PLOVNI PUTEVIMoraJezeraReke i Plovni kanali

Mora i jezera uglavnom zadovoljavaju potrebe saobraćaja u svom prirodnom stanju, odnosno bez potrebe izvođenja naročitih tehničkih radova.

Prirodni vodni tokovi obično zahtevaju izvesne tehničke mere da bi zadovoljili potebe koje nameće plovidba.

Plovni kanali su veštački izgrađeni plovni putevi, koji sa svojim objektima i postrojenjima pružaju mogućnost obavljanja plovidbe.

KARAKTERISTIKE UNUTRAŠNJEG VODNOG

SAOBRAĆAJA

PRIRODNI TOKOVI KAO PLOVNI PUTEVI

Rezim plovnih tokova retko odgovara osnovnomzahtevu vodnog saobraćaja, a to je kontinualnoodvijanje plovidbe tokom cele godine, ili bar većimdelom godine, uz odgovarajuću bezbednost. Prirodni režim zavisi od niza parametara promenljivih u prostoru i vremenu, što utiče na promenljivost uslovaplovidbe. Ovi uslovi u nekim periodima mogu bitinepovoljni da delimično ili u potpunosti onemogućavajuodvijanje plovidbe.

Osnovni cilj intervencija u rečnom slivu i rečnom koritu sa stanovišta uređenja za potrebe plovidbe jeprilagođavanje prirodnog režima potrebama i zahtevima unutrašnje plovidbe.Projektovane regulacione mere moraju biti sastavnideo kompleksnih zahvata na reci jer bi u protivnom, skupe investicije značajno opteretile plovidbu i učinileje nerentabilnom u odnosu na ostale vidove saobraćaja.

Regulacionim radovima je potrebno zadovoljiti sledeće:Formirati plovni put potrebnih gabaritaPrilagoditi elemente trase plovnog puta zahtevimaplovidbeObezbediti sigurnost plovidbe u toku navigacionogperiodaMaksimalno produženje navigacionog perioda

Najčešće primenjivane mere koje se preduzimajupojedinačno ili u kombinaciji su:Regulacija rečnog korita posredstvom regulacionihgrađevina i radovaKanalisanje rečnog toka izgradnjom sistema

ustavabrana i objekata za savladavanje denivelacije

Izmena hidrološkog režima, posebno režima malih i velikih voda (najčešće izgradnjom akumulacija u gornjim delovima sliva)

Osnovne karakteristike rečnih tokova

Pod prirodnim tokom podrazumevaju se sveukupnepojave koje ga karakterišu, uključujući klimatološke, hidrološko-meteorološke, hidrauličke, morfološke, geomehaničke, geološke i druge.Zajednička karakteristika svih ovih pojava je njihova

promenljivost u vremenu i prostoru, koja nijefunkcionalne već stohastičke -slučajne prirode.

•Gornji tok– bujični, veliki padovi, krupan nanos, dubinska erozija.•Srednji tok - nagib dna je blaži, brzine toka manje, krupnoća nanosa se smanjuje, manje je vučenog, višesuspendovanog nanosa.•Donji tok - nalazi se u rečnom aluvijumu, male brzinetoka, veliki proticaji, velike količine nanosa (uglavnomsuspendovanog), značajno taloženje vučenog nanosa.

Aluvijum-naplava,naplavljeno, geol. najgornji, tj. najmlađi slojevi Zemljine kore kojisu postali nanosom.

VODOSTAJIVodostaj predstavlja vertikalnu razliku između nivoa vode i nekog fiksnog (nultog) položaja. Taj fiksni položaj se definše u zavisnosti od tipa uređaja kojim se vrši merenje i ne sme se menjati tokom perioda merenja.Vodostaji se na jednom rečnom toku osmatraju u prostoru i vremenu. S obzirom da predstavljaju jednu od osnovnihhidroloških veličina, osmatraju se u unapred definisanimprofilima duž rečnog toka koji se nazivaju vodomernimstanicama.Svrha ovih osmatranja je dobijanje slike o karakterupromene vodostaja u toku vremena, na osnovu čega se, indirektno, može doći I do podataka o proticajima.

