MONITORING EKOLOŠKO PRIHVATLJIVOG PROTOKA NA MALIM HIDROCENTRALAMA 1

MONITORING EKOLOŠKO PRIHVATLJIVOG PROTOKA NA MALIM HIDROCENTRALAMA 1

SADRŽAJ SADRŽAJ... 2 1. UVOD... 3 2. ODREĐIVANJE MJERNOG MJESTA ZA PRADENJE PROTOKA... 3 3. MONITORING NIVOA ODNOSNO PROTOKA... 4 3.1. VODOMJERNA LETVA... 5 3.2. LIMNIGRAF... 7 3.2.1. Limnigraf sa plovkom... 7 3.2.2. Pneumatski limnigraf... 10 3.2.3. Limnigraf sa senzorom... 11 3.2.4. Čuvanje podataka... 11 3.3. Mjerenje protoka... 12 3.3.1. Metoda brzina-površina... 12 3.3.2. Mjerenje protoka pomoću flo-tracera... 14 3.3.3. Fukncionalna zavisnost protoka... 19 4. OBEZBJEDJIVANJE FLESH PROTOK NA VODOTOKU NA KOJEM JE IZGRADJENA HIDROELEKTRANA 20 5. OMOGUDAVANJE VARIJABILNOG PROTOKA NIZVODNO OD VODOZAHVATA U ZAVISNOST OD SEZONE... 22 6. ZAKLJUČCI... 24 2

1. UVOD Za potrebe definisanja metodologije monitoringa varijabilnog ekološki prihvatljivog protoka (EPP) u Crnoj Gori predviđena je analiza iz oblasti hidrologije na rijekama na kojima su planirane, ili već izgrađene male hidroelektrane. Ova analiza trebala bi biti model koji bi dao odgovore na glavne dileme koje se ticu tehnick0-inzinjerskih zahtjeva a predloženja rješenja bi trebala biti prenešena u Pravilnik o ekološki prihvatljivom protoku (Pravilnik o načinu određivanja garantovanog minimuma proticaja nizvodno od vodozahvata) i biti dalje usklađena sa zakonima koji regulišu pitanja voda. U svrhu analize planirano je postavljanje limnigrafa ispod već izgrađenog vodozahvata da bi se omogućio monitoring ekološko prihvatljivog protoka koji sa jedne strane ne bi smio biti previše tehnički zahtjevan dok bi sa druge strane omogućio jednostavno očitavanje podataka i kontrolu poštovanja propisanih protoka. Osnovni ciljevi analize su: Monitoring protoka ispod pozicije vodozahvata, Praćenje nivoa vode rijeke ispod pozicije vodozahvata u cilju uspostavljanja funkcinalne zavisnosti visine vodotoka i protoka a u cilju definisanja lične karte protoka na hidrocentrali, Predlog modela za monitoring varaijabilnog ekološki prihvatljiivog protoka Obezbjedjivanje varijabilnog protoka nizvodno od vodozahvata odnosno u dijelu vodotoka od vodozahvata do mjesta vraćanja vode nazad u riječno korito, tokom godišnjeg ciklusa. Uslijed nedostatka ekoloških podataka jer ekološki pragovi (koje zahtijeva novi Zakon o vodama u Crnoj Gori) još nisu određeni, nemoguće je definisati detaljnije ciljeve kao što su održavanje dobrog ekološkog statusa ili dobrog ekološkog potencijala rijeka što će biti uradjeno nakon implementacije okvirne drektive o vodama. Trenutno ne posotji jedna opšte prihaćeni model određivnja EPP već svaka zemlja, shodno svojim potrebama primjenjuje ponekad i nekoliko njih. Dakle, ne postoji jednostavna niti univerzalna metoda za određivanje EPP, svaki metod ima svoje prednosti i mane. Kriterijumi za izbor metodauvijek moraju voditi računa o sledećem: način upotrebe vode, ciljeve upravljanja riječnim slivom, raspoložive eksperte, dostupno vrijeme i potrebna finansijska sredstva, kao i postojeće zakonske okvire iz oblasti zaštite životne sredine kao i predstojeće procese. 3

