GRADBENI VESTNIK GLASILO ZVEZE DRUŠTEV GRADBENIH INŽENIRJEV IN TEHNIKOV SLOVENIJE IN MATIČNE SEKCIJE GRADBENIH INŽENIRJEV PRI INŽENIRSKI ZBORNICI SLOVENIJE ASCITA IZVIRA RIZANE NJ PODZEMNI TOKOVI . CONA I. CONA II. CONA V. CONA Poštnina plačana pri pošti 1102 LJUBLJANA Glavni in odgovorni urednik: Prof. dr. Janez DUHOVNIK Lektorica: Alenka RAIČ - BLAŽIČ Tehnični urednik: Danijel TUDJINA Uredniški odbor: Mag. Gojmir ČERNE Gorazd HUMAR Doc. dr. Ivan JECELJ Andrej KOMEL Janja PEROVIC-MAROLT Marjan PIPENBAHER Mag. Črtomir REMEC Prof. dr. Franci STEINMAN Prof. dr. Miha TOMAŽEVIČ □oc.dr. Branko ZADNIK Tisk: TISKARNA LJUBLJANA d.d. Naklada: 2750 izvodov Revijo izdajata ZVEZA DRUŠTEV GRAD­ BENIH INŽENIRJEV IN TEHNIKOV SLOVENIJE, Ljubljana, Karlovška 3, telefon/ faks: 01 4 22 -46 -22 in MATIČNA SEKCIJA GRADBENIH INŽENIRJEV pri INŽENIRSKI ZBORNICI SLOVENIJE ob finančni pomoči M inistrstva RS za šolstvo, znanost in šport, Fakultete za gradbeništvo in geodezijo Univerze v L jubljan i te r Zavoda za gradbeništvo Slovenije. Podatki o objavah v reviji so navedeni v b ib liogra fskih bazah COBISS in ICONDA (The International Construction Database). http://www.zveza-dgits.si Letno izide 12 številk. Letna naročnina za individualne naročnike znaša 5000 SIT; za študente in upokojence 2000 SIT; za gospodarske naročnike (podjetja, družbe, ustanove, obrtn ike) 4 0 .687 ,5 0 SIT za 1 izvod revije; za naročnike v tu jin i 100 USD. V ceni je vštet DDV. Poslovni račun se nahaja pri NLB, d.d. Ljubljana,številka: 0 2 0 1 7 - 0 0 1 5 3 9 8 9 5 5 Navodila avtorjem za pripravo člankov in drugih prispevkov 1. Uredništvo sprejema v objavo znanstvene in strokovne članke s področja gradbeništva in druge prispevke, pomembne in zani­ mive za gradbeno stroko. 2. Znanstvene in strokovne članke pred objavo pregleda najmanj en anonimen recenzent, ki ga določi glavni in odgovorni urednik. 3. Besedilo prispevkov mora biti napisano v slovenščini. 4. Besedilo mora biti izpisano z dvojnim presledkom med vrsti­ cami. 5. Prispevki morajo imeti naslov, imena in priimke avtorjev ter besedilo prispevka. 6. Besedilo člankov mora obvezno imeti: naslov članka (velike črke); imena in priimke avtorjev; naslov POVZETEK in povzetek v slo­ venščin i; naslov SUMMARY, naslov članka v angleščini (velike črke) in povzetek v angleščini; naslov UVOD in besedilo uvoda; naslov naslednjega poglavja (velike črke) in besedilo poglavja; naslov razdelka in besedilo razdelka (neobvezno);..., naslov SKLEP in besedilo sklepa; naslov ZAHVALA in besedilo zahvale (neobvezno); naslov LITERA­ TURA in seznam literature; naslov DODATEK in besedilo dodatka (neobvezno). Če je dodatkov več, so dodatki ozna­ čeni še z A, B, C, itn. 7. Poglavja in razdelki so lahko oštevilčeni. 8. Slike, preglednice in fotografije morajo biti vključene v besedilo prispevka, oštevilčene in op­ remljene s podnapisi, ki pojas­ njujejo njihovo vsebino. Slike in fotografije, ki niso v elektronski ob lik i, morajo biti priložene prispevku v originalu. 9. Enačbe morajo biti na desnem robu označene z zaporedno številko v okroglem oklepaju. 10. Uporabljena in citirana dela morajo biti navedena med besedilom prispevka z oznako v obliki [priimek prvega avtorja, leto objave). V istem letu objavljena dela istega avtorja morajo biti označena še z oznakami a, b, c, itn. 11. V poglavju LITERATURA so uporabljena in c itirana dela opisana z naslednjimi podatki: priimek, ime avtorja, priimki in imena drugih avtorjev, naslov dela, način objave, leto objave. 12. Način objave je opisan s podatki: knjige: založba; revije: ime revije, založba, letnik, številka, strani od do; zborniki: naziv sestanka, organizator, kraj in datum sestanka, strani od do; raziskovalna po roč ila : vrsta poročila, naročnik, oznaka pogodbe; za druge vrste virov: kratek opis, npr. v zasebnem pogovoru. 13. Pod črto na prvi strani, pri prispevkih, krajših od ene strani pa na koncu prispevka, morajo biti navedeni obsežnejši podatki o avtorjih: znanstveni naziv, ime in priimek, strokovni naziv, podjetje ali zavod, navadni in elektronski naslov. 14. Prispevke je treba poslati glavnemu in odgovornemu uredniku prof. dr. Janezu Duhovniku na naslov: FGG, Jamova 2,1000 LJUBLJANA oz. janez.duhovnik@fgg.uni-lj.si. V spremnem dopisu mora avtor članka napisati, kakšna je po njegovem mnenju vsebina članka (pretežno znanstvena, pretežno strokovna) oziroma za katero rubriko je po njegovem mnenju prispevek primeren. Prispevke je treba poslati v enem izvodu na papirju in v elektronski obliki v formatu MS WORD. Uredniški odbor GRADBENI VESTNIK GLASILO ZVEZE DRUŠTEV GRADBENIH INŽENIRJEV IN TEH­ NIKOV SLOVENIJE IN MATIČNE SEKCIJE GRADBENIH INŽENIRJEV PRI INŽENIRSKI ZBORNICI SLOVENIJE U D K - U D C 0 5 : 6 2 5 ; I S S N 0 0 1 7 - 2 7 7 4 L J U B L J A N A , J U L I J 2 0 0 2 L E T N I K L I S T R . 1 8 1 - 2 1 2 VSEBINA - CONTENTS Članki, študije , razprave A r t i c le s , s tu d ie s , p roceed ings S t ra n 1 8 2 A n dre jR ebec , F r id e r ik Knez, M i la n Ha jd u kovic KARAKTERISTIKE BAZENSKIH POŽAROV CHARACTERISTICS OF POOL FIRES S t ra n 1 9 4 Jože G u š t in _________________________________________ VEČNAMENSKA AKUMULACIJA RIŽANA MULTIPURPOSE IMPOUNDING RESERVOIR OF THE RIŽANA REGION S t ra n 2 0 5 M a r t in a Z b a šn ik - S enegačn ik , Janez K resa l NEPREZRAČEVANA FASADA NON - VENTILATED FAQADE A. REBEC, F. KNEZ, M. HAJDUKOVIČ: Karakteristike bazenskih požarov ZNANSTVENI ČLANEK UDK 620.181 : 699.8 : 536.46 ANDREJ REBEC, FRIDERIK KNEZ, MILAN HA. JUKOVIČ P O V Z E T E K Vpliv gorečega rezervoarja na konstrukcije v oko ici je mogoče analizirati s poznavanjem term ičnih karakteristik požara, oblik širjenja term ične obtežbe in s poznavanjem zaradi top lo tnega vpliva sprem enjenih mehanskih la s tn o s ti m ateria lov prizadetih konstrukcij. V okviru mogočih scenarijev nesreč smo se omejili na bazenske požare, predstavljen je pregled relevantne lite ra tu re , razloženi so osnovni mehanizmi gorenja odprtih bazenskih požarov. Predstavljeni so š tirje osnovni parametri, od katerih je odvisen razvoj in širjenje toplotne obtežbe po okolici prizadetega rezervoarja, in sicer h itros t gorenja gorljivega medija, pričakovana oblika in višina plamenskega telesa nad gorečim rezervoarjem in tem peratura plamenskega telesa. Modeli, ki opisujejo računsko določevanje teh parametrov, so bili tudi eksperimentalno verificirani. S U M M A R Y The analysis of the influence of a burning oil tank on s tru c tu re s in close vicinity can be analysed if knowing the the rm a l c h a ra c te r is tic s , the modes of the rm a l load propagation and the changes of mechanical properties due to therm al influence. The study is limited to possible fire scenarios of fully-developed pool fires. A review of avc lable references is presented. Basic burning mechanisms of open pool fires are ana /sed. Four basic parameters, crucial fo r fire development being expected - the flame shape, flame height, flame tem perature and burning-media velocity, as well as fire propagation are analysed. The models describing numerical evaluation of the mentioned parameters were experimentally verified. A vto rji: mag. Andrej Rebec, univ.dipl.inž.grad., Zavod za gradbeništvo Slovenije, Dimičeva 12, Ljubljana Friderik Knez, univ.dipl.fiz., Zavod za gradbeništvo Slovenije, Dimičeva 12, Ljubljana Milan Hajdukovič, univ dipl.inž.str., Zavod za gradbeništvo Slovenije, Dimičeva 12, Ljubljana 1. UVOD V