =𝐴 ̅

𝑝~

�̅�

𝑊= ℎ𝑣𝑖𝑑 (8.7)

�̅�- vidutinis hidraulinis spindulys, m

A – tėkmės skerspjūvio plotas, m2 p - šlapias perimetras, m W - vagos plotis, m

Skaičiuojant reikia žinoti Manningo šiurkštumo koeficientą n. Jis nustatomas iš praktinės

patirties pagal upės vagos pobūdį, orientaciniai iš 8.2 lentelės. Realią šiurkštumo koeficiento reikšmę galima nustatyti, jei upės skerspjūvyje yra matuoti bent keli debitai. Tai yra patikimiausia. Pagal Manningo formulę galima lengvai išskaičiuoti n ir kurį galima taikyti tolimesniuose skaičiavimuose.

8.2 lentelė. Manningo šiurkštumo koeficientą n gamtinėms vagoms Ven Te Chow (Chow,

1959) Nr. Paviršiaus aprašymas Manningo šiurkštumo koeficientas n

Minimali Įprastinė Maksimali 1. Švari tiesi vaga be seklumų ir duobių 0,025 0,030 0,033

2. Kiek akmenuota ir užžėlusi vaga 0,030 0,035 0,040

3. Vingiuota, duobėta vaga, lėta tėkmė 0,040 0,050 0,055 4. Labai užžėlę ruožai, užvirtę medžiais 0,075 0,100 0,150

5. Salpa, apaugusi žema žole 0,025 0,030 0,035 6. Salpa, apaugusi atskirais krūmais ir žole 0,035 0,050 0,070

7. Plotai, užaugę mišku 0,080 0,100 0,120

Pagal vietinių gyventojų parodymus galima apytiksliai nustatyti minimaliausią ir maksimaliausią vandens lygį. Tai yra svarbu DK formos kontrolei.

Hidraulinis nuolydis nustatomas stropiai niveliuojant vandens paviršių bent 100 -200 m ruože. Lygumų upėms nuolydžiai yra sąlyginai maži (vidutiniškai 2 - 4 cm/100m).


50

Skaičiuojant debitą pagal Manningo ar Chezy formulę gauname tik apytikslius rezultatus. Pagrindinės klaidos yra nustatant šiurkštumo koeficientą ir nuolydį. Pastarasis yra skirtingas žemam ir aukštam vandens lygiui.

Sudarant DK šiurkštumo koeficientą n reikšmes reiktų naudoti skirtingas upės vagai ir salpoms (8.17 pav.). Dažniausiai matavimo skersinis profilis išskiriamas į 3 dalis - vaga, kairys ir

dešinys krantas.

8.17 pav. Cargill upelis Škotijoje su skirtingais šiurkštumo koeficientais n (SEPA,UK)

Hidraulinio modeliavimo metodas. Rinkoje yra daugybė komercinių ir laisvai naudojamų

kompiuterinių hidraulinių programų nuo vienmačių (1D) iki dvimačių (2D) ir trimačių (3D) modelių, kurie gali būti pritaikyti debito kreivių ekstrapoliacijai arba jų sudarymui, kai yra pakankamas kiekis pradinės informacijos (Ramsbottom ir Whitlow,2003). Be abejo, šie pradiniai duomenys nusprendžia

DK sudarymo tikslumą. 1D modeliai yra pagrįsti St Venant lygtimi ir gerai tinka pagrindinės vagos debitų kreivėms

sudaryti, įskaitant žemiau stoties esamas patvankas, taip pat įvairias HTS konstrukcijas. Jie yra laiko ir kaštų atžvilgiu efektyvesni nei 2 D ar 3D ir naudojami daugelyje hidrologinių tarnybų. Tinka tiek nusistovėjusiai, tiek nenustovėjusiai tėkmei. Galimi ramios, audringos ir mišrios (kritinės) tėkmės

režimo atvejai, kurie apibūdinami Frudo skaičiumi. Upių vagų vandens matavimo stotyse dažniausiai yra ramios tėkmės atvejai.