VODOSTAJIProfil vodomerne stanice bi trebalo da se nalazi napravolinijskom-reprezentativnom sektoru reke, takoda bi se, ako je to moguće, izbegli sekundarni efekti, koji bi mogli negativno uticati na tačnost rezultataosmatranja. Najčešće se položaj vodomerne stanice vezuje zapostojeći objekat u rečnom toku (mostovski stub, kejski zid i sl.). poželjno je da rečni tok, u profiluvodomerne stanice, bude skoncentrisan u jednostrukorečno korito, kojim protiče celokupan rečni tok, čak i pri maksimalnim vodostajima – proticajima.Takodje je poželjno da dužina pravolinijske deonicebude bar pet širina rečnog korita, čime se bar približno obezbeđuje uniformonost strujne slike u rečnom koritu.

Merenje pomoću vodomerne letve

Na letvu su naneti podeoci od po 2 cm tako da jemoguće vršiti očitavanje vodostaja sa tačnošću od1cm. Vodostaji se mere u odnosu na nuluvodomerne letve, koja predstavlja proizvoljnoizabrani podeok na letvi, i to tako, da je većinavodostaja pozitivna. Nula vodomerne letve imasvoju apsolutnu kotu u odnosu na nivo Jadranskogmora. Vodomerna letva je širine 15 cm, izrađuje se u komadima od po 1m, a može biti drvena, plastičnaili metalna. Brojevi koji su upisani na letvipredstavljaju decimetre, tako da prvi metar nosibrojeve od 0 do 9, drugi od 10 do 19, itd.

Način ugrađivanja vodomera zavisi od uslova na terenu. Ako u profilu vodomerne stanice postoji veštačkiobjekat (kejski zid, mostovski stub) ili stena savertikalnom površinom, letva se aneksiranjem napodlogu postavlja u strogo vertikalni položaj. Ako je obala kosa, onda se po jedan, dva ili više komadaod po jednog metra letve pričvršćuju na vertikalnopobijene šipove (drvene, betonske, gvozdene) i na tajnačin se dobija stepenasti vodomer. Ovaj drugi tip se koristi u profilima u kojima nema stalnih objekata u rečnom toku ili na obali. Ovakav vodomer se ne možekoristiti kao stalni vodomer ukoliko su šipovi izloženiudaru leda ili plovećih predmeta.

Ako se osmatranje vodostaja obavlja pomoću vodomerneletve, onda je to uglavnom jednom dnevno, sem u slučajevima prolaska talasa velikih voda, kada se očitavanjavrše i više puta na dan.Početak, “nulu” letve, treba, u principu, postaviti ispodnajnižeg opaženog nivoa. Ako ovaj uslov nije mogao bitiispunjen u trenutku ugrađjivanja letve, ili se korito tokomvremena produbilo, nivo vode će u sušnim periodima spastiispod nule vodomera. U tim slučajevima, naknadno se ugrađuje “negativna” letva kod koje podela raste u obrnutom pravcu (naniže). Na ovakvom vodomeru mogu se, onda, čitati i pozitivni (npr. 126 cm) i negativni vodostaji u malovodnim periodima (npr. -56 cm).

Osmatranje vodostaja pomoću vodomerne letvevrši se vizuelno, što znači da su greške moguće. S obzirom na ovaj nedostatak i činjenicu darezultati osmatranja nisu kontinualni, imajući u vidu da je vodostaj nestacionaran fenomen, u profilima vodomernih stanica na značajnim rekamaosmatranja se vrše kontinualno, pomoćuautomatskih uređaja koji se zovu limnigrafi.

Osmatranje vodostaja pomoću limnigrafa

Osnovni elementi limnigrafa su sledeći:Plovak sa protiv-tegom koji pliva na površini vodnog ogledala i prati njegove oscilacije;Valjak na koji je namotana specijalna hartija sa odgovarajućom koordinatnom mrežom – vodostaji (ordinata) – vreme (apscisa);Satni mehanizam koji pokreće valjak;Prenosni mehanizam iPisač koji ucrtava oscilacije nivoa –vodostaja na hartiju.