U svrhu praćenja to jese monitoringa ekološko prihvatljivog protoka (praćenje poštovanja garantovnaih količina vode u riječnom korito ispod mjesta vodozahvata) planirano je postavljanje limnigrafa ispod pozicije vodozahvata u cilju kontinualnog mjerenja visine vodotoka i mjerenja protoka na konkretnoj lokaciji. Mjerenje protoka se odnsi na vodu koja ostaje u vodotoku poslije prolaska kroz vodozahvat odnosno na projektovani biološki minimuma koji je planiran zog održavanja minimalnih uslova za život riječnih organizama a koji sa druge strane omogućava i održavanje riječnog kontinuuma. (slika 1). Izbor mjesta za postavljanje limnigraga zavisi od prirodnih karakteristika terena i dobrog poznavanje dinamike vodotoka, i po pravilu treba biti postavljen između mjesta vodozahvata i prve nizvodne pritoke predmetne rijeke. Treba izabrati dionicu vodotoka sa morfološkim stabilnim koritom, bez ostrva i sprudova sa obalama od čvrstih materijala koji ne erodiraju. Slika 1. Primjer vodotoka rijeke poslije prolaska kroz vodozahvat i riblje staze 3. MONITORING NIVOA ODNOSNO PROTOKA Da bi se uspješno formirala kriva trajanja vodotoka, potrebno je prethodno izvršiti hidrometrijska mjerenja pri različitim vodostajima da bi se ustanovila zavisnost vodostaja (H) i protoka (Q). Vodostaj predstavlja razliku između nivoa vode i referentne kote (''kote nule''). Može biti pozitivan i negativan i izražava se u cm. U period mjerenja ovaj referentni nivo se ne smije mijenjati. Kota nule se obično postavlja ispod najnižeg opaženog nivoa voda kako bi vodostaji imali pozitivne vrijednosti. 4

Slika 2. Nivo vode(vodostaj) Protokj vode predstavlja količinu vode koja protiče kroz poprečni presjek vodotoka u jedinici vremena. Izražava se u m 3 /ѕ, l/s, m 3 /h. Kao što smo napomenuli protok vode je jedan od osnovnijih i najvažnijih hidrauličkih i hidroloških elemenata vodnog toka. On je osnovna i najznačajnija informacija za sve radove na i u vezi svakog vodotoka. 3.1. VODOMJERNA LETVA Najednostavniji uređaj za mjerenje nivoa vode je vodomjerna letva. Izrađuje se od drveta, plastike, livenog gvožđa, aluminijuma itd. Letva je graduisana podeocima od po 1 cm tako da je tačnost očitavanja ±1cm. U okviru redovnih osmatranja, vodostaji se očitavaju jednom dnevno, a po potrebi (u periodima nailaska talasa sa velikim vodama) i više puta dnevno. Način ugrađivanja vodomjerne letve zavisi od uslova na terenu. U koliko u profilu vodomjerne stanice ne postoji mostovski stub ili stijena, letva se ankerisanjem u podlogu postavlja u strogo vertikalni položaj. Slika 3. Primjeri vodomjerne letve 5

Na sledećoj tabeli je dat primjer kako se iz podataka sa očitavanja na vodomejrnoj letvi računa to jeste očitava protok na mjernom mjestu. Naravno da se ova tabela konstruiše empirijski to jeste na osnovu prethodnih mjerenja očitanih visina i proračunatih ili izmjerenih protoka. Tabela 1. Zavisnost izmjerenog nivao i protoka Nivo vode Datum [cm] Protok vode [l/s] 14.05.2011. 23 2010 15.05.2011. 22 1980 16.05.2011. 23 2010 17.05.2011. 40 5010 18.05.2011. 45 5860 19.05.2011. 41 5120 20.05.2011. 32 3450 21.05.2011. 31 3290 22.05.2011. 30 3050 23.05.2011. 29 2850 24.05.2011. 30 3050 25.05.2011. 41 5120 26.05.2011. 40 5010 27.05.2011. 35 3480 28.05.2011. 32 3450 29.05.2011. 31 3290 30.05.2011. 32 3450 31.05.2011. 31 3290 01.06.2011. 30 3050 02.06.2011. 30 3050 03.06.2011. 29 2850 04.06.2011. 30 3050 05.06.2011. 32 3450 06.06.2011. 31 3290 07.06.2011. 30 3050 08.06.2011. 25 2340 09.06.2011. 30 3050 10.06.2011. 21 1830 11.06.2011. 21 1830 12.06.2011. 22 1980 13.06.2011. 19 1790 14.06.2011. 16 1420 15.06.2011. 15 1220 16.06.2011. 15 1220 17.06.2011. 16 1420 18.06.2011. 15 1220 19.06.2011. 13 920 20.06.2011. 10-11 693 6

3.2. LIMNIGRAF Jedan od najčešće korišćenih instrumenata za mjerenje nivoa vodotoka je limnigraf. Služi za kontinualno mjerenje nivoa vode. Koristi se kod srednjih i malih nivoa vodotoka, gdje dolazi do brzih promjena nivoa vode. Postoje tri tipa limnigrafa: sa plovkom (najčešće korišćeni); pneumatski; sa senzrom; 3.2.1. Limnigraf sa plovkom Limnigraf sa plovkom sastoji se iz sledećeg sistema: plovak-uže-koturača-kontrateg (Slika 4). Vertikalno pomijeranje plovka prenosi se na papirnu (ili bušenu) traku koja se, kasnije, može obraditi i elektronskim čitačima. Papirna traka se namotava na doboš koji može biti vertikalni i horizontalni. Slika 4. Limnigraf sa plovkom 7