petrokemijski industriji narašča upora­ ba različnih vrst tekočih ogljikovodikov. Mnogi od produktov so k las ific iran i kot nestabilne, reaktivne tekočine, ki generi- rajo lahko vnetljive hlape pri am biental- nih temperaturah. Na obm očju skladišč, kjer je lociranih več rezervoarjev naftnih derivatov, lahko požar na enem ali več rezervoarjih predstavlja ve liko okoljsko nesrečo. Ob tem je za razvoj požara po­ membno, da so hlapi bencina in večine osta lih lahko vne tljiv ih tekočin težji od zraka in se lahko š ir ijo daleč od izvora, odvisno od količ ine, časa in drugih po­ gojev. Plamenišče, splošno privzeto kot najpom em bnejši param eter rizičnosti lahko vnetljiv ih tekočin, ni edini parame­ ter za ocenitev tveganja nastanka požara. Ostali pomembnejši parametri, ki vplivajo na rizičnost, so vžigna temperatura, ek­ sp loz ijsko obm očje ter h lap ljivost pri norm alnih in povišanih temperaturah. A. REBEC, F. KNEZ, M. HAJDUKOVIČ: Karakteristike bazenskih požarov Zanimivo je, da imajo parametri za oce­ nitev tveganja nastanka požara razmero­ ma majhen vp liv na karakteristike gorenja v že nastalem in razširjenem požaru. Namen raziskave je bil razviti m odel, ki bo omogočal analizo vp liva razvitega požara rezervoarja z vnetljivo tekočino na okolico. V analizi smo se om e jili na vpliv gorečega rezervoarja na te rm ičn i in mehanski odziv a lum in ijaste strešne ku­ polaste konstrukcije enega od sosednjih rezervoarjev v sklopu večjega skladišča rezervoarjev naftnih derivatov. Poleg tega smo se om e jili na odprte bazenske požare, ki predstavlja jo le eno od vrst nesreč, povezanih s sk lad iščen jem tekočih ogljikovodikov. Celotna analiza je sestavljena iz določitev term ične obtežbe gorečega rezervoarja, term ičnega vpliva gorečega rezervoarja na oko lico in do­ ločitve termomehanskega odziva požaru izpostavljenih konstrukcij v oko lic i. V tem delu želim o prikazati predvsem požarne karakteristike gorečega rezervo­ arja. Podatki, s katerimi je mogoče de fi­ nirati term ično obtežbo gorečega rezervo­ arja, so b ili izm erjeni s požarnim i testi, rezultati pa so b ili prim erjani s podatki iz literature. V članku je predstavljen tudi povzetek relevantne literature, pri čemer smo se posebej posvetili nekaterim te ­ m eljnim mehanizmom gorenja odprtih bazenskih požarov, povezanih z d o lo č i­ tvijo požarnih karakteristik plamenskega telesa gorečega rezervoarja. 2. POŽARNO INŽENIRSTVO IN NEVARNOSTI, POVEZANE S SKLADIŠČENJEM NAFTNIH DERIVATOV Vsak nastanek in razvoj požara je pove­ zan z vrsto in ko lič ino g o rljiv ih snovi, tem peraturnim i pogo ji in pogo ji do­ vajanja zraka (kisika). Nastanek produk­ tov gorenja je definiran s kem ijskim i reak­ cijami med go rljiv im i snovmi in kisikom pri določenih temperaturah ter zakonito­ stmi dinamike fluidov. V požaru so rezul­ tat gorenja dim ni p lin i in žareče saje, pri čemer pride v splošnem do nepopolnega izgorevanja in s tem povezane neznane kinetike nastajanja saj (zgoreli in delno zgoreli produkti) in prepletanja neznane strukture tu rbu lentn ih razpršenih ob lik plamenskega telesa s top lo tn im tran­ sportom nezreagiranih delcev go rljiv ih snovi. Na m ikroskopskem nivo ju je rezultat požara nastanek in širjen je toplotne ener­ g ije v spektru elektrom agnetnih valov določen ih valovnih dolžin, ki jih sevajo produkti gorenja. Nastanek elektrom a­ gnetnega valovanja je pogojen s prehodi med energijskim i nivoji molekul produk­ tov gorenja, v splošnem d im nih p linov, predvsem ogljikovega dioksida in vodne pare ter žarečih saj. Ko ličina in medse­ bojno razmerje prvih in drugih sta predv­ sem odvisna od vrste g o rljiv ih snovi in nivoja nepopolnosti gorenja. Analiza spektra sevanih e lektrom agnetnih valov kaže, da sevajo d im ni produkti črtast spekter z do ločen im i va lovnim i dolžinam i, saje pa sevajo v celotnem spektru top lo tn ih valov. Na makroskopskem nivoju govorim o pri gorenju o nastanku povišanih temperatur in posled ično povišanega tlaka v ob­ močju požara kot o posledic i sprem em ­ be povprečne kinetične energije naključ­ nega gibanja molekul produktov gorenja. Na sedanji stopn ji znanj je določan je temperaturnega stanja plamenskega te le ­ sa požara in do neke mere analiza to p lo t­ nega toka na po ljubn i odda ljenosti od požara nujno v zvezi z em piričn im i izra­ zi, povezanim i s sp lošn im i fiz ika ln im i zakoni. Zato prihaja pri povezovanju rezultatov na n ivo ju m ajhnih in srednje velikih požarnih testov v prim erjavi z re­ a ln im i požari do razlik. Del požarnega inženirstva, kjer obravnavamo top lo tno obtežbo, nastalo v procesu gorenja, je zato nujno povezan z določenim i prib ližki. Nevarnost gorenja in eksplozije lahko vnetljiv ih in vne tljiv ih tekočin ne izvira iz nevarnosti gorenja in eksplozije v n e tlji­ vih tekočin sam ih po sebi, temveč iz vne tljiv ih zmesi hlapov, nastalih pri izh­ lapevanju vne tljiv ih tekočin in mešanju teh z zrakom. Zmesi p linov se lahko razvije jo pri ustreznih temperaturnih po­ go jih nad plameniščem in lahko ob hkrat­ ni prisotnosti vira vžiga predstavljajo ve­ liko potencia lno požarno nevarnost. Ve­ liko lahko vne tljiv ih tekočin je običa jno uskladiščenih pri temperaturah nad pla­ m eniščem , zato kontinu irno h lap ijo , pri čem er se nahaja zmes hlapov in zraka v eksplozijskem obm očju in zato zahteva poseben način obravnavanja. Osnovni varnostni ukrep pri skladiščenju in ravnanju z lahko vne tljiv im i tekočina­ mi v zaprtih rezervoarjih je m inim iziranje površin tekočin, ki so izpostavljene zraku. Eksplozije go rljiv ih hlapov (zmes lahko vne tljiv ih tekočin in zraka) v bliž in i spo­ dnje ali zgorn je eksplozijske meje so manj intenzivne od eksplozij, ko so kon­ cen trac ije go rljiv ih hlapov v vmesnem obm očju eksplozijskega obm očja zmesi. M oč eksp lozije g o rljiv ih eksplozijskih zmesi, ki je povezana s tlakom, nastalim pri eksploziji, je odvisna od vrste hlapov, vrste zaprtega prostora, ki obdaja zmesi, in od količine eksplozijskih zmesi. Spek­ ter nesreč, povezanih z vžigom razlitih naftnih derivatov, je širok. Pri tem lahko nastanejo različne vrste požarov - bazen­ ski požari, požari s plameni v ob lik i cu­ rka, požari hlapnih oblakov, požarne kro­ gle. Vsak od n jih se obnaša specifično s povsem raz ličn im i to p lo tn im i vp liv i na oko lico . Velik del požarnega inženirstva, ki pokri­ va požarno zaščito industrije , je na­ menjen obvladovanju scenarijev, poveza­ nih s požari rezervoarjev naftnih deriva­ tov. Za izvajanje zaščitnih ukrepov direk­ tno in ind irektno požaru izpostavljen ih objektov je tem eljnega pomena pozna­ vanje fiz ika lno -kem ijsk ih procesov go­ renja ter principov prenosa toplo te v p ri­ zadetem objektu in iz gorečega objekta na okolico. V primeru analiziranja posledic požara na ve lik ih odprtih rezervoarjih tekočih ogljikovod ikov so predvsem po­ membne karakteristike gorenja in proces A. REBEC, F. KNEZ, M. HAJDUKOVIČ: Karakteristike bazenskih požarov POŠKODBA, RAZLITJE REZERVOARJA 1 NI VŽIGA NEVTRALIZIRANO IZBRUH, Z ZBIRNIM AKUMULACIJA PREZRAČEVANJEM DISPERZIJA POŽARNA KROGLA PLAMENSKI CUREK ■ PONJAVA ČASOVNO ALI LOKACIJSKO ZAMAKNJEN VŽIG ■ ______!I___ POŽAR HLAPNEGA OBLAKA BAZENSKI POŽAR Slika 1: D iagram m ogočih dogodkov v p rim e ru ra z lit ja vne tljiv ih teko č in prenosa toplo te na oko lico , kjer prevla­ dujeta radiacijska in konvekcijska kom ­ ponenta prenosa toplo te na okolico. Prenos