Role of groins in river regulation

Abstract

Ostrogi są konstrukcjami budowanymi poprzecznie do kierunku przepływu, które stosowane są przy regulacji rzek nizinnych. Zasadniczym celem ich budowy jest ochrona brzegów oraz zwężenie koryta rzecznego, co prowadzi do zwiększenia głębokości w korycie głównym, a w konsekwencji do przedłużenia okresu nawigacyjnego. Analizując wpływ ostróg na hydrodynamikę oraz ruch rumowiska w rzece, należy rozważyć na dwa przypadki: (1) ostrogi niezatopione, kiedy korona konstrukcji znajduje się ponad zwierciadłem wody oraz (2) ostrogi zatopione. W warunkach ostróg niezatopionych obserwuje się zwężenie koryta głównego rzeki, któremu towarzyszy zwiększenie prędkości wody, a w konsekwencji jego pogłębianie. W obszarach między ostrogami ruch wody jest znacznie wolniejszy, co powoduje odkładanie się tam niesionego rumowiska. W przypadku ostróg zatopionych ruch wody odbywa się całym korytem rzeki, jednak zwiększenie oporów ruchu w obszarze ostróg powoduje zmniejszenie przepustowości rzek, co może mieć istotne znaczenie w warunkach powodziowych. W każdym z przypadków ruchowi wody towarzyszy mniej lub bardziej intensywny ruch rumowiska. Stan wiedzy w zakresie mechanizmów wzajemnego oddziaływania rzeki z ostrogami jest nadal niewystarczający, by można było prognozować zmiany denne w korycie rzeki z dużą dokładnością. Ostrogi choć budowane od bardzo dawna, nie zawsze doprowadziły do osiągnięcia zamierzonego celu; często przysparzają dodatkowych trudności (np. wymycia, odkładanie rumowiska). W ostatnim okresie można zauważyć powrót do badań laboratoryjnych; rzadziej wykonywane są pomiary terenowe. Badania na modelach hydraulicznych pozwalają lepiej zrozumieć mechanizmy rządzące ruchem wody i rumowiska w warunkach rzeki regulowanej ostrogami. Dostarczają one również danych dla potrzeb weryfikacji modeli matematycznych, które pozwolą na rozwiązywanie problemów występujących w naturze.Groins are structures often used in lowland river regulation. The main goal of their construction is protection of coast and narrowing of the river channel to increase water depth and prolongation of the navigation period. Analysing the influence of groins on hydrodynamics and sediment transport in rivers it is necessary to consider two cases: (1) non-submerged groins, when the groins top is above the water surface, and (2) submerged groins. In case of nonsubmerged groins the narrowing of the main channel is observed; it is accompanied by increase of water velocity leading to further deepening of the main channel. In the groin fields water flows much slower, supporting sediment deposition. In case of submerged groins water flows in the whole channel, but increase of resistance due to groins causes reduction of its capacity, being an important aspect in flooding periods. Water flow is always accompanied by sediment transport, but the existing knowledge in this respect is still insufficient to allow prediction of morphological changes with high accuracy. Groins are constructed since few centuries but not always the expected results are reached; it is not unique that they create new problems (deepening, sediment deposition). Recently laboratory experiments are carried out to solve simplified problems; less common field measurements are carried out. Tests on hydraulic models allow better understanding the mechanisms governing water and sediment movement in rivers trained by groins. They also support us with data necessary to verify mathematical models. The on-going developments in numerical modelling result in better representation of changeable hydro- and morpho-dynamics; however the results are still far from being able to reproduce all phenomena observed in nature