Čia trumpai aptariamas 1D laisvo naudojimo HEC-RAS (Upės analizės sistema) hidraulinis modelis (HEC-RAS). Debito kreivių sudarymui patartina taikyti nusistovėjusį, ramios tėkmės režimą (Reistad ir kt., 2007).

Du pagrindiniai duomenų rinkiniai reikalingi naujos debito kreivės sudarymui arba jos pratęsimui:

• Topografiniai – apibūdinantys upės fizinį išplanavimą, salpas ir HTS konstrukcijas, jei jos yra.

• Hidrometriniai duomenys – apibūdinantys upės tėkmę. Upės ruožas, bet kokios konfigūracijos, įskaitant jos šakas ir intakus ar salpas yra

reprezentuojamas vagos skersinių profilių serijomis. Šie vagos geometriniai duomenys gali būti

išmatuoti arba nustatyti iš aukštos rezoliucijos skaitmeninio reljefo modelio (SRM). Yra hidraulinės sąlygos atstumams tarp skersinių profilių parinkti, atsižvelgiant į dugno nuolydžio pokyčius, vagos

formą plane. Apytiksliai šie atstumai negali viršyti 20 vagos pločių arba nebūti didesni už šią reikšmę 1/(2s), kur s – vagos nuolydis (vieneto dalimis).

Naudojamas Manningo lygties šiurkštumo koeficientas, kuris gali kisti pagal upės vagos plotį,

vandens lygį ar debitą ir sezonus (augalijos įtaką). Rekomenduojami atstumai tarp matavimo taškų skersiniame profilyje yra nuo 2 iki 3m upėms

iki 40 m pločio ir nuo 3 iki 4m upių pločiui iki 60 m ir 4m platesnėms upėms. Hidrometriniai duomenys apibūdina pakraštines sąlygas upės modelio debitams ir lygiams ir

modelio kalibravimui (derinimui):

• Esama debito kreivė ar reikalinga pratęsimui.

• Kitos esančios debito kalibravimo kreivės pagal upės ilgį (jei yra).


51

• Stoties debitas ir lygis, kuriai sudaroma ar pratęsiama DK. Hidrografai (lygio arba debito) būtini nenusistovėjusios tėkmės atveju.

• Debitas ir vandens lygiai kitose upės vietose (jei yra).

• Upės maksimalus ir minimalus vandens lygis.

• Debitų matavimo duomenys (H/m suktuku), jei yra.

Realus šiurkštumo koeficientas yra pagrindinis hidraulinis elementas modelio suderinimui. Parenkamos tokios jo reikšmės, kad prie esamo debito išmatuotas vandens lygis ir vandens paviršiaus nuolydis atitiktų modeliuotą.

HEC-RAS sudaryta debitų kreivė parodyta 8.18 pav.

8.18. pav. HEC-RAS modeliuota debito kreivė

Yra keletas ypatybių modeliuojant upės žemo vandens debito kreives. Pirmiausia, modelis

turi būti kalibruotas minimaliam debitui. Turi būti naudojamas vagos šiurkštumas esant išmatuotam žemiausiam vandens lygiui ir debitui. Manningo n labai stipriai didėja esant mažiems gyliams. Dar

vienas svarbus dalykas: Modeliai dažnai yra nestabilūs esant mažiems gyliams, tačiau yra būdų tai išvengti.

2-D ir 3-D modeliai taip pat gali būti naudojami DK pratęsimui iki minimalių debitų.

Laikoma, kad 1D modeliai yra kaštų atžvilgiu efektyvesni. Tačiau dabartiniu metu, laisva programinė įranga HEC-RAS jau turi 2D modeliavimo galimybes. Turint pakankamai tikslią vagos geometriją

(batimetriją) galima bet kuriame pjūvyje sudaryti debito kreivę. Debito kreivių sudarymo metodika ir pavyzdžiai taikant HEC-RAS 1D ir 2D modelius

pateikiami (Ramsbottom ir Whitlow,2003, Surface water solutions, 2020, HEC-RAS 2018b ).