toplote s konvekcijo predstavlja znaten delež le v neposredni b liž in i požara, sicer pa radiacijska komponenta prispeva bistven delež k segrevanju oko­ liških teles. Poleg jakosti sevanja je po­ memben podatek spektralna porazdelitev sevanega toplotnega toka glede na spek­ tra lno absorpcijo izpostavljenega pred­ meta. Glede na oko lišč ine in pogoje, ki vod ijo do takih nesreč, lahko pričakujemo različne vrste odprtih požarov. Diagram poteka na s lik i 1 kaže na mogoče dogodke, ki vodijo do katastrofalnih od­ prtih požarov. Zaporedje dogodkov kaže, da raz litje vne tljive tekočine ni nujno povezano s tako jšn jim vžigom in požarom. Levi del diagrama kaže zapore­ dje m ogočih dogodkov s tako jšn jim vžigom gorljivega m edija. V prim eru manjšega izliva iz manjše odprtine lahko pričaku jem o požar v ob lik i p lam enskih curkov. V primeru večjega izliva in tako j­ šnjega nastanka požara govorim o o požarni krog li, katere obseg je povezan predvsem s ko lič ino uplinjenega dela in tekočega dela vne tljive tekočine, spro­ ščene pri izlivu iz rezervoarja. Kadar po izlivu vnetljive tekočine ne p ri­ de do tako jšn jega nastanka požara, je izliv sestavljen iz hipno vplin jene tekoči­ ne, akumulirane vnetljive tekočine in m e­ šanice hlapov. Zakasnjeni lokalni vžig, ki s led i akum ulaciji vne tljiv ih m edijev, običajno rezultira v bazenskem požaru s karakteristikam i, ki so tesno povezane z geom etrijo bazena (rezervoarja). Črtkane poti m ogočih dogodkov v diagramu po­ teka kažejo na možnost nastanka odprte­ ga bazenskega požara ali nastanka požara v oblik i reaktivnih plamenov. 3. MODEL TERMIČNE ANALIZE V osnovi pomeni požar tekočih og ljikovo ­ dikov kem ijsko reakcijo med g o rljiv im m edijem in kisikom iz zraka pri zadostni A. REBEC, F. KNEZ, M. HAJDUKOVIČ: Karakteristike bazenskih požarov oO) 1000 100 10 0,1 8 8 g g . o o * 0 S o □ O a*# a o Re~™ • ° N\ w ° a ° o \ * a • sRe~100 N. O \ • S o • ^ a X ReSOO \ * Re~2000 entni režimLaminatni režim rP Prehod laminarneg turbulentni r : a * Turbul eiim 100 10 0,1 0,01 0,1 10 100 1000 10000 p re m e r p o s o d e (cm ) i d iese l • ke ro z in o bencin I 0,001 Slika Z : Na spodnjem delu slike je prikazana h itro s t gorenja (v) kot funkcija premera ponve CD), na zgornjem delu slike pa je prikazano razmerje višine pla- menskega te lesa in premera ponve (H/D) kot funkcija premera ponve, Re = Reynoldsovo število temperaturi, To je sp le t neponov ljiv ih , interaktivno povezanih kem ijsk ih in f i ­ zikalnih reakcij, odvisn ih predvsem od lastnosti gorljivega medija. Produkti go­ renja, dimni p lin i in žareče saje pri požaru sevajo elektromagnetno sevanje, od ka­ terih je za analizo top lo tnega vpliva požara na oko lico pom emben spekter z valovnim i dolžinam i od 0.8 do 1 0 0 0 ^ m . Š irjenje top lo tne obtežbe na telesa v okolici požara je odvisno od intenzivno­ sti požara, lastnosti m edija , po katerem se požar širi, razdalje ter prostorskega v i­ dnega kota. Na sedanji s topn ji znanj je požarno inženirstvo, predvsem tis ti del, kjer analiziramo term ično obtežbo, sesta­ vljeno iz eksperim enta lno ve rific iran ih modelov. Te sestavljajo em pirične enač­ be, postavljene v okvire sp lošnih fiz ika l­ nih in kem ijskih zakonitosti. Termične lastnosti požara lahko defin ira­ mo z vrsto produktov gorenja, kem ijsko sestavo, geom etrijsko obliko in ve likostjo požara ter predvsem s tem peraturo pro­ duktov gorenja (piam enskega te lesa). V modelu so upoštevani zak ljučki serije eksperim entalnih rezultatov [M arkste in, 1976], iz katerih izhaja, da se za tekoče ogljikovodike lahko privzame, da seva vidno plamensko te lo 90 % celotnega sevanega energijskega toka, preostalih 10 % pa sevajo plinasti produkti gorenja. Produkti gorenja so predvsem molekule ogljikovega d ioksida in vodne pare ter žareče saje, prib ližne ve likosti od 0.005 do 0.08 jum. Do omenjenega razmerja v celotni sevani energ iji pride k ljub d e j­ stvu, da predstavljajo delc i, ki tvo rijo v i­ dno plamensko telo, re lativno majhen delež volumna plamena. Vzrok za to je v spektru sevanja. V idni de lc i sevajo kot črno telo, d im ni p lin i pa so črtasti seval­ ci. Za ugotavljanje toplotnega vpliva požara na izpostavljena telesa v oko lic i je poleg poznavanja spektralne sestave top lo tn ih valov produktov gorenja pri požarnih tem ­ peraturah potrebno poznati tudi lastnosti prehoda elektromagnetnega sevanja skozi medij za različna obm očja spektra. Pri tem je pom embna vsebnost vode in ogljikovega dioksida, oddaljenost telesa od požara in spektralna absorptivnost medija. Poznati pa je potrebno tudi mehanske lastnosti izpostavljenega te le ­ sa pri ustreznih povišanih temperaturah. 3.1 KARAKTERISTIKE PLAMENSKEGA TELESA 3.1.1 HITROST GORENJA Temeljnega pomena za določanje term o- mehanskega vp liva požara na izposta­ vljeno te lo je poznavanje geom etrije p ia­ menskega telesa požara s pripadajočo temperaturo, posredno pa tudi h itrosti gorenja gorljivega medija, ki je defin ira­ na kot h itrost nižanja gladine gorljivega medija in ima enoto m m /m in . Oblika in ve likost piamenskega telesa sta odvisni od gorljivega medija, površine kurišča in atm osferskih pogojev. V splošnem ju določam o na podlagi izkustvenih poda­ tkov (požari, požarni testi v zmanjšanem in realnem m erilu ). V lite ra tu ri [B linov, 1957], [Hotte l, 1959] so znani rezultati sistem atičnih testov za različne premere bazenskih požarov, pri čemer so b ili kot goriln i m edij uporabljeni bencin, kurilno o lje in traktorski kerozin. Testi so b ili izvedeni s kurišči c ilind ričn ih ponev pre­ merov od 0.37 cm do 22.9 m. Rezultati so om ogočili osnovno razlago mehaniz­ ma gorenja in sproščanja toplo te bazen­ skih požarov (s lika 2). Ob tem je bila merjena hitrost gorenja gorljivega medija in višina piamenskega telesa, to je dveh osnovnih karakteristik, potrebnih za ana­ lizo vp liva gorečega rezervoarja na oko­ lico. Na spodnjem delu slike 2 je prika­ zana hitrost gorenja (v) kot funkcija pre­ mera ponve (D), na zgornjem delu slike pa je prikazano razmerje višine piam en­ skega telesa in premera ponve [H/D) kot funkcija premera ponve. Fotografski posnetki so pokazali, da se z naraščanjem premera ponve za katerokoli vrsto uporabljenega goriva sprem inja struktura plamena od konične stacionar­ ne oblike (premer ponve 1.1 cm ) do pu l­ zirajočega plamena s frekvenco 18-20 Hz (premer ponve 3 cm). Z naraščanjem pre­ mera ponve upada frekvenca pu lz ira joče­ ga plamena, del nestabilnega plamena se zm anjšuje vse do premera ponev 15 cm. Od tod dalje se struktura plamena spre­ m inja kontinuirano po vsem plamenskem telesu, pri premeru ponev nad 1.3 m pa A. REBEC, F. KNEZ, M. HAJDUKOVIČ: Karakteristike bazenskih požarov je gibanje plamena v celoti turbulentno, pri čemer prehaja kontura plamenskega telesa iz konične v c ilind rično obliko. Enakomerno padanje razmerja med v iš i­ no plamenskega telesa in premera pon­ ve (H/D) je značilno za laminaren režim, v turbulentnem režimu postane razmerje konstantno (slika 2). V lam inarnem režimu plamenskih tokov ustreza stalno negativni naklon krivu lje zvezi: H / D c c D • 0 ) V istem režimu lahko hitrost gorenja (v) izrazimo z naslednjo zvezo: v oc D m ’ Zvezi (1) in (2) združimo v: (■v)(D/H) oc D"m ali v D 2 / H oc < ( 3 ) Pri tem se eksponent n g ib lje med 0.1 in 0.3 (s lika 2), eksponent m med 1.1 in 1.3, eksponent « + 1 - m pa je prib ližno enak nič. Razmerje (vD2 / H), ki je so­ razmerno razmerju hitrosti gorenja g o r lji­ vega medija in višine plamenov, je v la­ minarnem režimu konstantno. To je obe­ nem znan rezultat raziskav curkov goriva s kra tkim i lam inarn im i p lam eni, kjer je dolžina plamenskega telesa sorazmerna z volum enskim tokom gorljiv ih p linov in neodvisna od premera izhodne odprtine curka. V turbulentnem režimu pri velikih Reynoldsovih številih, Re > 500, je raz­ merje višine plamenskega telesa in pre­ mera ponve konstantno, kar je podobno rezultatom požarnih testov curkov goriva s turbulentn im plamenskim telesom, kjer je razmerje dolžine plamenskega telesa in premera ponev neodvisno od Re. Rezul­ tat je posledica mešanja zraka z gorivom predvsem zaradi turbulentne narave pla­ mena in manj zaradi transporta go rljive mešanice zaradi vzgonskega gibanja sno­ vi. Reynoldsovo število je defin irano kot Re = Dv^p /tj ,k je r so: D premer pon­ ve (m), vvghitrost vplinjenega goriva (m/s), pvg gostota vplin jenega goriva (kg/m3) in V viskoznost vplinjenega goriva (Ns/m2). V stacionarnem stanju velja: v p pg= v p kjer je v h itrost gorenja, p pa gostota go­ riva, zato lahko Reynoldsovo število za­ pišemo kot R e = D vp /r j in je sorazmer­ no s premerom ponve. Odvisnost hitrosti gorenja in razmerja H/D od premera pon­ ve je za različna goriva podobna. Z na­ raščanjem premera ponve v obm očju la- m inarnih tokov pri Re ~ 20 h itrost go­ renja pada, pri čemer je produkt h itrosti gorenja in premera ponve konstanten. Z nada ljn jim naraščanjem premera ponve hitrost gorenja v obm očju Re med 20 in 200 narašča. Nad vrednostmi Re ~ 500 je gorenje turbulentno, hitrost gorenja pa ni več odvisna od premera ponve. Opisano obnašanje gorenja tekočih o g lji­ kovodikov v požaru je povezano s preno­ som toplote, ki je potrebna za uplin janje goriva iz posode. Hitrost gorenja je soraz­ merna z uplinjanjem goriva in posledično s sproščanjem toplote bazenskega požara. Del sproščene toplote se prenaša v gori­ vo, ta toplota je potrebna za fazni prehod med tekočim in plinastim stanjem goriva in je sestavljena iz treh prispevkov: qv q2 in qv ki predstavljajo toplotno moč zaradi prevajanja toplote po obodu ponve, top lo t­ no moč zaradi konvekcije toplote iz plame­ na na površino goriva v ponvi in toplotno moč zaradi sevanja plamenskega telesa na površino goriva v ponvi. Prikazano kvantitativno sklepanje je m o- goče poenostavljeno zapisati, [Hottel, 1959]: <7, = kx%D(Tp- Tb) q2 = hc (n D2 / A)(TF - Tb) . (4) q3 = (n D2 / 4 ) g f (t: -e~kd) kjer pom enijo: q. toplo tno moč posameznih prispevkov q., q2 in q} (W ), k] koeficient prevajanja toplote (W /m K ), D premer ponve (m ), Tf temperaturo plamenskega telesa (K ), Tb temperaturo plinaste faze nad gladino goriva (K ), hc to p lo tn o p res topnos t za konvekcijo C (W /m 2K ), F prostorski v idn i kot (brezdim enzijski parameter), k ekstinkcijski koefic ient (1 /m ), o Stefanovo konstanto (a = 5.67 x 1 0 8 W /m 2K 4) in d optično debelino plamena (m). Na s lik i 3 so prikazani posamezni prispe­ vki k prenosu toplo te iz plamenskega te­ lesa na površino goriva. Člene qv q2 in q} povežemo, v: q/{lI^)=4k iTF -TB) + + hc(TF - T B)+ F a ( r ; - r B4) (1 - e -kd) , (5) Prispevek prevajanja po obodu ponve (g,) Sevanje , q, = (ji D '1 4 ) a F ( T / , - T * ) p - e kd) M — e 1 B Prevajanje p o obodu ponve = k ti D C!\ - T J Konvekcija, q hc (n D~ / 4)(TF - T B) Gorivo D/2 Slika 3: P renos to p lo te iz p lam ena v gorivo. A. REBEC, F. KNEZ, M. HAJDUKOVIČ: Karakteristike bazenskih požarov je robni efekt, odvisen od obsega ponve, temperaturne razlike med temperaturo plamena {tf ) in temperaturo plinaste faze nad gladino goriva (TB) in koeficienta prevajanja top lo te kv ki je odvisen od specifične geom etrije ponve in je obrat­ no sorazmeren z vrednostjo povprečne to ­ plotne upornosti pri prenosu top lo te po obodu, preračunane na dolžino oboda ponve. Prispevek konvekcijskega preno­ sa toplo te iz plamena v gorivo (q2) je odvisen od površine, na kateri prestop poteka, od temperaturne razlike med pla­ menom in gorivom in od konvekcijske konstante hc, ki je odvisna od specifičn ih razmer na površini goriva. Prispevek sevalnega prenosa top lo te iz plamena (q3) je odvisen od površine go­ riva, od temperature plamena, vidnega faktorja med plamenom in gladino gori­ va in od ekstinkcije energijskega toka na poti skozi plamen. Optična debelina pla­ mena je odvisna od geom etrije plamena in znaša med p r ib liž n o d = 0.7D in d = 0.95D, [Kreith, 2000], Za opis odvi­ snosti lahko v grobem zapišemo d ~ D. Pri majhnih premerih ponve je prvi člen na desni strani enačbe (5) dom inanten, drugi člen od D ni odvisen, tre tji člen pa je majhen (ekd ~ 1). Pri ve lik ih preme­ rih ponve je vp liv prvega člena ( q j zane­ marljiv, vp liv drugega člena ( q j je majhen, tre tji člen (q 3) pa postane dom i­ nanten [e-kd = 0). V vmesnem obm očju sta prvi in tre tji člen majhna (kondukcija po obodu ponve je majhna glede na pre­ mer ponve, plamen pa je še optično re­ dek, k ~ 0). Drugi člen v enačbi (5) po­ stane pom embnejši. Opisane zakonitosti se odražajo kot padanje h itrosti gorenja goriva v obm očju majhnih premerov. H it­ rost doseže m in im um , nato pa se z večanjem premera ponve ustali pri vred­ nosti, ki je prib ližno neodvisna od vrste goriva in ostane konstantna, ne glede na večanje premera ponve. Najnižje vredno­ sti so izmerjene pri prem erih ponve 10 cm. Pri velikih ponvah (rezervoarjih) sta ko­ ličini qx in q2 bistveno manjši kot qv kar pomeni stalnost h itrosti gorenja tu rbu ­ lentnih požarov, oziroma da je sevanje na enoto površine ponve neodvisno od pre­ mera ponve [Hotte l, 1959], Plameni pri ponvah takih d im enzij izm enično iz­ g in ja jo in se po jav lja jo na površin i gor­ ljivega m edija in tvo rijo najrazlične jše oblike. Opisani pojav izgine pri večjih ponvah. Za bazene s premerom 1 m in več postane radiacijski del enačbe (5) prevladujoč in določa top lo tn i tok v bazen predvsem zato, ker plameni postanejo večji, o p tič ­ no debeli in sevajo približno kot črno telo. Če predpostavimo, da je geom etrijski v i­ dni faktor konstanten in zanemarimo p ri­ spevka qx in ter upoštevamo, da se to ­ plotna moč q pretvarja v izparilno top lo ­ to: q=AHhdm / dt =AHh p (jrD 2)/4)v, lahko enačbo (5) za večje ponve poeno­ stavimo v: v = (6) kjer je: v hitrost gorenja v bazenu (ponvi) konč­ nih d im enzij (m m /m in), v ^ h it r o s t gorenja v neomejeno velikem Traženu (m m /m in), k ekstinkc ijski koeficient za IR sevanje v plamenu (1 /m ), A Hv izparilna toplo ta goriva (J/kg) in m masa vp lin jenega goriva (kg). Podobno š tud ijo gorenja bazenskih požarov so izdela li na U.S. Bureau of Mines na požarih v zmanjšanem m erilu . Za bazenske požare s prevladujočo radi­ acijsko kom ponento prenosa toplo te je bila izpeljana na podlagi eksperim ental­ nih podatkov za tekoča goriva (metanol, tekoči vodik, tekoči zem eljski plin, butan, heksen, benzen,..), [Burgess, 1961], na­ slednja zveza med h itros tjo gorenja in razmerjem sežigne in izparilne toplote: kjer je: AHc sežigna toplo ta (J/kg), AHv izparilna toplo ta (J/kg) in c em pirično dobljena vrednost, c = 1.27 X 10 '6 m /s = 0.0762 m m /m in. Požari mešanih tekočih goriv, posebno tis tih , katerih komponente se občutno raz liku je jo v h lap ljivos ti, ne go rijo z enakomerno hitrostjo. V začetku požara je hitrost gorenja značilna za komponente, ki im ajo v išje