Studija „Hidrološke analize Cerničkog polja“

MH Elektroprivreda RS, ZP Hidroelektrane na Trebišnjici, Energoprojekt   –Hidroinženjering ad. Beograd

 

Tokom 2021. godine potpisan je ugovor između MH „Elektroprivreda Republike Srpske“, ZP „Hidroelektrane na Trebišnjici“ a.d. iz Trebinja i kompanije Energoprojekt-Hidroinženjering a.d. iz Beograda o izradi investiciono-tehničke dokumentacije pod nazivom: „Idejno rješenje višenamjenske brane i akumulacije u Cerničkom polju“.  Energoprojekt-Hidroinženjering a.d. iz Beograda je sa Zavodom za vodoprivredu d.o.o. Bijeljina potpisao ugovor (br.148 i D-04-46/21 od 01.03.2021. godine) o poslovno-tehničkoj saradnji na izradi Knjige I: Izvještaj – Studija o hidrološko-meteorološkim uslovima na području Cerničkog polja, a ta Knjiga je realizovana u periodu mart-jun 2021. godine.  Provedenim analizama aktuelizuje se uloga Cerničke akumulacije u sistemu Gornjih Horizonata, koja je bila predmet interesovanja 70-ih godina prošlog vijeka, kada je razmatrano hidroenergetsko iskorišćenje prevedenih voda Gatačkog polja u HE „Cernica“ i HE „Fatnica“.

HIDROLOŠKE OSNOVE I CILJEVI NA PODRUČJU PROJEKTA

Generalni cilj analiza je konceptualno sagledavanje mogućnosti akumuliranja vlastitih voda Cerničkog polja, kao i transporta i akumulisanja prevedenih Gatačkih voda u Cerničkom polju, kako bi se rasteretio rad hidroelektrane „Dabar“ u Dabarskom polju koja predstavlja energetski najinteresantniji, građevinski najzahtjevniji i investiciono najskuplji objekat hidroenergetskog sistema „Gornji Horizonti“.

Zbog izuzetno složenih uslova u karstu izrada hidroloških analiza je značajna jer utiče na tehnička rješenja, ali i scenarije prevođenja i operativnog rada planiranog sistema, pogotovo što se radi o relativno neistraženom području, ali sa značajnim uticajem na režime doticaja kako u Fatničko polje, tako i doticaje u akumulaciju Bileća.

Ciljevi hidroloških analiza su aktualizacija hidroloških podloga za projektno područje uvažavajući  izmiještanje toka Mušnice preko prevoja Senokos, prema Malom Gatačkom polju, koje izvijesno ima značajan uticaj na hidrološke uslove, a posebno na značaj hidrološkog profila Srđevići, na kome su praktično zasnovane sve dosadašnje analize bilansa voda Gatačkog polja. Zbog toga, sve hidrološke analize su svedene na „nove“, odnosno aktuelne uslove oticanja Gatačkog polja. To je moguće uraditi primjenom hidrološkog modela prilagođenog aktuelnim uslovima oticanja, na koji će se primijeniti raspoložive serije padavina (od 1961. do 1990. godine i period od 2007. do 2018. godine). Statističkom obradom dobijenih rezultata, u vidu oticanja ka Malom Gatačkom polju odnosno, nekom od uzvodnih profila, dobiće se statistike bilansa voda Gatačkog polja na osnovu kojih je moguće odrediti parametre planiranog sistema prevođenja voda ka Cerničkom polju i zatim definisati bilanse voda Cerničkog polja.

OPIS PODRUČJA HIDROLOŠKE ANALIZE

Sliv Cerničkog polјa može se podijeliti na direktni i indirektni sliv. Indirektni dio sliva predstavlјa sliv rijeke Mušnice. Ove vode, koji poniru duž južnog oboda Gatačkog polјa dijelom, povremeno i u odgovarajućim hidrauličkim uslovima izviru u Cerničkom polјu (Vilina pećina) i formiraju Klјučku rijeku. Direktni sliv obuhvata znatno manju površinu i ograničen je na užu zonu Cerničkog polјa.

Cerničko polјe predstavlјa manje karstno polјe, sa površinom od približno 3 km2. Locirano je između višeg Gatačkog i nižeg Fatničkog polјa, na nadmorskoj visini od oko 820 mnm. Cerničko polјe je formirano uz regionalni reversni rasjed, duž koga su jurski krečnjaci nalegli preko eocenskog fliša. Geofitičkim istraživanjima konstatovana je dubina (vodonepropusnog) fliša oko 200 m. U hidrogeološkom smislu, ova flišna barijera ima ulogu viseće hidrogeološke barijere, preko koje dio voda koje poniru u Malom Gatačkom polјu izliva na površinu i formira Klјučku rijeku. U uslovima nižih nivoa u karstnoj sredini (ispod nivoa Cerničkog polјa), gotovo sve vode filtriraju ispod ove barijere prema Fatničkom polјu i izvorima Trebišnjice.

U hidrološkom smislu najznačijniji je tok Klјučke rijeke koja se povremeno formira na izlazu iz Viline pećine i nakon približno 300 metara ponire u ponoru Klјučke rijeke. Izdašnost Viline pećine se procjenjuje na više od 50 m3/s. Pri većim vodama, uzvodno od ponora se formira uspor, a za kote više od 835,60 mnm dolazi do prelivanja ka Cerničkom polјu i ponorskoj zoni, u zoni ponora Jasovica i Šukovića ponoru.