Laikoma, kad debito apskaičiavimo paklaida pagal sumodeliuotas debito kreives neviršija 10%, lyginant su matuotu debitu.


52

9 PATEIKTI SIŪLYMUS STR PAKEITIMAMS, SUSIJUSIEMS SU REIKALAVIMŲ

VANDENS DEBITO KREIVIŲ SUDARYMUI NUSTATYMU; PATEIKTI SIŪLYMUS

KITŲ TEISĖS AKTŲ PAKEITIMAMS, JEIGU ANALIZĖS METU NUSTATYTAS

TOKS POREIKIS.

ŽB vandens debito kreivių sudarymo reglamentavimo sprendimas privalo būti sisteminis. Pirmiausiai „Lygis-Debitas sąryšio nustatymas“ reglamentacija, o po to ŽB vandens debitų kreivių reglamentacija.

9.1 Ryšio Lygis-Debitas nustatymas (Debito kreivės): standarto perėmimas arba „LAND“

parengimas

Šios studijos objektas – debito kreivės - „Vandens lygio - debito sąryšio nustatymas“ dar

nėra perimtos Lietuvos standartų (ISO 1100-2:1998; ISO 9123:2001; ISO 1100-2:2010). Diskutuotina jų oficialus perėmimas arba atitinkamo „LAND“ parengimas.

• ISO 1100-2:1998: Measurement of liquid flow in open channels - Part 2: Determination of the stage-discharge relation (atnaujintas 2010).

• ISO 9123:2001: Measurement of liquid flow in open channels - Stage-fall-discharge relationships

• ISO 1100-2:2010: Measurement of liquid flow in open channels - Part 2: Determination of the stage-discharge relationship

9.2 LAND 81-2006. Vandens debito matavimo hidrometriniais suktukais ir plūdėmis metodika

LAND 81-2006 nėra skirtas debitų kreivių sudarymui. Jo paskirtis - tik debitų matavimams, tame tarpe tvenkinių ar užtvankų ŽB. Nepaisant to, kad šis LAND‘as nėra stipriai „techniškai“ atsilikęs nuo EN ISO 748:2007 standarto, būtina naudotis oficialiu Lietuvoje perimtu LST EN ISO

748:2008 standartu. Jame yra daugiau teorinių ir kitų vadovėlinių ar techninių nurodymų (ne vien tik lietuviškų šaltinių) reikalavimų (pvz., debitų skaičiavimo metodai, matavimų neapibrėžtumų vertimas

ir kt.). Lyginamoji analizė pateikiama 6.2 lentelėje. Pakeitus šio LAND 81-2006 pavadinimą ir įvedus naują skyrelį būtų galima reglamentuoti

ŽB debitų kreivių sudarymo ypatybes remiantis šios studijos rezultatais.

9.3 STR 2.05.19:2005 „Inžinerinė hidrologija. Pagrindiniai skaičiavimų reikalavimai

Šis STR parengtas pagal dabar negaliojantį rusišką statybos normų ir taisyklių standartą

СНиП 2.01.14-83 «Определение расчетных гидрологических характеристик». Rusijos federacijoje jis buvo atnaujintas 2003 metais (SP 33-101-2003, (Russian Federation Gosstroy 218).

Šiems standartams atitikmenų nei ISO, nei WMO nėra. STR 2.05.19:2005 nereglamentuoja hidrometrijos, čia tik paminėti bendri reikalavimai debitų

kreivių sudarymui. Nėra jokios techninės informacijos apie tvenkinių/užtvankų (HTS) žemutinius

bjefus. Čia yra tik hidrologiniai skaičiavimai, todėl nerekomenduotina jį papildyti debitų kreivių sudarymu.

