IZVEDBA HIDRAVLIČNIH MERITEV GLADIN ZA POTREBE NAČRTOVANJA HE RENKE, HE TRBOVLJE IN HE SUHADOL

(dr. M. Bombač, 2022)

Na rečnem odseku Save med Litijo ter sotočjem Save in Savinje se je, za potrebe priprave investicijske, projektne in izvedbene dokumentacije za HE Renke, HE Trbovlje in HE Suhadol, vzpostavil začasni monitoring gladin na 13 lokacijah. V sklopu naloge so se pridobili tudi podatki iz obstoječih merilnih mest na obravnavanem odseku in sicer iz VP Litija, VP Hrastnik, VP Veliko Širje in HE Vrhovo. Zbrani podatki bodo služili umerjanju hidravličnih modelov, ki so glavno orodje za optimalno načrtovanje hidroenergetskih objektov in ukrepov za zaščito pred škodljivim delovanjem visokih voda. V poročilu so prikazane meritve gladin v obdobju od 27. septembra 2021 do 1. oktobra 2022. V tem času so nastopili 3 visokovodni valovi, pri katerih je bil zabeležen pretok večji od 500 m3/s. Največji pretok je bil zabeležen 30.9.2022, ko je pretok na VP Hrastnih znašal 846 m3/s.

 

HIDROLOŠKO HIDRAVLIČNA ŠTUDIJA PROTIPOPLAVNIH UKREPOV NA POREČJU BREGANE

(dr. M. Bombač, mag. P. Rodič, J. Mlačnik, dr. T. Prešeren, P Boštic, 2022)

 Za mejno Bregano in njene pritoke na slovenski strani državne meje je bila predhodno že izdelana nadgrajena hidrološko hidravlična študija obstoječega stanja (Hidroinštitut, 2021). Rezultati študije so pokazali, da so na porečju Bregane poplavno ogrožena tri večja urbana območja: Grdanjci, Slovenska vas in naselje Bregana. V predmetni hidrološko hidravlični študiji so na nivoju idejne zasnove analizirane tri variante protipoplavnih ukrepov, s katerimi se zmanjšuje poplavna nevarnost na urbaniziranih območjih vzdolž Bregane. Izhodišča protipoplavnih ukrepov so bila povzeta iz projekta FRISCO1. V predmetni študiji so bila izhodišča protipoplavnih ukrepov preverjena z nadgrajenim hidravličnim modelom, ob upoštevanju rezultatov nadgrajene celovite hidrološke študije porečja Bregane (HEK, 2020). Rezultat je detajlnejša in celovitejša analiza treh variant protipoplavnih ukrepov na porečju Bregane.

IZDELAVA ANALIZE HIDRAVLIČNIH RAZMER DOVODNEGA/ODVODNEGA KANALA HE FORMIN Z AKUMULACIJO PTUJSKEGA JEZERA

(mag. P. Rodič, J. Mlačnik, 2019)

 

Namen analize je bil določitev hidravličnih in obratovalnih mejnih pogojev ter presoja gradbenih posegov, povezanih s povečanjem instaliranega pretoka na HE Formin. Hidravlična analiza je bila izvedena z 1D numeričnim modelom HEC-RAS. Za umerjanje in verifikacijo numeričnega modela sta bila izpeljana dva terenska poskusa, prvi pri stacionarnih pogojih in drugi pri zaporedju manevrov dveh normalnih zaustavitvah in ene hitre zaustavitve z razbremenilnikom ter vmesnih zagonov.

 

S hidravlično analizo so bile za sedanje stanje in za posege na kanalih obravnavane hidravlične izgube v kanalu, moč na turbini, maksimalna kota v dovodnem kanalu, minimalna potrebna potopljenost vtoka, minimalna kota zgornje vode pri zagonu elektrarne ter problematika sekundarnih valov. Na podlagi obratovalnega leta 2015 je bila izračunana povečana proizvodnja električne energije pri obravnavanih posegih v dovodnem in odvodnem kanalu.

