13

YOUNG SCIENTISTS

1. Въведение

Фериботен комплекс Никопол е

изграден през 2006 г. и представлява

масивно каменно-насипно съоръжение

с комплексна пространствена геоме-

трия. Фериботният терминал обслужва

редовната фериботна линия Никопол –

Търну Мъгуреле и е обект от национал-

но значение. Разположен е на km 597.5

от река Дунав. През 2007 г. се констати-

рат структурни деформации, които

застрашават устойчивостта на съоръже-

нието и неговата експлоатация. След

провеждане на подробни проучвания и

измервания в участъка около хидротех-

ническото съоръжение експертите

установяват образувала се ерозия в

петата на съоръжението с дълбочина

достигаща около 3 m [1]. Предприети са

инженерни мероприятия за ограни-

чаване на ерозията като са поставени

масивни каменно-насипни матраци в

ерозионната яма. След поставянето на

матраците не са наблюдавани по-ната-

тъшни проблеми по отношение на

стабилитета на съоръжението.

Проведени са подробни хидро-

графски измервания в зоната около

хидротехническото съоръжение на 18

и 19 юни 2015 г. Целта на тези измер-

вания е да се проследят настъпилите

промени в морфологията на речното

дъно в този участък и да се направи

количествена оценка на ерозията. В

обхвата на измерванията са включени

измервания за дълбочини и скорости

на речното течение, мътност на речно-

то течение, седиментни проби. За

провеждането на хидрографските

измервания е използван специализи-

ран хидрографски плавателен съд

CORES A1.

ХИДРОГРАФСКИ ИЗМЕРВАНИЯ С БЕЗПИЛОТЕН ПЛАВАТЕЛЕН СЪД В

Р. ДУНАВ ПРИ ФЕРИБОТЕН КОМПЛЕКС НИКОПОЛ

HYDROGRAPHIC MEASUREMENTS IN DANUBE RIVER USING

UNMANNED VESSEL NEAR NIKOPOL FERRYBOAT TERMINAL

Dipl. Eng. Philip Penchev - University of Architecture, Civil Engineering and

Geodesy, Sofia, 1046, “Hristo Smirnenski” 1,

+359 889 297667, e-mail: f.penchev@dhigroup.com

Summary: This study review a time efficient, cost saving and high precision approach toconduct hydrographic measurements. The use of unmanned vessel Cores A1, equippedwith echo sounder, DGPS system, ADV and water sampling device, is used to makedetailed hydrographic measurements in the zone around ferryboat terminal at Nikopol,Bulgaria. The structure is located at the Lower Danube River and has experienced struc-tural deformations since its construction. The hydraulic and morphologic conditions ofthe river in this reach are the main reason for the development of scour along the struc-ture and jeopardize its stability. These hydrographic measurements are carried out tocollect more precise data about the hydraulic conditions and to make an assessment onthe development of the scour processes. The hydrographic measurements included riverflow velocity, bathymetry, turbidity and sediment sampling. The results from these meas-urements have been compared to archive data from previous measurements and an over-all assessment of the scour magnitude has been elaborated.

инж. Филип Пенчев – докторант към катедра „Хидравлика и хидрология“

към УАСГ- България, София, 1046, бул. ”Христо Смирненски” 1,

+359 889 297667, e-mail: f.penchev@dhigroup.com

14

2. Място на провеждане на хидро-

графските измервания

Хидрографските измервания са

проведени при фериботен комплекс

Никопол, разположен на km 597.5 от

река Дунав. Обхватът на измерванията

покрива участък с размери 800 x 300 m

около хидротехническото съоръжение.

Характерното при този участък от

реката е, че е след завой на реката и

българският бряг, където е разположен

фериботния комплекс, е конкавен.

Това е предпоставка за образуване на

вторични течения (насочени към

талвега) и ерозия на брега, респектив-

но в участъка около съоръжението. На

Фиг. 1 е представена обща схема на

участъка от р. Дунав, в който попада

фериботния комплекс.

3. Оборудване за провеждане на

хидрографските измервания

За провеждане на хидрографските

измервания е използван безпилотен

плавателен съд CORES A1 [2], който е

показан на Фиг. 2.

МЛАДИ УЧЕНИ

Фиг. 1. Местоположение на фериботен комплекс Никопол (km 597.5 р. Дунав)

Фиг. 2. Безпилотен плавателен съд за провеждане на хидрографски

измервания CORES A1

Плавателният съд е оборудван с

необходимите инструменти за провеж-

дане на хидрографските измервания.