Limnigraf radi na sledeći način: plovak prati oscilacije vodostaja i preko pisača ih nanosi na papir, namotan na doboš koji se okreće pod dejstvom satnog mehanizma, čiji rad može biti kontinualan u toku jednog dana, sedam dana ili čak šest meseci. Na ovaj način dobija se nivogram za određeni period i određeni rečni profil.

VODOSTAJIRegistovani podaci za sve vodomerne stanice, čijim radom rukovodi Republički Hidrometeorološki zavod se publikuju u tzv. “hidroloških godišnjacima”, koji se izdaju svake godine. Podaci o vodostajima se prikazuju tabelarno.Prvi stepen obrade podataka o vodostajima predstavlja njihovo grafičko prikazivanje u obliku nivograma.

Nivogrami se mogu formirati za bilo koji vremenski period, a u zavisnosti od karaktera pojave koja se izučava (poplavni talas, godišnje ili višegodišnje promene nivoa).Na osnovu podataka o vodostajima (tabelarnih i grafičkih) vrši se dalja statistička analiza. Jedan od narednih koraka predstavlja formiranje krivih trajanja i krivih učestalosti za jednu vodomernu stanicu. Ako se razmatra višegodišnji period, onda se formiraju srednje krive trajanja. One mogu biti srednja po vremenu (za određeni vodostaj se definiše srednje trajanje) ili srednje po vodostajima (za određeno trajanje se definiše srednji vodostaj).

Merenje brzine u rečnom toku

Brzina je vektorska veličina, i da bi bila tačno definisana moraju se poznavati njeni intenzitet, pravac i smer. U većini slučajeva pravac i smer brzine u jednoj tački su definisani pravcem i smerom strujanja osnovnog toka, tako da je samo intenzitet nepoznata veličina. U nekim slučajevima strujanje može biti povratno-cirkularno i tada je neophodno primeniti posebne instrumente pomoću kojih se registruju i intenzitet i pravac i smer strujanja.

Brzina opada po dubini, idući od površine rečnog toka ka dnu, što se objašnjava uticajem trenja, i raste idući od rečnih obala ka sredini.Dijagram brzina u pojedinim vertikalama rečnog toka mogu biti veoma različiti, u zavisnosti od hidrauličkih, hidroloških, morfoloških i lokalnih uslova.

Spajanjem tačaka u poprečnom profilu, u kojima u jednom trenutku vlada ista brzina, dobijaju se linije istih brzina – izotahe.U zavisnosti od širine rečnog toka, definiše se i broj vertikala u profilu u kojima se vrše snimanja dubine i brzine. U jednoj vertikali, merenja brzine se vrši pri vrhu (0.2 m od nivoa), 0.2h, 0.6h, 0.8h i pri dnu (0.2m od dna). Merenje brzine u jednoj tački trebalo bi da traje 1-5 min i poželjno je da se merenja nekoliko puta ponove, da bi se greška smanjila na najmanju moguću meru.

U zavisnosti od raspoloživih uređaja, vremena i uslova na terenu, brzine se u rečnom toku mogu meriti na razne načine:Pomoću različitih vrsta plovaka,Pitotove cevi,Pomoću hidrometrijskog krila.

Za praktična razmatranja uvodi se pojam tzv. “srednje” profilske brzine, koja predstavlja količnik između veličine protoka (proticaja) Q (m3/s) i površine poprečnog preseka profila za koji se meri brzina, F (m2):

Srednja linijska brzina se računa:

S-rastojanje između dva profila na rečnom toku, za koji se izračunava linijska brzina (m; km);t-vreme koje je potrebno da vodena masa pređe taj put (s; h)

U rečnom koritu se razlikuje nekoliko vrsta brzina:površinska brzina (vo)brzina pri dnu (vd)srednja brzina u profilu (v)srednja brzina u vertikalamanajveća brzina u profilu (vmax)

)/( smFQv =

)/();/( hkmsmtSvl =

Morfološke karakteristike tokaMorfologija u opštem slučaju predstavlja nauku o oblicima zemljine površine, a u konkretnom slučajunauku koja proučava oblike koji se javljaju kodaluvijalnih tokova.Osnovno obeležje morfoloških oblika prirodnih tokovaje njihova promenljivost u vremenu i prostoru. Ova promenljivost se objašnjava činjenicom da se rečno korito formira pod uticajem niza činilaca slučajnogkaraktera, kao sto su npr: hidroloski režim rečnogtoka, turbulentni režim strujanja, režim rečnognanosa, itd. Drugim rečima, morfoloski oblici prirodnihtokova odražavaju zakonitosti međusobnih uticajafaktora režima vodotoka.