IZDELAVA KART POPLAVNE NEVARNOSTI IN KART RAZREDOV POPLAVNE NEVARNOSTI ZA REKO SAVO S PRITOKI V OBMOČJU DPN ZA HE KRŠKO

(S. Vošnjak, dr. M. Bombač, 2016)

Izdelane so bile karte poplavne nevarnosti in karta razredov poplavne nevarnosti za reko Savo s pritoki v območju DPN za HE Krško. Karte poplavne nevarnosti prikazujejo doseg, globino vode (1. kriterij) in produkt hitrosti in globine vode (2. kriterij) ob nastopu 10-letnih (Q₁₀), 100-letnih (Q₁₀₀) in 500-letnih (Q₅₀₀) voda in karta razredov poplavne nevarnosti prikazuje območja zemljišč, razvrščenih v razrede glede na verjetnost nastanka in moč poplave.

V OPVP Rožno – Brestanica – Krško so le pri pretoku Q₅₀₀ poplavljene nekatere površine s stanovanjsko pozidavo v Krškem, pri pretokih Q₁₀, Q₁₀₀ in Q₅₀₀ so poplavljene kmetijske, gozdne in druge travnate površine predvsem na levem bregu Save na spodnjem odseku območja Brestanica – Krško. Prav tako so poplavljene kmetijske, gozdne in druge travnate površine pri pretokih Q₁₀₀ in Q₅₀₀ na zgornjem desnem, kot tudi na levem bregu Save na območju Rožno – Brestanica.

JEZ NUKLEARNE ELEKTRARNE KRŠKO – SILE PRI RAZLIČNIH HITROSTIH DVIGANJA ZAPORNICE

(dr. G. Novak, J. Mlačnik, P. Rodič, 2015)

Po izgradnji akumulacije HE Brežice se bo dvignila kota spodnje vode jezu NEK. Na fizičnem modelu enega prelivnega polja s segmentno zapornico (v merilu 1:17) smo s silomeri izmerili sile v ležaju ročice zapornice in v obeh dvižnih drogovih med dviganjem zapornice. Obravnavani so bili različni pretoki (Q_jez = 100 do 700 m³/s), kote spodnje vode (SV = 149 do 153 m n.m.) in hitrosti dviga zapornice (v_dvig = 0,1 do 1,1 m/min).

Na slikah: a) zapornica na jezu NEK, b) modelna zapornica 1:17, c) primer izmerjenih sil pri dvigu zapornice.

Raziskava je pokazala, da sama hitrost dviganja zapornice v opazovanem območju praktično nima vpliva na sile v ležaju ročice in na sile v dvižnih drogovih. V posameznih primerih dviga zapornice lahko tekom dviga nastopijo zelo izrazite vibracije, oz. lahko pride do tega, da je na določenem odseku dviga zapornica nestabilna. Temu se je mogoče izogniti z ustrezno prilagojenim obratovanjem zapornic, zato bodo te ugotovitve upoštevane pri izdelavi novih obratovalnih navodil.

HIDRAVLIČNA MODELNA RAZISKAVA OBRATOVANJA ZAPORNIC JEZU NUKLEARNE ELEKTRARNE KRŠKO PO IZGRADNJI HE BREŽICE – DOLOČITEV VPLIVA SPODNJE VODE NA PRETOČNO SPOSOBNOST ZAPORNIC

(S. Mišigoj, 2015)

Jez na Savi v neposredni bližini NEK zagotavlja zadostno količino hladilne vode za potrebe Nuklearne elektrarne Krško. Pregrado sestavlja šest prelivnih polj širine 15 m, ki so ločena s 3 m debelimi stebri. Vsako prelivno polje je opremljeno s segmentno zapornico. Dolvodno od jezu NEK poteka gradnja HE Brežice in akumulacija nove hidroelektrarne bo dvignila gladino Save na tem odseku, kar bo spremenilo razmere na obravnavanem jezu.

Raziskava podaja rezultate raziskav fizičnega hidravličnega modela zapornice NEK v merilu 1:17. Določena je bila pretočna sposobnost prelivnega polja, določen je bil vpliv spodnje vode na pretočno sposobnost. Pri raziskavi segmentne zapornice je bil določen odtok pod zapornicami za različna odprtja ter koeficient vpliva spodnje vode v odvisnosti od razmerja relativnih višin spodnje in zgornje vode.

