prof. dr. M. Brilly, D. BUrja, M. Šraj

prof. dr. Mitja BRILLY·

Darko BURJA··

Mojca ŠRAJ*

- 21 - VZDR:LEVANJE SONARAVNO UREJENIH VODOTOKOV

METODOLOGIJA VREDNOTENJA NIZKIH IN SREDNJIH PRETOKOV VODOTOKOV REPUBLIKE SLOVENIJE

povzetek

Voda ima velik družbeno ekonomski pomen. Problemi pri vodooskrbi se pojavljajo predvsem v su.~nih obdobjih, ::ato so su.~na obdobja in njihovo trajanje najpomembnejša za načrtovanje optimalne rabe in zaščite vode. l::hodi.i';čna vrednost::a določanje ekološko sprejemljivega pretoka Qes so nizki in srednji pretoki, sajje obstoj celotnega ekosisterna vodotoka odvisen od količine in kvalitete vode. Določanje omenjenih vrednosti ::ahteva jasno in enostavno metodologijo.

UVOD

Vodna bilanca (vodnatost) posameznega povodja je eden izmed omejitvenih dejavnikov gospodarskega razvoja tega področja, ki mora svoje dejavnosti prilagoditi razpoložljivim količinam vodnih zalog povodja. Za načrtovanje optimalne rabe in tudi zaščite voda so predvsem pomembna sušna obdobja in njihovo trajanje, saj običajno ob nastopu nizkih pretokov prihaja do konfliktnih odnosov med uporabniki voda, istočasno pa je samočistilna sposobnost vodotokov v tem obdobju najmanjša in koncentracija onesnaženja zaradi emisij največja.

Vodna bilanca povodja pogojuje tudi obstoj in razvoj celotnega ekosistema vodotoka in obvodnega sveta. Raznolikost živalskih in rastlinskih združb vodnega biotopa je odvisna tako od količine kot tudi od kvalitete vode, zato so nizki in srednji pretoki izhodiščna vrednost za določanje ekološko sprejemljivega pretoka, ki omogoča obstoj raznolikosti avtohtone flore in favne. Določanje omenjenih vrednosti kot osnove za gospodarjenje z vodnimi viri zahteva jasno in enostavno metodologijo, razumljivo tudi strokovnjakom, ki se s hidrološkimi analizami ne ukvarjajo.

Evropska skupnost še nima usklajenih smernic ali predpisov za področje nizkih pretokov. Praksa oziroma predpisi so v posameznih državah ali celo regijah različni in so posledica dolgoletnega razvoja pri določanju norm na tem področju in različnih naravnih pogojev .

• prof. dr. Mitja BRILL Y dipl. ing. gradb., Mojca ŠRAJ dipl. ing. gradb., FGG Hidrotehnična smer, Univerza v Ljubljani, Hajdrihova 28,

Ljubljana

Darko BURJA dipl. ing. gradb, VGI, Hajdrihova 28, Ljubljana

MiŠiČEV VODARSKI DAN '97

prof. dr. M. Brilly, D. Burja , M. Šraj - 22- VZDR:LEVANJE SONARAVNO

UREJENIH VODOTOKOV

DOLOČANJE NIZKIH PRETOKOV OZIROMA EKOLOŠKO SPREJEMLJIVEGA MINIMUMA V POSAMEZNIH DRŽAVAH EVROPE

Pregled hidroloških količin , na katere so vezane omejitve pri gospodarjenju z vodnimi Viri , Je V

tabeli 1. Podatki kažejo precejšnje razlike in pogosto prakso, da se omejitve ne vežejo na nizke pretoke, temveč na vrednosti srednjih letnih pretokov. Zbrani so predvsem podatki za Nemčijo,

Avstrijo , Francijo in Švico. V Avstriji in Nemčiji so potrebni hidrološki parametri in metode za določevanje Oes, določene za vsako pokrajino posebej .

Ci QH MG MNQ NNQ Q347 Q300 NM7Q5

AVSTRIJA Gradiščanska x x x Koroška x x x x Zg. Avstrija x Salzburg x x Štajcrska x x x Tirolska Vorarlberg x x NEMČfJA Badcn- x Wurtcnbcrg Bavarska x Hcsscn x Nordhcim- x Wcstfalcn Rhcinfand-Pfalz x FRANCIJA x SYlCA x x x ZDA x

Tabela 1. Pregled hidroloških količin, na katere so vezane omejitve pri gospodarjenju z vodnimi viri v Avstriji, Nemčiji , Franciji, Švici in ZDA.

