Mathematical Model of Water Wave Propagation due to Valici Dam Break

Brana Valići dio je sustava hidroelektrane Rijeka koja koristi vodnu snagu krškog vodotoka Rječine. Smještena je u kanjonu Rječine kod sela Grohovo, svega 6 km od centra grada Rijeke. U temeljnom dijelu brane nalaze se dva temeljna ispusta opremljena segmentnim zatvaračima. Korito Rječine nizvodno od brane Valići pripada srednjem i donjem toku Rječine. U gornjem dijelu srednjeg toka Rjecine izvedena je opsežna regulacija korita na početku 20. stoljeća tako da su izgrađene 23 vodne stepenice i jedna kaskada od betona u kamenoj oplati te djelomično kamenom obložena obala. Od mosta Pašac do Tvornice papira Rječina protječe kroz kanjon. Donji tok Rječine proteže se od završetka kanjona kod Tvornice papira do ušća u more gdje u donjem toku Rječina protječe kroz sam centar grada Rijeke.

Za potrebe simulacije pucanja brane i propagacije vodnog vala bilo je potrebno izraditi digitalni model terena nizvodno od akumulacije i brane Valići sve do utoka Rječine u more, uključujući kanjon Rječine i gradske četvrti grada Rijeke. Za dio od brane Valići do Tvornice papira izrađen je 1D model, a za dio od Tvornice papira do utoka Rječine u more 2D model.

Rezultati simulacije jednodimenzionalnog matematičkog modela (od brane Valići do Tvornice papira):
Najprije je provedena simulacija strujanja u stacionarnom stanju sa konstantnim protokom od 248 m3/s. Svrha te simulacije bila je proračun stacionarnog strujanja, koje je potrebno kao početno stanje strujanja vode za glavnu simulaciju pucanja brane. Rezultati te simulacije vide se kao vodno lice za t = 0s.
Simulacija pucanja brane Valići napravljena je pri stogodišnjem protoku Rječine kod Grohova od 248 m3/s i pri razini vode u akumulaciji Valići od 230 m n. m. Rezultati ove simulacije predočeni su na slikama fig06, fig07, fig08 i fig09.


Rezultati simulacije dvodimenzionalnog matematičkog modela (od Tvornice papira do ušća Rječine):
Najprije je provedena simulacija strujanja u stacionarnom stanju sa konstantnim protokom od 248 m3/s i razinom mora 0 m n. m. Svrha te simulacije bila je proračun stacionarnog strujanja, koje je potrebno kao početno stanje strujanja vode za glavnu simulaciju poplavljivanja grada.
Nakon toga slijedila je simulacija poplavljivanja grada Rijeke nadolaskom poplavnog vala od brane Valići pri stogodišnjem protoku Rječine kod Grohova od 248 m3/s i pri razini mora 0 m n. m. U poplavljenom području grada, odabrano je 15 referentnih točaka za prikaz rezultata simulacije, a na slici fig11 mogu se vidjeti dubine i brzine vode na točki 2 (parkiralište trgovine “Plodine”). Nadalje, odabrano je 6 karakterističnih lokacija u poplavljenom području grada (početak izljevanja vode iz korita Rječine i stanje najveće poplavljenosti) od kojih su 4 prikazane na slikama fig12 i fig13 za područje kod Tvornice papira, fig14 i fig15 za područje Školjića, fig16 i fig17 za područje kod Mrtvog kanala, fig18 i fig19 za područje kod riječke tržnice. (Dubina vode prikazana je spektrom boja u skladu sa legendom na slici, dok su brzine vode predočene vektorima koji predstavljaju smjer i intenzitet brzine strujanja vode.)

Rezultati jednodimenzionalne simulacije pokazuju da se poplavni val koji nastaje pucanjem brane Valići krece prosječnom brzinom od 5.6 m/s i ima maksimalni protok od 1000 m3/s. Poplavnom valu potrebno je približno 15 minuta da stigne do Tvornice papira, a protok kod Tvornice papira za samo 10 min naraste od početnih 248 m3/s do 1037 m3/s, a zatim sljedećih 15 min pada do 250 m3/s. Ovi rezultati ukazuju na veliku udarnu snagu takvog vala i katastrofalne posljedice za populaciju i građevinske objekte koje mu se nađu na putu. Razorni učinak takvog poplavnog vala vidljiv je u rezultatima dvodimenzionalne simulacije propagacije poplavnog vala po gradskim četvrtima grada. Tako na primjer na benzinskoj crpki na Školjiću maksimalne dubine vode iznose do 3 m sa brzinama strujanja do 1.25 m/s i sa trajanjem poplavljivanja od 30 min. Općenito, od učinka poplavnog vala ugroženije je područje centra grada uz desnu obalu Rječine, dok područje na lijevoj obali Rječine po konfiguraciji terena ne dozvoljava veliko rasprostiranje poplavnog vala.
fig01

Copyright 2013 - Department of Fluid Mechanics and Computational Engineering