Slika 5. Primjer postavljenog limnigrafa sa plovkom Od trenutka kad se limnigraf postavi na predviđeno mjerno mjesto, potrebno je baždariti uređaj (Slike 5 i 6). Slika 5. Primjer podešavanje limnigrafa 8

Slika 6. Primjer podešavanje limnigrafa Vrijeme i datum se podešavaju za vremensku zonu gdje se postvlja limnigraf. Svaki put kad limnigraf očita vrijednost visine vodotoka, automatski se prikažu vrijeme i datum očitavanja vrijednosti. Primjer podataka koji dobijamo sa limnigrafa Max 24.03.2011 11:41 0.32 Min 24.03.2011 11:32 0.20 25.03.2011 00:30 0.31 25.03.2011 01:00 0.31 25.03.2011 01:30 0.32 25.03.2011 02:00 0.31 25.03.2011 02:30 0.32 25.03.2011 03:00 0.32 25.03.2011 03:30 0.32 25.03.2011 04:00 0.31 25.03.2011 04:30 0.32 25.03.2011 05:00 0.32 25.03.2011 05:30 0.31 25.03.2011 06:00 0.32 9

Slično kao i kod vodmejrne letve, i iz ovih podataka se nadalje očitava protok na osnovu prethodno konstruisane i na empiriji zasnovan funkcionalne zavisnosti zimedju izmjerenih nivao i protoka. 3.2.2. Pneumatski limnigraf Ovaj liminigraf se sastoji od boce sa komprimovanim vazduhom iz koje se, preko redukotora pritiska, vazduh potiskuje u cijev koja je potopljena u vodu. Iz ove cijevi vazduh stalno izlaziu vidu mjehurova. U zavisnosti od dubine vode h iznad izlaza cijevi, u njoj se proizvodi pritisak čija je veličina jednaka hidrostatičkom pritisku p=γh, gdje je γ specifična težina vode. Preko etalon manometra ovaj pritisak se pretvara u silu koja djeluje na polugu vage sa klizajući tegom. Traka je u vezi sa satnim mehanizmom. Papirna traka je dužine 16 m i premotava se sa valjka na valjak i omogućuje neprekidno registrovanje podataka tokom više mjeseci. Slika 7. Pneumatski liminigraf Mada su ovi uređaji znatno skuplji od limnigrafa sa plovkom, troškovi njihove ugradnje su manji jer ne treba graditi bunare ili cijevi za zaštitu plovka. 10

3.2.3. Limnigraf sa senzorom. Kod ovih limnigrafa nivo vode se mjeri kao hidrostatički pritisak sa poluprovodnikom senzorom (piezo-sonda), koji se transformiše u električni signal sa integrisanim pojačalom. Limnigrafi mogu biti opremljeni elektronski uređajima za telemetrijsko prenošenje podataka o nivou vode. Mjrenje vodostaja se takođe može vršiti pomoću kapacitivne sonde, ultrazvučnog davača, pokretne igle sa servo uređajem, i drugim metodama gdje se kao rez mjerenja dobija neka električna veličina. Čuvanje podataka vrši se preko memorijske kartice. 3.2.4. Čuvanje podataka Podaci se čuvaju u periodu od 10 godina na memorijskoj kartici ili nekom drugom madijumu. Na sledecoj slici prikazan je proces skidanja podataka iz limingrafa u lap top radi kasnije obrade i pravljenja baze podataka Slika 8. Skidanje -uzimanje podataka iz limnigrafa i prenošenje u lap top 11

3.3. Mjerenje protoka Prilikom određivanja protoka, za mjerenje brzine mogu se koristiti hidrometrijska krila, elektromagnetne i ultrazvučne sonde. Protok vode je zapremina vode koja proteče kroz poprečni presjek vodotoka u jedinici vremena. 3 m Q F v[ ] s Postoji više metoda sa mjerenje protoka vode. Osim volumetrijskih metoda, tu spadaju mjerenje protoka pomoću izmjerenih brzina, pomoću trasera (soli), pomoću preliva i brana raznih profila, kao i u današnje vrijeme sve više i više rasprostranjene radarske metode. Načini na koji se mogu izvršiti ova mjerenja su ručno, sa mosta, iz čamca, pomoću žičare itd. 3.3.1. Metoda brzina-površina Za mjerenje brzine u prirodnim vodotocima najčešće se koristi hidrometrijsko krilo. Njegov glavni dio je elisa na osovini koja je pričvršćena na metalnu šipku odnosno držač. Slika 9. Hidrometrijsko krilo Kad se krilo spusti u vodu tako da se vodena struja kreće ka elisi, elisa će se okretati brzinom koja zavisi od brzine vodene struje. Broj obrtaja elise je u funkcionalnoj vezi sa brzinom, a ta veza je najčešće višestruka i linerna. Osovina elise je povezana sa električnim brojače obrtaja, tako da se praktično registruje broj obrtaja u određenom vremensko period dok se brzina računa prema 12