Legenda z oznakami uporabljenimi v tabeli. Le te se uporablja v Avstriji , Nemčiji in Švici. Podane so tudi oznake, ki jih za iste parametre uporablja VGI.

MO = sOs MNO = sOn NVO = nOn Oi = Oi NM705 OH

srednji 18tni pretok v obdobju srednji nizki pretok v obdobju najnižji nizki pretok v obdobju pretok, ki je "i" dni v letu tak ali večji srednji nizki pretok v sedmih zaporednih dnevih v petletnem obdobju najbolj pogost vodostaj

Zbrali smo tudi podatke iz strokovne in znanstvene literature, ki se nanasaJo na analizo nizkih pretokov, njihove definicije in določanje . Zanimiva je praksa v manj vodnatih državah z razvitim vodnim gospodarsvom , ki v veliki meri vpliva na oblikovanje nizkih pretokov. Zaradi potreb porabnikov pri nizkih pretokih delujejo vsi objekti za shranjevanje in zadrževanje vode s polnimi zmogljivostmi. Njihov vpliv na pretoke v vodotokih je tedaj zelo velik zaradi nizkih naravnih dotokov vode. Tako so ekstremne vrednosti pretokov posledica delovanja objektov in ne naravnih vplivov . Zato se pri analizi izogibajo ekstremnim vrednostim in uporabljajo nizke pretoke z določenim obdobjem trajanja (5, 7, 10 ali več dni) .

MiŠiČEV VODARSKI DAN '97

prof. dr. M. Brilly, D. Burja , M. Šraj

650

600

550

500

450

~ 400 en M .§. 350 ~ (KRlVLl.JA "TRAJANJA PRETOKOV ) o

300 1-w ~ a. 250

200 I 150

100 V<',

50

O

- 23-

SAVA - ŠENllAKOB (1983)

rvERJEN FRETOKI )

VZDR:LEVANJE SONARAVNO UREJENIH VODOTOKOV

:l :l

1 !

~ , I l· ( 090%)( 095% ~ .

I : ! , i

1 . • \

l' i

O 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 0% ČAS (dnevi)

VERJETNOST(%) 50% 70% 90% 95% 100%

Slika 1. Definicije pojmov in okrajšave.

MiŠiČEV VODARSKI DAN '97

100.-~------~--~----~---+--,

80

60

I :1 1: '\ 1: : 1 . .

I Il · i.· r 40 1 ;151 1\,\...... .•. I. y;'1 . ~ i ·· .. i

. ~J . ~~ •

. ~~ .• i t ' i 20

~I 0(7) I · OT+~~~~~++~~~~++~rHH

320 325 330 335 340 345 350

- 24-prof. dr. M. Brilly, D. Burja , M. Šraj

PRAKSA DOLOČANJA NIZKIH PRETOKOV V SLOVENIJI

V Sloveniji HMZ določa naslednje vrednosti nizkih pretokov: Hnk Najnižji vodostaj v letu (mesecu) - konica ; Hnp Najnižji vodostaj v letu (mesecu) - dnevno povprečje ; Hs Srednji vodostaj v letu (mesecu) ; Hvp Najvišji vodostaj v letu (mesecu) - dnevno povprečje ; Hvk Najvišji vodostaj v letu (mesecu) - konica ; nHnk Najnižji nizek vodostaj v obdobju - konica ; nHnp Najnižji nizek vodostaj v obdobju - dnevno povprečje ; vHvp Najvišji visoki vodostaj v obdobju - dnevno povprečje ; vHvk Najvišji visoki vodostaj v obdobju - konica ; Onk Najmanjši pretok v letu oz. mesecu - konica ; Onp Najmanjši pretok v letu (mesecu) - dnevno povprečje ;

Os Srednji pretok v letu (mesecu) ; Ovp Največji pretok v letu (mesecu) - dnevno povprečje ;

Ovk Največji pretok v letu (mesecu) - konica ; nOnk Najmanjši nizek pretok v obdobju - konica ; nOnp Najmanjši nizek pretok v obdobju - dnevno povprečje ;

vOvp Največji visoki pretok v obdobju - dnevno povprečje ; vOvk Največji visoki pretok v obdobju - konica ;

VZDRžEVANJE SONARAVNO UREJENIH VODOTOKOV

Oi i mesečni pretok; pretok, ki je zagotovljen i mesecev (i = O, 1, 2, .. . 12).