9.4 Tvenkinių naudojimo ir priežiūros tipinės taisyklės (LAND 2-95)

Debitų kreivių sudarymo tvenkinių ŽB problemos esmė išdėstyta 3 skyrelyje. Tikslas: Sutvarkyti tvenkinių ŽB debitų matavimo duomenų apskaitą bei įpareigoti HTS savininkus tikslinti ŽB debitų kreives, ypač sausmečio (vasara – rudens pradžia) metu. Kontrolinius matavimus

atliekantiems asmenims darbo sąnaudos padidėja nežymiai.


53

Sprendimas:

Kontrolinius matavimus atliekantys asmenys: 1. Elektroniniame formate sudaro (rekomenduojama Microsoft Excel) HTS ŽB projektinę

debito kreivę (iš HTS projekto) 2. Kreivėje pažymimi buvusių, istorinių debitų matavimo duomenys ir kiekvieną kartą

papildomi naujais matavimais (taškais). 3. Debitų kreivė turi būti sudaryta ir popieriniame formate (A4).

Tvarkant ŽB debitų matavimo duomenų apskaitą galimi trys variantai:

1. Visi HTS ŽB debitų matavimo duomenys ir debitų kreivė yra saugoma pas HTS savininką. Privalumas: decentralizacija, nekyla problemų dėl duomenų apsaugos, tačiau mažesnis operatyvumas jais pasinaudoti kontrolės pareigūnams. Nereikalauja papildomų

materialinių išteklių. 2. Sukuriama speciali HTS ŽB debitų kreivių duomenų bazė (internetinė) LHMT serveryje,

kurioje talpinami debitų matavimo duomenys ir tikslinama debitų kreivė (pvz., naudojant programinę įrangą HYMER). Privalumas – duomenys vienoje vietoje, lengva pasinaudoti, kompetentinga institucija. Reikalauja papildomų žmogiškųjų ir materialinių išteklių.

3. Sukuriama speciali HTS ŽB debitų kreivių duomenų bazė (internetinė) AAD serveryje, kurioje talpinami debitų matavimo duomenys ir tikslinama debitų kreivė. Privalumas –

duomenys vienoje vietoje, lengva pasinaudoti, kontroliuojanti institucija. Reikalauja papildomų žmogiškųjų ir materialinių išteklių.

Tačiau neteko girdėti, kad HTS debitų kreivių ar kiti aktualūs upių vandens statinių hidrometriniai duomenys būtų kaupiami ES šalių hidrometeorologinių (hidrologinių)

tarnybų ar aplinkosaugos būklę kontroliuojančių institucijų serveriuose.

Papildyti TNPT 44.3 p. atsižvelgiant į pirmą variantą: Kontrolinių matavimų sausmečiu rezultatai turi būti įforminti laisvos formos akte, kurį

pasirašo kontrolinius matavimus atlikę asmenys, ir saugomi nuolatinai ne mažiau kaip 1 metus. Matavimus atlikę asmenys privalo sudaryti ŽB projektinę debito kreivę (iš projekto) ir ją kasmet tikslinti, pažymint išmatuotus taškus. Ši kreivė turi būti sudaryta elektroniniame ir popieriniame (A4)

formate. Kontrolinių matavimų rezultatai, bei debito kreivė pareikalavus pateikiami aplinkos apsaugos valstybiniams kontrolės pareigūnams.

Papildyti TNPT 44.3 p. atsižvelgiant į antrą ir trečią variantą:

Kontrolinių matavimų sausmečiu rezultatai turi būti įforminti laisvos formos akte, kurį pasirašo kontrolinius matavimus atlikę asmenys, ir saugomi nuolatinai ne mažiau kaip 1 metus.

Matavimus atlikę asmenys privalo sudaryti ŽB projektinę debito kreivę (iš projekto) ir ją kasmet tikslinti, pažymint išmatuotus taškus. Ši kreivė turi būti sudaryta elektroniniame ir popieriniame (A4) formate. Visi duomenys talpinami LHMT arba AAD serveryje, Kontrolinių matavimų rezultatai,

pareikalavus pateikiami aplinkos apsaugos valstybiniams kontrolės pareigūnams.