Rečni nanosRečni nanos predstavlja čvrstu fazu, od čijihkarakteristika bitno zavise zakoni formiranja koritaprirodnih tokova.Nanos se prema krupnoći i načinu kretanja deli na dvaosnovne grupe: suspendovani i vučeni. Prvi se, u oblikususpenzije, kreće zajedno sa vodom, dok se drugikotrlja – skakuće po rečnom dnu. Ova podela je uslovnaobzirom da se pojedine frakcije nanose u određenimuslovima ponašaju kao suspendovani, a u drugom kaovučeni nanos.Suspendovani nanos nastaje razaranjem zemljišnogpokrivača, tako da je u svim vodotocima približno istogsastava. Suspendovanog nanosa ima obično oko 85-95% u odnosu na ukupnu količinu nanosa.

Najznačajnije morfološke karakteristike od interesa zaplovidbu su: Proučavanje morfoloških karakteristika vodotoka u cilju utvrđivanja osnovnih zakonitosti formiranjarečnog korita i uzajamnih veza izmedju pojedinihfaktora režima vodotokaOdređivanje deonica nepovoljnih sa stanovištaplovidbeUtvrđivanje osnovnih gabarita plovnog puta na baziproučavanja uglednih deonicaUtvrđivanje elemenata trase plovnog putaProcena obima radova za potrebe osposobljavanjavodotoka za potrebe plovidbePrognoza deformacije rečnog korita toka pod uticajemregulacionih radova

Zakonitosti formiranja rečnog koritaRečno korito se formira u procesu uzajamnog dejstvačvrste i tečne faze (rečnog nanosa – pokretnog i nepokretnog i vode). Aluvijalno korito se neprekidnomenja u vremenu i prostoru, što se objašnjavanjegovom nestabilnošću, pošto je formirano u nekoherentnom - lako promenljivom aluvijalnommaterijalu.Jedno od osnovnih obeležja aluvijalnih tokova je

MEANDRIRANJE (vijuganje) rečne trase, koje se objasnjava helikoidalnim (zavojnim) strujanjem u rečnoj krivini. Ova pojava objašnjava se pojavompoprečnog strujanja u krivinama pod dejstvomcentrifugalne sile, koje u kombinaciji sa osnovnim –poduznim strujanjem, daje helikoidalno strujanje.

a) Sematski prikaz meandriranja u osnovi; b)deformacija korita u krivini

Posto je rečno korito formirano u lako pokretnommaterijalu, to se ono pod uticajem helikoidalnogstrujanja neprekidno pomera, pri čemu se zapaža jasnatendencija kretanja rečnih meandara nizvodno.

Opisan proces razvoja rečnog korita je manje -više kontinualan i postepen. U izvesnim periodima razvojakorita dolazi međutim do naglih-diskontinualnih pojavakoje se sastoje u samo-prosecanju rečnih krivina, napuštanju starog korita i formiranju novog. Do ovihpojava dolazi u onom trenutku kada su hidrauličkiotpori tečenju vode starim koritom veći od onih kojerečni tok savlađuje pri formiranju novog korita.Ovakva pojava je nedopustiva sa stanovišta plovidbe.U pojedinim delovima rečnog korita javljaju se specifične morfološke forme kao posledica prirodnograzvoja.

Osovina plovnog puta se postavlja tako da bude dužkonkavne obale, da bi u zoni infleksije presekla osovinurečnog toka. Najozbiljnije smetnje plovidbi javljaju se u zoniinfleksije (menjanje oblika), i sa obzirom na to, oveprelazne deonice mogu biti povoljne ili nepovoljne sastanovišta plovidbe.Tzv. “dobri” prelazi javljaju se u infleksijama u kojimaje prelaz dinamičke osovine toka ili osovine plovnogputa iz jedne krivine u drugu postepen i blag.