За измерване на дълбочините е използ-

ван ехолот SS510 Smart Sensor с точ-

ност 0.03 m, а за скоростите на речно-

то течение – хидрометрично витло и

ADV (Acoustic Doppler Velocimeter -

Sontek), който измерва 2 компоненти

на скоростта – по X и по Y (предоста-

вен от ЦНИЛХИ при Университет по

архитектура, строителство и геодезия).

4. Условия при провеждане на

хидрографските измервания

Хидрографските измервания са

проведени на 18 и 19 юни 2015 г. В

таблицата долу са представени дан-

ните за водните стоежи при всички

ХМС по река Дунав в българския

участък. В допълнение са представени

и данни за температурата на водата и

на въздуха при Никопол. Кота „0“ на

рейката при ХМС Никопол е 17.02 m

по Балтийска височинна система.

Водното ниво на реката при

Никопол за 18.06.2015 г. е 19.64 m в

началото на измерванията и 19.55 m в

края на проведените измервания. Ди-

намиката на понижаване на водното

ниво е отчетена при обработката на

данните от измервания за дълбочините

в изследвания участък.

Водното ниво на реката при Нико-

пол за 19.06.2015 г. е 19.68 m. Това

отговаря на 13 cm повишение на вод-

ното ниво на река Дунав в участъка

спрямо наблюдаваното на 18.06.2015 г.,

респективно увеличаване на хидрав-

личния наклон и повишение на ско-

ростта на речното течение. При ана-

лиза на измерените скорости е взето

предвид увеличаването на хидравлич-

ния наклон и са направени съответни-

те сравнения между измерените скоро-

сти в условия на понижаване и пови-

шаване на водното ниво на реката.

5. Резултати от хидрографските

измервания

� Батиметрия на речното дъно

За изработването на батиметричната

карта на изследваната зона са изпол-

звани измерените данни за дълбочините

15

YOUNG SCIENTISTS

Таблица 1. Оборудване за провеждане на измервания с плавателен съд Cores A1

Таблица 2. Водни стоежи за българския

участък на р. Дунав (18.06.2015 г.)

Таблица 3. Водни стоежи за българския

участък на р. Дунав (19.06.2015 г.)

16

от всички проведени измервания.

Данните са съответно отнесени към

котата на водомерната рейка (H = 17.02

m) и са съобразени с изменението на

водното ниво на реката във времето на

провеждане на съответните измервания.

На Фиг. 3 е показана хидрографска

снимка с изолиниите на речното дъно.

В североизточния край на съоръже-

нието се наблюдава образуването на

местна ерозия, която не застрашава ус-

тойчивостта на съоръжението, но тряб-

ва да бъде наблюдавана периодично, за

да бъде избегнат всякакъв риск за безо-

пасното експлоатиране на хидротехни-

ческото съоръжение. В мястото където

са разположени укрепващите матраци

не са наблюдавани морфологични изме-

нения на речното дъно.

� Скорости на речното течение

Използваният инструмент за из-

мерване на скоростите на речното

течение (ADV) е двукомпонентен и из-

мерва скорости по осите X и Y. Пота-

пянето на сензора е 20 сm под водната

повърхност. Честотата на записаните

данни е 10 Hz. Това позволява да бъде

отчетена турбулентността на течение-

то в мерните точни. Данните за

скоростите са допълнително обработе-

ни спрямо показанието на електрон-

ния компас, разположен на борда на

плавателния съд, с който бяха проведе-

ни измерванията. Скоростта на речно-

то течение е измерена в 10 точки около

хидротехническото съоръжение. На

Фиг. 4 са представени обработените

записи за скоростите на течението на

река Дунав в 2 избрани точки.

Наблюдаваните скорости са в

граници между 0.7 – 0.85 m/s, като се

взeма предвид и увеличаването на

хидравличния наклон в периода меж-

ду двете измервания. Компонентите по

ос Y са в порядъка ±5 - 10 сm/s, което

дава и представа за променливата по-

сока на повърхностния слой на

течението на реката в изследвания

участък. Тези данни са изключително

важни за провеждането на подробни

математически изчисления за разпре-

делението на скоростите на речното

течение посредством използването на

дву-и тридименсионални числени

хидравлични модели.

МЛАДИ УЧЕНИ

Фиг. 3. Батиметрична снимка на речното дъно около фериботен терминал Никопол

(18.06.2016 г.)

Таблица 4. Координати на точките с

измерени скорости (координатна с-ма

WGS84 UTM 35N)

17

YOUNG SCIENTISTS

Измерените скорости са сравнени с

данни за измерени скорости при сход-

ни хидравлични условия на речното

течение през 2007 г., когато наблюда-

ваните повърхностни скорости са в

граници от 0.7 – 0.78 m/s [1].