hlapnosti. V kasnejših fa­ zah požara se morajo gorljive komponen­ te z n iž jim i h lapnostm i segreti, tako da njihova točka vre lišča doseže vre lišče mešanice. Ko se z ustrezno visokim i tem ­ peraturam i prične proces razstavljanja zmesi, postane hitrost gorenja mešanice takšna, kot je značilna za frakcije z v iš ji­ mi vre lišč i. Izvedena je bila serija požarnih testov zmesi nesim etričnega d im e til hidrazona (UDMH) in dietilen triamina (DETA), [Gru- mer, 1961], vrelišče prvega je pri 63 °C, drugega pa pri 207 °C. Rezultati so po­ kazali, da je b ilo gorenje v začetni fazi požara podobno gorenju d im etil hidrazo­ na, v zaključni fazi požara pa gorenju d ie­ tilen triam ina. A vto rji š tud ije [Grumer, 1961] so predlagali naslednjo enačbo za do ločan je h itrosti gorenja mešanic tekočih goriv: | > , A H, V — C ---------------------------— ---------------------------------------------max M m f I»,AH ^ m V C p(T)dT i= 1 /=1 . ( 8) kjer pom enijo: n., m. m olski delež komponente zmesi v tekočem [n) in v plinastem stanju (m ), Ta, Tbzačetno temperaturo in tem peratu­ ro vre lišča posamezne komponente zmesi (K ) in C spec ifična toplo ta komponente zm e­ si goriva (J /K ). Za mešanice goriv, kot je bencin, katere­ ga spec ifična top lo ta gorenja in u p lin ­ janja posameznih komponent je prib ližno enaka, in pri katerih je n. = m., lahko namesto enačbe (8) z izpostavljan jem A. REBEC, F. KNEZ, M. HAJDUKOVIČ: Karakteristike bazenskih požarov Slika 4: O dv isno s t med h it ro s t jo goren ja in te rm o k e m ič n im i la s tn o s tm i ra z ličn ih go riv [M udan , 1 9 8 4 ] prib ližno enakih ko ličin in upoštevanjem, da je navadno A H v i» C p , napišemo prib ližek v naslednji ob liki: Vmaz = ^Vhmax+n2V2max+... , (9) kjer se številčni indeksi nanašajo na po­ samezne komponente mešanice goriv. Rezultati prim erjalne analize, izdelane na podlagi serije testov merjenja hitrosti go­ renja [Zabetakis, 1961] in izračunanih h itrosti gorenja po enačbah (8) in (9), kažejo na dobro ujemanje hitrosti gorenja različnih vrst gorljiv ih m edijev (slika 4), na kateri so tekoči naftni plin, tekoči ze­ m e ljsk i p lin , bencin, DETA in UDMH mešanice, ostali m ed iji pa enokom po- nentna goriva. tivna v iš ina plam enov (razmerje višine plamenov in premera bazena) funkcija Froudovega števila (Fr): ~ = K F̂r” ■ (10) kjer pom enijo : H viš ino plamenskega telesa (m), D premer bazenskega požara (m), Kt konstanto, odvisno od vrste go rljive ­ ga m edija (brezdim enzijsk i param e­ ter), n eksponent Froudovega števila (Fr), F r Froudovo število, brezdimenzijski pa­ rameter, definiran kot: F r = v v 2/gD, vv h itrost uplin jenega goriva na površini bazena (m /s) in g g rav itacijski pospešek (g = 9.81 m/ Masno h itrost gorenja g o rljiv ih hlapov dm / dt (kg/s) lahko napišemo kot: dm / dt = mA n D 2 / 4 = p ^ Q , (13) kjer pom enijo: Q vo lu m e n sk i tok g o r lj iv ih h lapov na goreči površini bazena (m3/s), mA masno hitrost gorenja gorljiv ih hlapov na enoto površine (kg/sm2), pvg gostoto hlapov gorljivega medija (kg/m3). Froudovo število lahko na osnovi (11) do (13) napišemo tudi v naslednji ob liki: p e 2t r o c ----- - oc gD5 P „JgD\^vg (14) Srednja višina vidnega turbolentnega d i­ fuznega plamenskega telesa je na podlagi zgorn jih odvisnosti in eksperim entalnih rezultatov s krožnim i kurišči odvisna od Froudovega števila (10) in je definirana z naslednjim izrazom [Thomas, 1963] : H / D = 42 (mA / Pvg -yfgD)°61 , (15) H /D = 55 ( m j p vg J g D ) " 67u - 021 ,(16) V primeru vpliva vetra je potrebno zgor­ n ji izraz m o d ific ira ti [Thomas, 1963], Imamo: kjer u predstavlja brezdim enzijsko h i­ trost vetra, podano z enačbo: u = u gm AD vg y (17) 3.1.2 Višina p lam en­ skega telesa Za odprte bazenske požare ogljikovodikov so značiln i vzgonski, d ifuzni p lam eni (plamensko telo). Hitrost zmesi hlapov na površini bazena je majhna v prim erjavi s h itrostjo plinov v plamenski coni, nasta­ lo zaradi vzgona (hitrosti se razlikujeta za faktor 50 in več). V tem prim eru lahko privzamemo [Thomas, 1963], da je rela- Ker je ce lo tn i vo lum enski tok g o rljiv ih hlapov Q (m3/s) na površini bazena s pre­ merom D defin iran z naslednjo odvisno­ stjo: Q ° c v vgD 2, (11) lahko Froudovo število zapišemo tudi kot: F r o c - ß ! - . d 2 )gD5 V lite ra turi je znan tud i nasledn ji izraz [Moorhouse, 1982], ki je b il izpeljan na osnovi testov več jih požarov tekočega naftnega plina z upoštevanjem vpliva ve­ tra: HID - 6 .2 (mA IpJgD) «10 ,(18) kjer u*0 predstavlja brezdim enzijsko h i­ trost vetra, defin irano v enačbi (17), na Gradbeni vestnik • letnik 51, julij, 2002 A. REBEC, F. KNEZ, M. HAJDUKOVIČ: Karakteristike bazenskih požarov viš in i 10 m, r pa gostoto zraka, V obeh enačbah (16) in (18) privzamemo za w*0 vrednost ena, če je izračunana vrednost manjša kot ena. Na s lik i 4 so prikazana razmerja med višino piamenskega telesa in premerom bazenskega požara kot funkcije brezdimenzijske hitrosti gorenja. Eksperimentalni podatki se nanašajo na bazenske požare zem eljskega in naftne­ ga plina, bencina, kerozina, acetona in JP-4. Primerjava eksperimentalnih rezultatov s Thomasovo enačbo (16) ter Moorhouse- ovo enačbo (18) kaže, da so rezultati, izračunani po Thomasovi enačbi, bliže eks­ perim enta ln im rezultatom [Mudan, 1984], 4. IZVEDBA IN VREDNO­ TENJE PRIMERJALNIH LABORATORIJSKIH PREISKAV V Požarnem laboratoriju ZAG smo izvedli serijo p rim e rja ln ih požarnih testov in merili požarne karakteristike piamenske­ ga telesa. Gorljiv m edij sta predstavljala kurilno o lje in bencin. Požarni testi so b ili zasnovani kot modelni poskusi s primar­ nim namenom potrd iti uporabnost m o­ delnih enačb na obeh izbranih dimenzijah ponev in s tem ve rific ira ti model v ob­ močju velikosti ponev, p rim e rljiv ih s pon­ vami, ki smo jih uporab ili pri testih. Pri testih smo m erili h itrost gorenja, v išino in obliko piamenskega telesa ter tem pe­ raturo piamenskega telesa. Kurišče m o­ delnih preiskav so predstavlja le jeklene ponve premera 90 in 300 cm. Velikost manjšega kurišča je b ila izbrana predv­ sem zaradi ugotavljanja razlik v plamen- skem telesu go rljiv ih m ed ijev kurilnega olja in bencina, prelim inarnega določanja razvoja tem peratur p iam enskega telesa med požarnim testom in določanja h itro­ sti gorenja obeh m edijev. Velikost večjega kurišča je b ila izbrana z name­ nom, da bodo rezultati p rim e rljiv i z real­ nimi požari rezervoarjev naftnih derivatov. b r e z d im e n z i j s k a h i t r o s t g o r e n ja Slika 5: V iš ina p lam enov bazenskih požarov ra z ličn ih v r s t ogljikovodikov 1.50 1.50 3.00 3.00 T 4 -* . T5-* T6-3S- nivo gladine 8 8 S termoeiementi T1-6 radiometri R 1-6 T1-3, 10 cm nad gladino goriva T 4, 150 cm nad gladino T 5 ,100 cm nad gladino T 6, 50 cm nad gladino R 1 -4,100 cm nad gladino goriva R 5, 50 cm nad gladino goriva R 6,100 cm nad gladino goriva ponev premera 300 cm gorivo: - kurilno olje - količina 2001 Slika 6: Shem a p rip ra ve požarnega te s ta z lokacijo t ip a l na ponvi 3 0 0 cm termoeiementi T 1-3 radiometer R1 T1-3, 10 cm nad gladino goriva R 1,45 cm nad gladino goriva ponev premera 90 cm gorivo: - kurilno olje - količina 14 I 0.45 0.45 Iz literature [Hotte l, 1959 ], [Blinov, Slika 7: Shem a p rip ra ve požarnega te s ta z lokacijo t ip a l na ponvi 9 0 cm A. REBEC, F, KNEZ, M. HAJDUKOVIČ: Karakteristike bazenskih požarov O 2 4 6 > 10 12 t (min) Slika 