odgovarajućoj jednačini. Veličina elise može biti različita. Manje elise se koriste za manje brzine i vodotoke, a veće za veće brzine i vodotoke. Praktična procedura sastoji se u odabiranju određenog broja brzinskih vertikala i broja i položaja tačaka na vertikali u kojima se mjere brzine. Znači protok se računa integrisanjem polja brzine u poprečnom presjeku brzine. B h( x), Q v( x, y) da v( x, y) dxdy A x0 y0 gdje je A površina poprečnog presjeka vodotoka, x rastojanje od lijeve obale, B širina vodnog ogledala, y dubina mjerena od površine, a h(x) ukupna dubina na rastojanju x od lijeve obale. Najprije se vrši integracija po dubini za svaku vertikalu h( x) q( x) vdy ; ovako dobijena veličina naziva se elementarni protok. Elementarni protok predstavlja protok po jedinici širine korita ili na dimenziju LT 2 1 qx ( ). Na osnovu njega može se odrediti i srednja brzina na vertikali vv ( x) ; hx ( ) U drugom koraku definiše se elementarni protok po širini korita kako bi se dobio ukupan protok B Q x0 q( x) dx Za proračun Q u praksi se koriste dvije metode: grafička i analitička. Na sledećoj slici je prikaz grafičke metode y0 Slika 10. Grafički prikaz brzina izmjerenih hidrometrijskim krilom na profilu vodotoka 13

Slika 11. Mjerenje brzine protkoka hodrometrijskim krilom 3.3.2. Mjerenje protoka pomoću flo-tracera Za mjerenje u otvorenim tokovima najekonomičnije je koristiti kuhinjsku so, a njenu koncentraciju je najlakše odrediti iz podatka o provodnosti vode sondom za kontinualno mjerenje. Prikazana metoda je primenljiva u uslovima gde je omogućeno da se kuhinjska so ravnomerno izmiješa sa vodom u vodotoku u poprečnom pravcu, što je uglavnom slučaj sa manjim, brzim i turbulentnim planinskim vodotocima. Velika prednost navedene metode je što za određivanje protoka nije potrebno poznavanje geometrije vodotoka. Sa druge strane, ova metoda ne daje nikakve informacije o rasporedu brzina duž poprečnog preseka. Konstantno injektiranje koncentracije rastvora trasera C1 sa protokom ubacivanja q Koncentracija Merenje sa konstantnim injektiranjem Protok je: C M Q C -C 1 m C -C m 0 q C 0 Vreme Ubačena masa trasera M Metod integracije Protok je: Q M (C-C )dt 0 C 0 Koncentracija Sonda za merenje elektroprovodnosti Vreme Slika 12. Shema mjerenja protoka uz pomoć kunjihske soli i flo-trejsera 14

Slika 13. Uredaj za mjerenje koncentracije soli Flo tracer Slika 14. Mjerenje koncentracije soli nizvodno od mjesta ispustanja Postoje dva osnovna principa primjene metode: 1) trenutno injektiranje, kada se cjelokupna koncentracija flo-tracer soli dodaje u vodotok istovremeno, i 2) konstantno injektiranje, kada se flo-tracer so dodaje konstantnom brzinom tokom određenog perioda vremena. 15