HIDRAVLIČNA MODELNA RAZISKAVA PREHODA ZA VODNE ORGANIZME OB HE BREŽICE

(dr. M. Bombač, J. Mlačnik, 2015)

Izgradnja rečnih pregrad, kakršno predstavlja pregrada HE Brežice, pomeni prekinitev nujno potrebnih migracijskih poti za vodne organizme. Eden izmed omilitvenih ukrepov ob takšnih posegih v rečno telo je izgradnja prehoda za vodne organizme (PVO), po katerem lahko ribe (in preostali vodni organizmi) predvsem ob času drsti migrirajo ob sami pregradi.

V raziskavi je bila izvedena optimizacija oblike tehničnega dela PVO. Raziskava je bila razdeljena na tri segmente; meritve na obstoječem prototipu ob HE Arto-Blanca (ki služi kot izhodišče za nadaljnje projektiranje), grobo optimizacijo oblike PVO z verificiranim matematičnim modelom ter detajlne meritve na umerjenem fizičnem modelu, zgrajenem v steklenem žlebu v merilu 1:4,4.

Na slikah: a) Terenske meritve hitrosti vodnega toka s 3D ADV sondo. b) Fizični model PVO v steklenem merilnem žlebu v merilu 1:4,4. c) Meritve hitrosti s 3D ADV sondo na fizičnem modelu. d) Izračunane izotahe v prekatu PVO.

Rezultati terenskih meritev hidravličnih veličin na prototipu so pokazali, da dejanski pretok in hitrosti bistveno odstopajo od analitično izračunanih. Z optimizacijo pozicije in dolžine vertikalnih reber v PVO smo bistveno izboljšali hidravlične razmere v ribji stezi.

 

HIDRAVLIČNA MODELNA RAZISKAVA HE SUHADOL

(P. Rodič, J. Mlačnik, 2015)

HE Suhadol, prva izmed 10 predvidenih elektrarn na srednji Savi, se bo nahajala v soteski med Hrastnikom (oz. Podkrajem) ter sotočjem Save in Savinje v Zidanem Mostu. Za hidravlično modelno raziskavo HE Suhadol je bil v laboratoriju zgrajen prostorski model v merilu 1:38 in parcialni model enega prelivnega polja v merilu 1:26.

Izvedena je bila preliminarna raziskava širine prelivnega polja in višine prelivnega praga, v kateri je bila zmanjšana širina prelivnega polja na 13 m ter potrjena nova višina prelivnega praga 3,0 m. Raziskane so bile situacije 1. in 2. gradbene jame. Predlagana je bila nova ureditev natoka, ki preprečuje vnos lahkih rinjenih plavin in proda v zajetje in jih preusmerja proti prelivnim poljem. V raziskavi oblike prelivnega hrbta je bila določena nova oblika po WES standardu, s katero so omejeni podtlaki na še sprejemljive vrednosti. Preverjeno je bilo podslapje, določena meja stabilnega obratovanja podslapja ter izmerjene hitrosti ob dnu in brežini za podslapjem. Izmerjena je bila dvižna sila in tlaki na zajezni ploskvi zapornice in zaklopke. V poročilu so podane krivulje in enačbe pretočne sposobnosti pri prostem prelivanju in podlivanju zapornic, določen vpliv spodnje vode na pretočnost prelivov in zapornic ter pretočna sposobnost prelivanja čez zaklopko.

Na slikah: a) prostorski hidravlični model HE Suhadol v merilu 1:38, b) končna varianta HE Suhadol na modelu v merilu 1:38, c) tlaki na prelivnem hrbtu (WES) pri podlivanju zapornice, d) raziskava podslapja na parcialnem modelu v merilu 1:26 pri odprtju zapornice 6 m in pretoku 845 m³/s, e) raziskava plavajoče zavese pred turbinskim zajetjem.  