9: Razvoj te m p e ra tu r p lam enskega te le s a ponve s p rem erom 9 0 cm z go rljiv im m edijem bencinom Slika 10: Razvoj temperatur plamenskega telesa ponve s premerom 90 cm z gorljivim m edijem ku riln im oljem Slika 11: Razvoj te m p e ra tu r p lam enskega te le s a ponve s p rem erom 3 0 0 cm z gorljiv im m edijem ku riln im oljem po posam ezn ih m ern ih m e s tih Slika 8: P lam ensko te lo požarnega te s ta v ponvi p re m era 3 0 0 cm 1957], [B.Hagglund, 1976] in deloma iz s like 2 je namreč razvidno, da lahko štejemo ponev s prem erom 300 cm za kurišče takšnih dim enzij, kjer ne prihaja več do izrazitega sprem injanja obravna­ vanih požarnih karakteristik plamenskega telesa z naraščanjem premera ponve (h i­ trost gorenja je približno neodvisna od večanja premera ponve, podobno velja za razmerje H/D, premer ponve pa je tudi že zadosten, da plamen ni optično tanek). Zato lahko modelne enačbe z zadovoljivo zane­ sljivostjo uporabimo tudi na ponvah večjih premerov. Merili smo temperaturo plamen­ skega telesa, opazovali obliko in višino pla­ menskega telesa ter merili hitrost gorenja gorljivega medija. Shema postavitve tipal je razvidna iz slik 6 in 7, in sicer za test s 300 cm in za test z 90 cm ponvijo. Na slikah 9 in 10 je prikazan razvoj tem ­ peratur plamenskega telesa ponve pre­ mera 90 cm. Temperature so bile merjene v sredin i kurišča in na obodu kurišča 5 cm nad gladino gorljivega medija. Razvoj temperatur (bencin, kurilno olje) na pon­ vah s premerom 90 cm je tip ičen za požarne krivu lje tekočih ogljikovodikov. Očitna je tip ičn a karakteristika hitrega dviga temperatur (prve minute požara) na določen temperaturni nivo polno razvite- A. REBEC, F. KNEZ, M. HAJDUKOVIČ: Karakteristike bazenskih požarov Slika 12: Razvoj te m p e ra tu r p lam enskega te le s a ponve s p re m erom 3 0 0 cm z gorljiv im m edijem ku riln im oljem na m ernem m e s tu 3 ga požara (800 “C do 1000 °C) in re la ti­ vno hiter proces ohlajevanja. Opazna je razlika med bencinom in kuri­ ln im o ljem . V prvem prim eru je plato požarnih tem peratur n iž ji za ~ 100 °C, polnorazviti požar pa je krajši ( ~ 5 m i­ nut) kot v drugem prim eru, ko znaša trajanje polnorazvitega požara ~ 8 minut. Različno tra janje polnorazvitega požara je v povezavi z raz ličn im i h itros tm i go­ renja gorljivega m edija, kar p o trju je jo izmerjeni rezultati h itrosti gorenja (pre­ glednica 1). Kontura in ve likost plamen­ skega telesa je v obeh prim erih prib ližno enaka. Požarni testi na večji ponvi preme­ ra 300 cm so b ili posneti s film sko ka­ mero in IR kamero. Na osnovi defin irane­ ga tlorisa plamenskega telesa (kurišče - ponev) in na osnovi v išine plamenskega telesa je b ilo mogoče skonstru irati p la- mensko te lo v ob lik i va lja z izm erjeno povprečno tem peraturo. Tako določeno plamensko telo (izmerjena višina valjev) je bilo mogoče prim erjati z rezultati v l i ­ teraturi [Hagglund, 1976] s lika 14 in z enačbama (16) in (18 ). Diagrama na slikah 11 in 12 prikazujeta potek tem pe­ ratur v plamenskem telesu v večih fazah poskusa pri poskusu s ponv ijo premera 300 cm. Diagram na s lik i 11 prikazuje razvoj temperatur na vseh šestih merjenih mestih, diagram u na s lik i 12 pa razvoj temperature na mernem mestu 3. Tempe­ rature smo m erili z večkanalnim univer­ zalnim m eriln im sistem om s pom očjo termočlenov z majhno term alno maso. Postavitev poskusa je razvidna iz slike 6. Izmerke smo obdela li z metodo p la ­ vajočega povprečja s povprečenjem po 20 izmerkov (1 m inuta) in s korakom 1 izmerek. S tako obdelavo smo f iltr ira li fluktuacije , ki nastanejo zaradi izrazito turbulentnega značaja plamenskega te le ­ sa ter šum merilnega sistema, ohranili pa smo glavne značilnosti poteka tem pera­ tur. Izmerjene temperature (s lik i 11 in 12) so prim erljive z eksperim entalnim i rezul­ tati v lite ra turi [Mudan, 1984] in [Hag­ glund, 1976], Na slik i 12 so povprečki prikazani s črno krivu ljo . M odri k rivu lji podajata interval širine ± s okrog povprečne vrednosti za vsako izmed s povprečenjem izračunanih točk, kjer je s standardna deviacija v po- vprečenje zajetih izmerkov. Med posku­ som smo izvedli dve fazi. V prvi fazi je bilo plamensko telo izpostavljeno narav­ nim oko lišč inam , kjer sta prevladovala naravni veter s h itrostjo do 2 m s 1 (oce­ na tem e lji na sprem lja joč ih pojavih - veter že obču tim o, ni pa še prem ikanja listov na drevju), ki se je med poskusom pojavil, ter gibanje zraka zaradi vzgona. Konfiguracija m erilnega mesta ni om o­ gočala idealne kontrole zunanjih razmer (bližina stavb in drugih ovir ter rahla na­ gnjenost terena). V drugi fazi smo v opa­ zovani sistem uvedli m otnjo-zunanji ve­ ter, ki smo ga s im u lira li z vklopom ven­ tila to rjev na po lov ic i predvidenega časa gorenja, to je po 4 m inutah in 30 s ek­ sperimenta. Curek ventilatorskega zraka je bil usmerjen v spodnji del plamenske­ ga telesa. Na s lik i 10 je viden razvoj temperatur po posameznih mestih. Memo mesto 1 leži ves čas poskusa zunaj plamenskega te­ lesa, in sicer v prvem delu (do vklop ven­ tila torjev) relativno blizu roba, v drugem delu pa bo lj oddaljeno.Vpihovanje oko­ liškega (hladnega) zraka dodatno ohlaja tipalo. Memo mesto 2 leži na strani pla­ menskega telesa. Zunanja motnja (nara­ vni veter) je povzročila počasnejše na­ raščanje temperature v prvi fazi poskusa. V drugi fazi poskusa je tem peratura na tem mernem mestu izrazito narasla zara­ di dejstva, da se je memo mesto ujema­ lo z mejo plamenskega telesa. Memo mesto 3 je b ilo locirano na robu kurišča in se je v začetku poskusa ujema­ lo z robom plamenskega telesa. Prim e­ rjava tem peratur mernega mesta 2 in 3 pokaže, da je temperatura plamenskega telesa na njegovem robu približno 800 °C. Temperatura na mernem mestu 3 v dru­ gem delu poskusa je v iš ja kot v prvem preprosto zato, ker je m em o mesto bolj v jedru izrazito turbulentnega plamenske­ ga telesa. Temperature na mernih mestih 4, 5 in 6 A. REBEC, F, KNEZ, M. HAJDUKOVIČ: Karakteristike bazenskih požarov 1 n C* 20)<0 I1 & a10oO) Slika 13: P rim erjava razvo ja te m p e ra tu re na m ernem m e s tu 3 [č rna krivu lja ) z razvo jem g o s to te ene rg ijskega to ka , m erjenega na m e s tu R2 [rdeča krivu lja) 1 C0 1a •1 1« ■S £ 4.0 3.0 2.0 1,0 0,0 0 2 4 6 8 10 12 % A>. I 'A - ■ A B . H a g g lu n d [1 3 ] • m e r i t v e Z A G ■ • • «A p r e m e r p o n v e D (m ) Slika 14: R elativna v iš ina p lam enskega te le s a CH/D) v p rim e rjav i s p rem erom □ so temperature v osi kurišča na različnih višinah. Temperatura mernega mesta 6 v prvi fazi poskusa se prib ližno ujema s tem peraturo na robu plamena (m emo mesto 3, 1. faza, m em o mesto 2, 2. faza). V id im o tud i, da je temperatura v jedru h itre je narasla kot temperatura na obrobju plamenskega telesa. Zanim iv je vertikalni profil temperature, kjer je oč it­ no padanje temperature z višino, ter pa­ dec temperatur v drugi in tre tji m inuti poskusa. Padec je najmanjši na mestu 6, kjer je tudi s icer na jv iš ja temperatura, večji pa je na mestih 4 in 5, kjer je tem­ peratura sicer nižja. Ker pojav izrazito zasledimo le v osi, ne pa tudi na robovih plamenskega telesa, ne gre za zunanjo motnjo. Bolj verjetno je, da gre za padec temperature zaradi obdobja slabšega zgorevanja, ko se večina kisika porabi za gorenje že na obrobju, ki se je v tem času razvilo. Vertikalni profil poteka tempera­ tur v osi kurišča (v prvem delu poskusa