V Vodnogospodarskih osnovah pa se uporabljajo tudi vrednosti , ki se nanašajo na krivuljo trajanja pretokov (Vodnogospodarske osnove Slovenije, 1978) : 01 Enomesečno trajanje pretokov; 03 Tromesečno trajanje pretokov; 06 Šestmesečno trajanje pretokov; 09 Devetmesečno trajanje pretokov; 011 Enajstmesečno trajanje pretokov.

Posamezne vrednosti pretokov se določajo na osnovi analize krivulje trajanja dnevnih pretokov (slika 1). Ker so mali pretoki pod velikim vplivom izkoriščanja vodnih virov, se v hidrološki praksi vse bolj uveljavlja določanje malih voda na osnovi večdnevnega trajanja sušnega obdobja . Ponavadi se določajo vrednosti pretokov na osnovi hidrograma za trajanje suše 5, 7, 10 ali več dni. Podatki , ki jih dobimo na ta način , niso pod tako velikim vplivom izkoriščanja voda kot minimalne trenutne ali dnevne vrednosti malih pretokov.

Srednje letne pretoke določamo na osnovi podatkov o pretokih za celo leto. Pri tem so vprašljive vrednosti velikih pretokov zaradi nezanesljivih pretočnih krivulj . Bolj točno lahko določimo vrednosti pretokov s petdeset odstotnim trajanjem . Omenjeni pretok lahko določimo že na osnovi krivulje trajanja gladin in dela pretočne krivulje določene z meritvami. Pri tem moramo upoštevati , da so pretoki s petdeset odstotnim trajanjem nekoliko nižji od srednjih letnih pretokov.

Ne glede na to , za katero karakteristično vrednost pretokov se odločimo , obstajajo v slovenskih hidroloških pogojih dobre medsebojne soodvisnosti med posameznimi vrednostmi . Tako lahko enostavno in zanesljivo določimo različne male pretoke na osnovi srednje vrednosti in obratno (sliki 2 in 3) .

MiŠiČEV VODARSKI DAN '97

prof. dr. M. Brilly, D. Burja , M. Šraj

40,000

35,000

30,000 v;-e;; 25,000

E - 20,000 ~ o o

15,000 Il)

O 10,000

5,000

0,000

0,000

4

3 ,5

3

";'CI) 2,5

'" .s 2 o N 1,5 O

0,5

o o

Slika 3.

- 25-

y = 4,965x + 0,4595

R2 = 0,9215

2,000

•

•

4,000

QNP95% (m3/s)

6,000

Slika 2. Odnos med QNP95% in Q50%.

Y = 0 ,6658x - 0 ,0946 • R2 = 0 ,9349 •

2 3 4

Q95% (m3s-1)

8,000

5

VZDRLEVANJE SONARAVNO UREJENIH VODOTOKOV

6

Odnos med 95% dnevnim pretokom in letnim minimalnim pretokom z 20-letno povratno dobo.

Na karakteristične vrednosti pretokov zelo vpliva obdobje opazovanj analiziranega vzorca. Podatki o pretokih določeni na osnovi vzorcev z različnimi obdobji opazovanj niso medseboj primerljivi , a jih lahko s korelacijo popravimo (sliki 4 in 5) . Zato predlagamo, da se določi obdobje od 1961 do 1990 za izračun karakterističnih vrednosti malih in srednjih pretokov. Podatki z drugačnim obdobjem opazovanj, se preračunajo na osnovi korelacije s prvo dolvodno hidrološko postajo, z ustreznim obdobjem opazovanj.

MiŠiČEV VODARSKI DAN '97

- 26-prof. dr. M. Brilly, D. Burja , M. Šraj

VZDR2EVANJE SONARAVN O UREJENIH VODOTOKOV

,.. en en ..... .:. cx)

en

w ..., cc o o cc o

Slika 4. Odnos med 050% določenim za obdobje 1965-1994 in 050% določenim za obdobje 1980-1994.

Q95%

80,000

Y = 0,9547x - 0,0471

R2 = 0,9978 60,000

40,000

20,000

0,000

0,000 20,000 40,000 60,000 80,000 100,000

OBOOBJE 1965-1994

Slika 5. Odnos med 095% določenim za obdobje 1965-1994 in 095% določenim za obdobje 1980-1994.