Jedan od problema vezanih za metodu razblaženja koncentracije soli jeste šum u izmjerenim podacima, prouzrokovan varijabilnom baznom koncentracijom trasera: kod trenutnog injektiranja je teško precizno odrediti trenutak kada je flo-tracer stigao do mjernog profila i kada ga je prošao, a u slučaju kontinualnog injektiranja, značajan šum u signalu imaće za posledicu nepreciznu procjenu vrednosti koncentracije flo-tracera u ustaljenom režimu tečenja. Greške pri proračunu protoka mogu biti posledica: 1) šuma u signalu; 2) nekompletnog miješanja trejsera i vodotoka; 3) kratkog vremena mjerenja koncentracije trejsera; 4) degradacije ili absorpcije trejsera; 5) nepotpunog rastvaranja trejsera prije ubacivanja u vodotok; 6) greške pri mjerenju koncentracije trasera ili pri kalibraciji mjernog uređaja; 7) dotoka ili oticaja u okviru mjerne dionice i 8) neustaljenog tečenja. Metoda se sastoji iz nekoliko sukcesivnih koraka. Prvo se tačno izmjerena količina soli, rastvorena u vodi iz vodotoka, naglo ubacuje u vodotok na izabranoj lokaciji (uzvodnom poprečnom profilu). Nakon ubacivanja, rastvor soli se brže miješa sa tokom po dubini vodotoka, a sporije po širini. Može se očekivati da se, pošto su neki djelovi toka brži od ostalih, oblak soli širi neravnomjerno zahvaljujući procesu zvanom longitudinalna disperzija. Longitudinalna disperzija rezultira time da oblak ima krajnju ivicu sa relativno niskim koncentracijama soli, centralnu zonu sa visokim koncentracijama, a u ostalim tačkama koncentracija opada od centra ka spoljnim ivicama. To znači da je na početku oblak soli kompaktan i da je so neravnomjerno raspoređena po poprečnom preseku. Sa povećanjem rastojanja od tačke ubacivanja, so postaje ravnomjernije raspoređena i najzad dostiže optimalni i podjednak stepen rastvorenosti. Od tačke kada se dostigne ravnomjerna koncentracija soli po poprečnom presjeku moguće je nizvodno odabrati poprečni presjek za mjerenje te koncentracije. Q Potpuno izmešan traser po preseku Zona mešanja Mesto ubacivanja trasera Sonda za merenje elektroprovodnosti Slika 15. Shematski prikaz mjerenja protoka uz pomoc flo tracera Ukoliko je poznata masa ubačene soli i ukoliko je izmjerena njena koncentracija u vodotoku, moguće je izračunati protok. Protok vode kroz neki poprečni presjek se definiše kao zapremina vode koja prođe kroz taj presjek u toku određenog vremena prema sledećim jednačinama: 16

dv Q dv Q dt dt gdje su: Q protok, dv protekla zapremina zapremine, a dt interval vremena. Masena koncentracija supstance rastvorene u vodi definiše se kao: dm C( t) dm C( t) dv dv gdje su vrednosti u izrazu (2): koncentracija rastvorene supstance u određenom vremenskom trenutku, dm djelić mase rastvorene supstance i dv djelić zapremine vode (fluida). Kada se promena zapremine u izrazu (2) zameni izrazom (1), dobija se sledeća jednačina: Integracijom ove jednačine se dobija: Ct M dm QC t dt. dm T 0 0 QC( t) dt, gdje Q C t predstavlja protok kroz poprečni profil, a prosječnu koncentraciju u profilu (pretpostavlja se da je koncentracija trasera na lokaciji mjernog mjesta prosječna za cijelu širinu toka). Rješavanjem ovog integrala u navedenom izrazu, uz pretpostavku da je protok konstantan, tj. tečenje ustaljeno, mogu se izračunati masa soli i protok: M Q C( t) dt T 0 Q T 0 M C() t dt Ukoliko je poprečni presjek za mjerenje koncentracije ispravno odabran (traser u potpunosti izmiješan po širini toka) elektroprovodnost, snimljena u nekoj tački nizvodno, će dostići svoj maksimu (pik) u trenutku kada jezgro oblaka prođe kroz tačku u kojoj se mjeri. Nakon toga, elektroprovodnost ponovo opada na vrijednost bazne (početnu vrijednost). Na taj način je moguće dobiti dijagram vrijeme elektroprovodnost, koji se može, uz pomoć kalibracione krive, preračunati u dijagram vrijeme-koncentracija. 17

EC [ms/cm 2 ] 310 300 290 280 270 260 250 240 230 220 0 50 100 150 200 250 300 t [s] Slika 16. Dijagram vrijeme provodljivost kao rezultat mjerenja Iako se cjelokupni postupak mjerenja može obaviti direktno na terenu, dio pripreme mjerenja je najbolje sprovesti u kontrolisanim uslovima u laboratoriji prije izlaska na teren. Priprema mjerenja se sastoji iz provjere instrumenata za mjerenje i pripreme rastvora kuhinjske soli koji će biti korišćen za kalibraciju mjerača elektroprovodnosti. Ostali dio priprema se mora organizovati na mjernoj lokaciji jer zahtijeva upotrebu vode iz vodotoka u kojem se mjeri protok. Prije odlaska na teren treba pripremiti određenu količinu soli koja će biti upotrebljena za mjerenje protoka. Ukoliko se ne posjeduje neka mala vaga koja je najmanje tačnosti ± 10 g, onda se odmjeravanje potrebne količine soli može izvršiti pre odlaska na teren. Takođe, potrebno je pripremiti i svu mjernu opremu za određivanje kalibracionog faktora (posuda odnosno menzura od 500 ml, mililitarska pipeta, rastvor soli od 3 g/l destilovane vode, i sonda za mjerenje elektroprovodnosti) kao i opremu za mjerenje protoka (sonda za mjerenje elektroprovodnosti, držač za sondu, kofa od 10 l ili 20 l, vaga za mjerenje soli, ukoliko ona već ranije nije izmjerena, kuhinjska so, instrument za snimanje podataka, metar, varjača ili nešto slično za miješanje vode u kofi i kašičica za sipanje soli). Slika 17. Oprema za mjerenje provodljivosti 18