� Мътност на речното течение

Взети са две проби от водата за

определяне на мътността на река Дунав

в изследвания участък. Пробите са

анализирани в специализирана лабо-

ратория на „СЖС България” ЕООД.

Мътността за всяка от пробите е

определена чрез фотометър по метод

ВЛМ 84:2012. На Фиг. 5 са показани

местоположенията на взимане на проби

и съответно резултатите от лаборатор-

ния анализ. Взетите проби са недоста-

тъчни за формирането на крайни

заключения по отношение на големина-

та на мътността за река Дунав. Взетите

две проби дават индикативни резултати

и ясно изразена разлика между пробата

взета пред съоръжението и тази зад

съоръжението. Втората проба (зад съ-

оръжението) подсказва за това, че зад

съоръжението поради ниските скорости

на течението има процес на отлагане на

плаващите наноси. Това заключение се

потвърди и от направените сравнения с

минали измервания на батиметрията на

реката в тази зона. Трябва да бъде отбе-

лязано и това, че при движение на фери-

бота „Никопол – Търну Мъгуреле” се

повдигат по-фините частици, формира-

щи дънните отложения в края на съоръ-

жението и е възможно по-високата мът-

ност да е предизвикана от неутаени

твърди частици.

Разгледани са данни от „Хидро-

логичен справочник на р. Дунав“,

където са публикувани данни за

мътността на течението на река Дунав

в българския й участък. Данните са

преди изграждането на хидротехни-

ческите комплекси Железни врата I и

II и са в граници от 160 до 330 g/m3 [3].

Може да се счита, че тези стойности са

намалели поне 2 пъти след изгражда-

нето на съоръженията и са в граници

от 50 до 100 g/m3 (в зависимост от

хидравличните условия). Към момента

няма пряка връзка между FAU едини-

ците и стандартните единици за мът-

ност [g/m3], но по данни на СЗО стой-

Фиг. 4. Измерени компоненти на скоростта на течението за две точки

Таблица 5. Резултати от анализа за

мътност на течението на реката в 2 точки

ности около 5 FAU отговарят на стан-

дарт за сурови питейни води, преди

първично пречистване.

� Зърнометричен състав на мате-

риала изграждащ дъното

Взети са няколко седиментни про-

би от дъното на реката в непосредстве-

на близост до съоръжението (коорди-

нати - 329881.424; 4841335.797). Про-

бите са анализирани в специализирана

лаборатория. От интерес за изследва-

нето са стойностите за характерните

диаметри на частиците, изграждащи

дъното – D16

, D50

и D84

. В Таблица 6

са представени съответните характе-

ристики на дънните отложения. Отне-

сени към данните от проведените

измервания през 2007 г. [1], характер-

ните диаметри на частиците, изграж-

дащи речното дъно, са сходни.

Заключение

Проведени са подробни хидрограф-

ски измервания в участъка от река

Дунав при фериботен комплекс Нико-

пол. Използван е високо-технологичен

плавателен съд Cores A1 за провеждане

на измерванията, който позволява бързо

и ефективно измерване на сравнително

големи речни участъци. Измерени са

дълбочините в участък с размери 800 х

300 m около съоръжението. Изработена

е батиметрична карта, в която се конста-

тира образуването на местна ерозия в

североизточния край на съоръжението,

която не представлява пряка опасност за

устойчивостта му. Измерени са скоро-

стите на речното течение в 10 точки и е

направен анализ на характера на

течението в различни хидравлични

условия. Изследвани са 2 водни проби

за определяне на мътността на тече-

нието и 1 седиментна проба, за оценка

на зърнометричния състав на дънните

отложения. Всички получени резултати

са сравнени с данни от минали из-

мервания и е направена комплексна

оценка на хидравличните и хидромор-

фоложките условия в участъка от река

Дунав при Никопол.

Литература:1. Модев Ст., Даскалов Кр., Кирилова С., “Хи-

дроложки и хидравлични изследвания за

стабилитета на дъното на р. Дунав в зоната

на фериботен комплекс “Никопол”, 2007

2. Penchev, V., Bojkov V., Banev B., Kirkegaard

J., 2014, Full scale Laboratory Tests of an

Unmanned Coastal Survey Vessel, CoastLab

Book of Proceedings

3. Авторски колектив, „Хидрологичен спра-

вочник на река Дунав, Издателство

Техника 1977г.

18

МЛАДИ УЧЕНИ

Фиг. 5. Определяне на мътността на течението (координатите на точките са дадени в

координатна с-ма WGS84 UTM 35N)

Таблица 6. Характерен размер на дънните

отложения в участъка