9.5 Vandens greičio ir debito matavimai su akustiniais Doplerio debitomačiais (ADCP)

Turint omenyje, kad šie vandens greičio ir debito matavimo prietaisai yra efektyvūs, įskaitant

ir kaštus, ir jų naudojimas vis intensyvesnis, būtina parengti vandens greičio ir debito matavimo su

akustiniais prietaisais reglamentą. Jie gerai tinka matuoti ir seklias tėkmes (min. gylis <0,2 - 0,5m). Tokio reglamento geriausias pavyzdys yra žemiau pateikta ISO techninė specifikacija, o taip pat JAV


54

(Geologijos tarnybos) ir Kanados (Vandens tarnyba) specifikacijos (Mueller et al., 2013; Environment Canada, 2013).

• ISO/TS 24154:2005 (EN) Hydrometry — Measuring river velocity and discharge with acoustic Doppler profilers.


55

10 LITERATŪRA (atliktos apžvalgos: 3-6 skyriai)

10.1 Lietuva

1. LR aplinkos apsaugos normatyviniame dokumente LAND 81-2006 „Vandens debito matavimo

hidrometriniais suktukais ir plūdėmis metodika“, patvirtintame Aplinkos ministro 2006 m. birželio 23 d. įsakymu Nr. D1-313 „Dėl Lietuvos Respublikos aplinkos apsaugos normatyvinio

dokumento LAND 81-2006 patvirtinimo“ (toliau – LAND). 2. LST CEN/TS 17171:2018 Stebėtųjų hidrometrinių duomenų valdymas. Rekomendacijos

Management of observed hydrometric data - Guidance CEN/TS 17171:2018.

3. LST EN ISO 18365:2014 Hidrometrija. Hidrometrinės stoties parinkimas, įrengimas ir eksploatavimas (ISO 18365:2013) Hydrometry - Selection, establishment and operation of a

gauging station (ISO 18365:2013) EN ISO 18365:2013. 4. LST EN ISO 4373:2009 Hidrometrija. Vandens lygio matuokliai (ISO 4373:2008) Hydrometry -

Water level measuring devices (ISO 4373:2008) EN ISO 4373:2008.

5. LST EN ISO 4375:2015 Hidrometriniai matavimai. Lyninės sistemos, skirtos tėkmei matuoti (ISO 4375:2014) Hydrometry - Cableway systems for stream gauging (ISO 4375:2014) EN ISO

4375:2014. 6. LST EN ISO 6416:2018 Hidrometrija. Debito matavimas ultragarsinio pereigos trukmės (lėkio

trukmės) nustatymo metodu (ISO 6416:2017) Hydrometry - Measurement of discharge by the

ultrasonic transit time (time of flight) method (ISO 6416:2017) EN ISO 6416:2017 (Pastaba: Ne Doplerio principu).

7. LST EN ISO 748:2008 Hidrometrija. Skysčio srauto atvirose kanaluose matavimas naudojant srautmačius ar plūdes (ISO 748:2007) Hydrometry - Measurement of liquid flow in open channels using current-meters or floats (ISO 748:2007) EN ISO 748:2007.

8. LST EN ISO 772:2011 Hidrometrija. Aiškinamasis žodynas ir simboliai (ISO 772:2011) Hydrometry - Vocabulary and symbols (ISO 772:2011) EN ISO 772:2011.

9. Šikšnys A. G Sabas G. Nenusistovėjusio vandens tekėjimo Kauno HE žemutiniame bjefe natūriniai ir modeliniai tyrimai. Vandens ūkio inžinerija., Nr. 39 (59)(2011) .

10. Tvenkinių naudojimo ir priežiūros tipinės taisyklės (LAND 2-95) (Suvestinė redakcija nuo 2020-

06-01). 11. STR 2.0519:2005 „Inžinerinė hidrologija. Pagrindiniai skaičiavimų reikalavimai“ patvirtinimo“,

patvirtinto Lietuvos Respublikos aplinkos ministro 2005 m. rugsėjo 22 d. įsakymu Nr. D1-458 „Dėl statybos techninio reglamento STR 2.0519:2005 „Inžinerinė hidrologija.