MiŠiČEV VaDARSKI DAN '97

prof. dr. M. Brilly, D. Burja , M. Šraj

OSNUTEK PREDLOGA PREDPISA

- 27- VZDRLEVANJESONARAVNO UREJENIH VODOTOKOV

1. Za določanje merodajnih vrednosti se uporabijo podatki za obdobje od leta 1961 do 1990. Vrednosti , določene s podatki za krajše obdobje ali neko drugo obdobje , se morajo s pomočjo korelacijske analize umeriti s prvo dolvodno postajo . Celoten postopek mora biti ustrezno dokumentiran , umerjene vrednosti pa označene z *. Pri pretokih , ki se nanašjo na posamezno leto ali drugo obdobje kot je 1961-1990, mora biti V oklepaju navedeno obdobje na katero se nanašajo.

2. Označevanje pretokov je poenoteno, tako da se s Q označuje pretok vode v določenem prečnem prerezu vodotoka, s q pa se označuje specifični pretok - pretok na enoto prispevne površine vodotoka . Pred Q ali q se doda "n " za nizke pretoke, "v" za visoke pretoke ali "s" za srednje pretoke. Pretok opredeljen s povratno dobo pišemo pred Q-jem , trajanje V dnevih pa za Q-jem. Trajanje pretoka , določenega s pomočjo krivulje trajanja , pa se označi še s %. Primeri oznak: n20Q nizek pretok z 20-letno povratno dobo ; n20q nizek specifični pretok z 20-letno povratno dobo ; v20Q visok pretok z 20-letno povratno dobo; nQ100 100-dnevni nizek pretok; nQ(5) letni 5-dnevni minimalni pretok; nQ(7) letni 7-dnevni minimalni pretok; Q95%(1) 1-dnevni povprečni pretok, presežen pri 95 odstotkih povprečnih pretokov.

Pri vrednostih , ki se ne nanašajo na obdobje 1961 - 1990, je potrebno v oklepaju obvezno navesti letnico oziroma obdobje , na katero se nanašajo podatki, uporabljeni pri analizi . Primer: nQ(5)(1947-1980) -letni 5-dnevni minimalni pretok, ki se nanaša na obdobje 1947-80. Pretoki z določenim trajanjem se opredelijo s številom dni in ne mesecev.

3. Za določanje ekološko sprejemljivih pretokov in načrtov urejanja , koncesijskih pogodb in vodopravnih dovoljenj ter programov omejevanja porabe vode v sušnem obdobju, je potrebno upoštevati vrednosti, ki jih že danes v svoji praksi uporablja HMZ ter jim dodati vrednosti, ki so se uveljavile v praksi v Sloveniji in posameznih državah Evropske skupnosti , kot sta petdnevni in sedemdnevni minimalni pretok.

4. Zaradi manjših napak in enostavnejšega določanja predlagamo, namesto srednjih letnih pretokov, uporabo Q50% (Q180) kot karakteristično vrednost pri gospodarjenju z vodnimi viri. Omenjeni pretok lahko določimo na osnovi krivulje trajanja gladin in dveh meritev pretokov.

5. V primeru določanja vrednosti pretokov na vodotokih brez meritev, je potrebno opraviti dveletne meritve in določiti nato karakteristično srednjo vrednost s pomočjo korelacije za obdobje 1961-1990. Za določanje karakterističnih vrednosti nizkih pretokov je potrebno podaljšati obdobje opazovanj na pet let.

6. Poleg krivulje trajanja za obdobje 1961-1990 in karakterističnih vrednosti pretokov, naj se pri izdelavi načrtov upravljanja z vodami , določijo tudi vrednosti pretokov za nQ(7) in nQ(5).

BIBLIOGRAFIJA

Gustard A. , Rees H.G., Croker K.M. & Dixon J.M. (1997) , Using regional hydrology for assessing European waterresources, FRIEND'97 - Regional Hydrology, str. 107-115, lAH S Publ. No . 246 , Institut of Hydrology, Wallingford, Velika Britanija

Gustard A. & Irving K.M. (1993), Classification of the low flow response of European soi/s, FRIEND 1993 - Flow Regimes from International Experimental and Network Data, str. 113-117, IAHS Publ. No. 221 , Institut of Hydrology, Wallingford , Velika Britanija

Smakhtin V.Y. (1997) , Regional low-flow studies in South Africa, FRIEND'97-Regional Hydrology, str. 125-132, IAHS Publ. No . 246, Institut of Hydrology, Wallingford , Velika Britanija

Tallaksen L. & Hisdal H. (1997) , Regional analysis of extreme streamflow drought duration and deficit volume, FRIEND'97-Regional Hydrology, str. 141-150, IAHS Publ. No . 246, Institut of Hydrology, Wallingford, Velika Britanija

MiŠiČEV VODARSKI DAN '97