Q(l/s) 3.3.3. Fukncionalna zavisnost protoka Cilj mjerenja nivoa i protoka vodotoka rijeke je dobijanje funkcionalne zavisnosti između vodostaja i protoka u cilju približnog poznavanja toka rijeke zavinosti od dužine mjernog perioda. U sledećoj tabeli (Tabela 2.) prikazane su dobijene zavisnosti između vodostaja i protoka. Kriva zavisnosti vodostaja i protoka prikazana je na slici (slika 10), pri čemu jednačina koja je opisuje ima sledeći polinomni oblik, Q H 3 2 0.079 4.273H 103.9H 532.8 Tabela 2. Primjer - zavisnost visine vodostaja i protoka H(cm) 8 10 12 16 18 20 27 34 35 44 Q(l/s) 100 150 198 330 410 490 785 1130 1245 2530 3000 2500 Kriva protoka Q=f(H) y = 0.0794x 3-4.2794x 2 + 103.9x - 532.89 2000 1500 1000 500 0 0 10 20 30 40 50 H (cm) Slika 18. Funkcionalna zavisnost Q=f(H) Tabela 3. Primjer - zavisnost visine vodostaja i protoka H(cm) 2 5 7 8 10 12 16 18 20 Q(l/s) 20 38 80 100 150 198 330 410 490 19

Protok (l/s) 500 450 y = -0.0629x 3 + 2.8355x 2-10.234x + 29.713 400 350 300 250 200 150 100 50 0 0 5 10 15 20 25 H (cm) Slika 19. Funkcionalna zavisnost Q=f(H) pri manjim protocima Ekološko prihvatljiv protok ispod mjesta vodozahvata jednak je zbiru protoka riblje staze i protoka koji prolazi preko vodozahvata. Q Q Q Epp rs Qrs protak riblje staze, vz Q protok koji prolazi preko vodozahvata. vz U slučaju da je Q = 0,00 l/s, tada je takodje ekološki prihvatljiv protok,na osnovu podataka koje vz nam daju mjerni uredjaji za praćenja nivoa vode i protoka sa terena. Tako da je QEpp Qrs. 4. OBEZBJEDJIVANJE FLESH PROTOK NA VODOTOKU NA KOJEM JE IZGRADJENA HIDROELEKTRANA U Crnoj Gori sve rijeke su bujičnog tipa i postoji ogromna razlika između minimalnih i maksimalnih protoka (po dvjesta i više puta su veći maksimalni od minimalnih protoka, gdje je npr. srednji minimalni protok za Rijeku Vrelo iznosi 0,073 a sredjni maskimalni 3,350 m 3 /s, dakle veći je 45puta). Akvatični organizmi su se tokom evolucije prilagodili ekstremnim variranjima vodostaja pa te povodne periode koriste za centralne događaje u svom razviću. Ovakvi visoki vodostaji u crnogrskim rijekama dešavaju se makar dva puta godišnje tokom kojih se akvatični organizmi ili intezivno razmnožavaju ili migriraju duž vodotokova u potrazi za boljim uslovima za ishranu i skladište energiju za nepovoljno doba niskih voda. Stoga, tokom visokih vodostaja svi organizmi u rijeci moraju imati dovoljan, tj. nešto povećan protok koji bi korisnik vode morao da obezbijedi. Ovaj 20