12. Ždankus, N. T.; Punys, P.; Martinaitis, E.; Ždankus, T. (2016) Lowland river flow control by an

artificial water plant system // River research and applications. 2016, vol. 32, iss. 6, p. 1382-1391.

10.2 ISO (Tarptautinė standartų organizacija)

1. ISO 1088:2007 Hydrometry - Velocity-area methods using current-meters - Collection and processing of data for determination of uncertainties in flow measurement.

2. ISO 1100-2:1998: Measurement of liquid flow in open channels -- Part 2: Determination of the stage-discharge relation.

3. ISO 1100-2:2010: Measurement of liquid flow in open channels -- Part 2: Determination of the stage-discharge relationship.

4. ISO 748:2007: Hydrometry - Measurement of liquid flow in open channels using current-meters

or floats. 5. ISO 9123:2001: Measurement of liquid flow in open channels -- Stage-fall-discharge

relationships. 6. ISO/TC 113 Hydrometrijos techninis komitetas https://www.iso.org/committee/51678.html 7. ISO/TS 24154:2005 (en) Hydrometry — Measuring river velocity and discharge with acoustic

Doppler profilers.


56

10.3 WMO (Pasaulinė meteorologijos organizacija)

8. Buzas Z. (2008). Report on international standards for hydrological observation and processing in RA-VI region based on a questionnaire. WMO.

9. Le Coz J. (2012). A literature review of methods for estimating the uncertainty associated with stage-discharge relations. WMO initiative on Assessment of the Performance of Flow

Measurement Instruments and Techniques. Cemagref, Hydrology-Hydraulics, Lyon, France. 10. WMO (2008). Guide to Hydrological practice, Volume I. Hydrology – From Measurement to

Hydrological Information. WMO-168.

11. WMO (2009). CHy Project: Assessment of the Performance of Flow Measurement Instruments and Techniques. Survey on field discharge measurement instrumentation and techniques used

operationally. 12. WMO (I). Manual on stream gauging. Volume I – Fieldwork. WMO. No. 1044. 2010. 13. WMO (II). Manual on stream gauging. Volume II – Computation of Discharge. WMO-No. 1044.

2010.

10.4 Lenkija

1. Gruss, Ł, Głowski, R., Wiatkowski, M., 2018. Modeling of water flows through a designed dry

dam using the HEC-RAS program. ITM Web Conf. 23. 2. Michalec B, Tarnawski M., Majerczyk A, Wachulec K. (2013). Weryfikacja krzywej natężenia

przepływu w przekroju wodowskazowym na rzece Uszwicy (Verif ication of a rating curve in a gauge cross-section on the Uszwica River). Prz. Nauk. Inż. Kszt. Środ. 62, 454–462

3. Michalec B. Weryfikacja krzywej natężenia przepływu w przekroju wodowskazowym IMGW na

rzece Dłubni (2012a). (Verification of the rating curve for water-gauge cross-section of IMWM on the Dłubnia river). Acta Sci. Pol., Formatio Circumiectus 11 (3), 21–28.

4. Michalec B. Wyznaczenie krzywej natężenia przepływu dla przekroju zlokalizowanego w strefie oddziaływania spiętrzenia przepływów niskich (2012b). (Determination of the rating curve for cross-section situated in the zone of the influence of low flows damming up). Acta Sci. Pol.,

Formatio Circumiectus 11 (4) 2012, 61–70. 5. Michalec B., Andrzej Wałęga A, Cupak A. Wyznaczenie krzywej natężenia przepływu w

przekroju cofki zbiorników wodnych w Zesławicach. Acta Sci. Pol. Form. Cir15 (1) 2016, 113–124. (Determination of the rating curve in the backwater cross-section of reservoirs at Zesławice).