 

KARTE POPLAVNE NEVARNOSTI IN KARTE RAZREDOV POPLAVNE NEVARNOSTI ZA OBMOČJE POMEMBNEGA VPLIVA POPLAV KISOVEC 

(S. Mišigoj, J. Mlačnik, 2015)

Izdelane so bile karte poplavne nevarnosti in karte razredov poplavne nevarnosti za območje pomembnega vpliva poplav Kisovec. Karte poplavne nevarnosti prikazujejo doseg, globino in hitrosti ob nastopu 10-letnih (Q₁₀), 100-letnih (Q₁₀₀) in 500-letnih (Q₅₀₀) voda, karta razredov poplavne nevarnosti pa prikazuje območja zemljišč, razvrščenih v razrede glede na verjetnost nastanka in moč poplave, skladno z Uredbo o vsebini in načinu priprave podrobnejšega načrta zmanjševanja ogroženosti pred poplavami (Ur. l. RS št. 7/10) in Pravilnikom o metodologiji za določanje območij, ogroženih zaradi poplav in z njimi povezane erozije celinskih voda in morja, ter o načinu razvrščanja zemljišč v razrede ogroženosti (Ur. l. RS št. 60/07).

Računi za pretoke Q₁₀, Q₁₀₀ in Q₅₀₀ za oba potoka kažejo, da pri navedenih pretokih niti Graški graben niti Ribnica ne prestopita brežin. Vtok Ribnice v kanalizacijo pa je opremljen z rešetkami, ki jih ob visokovodnih dogodkih krajani in gasilci sproti čistijo, da ne pride do zamašitve. Za primer, da bi do tega kljub temu prišlo, je bil izračunan primer, ki ga lahko uvrstimo v izredne dogodke, ki predstavljajo razred preostale nevarnosti poplav.

KARTE POPLAVNE NEVARNOSTI IN OGROŽENOSTI ZA OBMOČJE POMEMBNEGA VPLIVA POPLAV KRESNICE

(S. Vošnjak, 2014)

Izdelane so bile karte poplavne nevarnosti, karta razredov poplavne nevarnosti in karta poplavne ogroženosti za območje pomembnega vpliva poplav Kresnice. Karte poplavne nevarnosti prikazujejo doseg, globino vode (1. kriterij) in produkt hitrosti in globine vode (2. kriterij) ob nastopu 10-letnih (Q₁₀), 100-letnih (Q₁₀₀) in 500-letnih (Q₅₀₀) voda, karta razredov poplavne nevarnosti prikazuje območja zemljišč, razvrščenih v razrede glede na verjetnost nastanka in moč poplave, karte poplavne ogroženosti pa prikazujejo stopnjo poplavne ogroženosti za enake obsege kot karte poplavne nevarnosti.

V OPVP Kresnice so pri pretoku Q₁₀ poplavljene le nekatere kmetijske površine na desnem bregu Save na severni strani železnice. Pri Q₁₀₀ je na kratkem odseku pri Verneku lokalno poplavljena regionalna cesta Ljubljana – Litija, na desnem bregu Save pa so poplavljene tudi nekatere površine južno od železnice Ljubljana – Zidani most in tudi že nekateri stanovanjski objekti ob železnici. Pri Q₅₀₀ je poplavljenih več objektov v Kresnicah v bližini železnice, na dveh odsekih pa je poplavljena tudi železnica Ljubljana – Zidani most. V razredu srednje nevarnosti poplav se nahaja med 10 in 15 stanovanjskih in poslovnih objektov in en IPPC objekt.

KARTE POPLAVNE NEVARNOSTI IN OGROŽENOSTI ZA OBMOČJE POMEMBNEGA VPLIVA POPLAV ORTNEK

(S. Mišigoj, 2014)

Izdelane so bile karte poplavne nevarnosti, karte razredov poplavne nevarnosti in karte poplavne ogroženosti za območje pomembnega vpliva poplav Ortnek. Karte poplavne nevarnosti prikazujejo doseg, globino in hitrosti ob nastopu 10-letnih (Q₁₀), 100-letnih (Q₁₀₀) in 500-letnih (Q₅₀₀) voda, karta razredov poplavne nevarnosti prikazuje območja zemljišč, razvrščenih v razrede glede na verjetnost nastanka in moč poplave, karte poplavne ogroženosti pa prikazujejo stopnjo poplavne ogroženosti za enake obsege kot karte poplavne nevarnosti.