se prib ližno ujema s povprečno osjo pla­ menskega telesa) lahko razložimo s poja­ vom turbulenc. Le-te bi lahko povzročile mešanje vročih dimnih plinov z delno ohlajenim i dimnim i plin i (zunaj področja žarečega jedra) in z zunanjim , hladnim zrakom. Splošno pa­ danje temperatur v zadnjem delu diagra­ ma predstavlja ugašanje plamena. Na dia­ gramu na sliki 12 v id im o potek tempera­ ture na mernem mestu 3. Dodana je požarna krivulja (polna, rdeča črta), s ka­ tero lahko v grobem opišemo razvoj tem ­ perature plamenskega telesa. Požarna kri­ vulja ima v grobem dva nivoja temperatu­ re, in sicer približno 850 °C v prvi, brezve­ trni fazi, in približno 1000 °C v fazi z do­ danim zunanjim vetrom. Standardna devia­ cija izmerkov, zajetih v eno točko, znaša tip ično približno 80 °C. Na sliki 13 vid im o primerjavo med tempe­ raturo na mernem mestu 3 in sprejeto gostoto energijskega toka (W /c m 2) radio- metra R2. Vidno je ujemanje dinamike temperature in sevanega toplotnega toka. Področje, kjer sevanje močno naraste, pre­ dstavlja obdobje, ko je plamensko telo zajelo radiometer, zato je gostota top lo t­ nega sevanja narasla. Na sliki 14 je prikazana odvisnost relativ­ ne višine (H/D) plamenskega telesa od premera {D) eksperimentalnih meritev te­ stnih bazenskih požarov [Hagglund, 1976] skupaj z rezultati meritev v Požarnem la­ boratoriju ZAG. V obeh primerih je bilo kot A. REBEC, F. KNEZ, M. HAJDUKOVIČ: Karakteristike bazenskih požarov gorljiv medij uporabljeno kurilno olje. Pri manjši ponvi s premerom 90 cm ni razlik, pri večji ponvi s premerom 300 cm je opazna razlika med obema meritvama, pri čemer je bila izmerjena višina plamenske- ga telesa valja v požarnem laboratoriju za 10 % večja. V išino plamenskega te lesa med posku­ som smo do loč ili s pom očjo fotografskih posnetkov, vrh plamenskega telesa smo defin ira li kot najvišjo točko žareče ovo j­ nice plamena. V dveh požarnih testih za vsako dim enzijo ponve smo prim erja lno m erili hitrost gorenja obeh go rljiv ih me­ dijev bencina in kurilnega olja. H itrost gorenja je defin irana kot h itrost nižanja gladine gorljivega medija. Rezultati meritev so prikazani v pregled­ nici 1 in so p rim e rljiv i z eksperim enta l­ nimi vrednostm i (s lik i 2 in 3) in posred­ no z enačbama (7) in (8). Statistična ana­ liza zaradi majhnega števila eksperimen­ tov ni sm iselna, možna je le neposredna primerjava h itrosti gorenja testov 2A in 2B. 5. SKLEP Podali smo v lite ra tu ri znane em pirične enačbe, ki op isu je jo karakteristike go­ renja in plamenskega telesa produktov gorenja (h itrost, višina plamenskega te­ lesa). Izkazalo se je, da so rezultati me­ ritev v Požarnem laboratoriju ZAG povsem p rim e rljiv i z eksperim enta ln im i rezultati citiranih tu jih raziskovalcev. V tem elju je potrjena oblika plamenskega telesa valja kot modelnega telesa produktov gorenja bazenskega požara. Na podlagi term ične analize in izm erjenih parametrov je m o­ goče izračunati te rm ičn i vp liv gorečega rezervoarja na objekte v njegovi b liž in i. Rezultati analize so pom emben vhodni podatek za analizo potekov požarov in oceno tveganja za š irjen je požara z go­ rečega rezervoarja na sosednje objekte. Pri poskusih v Požarnem laboratoriju ZAG prihaja pri meritvah v iš in plamenskega telesa do določenih odstopanj, ki pa, g le­ dano v ce loti, zavedajoč se privzetih pre­ dpostavk in poenostavitev celotnega pro­ blema, niso bistvene. Rezultati m eritev h itrosti gorljivega m edija se zelo dobro ujemajo z eksperim entalni rezultati c it i­ ranih raziskovalcev. Podobno ve lja za eksperimentalne rezultate m erjenja tem ­ peratur, ki so p rim e rljiv i z rezultati tu jih raziskovalcev. Test Prerez (m2) Gorljivi medij (dm3) Čas gorenja (min) Hitrost gorenja (mm/min) (m) 1. Ponev 1A 0.64 Bencin, 14 4.5 4.82 2.7 2. Ponev IB 0.64 Kurilno olje 14 6.8 3.23 2.5 3. Ponev 2A 7.07 Kurilno olje 200 9.4 2.98 6.1 4. Ponev 2B 7.07 Kurilno olje 220 9.6 3.24 5.9 P reg ledn ica 1: H it r o s t goren ja g o rljiv ih m edijev in v iš ina p lam enskega te le s a L ITER ATU R A Blinov V.l. and Khudiakov G.N., Certain Laws Govering D iffusive Burning of Liquids, Accademiia Nank, SSSR Doklady, pp. 1094-1098, 1957. Burgess D.S., Strasser A., and Grumer J., Diffusive Burning of Liquid Fuels in Open Trays, Fire Res. Abs. and Rev., 3, p. 177, 1961. Grumer J., Strasser A., Kubala I , and Burges D.S., Uncontrolled D iffusive Burning of Some New Liquid Propellants, Fire Res. Abs. and Rev. 3, p. 1 5 9 ,1 9 6 1 . Hagglund B. and Persson L , The Heat Radiation from Petroleum Fires, FOA Report, Forsvarets Forskningsanatalt, Stockholm, 1976. Hottel H.C., Certain Laws Govering Diffusive Burning of Liquids, F. Res. Abs. and Rev, 1, p. 41, 1959. Kreith F., Thermal Engineering, CRC Press, Springer, 2000. Markstein G.H., Radiative Energy Transfer from Turbolent D iffusion Flames, Comb, and Flame, 27, pp. 5 1 -6 3 ,1 9 7 6 . Moorhouse J., Scaling Criteria for Pool Fires Derived from Large-Scale Experiments, I. Chem. Sym, 71, pp. 1 6 5 -1 7 9 ,1 9 8 2 . Mudan K.S., Thermal Radiation Hazards from Hydrocarbon Pool Fires, Prog. Energy Comb. Sei., 10, pp. 5 9 -8 0 ,1 9 8 4 . Thomas PH., The Size of Flames from Natural Fires, 9th Int. Combustion Symposium, Comb. Inst., Pittsburgh, PA, pp. 844- 8 5 9 ,1963 . Zabetakis M.G. and Burgess D.S., Research in Hazards Associated w ith the Production and Handling of Liquid Hydrogen, U.S. Bureau of Mines Report, Ri 5707,1961. Gradbeni vestnik • letnik 51, julij, 2002 J, GUŠTIN: Večnamenska akumulacija Rižana VEČNAMENSKA AKUMULACIJA RIŽANA MULTIPURPOSE IMPOUDING RESERVOIR OF THE RIŽANA REGION STROKOVNI ČLANEK UDK 627,12 : 628,11 JOŽE GUŠTIN P O V Z E T E K □bala in Kras imata š tir i regijske vodovode: rižanski, kraški, posto jnsk i in ilirsko b is tr išk i. Razen rižanskega se ta vodovodna omrežja napajajo samo iz lastnih virov. Sedanji in perspektivni viri za te vodovode so: izvir Rižana s kraško podtalnico, kraška in posoška podtalnica ob Brestovici, izvir Malni s kraško podtalnico in ilirskobistriški viri. Vsi t i vodni viri so perspektivni. Rižanski vodovod je dogradil dolgoročni vitalni del vodovodnega s is te ­ ma. Ostal je nedograjen dolgoročni odjem na izviru Rižane. V tem prispevku je obdelan dolgoročni odvzem vode na Rižani in dopolnilne te r varnostne navezave med vodovodnimi sistem i te regije. S U M M A R Y The Slovenian Coast and the K arstic region have four regional waterworks: of Rižana, of the Karst, of Postojna and of Ilirska Bistrica. These waterworks, w ith the exception of the waterworks of Rižana, are supplied exclusively from the ir local w a te r resources. Actual and possible long te rm w a te r supplies for these waterworks are: the Rižana spring including underground water, Karstic and Soča River’s underground w ater near Brestovica, the spring Malni w ith its own Karstic underground and several springs in the Ilirska B istrica region. The w aterworks of Rižana has added part of a long te rm system to the main waterworks, while the w ater capture system at Rižana spring should still be completed. This paper describes a possible way to capture w ate r from the spring Rižana fo r a long te rm w a te r supply including the indications on u tilities and safety connections necessary between the waterworks in the region. A vto r: Jože Guštin, univ. dipl. inž. grad., Bidovčeva 14, 6000 KOPER 1 . UVOD Kam po vodo za Obalo? To je stalnica, ki