U periodu velikih voda dolazi do izrazite erozijekonkavne obale i do intenzivnog formiranja sprudova.U malovodnom periodu proces je obrnut. Odnosi se materijal iz sprudova i taloži se dubljim delovimarečnog toka.Osnovnu podlogu za morfološku analizu vodotoka sastanovišta plovidbe čine podaci o snimljenimpoprečnim profilima, kao i podaci o karakteristikamatrase rečnog korita u horizontalnoj projekciji.

Osnovni podaci o raspoloživom gabaritu plovnog putadefinišu se za svaki profil rečnog toka pomoću plovnedubine (raspoložive dubine pri zadatoj širini plovnogputa), odnosno plovne širine (raspložive širine plovnogputa pri zadatoj plovnoj dubini), u odnosu na ranijeutvrđeni niski plovni nivo.Za svaki rečni tok koji se proučava sa stanovištaplovidbe, moraju unapred biti utvrđene minimalnedimenzije plovnog puta u uslovima niskog plovidbenognivoa.

Dalja obrada morfoloških veličina sastoji se u formiranju uzdužnih dijagrama promene ovih veličina. Namena ovih dijagrama je višestruka: Sa njih se očitavaju vrednosti analizirane veličineplovne dubine ili plovne širine na podjednakimodstojanjima.Na osnovu uzdužnih dijagrama promene raspoloživihplovnih dubina i širina, a na osnovu unapred poznatihneophodnih minimalnih plovnih dubina i širina, mogu se utvrditi deonice na posmatranom rečnom sektoru nakojima je odvijanje plovidbe moguće u prirodnimuslovima, odnosno deonice na kojima se moraintervenisati regulacionim radovima.

Dalja obrada raspoloživih plovnih dubina i širinasastoji se u formiranju krivih sumarne raspodele i krivih učestalosti, na osnovu kojih se tačno moguutvrditi dužine deonica rečnog toka na kojima supotrebne određene intervencije.

Na sličan način obrađuju se i podaci o zakrivljenostitrase plovnog vodotokar=c/R Gde je:r zakrivljenost, c je proizvoljno izabrana konstanta čija vrednost

treba da je tolika da se veličina zakrivljensoti zavećinu krivina kreće oko jedinice, i R je poluprečnik krivine rečnog toka.

Meteorološke karakteristikeOd meteoroloških karakteristika koje mogu značajno

da utiču na plovidbu, najznačajniji su vetar i magla.Svaka od ovih pojava može značajno ugroziti plovidbuna pojedinim sektorima, utičući na taj način nabezbednost trajanja plovidbe i na trajanje navigacionogperioda plovidbe.•VetarPodaci o karakteristikama vetra (apsolutno maksimalnebrzine, srednje brzine po pojedinim pravcima i čestinapravaca i tišina) registruju se na meteorološkimstanicama za 16 glavnih strana sveta.Osnovni podaci se prikazuju na RUŽI VETROVA.Brzina vetra se meri instrumentom zvanimANEMOMETAR.

Ruža vetrova

Prema brzini duvanja vetrovi se klasifikuju u 13 kategorija:

Kritične vrednosti pojedinih karakteristika vetra(brzine, pritiska,) nisu uniformne za sve plovnevodotoke već se definisu za svaki plovni put posebno, što zavisi od niza činilaca.Npr. za Dunav su kao kritične sa stanovišta plovidbeusvojene jačine vetra od 6° po Boforu (12.4m/s) zanizvodnu plovidbu, odnosno 8° po Boforu (18.2m/s) zauzvodnu plovidbu.Ovi kriterijumi važe samo za pojedine sektore Dunavai do njih se doslo na osnovu iskustva.

MaglaMagla može da predstavlja ozbiljan vid smetnjeplovidbiPod maglom se podrazumeva kondenzvana vodena parau prizemnom vazdušnom sloju ili na neznatnoj visiniiznad zemlje, odnosno vodene površine.Prema međunarnodnoj klasifikaciji pod maglom se podrazumeva zamućenost vazduha u takvoj meri da se okolni predmeti mogu videti na udaljenosti manjoj odjednog kilometra.