6. Ozga-Zielińska M., Brzeziński J., 1997, Hydrologia stosowana, PWN Warszawa, stron 324.

7. Ozga-Zieliński B., Szkutnicki J,Chudy L. (2014). Krzywa natężenia przepływu a przepływy ekstremalne (Rating curve and extreme flows). Prz. Geof. LIX, 3-4.

8. Szkutnicki J. ; Kadłubowski A.; Chudy Ł. Metoda wyznaczania krzywej natężenia przepływu. IMGW, 2007 (Debito kreivės nustatymo metodas).

10.5 Didžioji Britanija

1. Coxon, G., J. Freer, I. K. Westerberg, T. Wagener, R. Woods, and P. J. Smith (2015). A novel

framework for discharge uncertainty quantification applied to 500 UK gauging stations, Water Resour. Res., 51, 5531–5546, doi:10.1002/2014WR016532.

2. Coz, J.L. (2012). A literature review of methods for estimating the uncertainty associated with

stage-discharge relations. Cemagref, Hydrology-Hydraulics, Lyon, France. 3. Herschy R. W. (2008). Streamflow Measurement. 3rd Ed. Taylor & Francis.

4. NRFA (The National River Flow Archive): https://nrfa.ceh.ac.uk/how-are-flows-measured 5. Ramsbottom, D. M., & Whitlow, C. D. (2003). Extension of rating curves at gauging stations. In:

Best Practice Guidance Manual (R&D Manual W6-061/M). Bristol, UK: HR Wallingford in

association with EdenVale Modelling Services, Environment Agency.


57

10.6 JAV, Kanada, Australija, Naujoji Zelandija

1. Aquatic Informatics. Aquarius. https://aquaticinformatics.com/ 2. Birgand, F. (2012). Uncertainties on flow calculated from stage–discharge ratings curves in small

streams. In Proceedings from American Society of Agricultural and Biological Engineers (ASABE) annual international meeting (2012), 2, 891–905.

3. Environment Canada (2013). Measuring discharge with acoustic Doppler current profilers from a moving boat, version adapted for Water Survey of Canada, 62 p.

4. Fenton J. D. (2001). Rating Curves: Part 1 – Correction for Surface Slope. The Institution of

Engineers, Australia. Conference on Hydraulics in Civil Engineering. Hobart 28 –30 November 2001, 309-317.

5. Fenton J.D., Keller R.J. (2001). The calculation of streamflow from measurements of stage. Technical report. Report 01/6.

6. HEC-RAS and relevant documentation (US Army Corps of Engineers. Hydrologic Engineering

Center) (2019). https://www.hec.usace.army.mil/software/hec-ras/ 7. John V. Sloat & Matthew Hull. (2004). Computing Discharge using the Velocity-Index Method.

SonTek/YSI, Inc. USA. 8. Kennedy E. J. Discharge ratings at gaging stations (1984).Techniques of Water-Resources

Investigations of the United States Geological Survey. Book 3, Chapter A10. Washington.

9. Levesque V.A, Oberg K.A. (2012) computing discharge using the index velocity method techniques and methods. 3–A23. U.S. Geological Survey, Reston, Virginia.

10. Maidment R. Handbook of hydrology. (1993). Mc Graw- Hill, INC, New York. 11. Mueller, D.S., Wagner, C.R., Rehmel, M.S., Oberg, K.A, Rainville, F. (2013), Measuring

discharge with acoustic Doppler current profilers from a moving boat: U.S. Geological Survey

Techniques and Methods 3A–22, 72 p. 12. NEMS (National Environmental Monitoring Standards). (2016). Rating Curves. Construction of

stage–discharge and velocity-index ratings. Version: 1.0. New Zealand. 13. RISC (Resources Information Standards Committee). (2018). Manual of British Columbia

Hydrometric Standards, Version 2.0. Knowledge Management Branch, B.C. Ministry of

Environment and Climate Change Strategy, Victoria, B.C. 14. USDA (The U.S. Department of Agriculture). (2012). Stage Discharge Relations. Part 630

Hydrology. National Engineering Handbook. Chapter 14. 15. USGS (U.S. Geological Survey). (1989). Method to estimate effects of flow-inducted vegetation

changes on channel conveyances of streams in central Arizona. Water-Resources Investigation

Report 98–4040, Washington, DC.