fenomen bujičnih tokova je inkorporiran u takozvani varijabilni EPP (ekološki prihvatljivi protok) koji traži najviše vode tokom povodnih perioda, nešto manje tokom normalnih vodostaja dok je u toku ljetnjih suša potrebno ispuštati minimalne količine kroz dio rijeke koji je ili zaobidjen cjevovodom ili se nalazi ispod akumulacije. Nakon ljeta,u kojem preovladjuju niski vodostaji i visoka temperature u riječnom koritu dolazi do bujanje algi,u jesenjem periodu do opadanja lišća koje se takodje sakuplja u riječnom koritu.da bi riječni ekosistem mogao da funkcioniše, potrebno je da u toku godine postoje takozvani flash protoci to jste da se u novembru mjesecu dozvoli kratkotrajno sapiranje riječnog korita a koje bi se desilo makar dva puta u toku pomenutog mjeseca. U smislu tehničkog rješavanja obezbjedjenja takozvanog flash protoka postoje dvije teorijske varijante kada je u pitanju količina dostupne vode: 1. Prvi je da su maksimalni protoci u mjesecu novembaru znatno veći od instalisanog protoka, koji prolazi kroz cjevovod. U tom slučaju će sav višak vode ići preko zahvata i korz riječno korito te će se isprati korito rijeke. 2. Drugi je u slučaju da maksimalni protoci u mjesecu novembru nijesu veći ili su neznatno veći od instalisanog protoka pa je tada potrebno je zatvoriti odredjeni broj mlaznica kako bi se smanjila količina vode koja dolazi na instalaciju turbine, a samim tim bi se omogućio veći proticaj preko zahvata i koji bi pročistio korito rijeke Slika 20. Hidrogram rijekevrelo Hidrogram predstavlja grafički prikaz vode u odnosu na vrijeme. Prikazuje količinu vode koja otiče vodotokom prije, za vrijeme i poslije kiše. Kao što vidimo sa slike 20. u toku godine se jave bar tri spica ili maksimuma od kojih je najizraženiji onaj u mjesecu aprilu. Crvena linija prestavlja 21

instalirani protok na mini hidroelektrani Vrelo (maksimalna količina vode koju može da primi cjevovod i da je dovede na turbine), tako da sva voda iznad crvene linije idi preko zahvata kroz dio riječnog korita od vodozahvata do mašinske zgrade (mjesto gjde se voda vraća nazad u vodotok nakon prolaska preko turbina) i dalje nizvodno. 5. OMOGUĆAVANJE VARIJABILNOG PROTOKA NIZVODNO OD VODOZAHVATA U ZAVISNOST OD SEZONE Nizvodno od vodozahvata protok je varijabilan u zavisnosti od mjeseca to jeste godišnjeg doba. Od invenstitora se traži, prema modelu varijabilnog EPP-a, da u različitim periodima godine u rijeku (nizvodno od vodozahvata) ispušta različite količine vode. Prema modelu varijabilnog EPP-a, ljeti se zahtijeva da riječnim koritom ispod mjesta vodozahvata teče takozvani ljetenji minimum (npr 360 l/s), zatim tokom jesenjih mjeseci pa sve do janura koritom je potrebno da u svakom mometu (ukoliko su te količne dostune iznad vodozahvata) teče npr. 1500 l/s i onda u proljeće (period februar jun) treća količina od 850 l/s. Ove različite količine vode se može obezbijediti pomoću dvostruke regulacije na vodozahvatu. Prva je regulisanje protoka kroz turbinu koja nam omogućava u zavisnosti od potrebe da veća ili manja količina vode preliva preko rešetke. Jednostavnim zatvaračem na ulazu vode u sistem cijevi odredjuje se količna vode koaj ide na turbinu odnosno ona količina vode koja preliva i nastavlja da teče riječnim koritom. Druga regulacija pomoću zatvarača na ribljoj stazi kojim se odredjuje količina vode koja protiče kroz riblju stazu i zaobilazi mjesto uzimanja vode za potrebe rada turbine. Zbirom količina vode koja prolazi korz riblju stazi i količina koje nijesu zahvaćene i sprovedene na turbinu dobija se količina vode koja teče riječnim koritom nizvodno od vodozahvata. Provjera željenog odnosno definisanog protoka kontorloše se pomoću liminigrafa ili nekog drugog mjernog uređeja koji je postavljen nizvodno od vodozahvata i mjesta gdje se voda iz riblje staze uluva u riječno korito i to na dijelu toka prije prve nizvodne pritoke. Na osonvu očitavanja ovog protoka vrši se i regulacija ali i monitoring propisanog minimalnog protoka. 22

Slika 21. Presjek koz mjesto vodozahvata na Mini HE Vrelo Ovaj dio objekta je zamišljen tako da živom svijetu vodotoka omogući što prirodniji ambijent i odgovori biološkim zahtjevima svih migratornih vrsta koje žive u vodotoku. Otvor riblje staze je u odnosu na ostale elemente na najnižoj tački, uvjek je potopljen i obezbedjuje minimalni protok koji je karakterističan za jletnje mjesece, sa druge strane zatvarač za ispiranje može da se podigne i obezbijedi potrebni protok za ispiranje korita rijeke, takozvani flash protok. Riblja staza je dimenzionisana da zadovolji protok biološkog minimuma, potrebe nizvodnih korisnika (vodenica) i ispuni biološke zahtjeve postavljene u odnosu na živi svijet vodotoka. Može se primijeniti sledeći proračun. gdje je B(m) širina preliva,g=9,81m/s 2 gravitacija,h p(m) visina prelivanog mlaza,a za koeficijent K se može usvojiti: 23