Prema stepenu vidljivosti, odnosno intenzitetuzamućenosti vazduha, magle se dela na:Slabe magle– ako je vidljivost manja od 1000mUmerene magle– ako je vidljivost manja od 500mJake magle – ako je vidljivost manja od 200m

Za Dunav na teritoriji Srbije, minimalna vidljivost zauzvodnu plovidbu je 500 m i 800m za nizvodnuplovidbu.

Podaci o magli registruju se u meteorološkm stanicama, a za potrebe plovidbe obrađuju se sledeći podaci:

Prosečan broj dana sa maglom određenog stepenavidljivosti u toku godine.Broj pojava magle prema trajanju izraženom učasovima.Karakteristični periodi pojave magle u toku godine

Na osnovu ovih podataka moguće je odrediti vremepojave i prosečno trajanje prekida plovidbe usledpojave magli kritičnog intenziteta za jedan plovni put.

Prirodni tokovi su sa stanovišta hidraulike veomaspecificni, s obzirom na sledeće karakteristike: Strujanje vode u prirodnim tokovima je neustaljeno i turbulentnoRečno korito je promenljivo u prostoru i vremenu. Korito je neprizmatično.Hidraulički uslovi nisu uniformni, što se objašnjavasloženošću poprečnog preseka, kao i sekundarnimstrujanjima koja izazivaju različiti uticaji(centrifugalna sila u krivinama, viskozitet, … )Hidraulička rapavost koja delimično zavisi odkarakteristika materijala od koga je formirano rečno korito, menja se po dužini toka, po širini rečnog koritai u toku vremena.

Led –hidrološka pojavaPojava leda se naravno vezuje za niske temperature,

osim ako nije reč o ledu koji sa uzvodnih deonicapristiže u vidu ledenih santi

U profilima stanica registruju se karakteristični datumipojave leda:

Najraniji datum pojave,Najkasniji datum oslobađanja reke od leda,Srednji datum pucanja ledene kore,Datumi pojave ledostaja i ledohoda -na osnovu čegase određuje vreme trajanja ledohoda i ledostaja,Prognoziranje verovatnoće pojave leda.

Analiza smetnji na prirodnomvodotoku

Smetnje plovidbi na prirodnim vodotocima mogu bitirazlicitog karaktera: nepovoljni hidrološko -hidrauličkiuslovi, nepovoljni morfološki uslovi, itd. Utvrđivanjekaraktera i trajanja smetnji plovidbi treba da daodgovor na pitanje kakve su mogućnosti rečnog toka u pogledu odvijanja plovidbe, da li su i kakve mere uređenja potrebne, kao i koliki je obim radova zanjihovu realizaciju neophodan.

Uzroci koji dovode do pojave smetnji plovidbi veomasu različiti i mogli bi se svrstati u sledeće osnovnegrupe:Smetnje izazvane nepovoljnim hidrološko -meteorološkim faktorima,Smetnje izazvane nepovoljnim morfološkim i geološkimprilikama (nedovoljne širine plovnog toka, nedovoljneplovne dubine, nepovoljni elementi trase rečnog korita, morfološki nestabilne deonice, deonice sa nepovoljnimgeološkim sastavom, …)Smetnje izazvane čovekovim dejstvom (zaostalegrađevine i objekti u rečnom koritu, nepravilnoprosecanje rečnih krivina, pregrađivanje rečnogkorita branama ili ustanovama, …)

Podela smetnji prema uzroku njihovog nastanka korisnaje i sa stanovišta određivanja njihovog trajanjaTrajanje smetnji na koje se ne može praktično uticatiuslovljava dužinu perioda u toku koga je plovidba samoteorijski moguća, koji će se nadalje nazivatinavigacioni period za razliku od, stvarnog navigacionogperioda koji je jednak navigacionom perioduumanjenom za trajanje najnižeg (NPN) i najvišegplovnog nivoa (NVPN).

Trajanje smetnji koje se različitim intervencijamamogu ukloniti ili čije se trajanje bar može skratitimora se izraziti u odnosu na trajanje navigacionogperioda, pošto to daje realnu sliku mogućnostiodvijanja plovidbe.Trajanje navigacionog perioda umanjeno za trajanjeostalih vrsta smetnji definiše tzv “period fizičkimoguće plovidbe” koji je odraz stvarnih mogućnostianaliziranog vodotoka u pogledu plovidbe.