V OPVP Ortnek pri pretoku Q₁₀ ne pride do poplavljanja. Pri Q₁₀₀ sta ogrožena dva stanovanjska objekta ter manjši del lokalne in regionalne ceste ter del železniške proge. Pri Q₅₀₀ pa je ogrožen še en objekt ob lokalni cesti, manjši del lokalne in regionalne ceste ter del železniške proge. V razredu majhne nevarnosti poplav se nahajata dva stanovanjska objekta.

 

HIDRAVLIČNA MODELNA RAZISKAVA DISIPACIJSKE KOMORE VISOKOTLAČNIH RAZBREMENILNIKOV

(dr. M. Bombač, J. Mlačnik, 2014)

Hipna zaustavitev hidroelektrarne je pričakovan obratovalni režim hidroelektrarne, ki se zgodi običajno nekaj desetkrat letno in je zelo obremenjujoč za hidroelektrarno. Ob hitri zapori turbine je treba pretok skozi turbino hitro zmanjšati, zato se vodilne lopatice začnejo zapirati in dotok vode na elektrarno se ustavi. To lahko povzroči vodni udar (povečan tlak), ki se širi po cevovodu navzgor in lahko poškoduje cevovod. Poškodbam cevovoda pa se je možno izogniti z visokotlačnim razbremenilnikom, ki predstavlja obvodni sistem mimo turbine. V disipacijski komori se izvaja pretvorba kinetične energije vode v notranjo energijo na kontroliran in prostorsko omejen način.

Razmere in učinkovitost procesov v disipacijski komori visokotlačnega razbremenilnika so bili predmet raziskav na fizičnem modelu. Za doseganje čim boljše disipacije energije in optimizacije dimenzij objekta so bile raziskane različne oblike in dimenzije disipacijske komore, vtoka v komoro in iztoka iz komore. Zaradi dane zahteve po učinkoviti disipaciji energije vodnega toka v vseh možnih obratovalnih pogojih, ki se lahko pojavijo na takšnem objektu, so bile meritve opravljene pri več različnih pretokih. Izvedene so bile meritve hitrosti in tlakov v disipacijski komori, na njenem vtoku in iztoku. Meritve so bile obdelane in predstavljene v brezdimenzijski obliki, kar omogoča širok spekter uporabe rezultatov raziskave. Z barvanjem in snemanjem tokovnic je bila izdelana vizualizacija vodnega toka v disipacijski komori.

Rezultati raziskave so bili uporabljeni pri razvoju sistema za disipacijo energije za varno in stabilno obratovanje hidroelektrarn, ki je bil kot inovacija nagrajen s strani GZS in je sedaj patentiran.

Na slikah: a) Fizični model disipacijske komore. b) Skica disipacijske komore s prikazanimi raziskanimi oblikami vtoka. c) Povprečni izmerjeni tlaki (dinamična komponenta) na sredini dna disipacijske komore v odvisnosti od pretoka in globine komore. d) Potrebna globina disipacijske komore v odvisnosti od pretoka in dopustnega ”dinamičnega tlaka” na dnu komore. e) Vizualizacija vodnega toka v disipacijski komori.

 

HE ZLATOLIČJE – OBRATOVALNI VALOVI

(dr. G. Novak, dr. B. Gregorc [DEM], J. Mlačnik, 2013)

Izvedena je bila obsežna raziskava obratovalnih valov v derivacijskem kanalu, ki sega od jezu v Melju do pregrade HE Zlatoličje. Z dvema celodnevnima terenskima preizkusoma so bile izmerjene hidravlične razmere v dovodnem kanalu pri različnih stalnih pretokih in pri različnih zaustavitvah elektrarne. Tako pridobljene meritve so bile uporabljene za umerjanje 1D numeričnega hidravličnega modela, izvedenega z orodjem HEC-RAS. Na podlagi simulacij obratovalnih valov je bil podan predlog za optimizacijo obratovanja elektrarne z vidika varnosti objekta in izkoristka energetskega potenciala.

Na slikah: a) jez Melje in vtok v derivacijski kanal, b) pregrada HE Zlatoličje, c) umerjanje modela na rezultate terenskih poskusov, d) rezultat simulacije dvojne zaustavitve elektrarne.