gdje je p(m) visina preliva. Nizvodno i uzvodno od prelivnog praga planirano je osiguranje obala i korita rijeke kamenom ili kamenom u betonu (dio koji će biti detaljnije razmatran u sledećim nivoima razrade projekta). 6. ZAKLJUČCI Predlažemo da svaka hidrocetnrala, bilo da se radi o malim, srednjim ili velikim hidrocentralama, mora imati izradjenu takozvanu ličnu kartu. Lična karata hidrocentrale je u suštini tabela koja sardži medjusobnu zavisnost nivoa vode i protoka nizvodno od vodozahvata i mjesta gjde se uliva riblja staza a uzvodno od mjesta ulivanja prve prtoke nakon vodozahvata. U cilju izrade lične karte potrebno je koristiti limnigraf za mjerenje nivoa vode kao i flo-tracer za mjerenje protoka, kako bi se dobila funkcionalna zavisnost između protoka i nivoa vode. Svrha izrade lične karte hidrocnetrale jsete da se na jednostavna i precizan način omogući monitoring definisanih minimalnih odnosno grantovanih protoka (EPP). Nadleži inspektori će na osnovu table koja će biti postavljena na mjernom mjestu, na kojoj će biti prikazana funkcionalna zavisnost (protok u zavisnost od svih izmjerenih nivoa vode na tom mjestu u zadnjih 10god, ili manje ukoliko za konkretan vodotok ne postoje podaci desetogodišnjg mjerenja), moći očitati protok vodotoka rijeke za trenutni nivo vode. Za mjerenje nivoa vode koriste se mjerne letve, limnigrafi sa plovkom, pneumacki limnigrafi i limnigrafi sa senzorom. Mjerna letva prestavlja najeftiniji i najednostavniji način mjerenja nivoa vode, ali je nestabilna, može doći do zakrivljenja, nepreciznog očitavanja, jer zavisi od ljudskog faktora isto tako nedozvoljava potrebu očitavanja u prethodnih stanja. Kod limnigrafa sa plovkom ugradnja je skupa, jer je potrebno izgradit cijev za zaštitu plovka. Kod ovog limnigrafa prednost je što se mogu elektronskim putem uzeti podaci o nivou vode a pružaju mogućnost kontrole za period do 10 godina unazad. Pneumatski limnigrafi su skuplji od limnigrafa sa plovkom, ali im je postavljanje prosto. Limnigraf sa senzorom je najskuplji, ali je greška mjerenja minimalna. Nedostatak mu je što u praksi često dolazi do otkaza senzora, koji nije nimalo jeftin. Što se tiče naših vodotoka najbolje je izabrati limnigraf sa plovkom za mjerenje nivoa vode. Prilikom konstruisana lične karete hidrocentrale koriste se uredjaji za mjerenje protoka a u praksi se koriste kao što smo renije istakle, hidrometrijsko krilo i flo-tracer. 24

Mana kod hidrometrijskog krila je ta što je minimalne protoke teško mjeriti, zavisi od ljudskog faktora,tako da su greške pri mjerenju veće u odnosu na flo-tracer. Flo-tracer je dosta skup uredjaj, ali je greška pri mjerenju minimalna, a lak je za održavanje. Za naše vodotoke, za mjerenje protoka predložili bi upotrebu flo-tracer jer nije velika razlika u cijeni, a mjerenje je mnogo jednostavnije i greške su minimalne. Sve ovo gore inzešeno (ovo i prethodna poglavlja) omogućilo bi da se na relativno jednostavan način omogući obezbjedjivanje varijabilnog protoka na godišnjem nivou i reltivno jednostavna kontrola ispuštanja traženih količina vode za konkretan vodotok. Ovo bi omogućilo da se riječnim organizmima obazbijede minimalni uslovi za preživljavanje u smislu održavanja riječog kontinuuma ali i obezbjeđivanja minimalnih ali dovoljnih količina vode u riječom koritu u različitim djelovima godišnjeg ciklusa. I na kraju želimo da istaknemo da sva ova tehnička rješenja ne predstavljaju značajnije uvećanje ukupne investicije a ovo naročito ako se odmah od starta, prilikom izrade idejnog rješenja ali i tokom sledećih faza projektovanja, sve ovo ima na umu i inkorporira u projekat. Smatramo da je i na već postojećm objektima moguće obezbijediti sve gore iznešeno ali opet napominjemo da je najbolje i najefektnije ako su investitor i projektanti od starta upozanti sa ovim zahtjevima i potrebama. 25