11 LITERATŪRA (7-9 skyrių)

1. Dėl gamtosauginio vandens debito apskaičiavimo tvarkos aprašo patvirtinimo. 2005 07 29 d. Nr. D1-382

Vilnius. Valstybės žinios, 2005-08-04, Nr. 94-3508.

2. Fenton J.D., Keller R.J. (2001). The calculation of streamflow from measurements of stage. Technical

report. Report 01/6.

3. HEC-RAS and relevant documentation (US Army Corps of Engineers. Hydrologic Engineering Center)

(2019). https://www.hec.usace.army.mil/software/hec-ras/

4. HEC-RAS Basics Part 7 of 7: Export Options and Rating Curves (2018b):

https://www.youtube.com/watch?v=ClahIl2sWqE

5. Herschy R. W. (2008). Streamflow Measurement. 3rd Ed. Taylor & Francis.

6. ISO 1088:2007 Hydrometry - Velocity-area methods using current-meters - Collection and processing of

data for determination of uncertainties in flow measurement.

7. ISO 1100-2:1998: Measurement of liquid flow in open channels -- Part 2: Determination of the stage-

discharge relation.


58

8. ISO 1100-2:2010: Measurement of liquid flow in open channels -- Part 2: Determination of the stage-

discharge relationship.

9. ISO 9196:1992. Liquid flow measurement in open channels — Flow measurements under ice conditions.

10. LEI (2016). Kauno hidroelektrinės tvenkinio naudojimo ir priežiūros taisyklės.

11. LR aplinkos apsaugos normatyviniame dokumente LAND 81-2006 „Vandens debito matavimo

hidrometriniais suktukais ir plūdėmis metodika“, patvirtintame Aplinkos ministro 2006 m. birželio 23 d.

įsakymu Nr. D1-313 „Dėl Lietuvos Respublikos aplinkos apsaugos normatyvinio dokumento LAND 81-

2006 patvirtinimo“ (toliau – LAND).

12. LST EN ISO 18365:2014 Hidrometrija. Hidrometrinės stoties parinkimas, įrengimas ir eksploatavimas

(ISO 18365:2013) Hydrometry - Selection, establishment and operation of a gauging station (ISO

18365:2013) EN ISO 18365:2013.

13. Ramsbottom, D., M., Whitlow, C., D. (2003). Extension of Rating Curves at Gauging Stations. Best

Practice Guidance Manual. R&D Manual W6-061/M. Environment Agency. UK.

14. Reistad K.S, Petersen-Øverleir A., Leif Bogetveit L.J. (2007). Setting up rating curves using HEC-RAS.

VANN-1-2007

15. Sui, J., Thring, R., Karney B, W., Wang, J.(2007). Effects of river ice on stage-discharge .relationships a

case study of the Yellow river. International Journal of Sediment Research, Vol. 22, No. 3, 2007, pp.

263-272.

16. Surface water solutions. Rating Curves Part 1 and 2 (2020). https://www.surfacewater.biz/ratingtheory/

17. Šilinis L., Punys P., Radzevicius A., Kasiulis E., Dumbrauskas A., Jurevičius L. (2020). An assessment

of hydropeaking metrics of a large-sized hydropower plant operating in a lowland river, Lithuania. Water

2020, 12(5), 1404.

18. Viskačka G. (2016). Vagotvarkos darbų galima įtaka ledų sangrūdų formavimuisi Neryje nuo Vileišio

tilto iki žiočių. Mag. baigiamasis darbas. ASU.

Documents

LR Aplinkos ministerija Ataskaita: gta -to