Drugi povremeni vodotok od značaja je Stepenački potok koji se drenira ka južnom dijelu Cerničkog polјa. U okviru studija iz 1967. godine, procijenjeno je da srednji dnevni dotok Stepenačkim potokom iznosi oko 0,37 m3/s (period obrade 1924 – 1964. godina).

HIDROLOŠKO-HIDRAULIČKI MODEL

Nakon analize podataka sa hidroloških stanica Jasovica i Kllјučka rijeka, pristupilo se formiranju i kalibraciji hidrološkog modela. Naime, podaci sa hidroloških stanica su validni/dostupni do pojave uspora, odnosno plavlјenja polјa. Za veće vode primijenjen je hidrološki model za određivanje komponenti bilansa. Model je kalibrisan na osnovu, kako „starijih“ raspoloživih podataka (prije izgradnje tunela) tako i za najnovije periode, na primjer za koje postoje mjerenja protoka kroz tunel.

Hidrološki modeli podrazumijevaju sisteme matematičkih formulacija koje povezuju nezavisno pro­mjenlјive veličine hidrološkog sistema, čime se simuliraju hidrološki procesi od interesa. Na taj način se, između ostalog, omogućava predviđanje ponašanja sistema u izmijenjenim, planiranim ili projektovanim uslovima u odnosu na postojeće stanje sistema. Uopšteno, hidrološki model matematički opisuje transformaciju padavina (kao ulaza) u oticaj i novo stanje hidrološkog sistema kao izlaznih veličina.

U okviru ove studije, za simulaciju oticaja je korišćen hidrološko-hidraulički model 3DNet-HET, koji pripada grupi fizički zasnovanih, semi-distribuiranih modela. Radi se o modelu koji je postupno razvijan posljednjih desetak godina i koji je tokom 2020. godine proširen i na nizvodni dio sliva Trebišnjice (Zavod za vodoprivredu Bijelјina i Građevinski fakultet Univerziteta u Beogradu, 2020).

U primijenjenom modelu proračun transformacije padavina u oticaj je funkcionalno podijelјen na dva osnovna dijela, gdje izlaz iz prvog predstavlјa ulaz u drugi. U prvom dijelu se simulira vertikalno kretanje vode i formiranje podzemnog i površinskog oticaja. Ulaz u ovaj dio su padavine i meteorološki parametri, dok izlaz predstavlјa veličina infiltracije ka karstnim izdanima i površinski oticaj na karakterističnim hidroprofilima, kao što su karstna polјa. Vertikalni vodni bilans se distribu­i­rano računa na čitavoj površini sliva. Drugi dio razvijenog hidrološkog modela predstavlјa (uslovno horizontalno) kretanje vode u karstnoj sredini, putem hidrauličkih veza koje međusobno povezuju čvorove sistema, odnosno karstne izdani, karstna polјa i vještačke akumulacije. Promjena nivoa u ovim čvorovima se opisuje jednačinom kontinui­teta, na osnovu dotoka ili oticaja koji se definišu hidrauličkim vezama. Naravno, protok kroz hidrau­ličku vezu je nelinearna funkcija stanja/nivoa u čvorovima koje veza povezuje. Slike 1‑1 i 1-2 shematski prikazuju uzvodni dio sliva Trebišnjice, sa čvorovima i hidrauličkim vezama.

Slika 1 1: Šematski profil dijela sliva Trebišnjice sa prikazom hidrauličkih veza i čvorova kao osnovnih elemenata dekomponovanog sistema (K predstavlјa oznaku karstne izdani, dok strelice označavaju hidrauličke veze).
Slika 1 2 Uprošćena hidraulička šema karstne izdani u zoni Cerničkog polјa

 

KALIBRACIJA HIDROLOŠKOG MODELA I REZULTATI BILANSA VODA

Za kalibraciju parametara hidrološkog modela korišćeni su raspoloživi nizovi meteoroloških podataka. Istovremeno, sa rezultatima proračuna poređeni su osmotreni srednji dnevni podaci o proticajima na hidrološkim stanicama i nivoi u polјima. Drugim riječima, za kalibraciju i provjeru performansi modela, bili su potrebni kontinualni, istovremeni nizovi osmotrenih padavina i hidroloških veličina na hidroprofilima. Slaganje mjerenih i sračunatih vrijednosti hidroloških veličina je kvantifikovana proračunom dva parametra, korišćenjem koeficijenata korelacije i Nash–Sutcliffe-ovog koeficijenta.

Koeficijent korelacije se računa kao:

Nash-Sutcliffe-ov koeficijent se računa kao:

gde je  Q0 osmotren, a  Qmodeliran protok.

Na osnovu hidrološkog modela i dopunskih statističkih obrada definisini su:

  • SREDNJI DNEVNI PROTICAJI NA KLJUČNIM MJERNIM STANICAMA SLIVA R. TREBIŠNJICE
  • SREDNJI DNEVNI NIVOI U POLЈIMA (GATAČKO, CERNIČKO, FATNIČKO, DABARSKO)
  • BILANSI VODA CERNIČKOG POLJA
  • BILANSI VODA GATAČKOG POLJA
  • DOTOCI U AKUMULACIJU BILEĆA