se nadalju je že nekaj dese tle tij. Nove ideje se pojavlja jo in stare se ponavljajo. Temo je potrebno nenehno obnavljati in dopolnjevati. Na podlagi rezultatov hidrogeoloških ra­ ziskav na Obali konec šestdesetih let prejšnjega sto le tja smo spoznali, da gla­ vnina vode za perspektivno rabo na Oba­ li teče po strugi Rižane. To pa je nem o­ goče bo lje izkoris titi ne da bi zadrževali visoke vode. Prva zamisel o površinskem zadrževalniku je nastala konec šestdese­ tih let. To je bila zamisel o nadzemnem zadrževalniku na potoku Rakovec pod Kubedom, ki naj bi imel prostornino 5 m io m3. Ta zbira ln ik naj bi rabil za pokri­ vanje b io loškega m in im um a ob suši v strugi Rižane. Leta 1964 je avtor predla­ gal zbira ln ik v do lin i Predloke ali Griže s prostornino 11 m io m3 ali 7,4 m io m3, ki naj bi pokrival b io loški m inim um v s tru ­ gi Rižane ob uporabi izvira Rižane za po­ trebe vodooskrbe. Od tedaj je bila ta lo - Gradbeni vestnik • letnik 51, julij, 2002 J. GUŠTIN: Večnamenska akumulacija Rižana kacija sprejeta v prostorske akte Občine Koper kot rezervat za vodooskrbo. Okrog leta 1980 so se izvajale hidrogeo- loške raziskave na obm očju izvira Rižane [Krivic, 1982-1988], Te raziskave so po­ kazale, da je možno realizirati nadzemni zbiralnik nad sam im izvirom reke Rižane. Tako je nastal predlog, da se akum ulaciji Predloka pridruži še akum ulacija Izvir z dolinsko pregrado ob zaselku Žgani. Ta akum ulacija naj bi im ela prostornino 32,3 mio m3. Za obe akum ulaciji je pre­ dvidena maksimalna gladina na koti 110 m.n.m. Ob gradnji m agistralnega cevo­ voda Izvir - vodarna Rižana 0 1400 mm je bila zaradi koriščenja mednarodnega kredita dana prednost navezavi na vodni vir Brestovica preko kraškega vodovoda in na izvir Malni na Planinskem polju. V devetdesetih letih je p riš lo do poveza­ ve vodarne Rižana s kraškim vodovodom ob Rodiku s cevovodom 0 500 mm. Takrat je bila izdelana tudi dokumentacija za gradnjo akum ulacije Kubed prostorn i­ no 5 mio m3. Ta gradnja naknadno stro­ kovno ni b ila sprejeta. Rižanski vodovod nujno potrebuje nove kapacitete za kritje sušnega p ri­ manjkljaja. V prispevku bomo prikazali dodatni predlog zadrževalnika visokih voda v do lin i Rižane, ki se lahko uvrsti v izbiro ob že predloženih rešitvah. V [Guš­ tin, 1989] je opisana vodna b ilanca in ekonomska prim erjava med raznim i va­ riantami. 2.AKUMULACIJA GRIŽA IN RIŽANA 2.1 SPLOŠNO V članku [Guštin, 1989] je prikazana možna rešitev zb ira ln ika visok ih voda izvira Rižane v dveh akum ulacijah Izvir in Predloka, ki sta medsebojno povezana z vodno gladino na koti 110 m .n.m . Zbira l­ nik Predloka se lahko izloči kot sam osto j­ ni zbiralnik, ki naj bi b il ob onesnaženju izvira Rižane varnostni v ir za oskrbo z vodo do norm alizacije stanja na osnov­ nem viru. Obdelana je tudi vodna bilanca izdatno­ sti izvira Rižane in sušni prim anjk lja j, ki bi ga bilo potrebno nadom estiti z um et­ nimi zadrževalniki visokih voda. V tem prispevku bomo prikazali tudi re­ šitev istega problema na enakem p rin c i­ pu z akum ulacijam a Griža in Rižana. Lo­ kacijo obeh akum ulacij kaže slika 1. 2.1.1. Akum ulacija Griža Akum ulacija Griža naj bi se gradila v stranskem rokavu rižanske do line nad potočkom Žanestra. V tej do lin i ni nobe­ nih aktivnosti razen kamnoloma gradbe­ nega podjetja Prim orje, ki ima omejeno dovoljenje za odkop apnenca. V tej d o li­ ni ne potekajo ne prometni ne drugi ener­ getski in komunalni koridorji in je prim er­ na za nam estitev akum ulacije . Ta dolina lahko nadom esti ovrženo akum ulacijo Kubed in rabi za prvo etapo reševanja stiske Rižanskega vodovoda, to je od 2005 do 2015. Z dograd itv ijo osnovne akum ulacije Rižana pridobi akum ulacija Griža funkcijo varovalne akum ulacije, kot bi jo imela v prej navedeni rešitvi akumu­ lacija Predloka. Za akum ulacijo niso potrebne dolge p ri­ prave za poseg v prostor in se jo da hitro realizirati najkasneje do 2005. Z nabra­ no vodo v zbira ln iku se da prebroditi čas priprave in gradnje osnovne akum ulacije Rižana. Gospodarno bi b ilo graditi samo akumulacijo Rižana, vendar bi morala biti ta zgrajena do leta 2005. Tako hitra grad­ nja pa ni verjetna, tudi če bi im eli dovolj sredstev. 2.1.2. Prostorska nam e­ stitev akum ulacije Dolina se nahaja ob M ostič ju , na levi strani doline Rižana na razdalji 50 m od struge Rižana. Dolina se začne s sotesko dolgo 350 m in globoko 85 m. Na dnu je soteska široka povprečno 30 m in na vrhu 350 m. Na koncu soteske se odpre ozka dolina levo in desno v dolžini 1300 m in povprečni š irin i 200 m. V soteski doline je možna graditev nasute pregrade, ki bi b ila visoka 80 m, v kroni pa bi bila dolga 350 m. Kota dna zbiralnika ob pregradi bi znašala 75 m n.m., maksimalna zajezitev je možna do kote 145 m n.m. Maksimalna bruto prostornina bi znada- la 7,5 m io m3 vode, kar je za nekaj m i­ lijonov več kot v akum ulaciji Kubed (5,0 m io m3). Dolina je obkrožena z neprepustnim i Hi­ šn im i skladi, le na jugozahodu je apne­ na luska, ki se prikaže iz smeri Kubeda in leži nad flišn im i skladi. Možnost uhajanja vode iz akum ulacije v tej smeri je zane­ m arljiva. 2.1.3. Polnjenje akum u­ lacije Griža Po d o lin i akum ulacije Griža teče potok Žanestra, ki se napaja iz majhnih izvirčkov iz sklada fliša na jugozahodnem pobočju. Potok se ob M ostič ju zliva v Rižano. Po­ vršinski dotok v akum ulacijo je m in im a­ len zaradi majhne prispevne površine. Akum ulac ijo bo potrebno p o ln iti s čr­ panjem iz struge Rižane ali iz m agistra l­ nega cevovoda 0 1400 mm. Oba sta ob predvideni pregradi. Zaradi zm anjšanja stroškov črpanja je možno iz potoka Rakovca pod Kubedom spelja ti po 700 m dolgem kanalu vodo v akum ulacijo Griže. Na ta račun bi dobili letno v akum ulacijo 1,5 m io m 3, ki bi zmanjšala ko lič ino let­ no prečrpane vode za poln jenje. 2.1.4. Odjem iz akum u­ lacije Griže Vodo iz nabiralnika se bo jem alo ob nizki izdatnosti izvira za kritje bio loškega m i­ nim um a v strugi Rižana in za dopo l­ njevanje prim anklja ja na izviru za potre­ be vodooskrbe. B io loški m in im um se izpušča v reko preko obsto ječega cevo- Gradbeni vestnik • letnik 51, julij, 2002 J. GUŠTIN: Večnamenska akumulacija Rižana LEGENDA ~ PRE0RADA _______ ........ PRESTAVLJENA CESTA “ I VISOKI PRELIV O P — — — — . PRESTAVLJENA ŽELEZNICA AKUMULACIJA0 RAZISKOVALNE VRTINE r ~ “I POMIKOVALNICA ______________PREDVIDENA ŽELEZNICA JOŽE GUSTIN Slika 1: Lokacija akum ulac ije Rižana in G riže voda 0 500 mm ob sifonu pri m otelu. Količine vode za vodno oskrbo se dodaja v cevovod 0 1400 mm. Ob dograd itvi zbira ln ika Rižana se bo voda izkoriščala to liko , ko likor bi rab ila za obnovo shranjene vode. Akum ulac ija mora b iti vedno polna zaradi intervencije v prim e­ ru težav z odjemom v glavnem zbiralniku. 2.2. AKUMULACIJA RIŽANA 2.2.1. Prvotne zam isli Spoznanje, da so potrebe po vodi za vodooskrbo in vzdrževanje bio lodkega m in im um a v strugi reke Rižane večji od sušne izdatnosti izvira Rižane ( 0 ,3 rrf/s ), je narekovalo iskanje prostora za shranjevanje presežkov visokih voda. Iz tega so nastali predlogi zajezitev doline pod Kubedom in Predloke. Hidrogeološke raziskave v zaledju izvira so pokazale možnost za zbiraln ik vode v strugi Rižane s potapljanjem izvira. Pretehtane so bile možnosti pregrade nad izvirom, pod izvi­ rom ob motelu in ob Žganih skupaj z ločeno akum ulacijo Predloka [Guštin, 1989 ]. V tem prispevku bomo obdela li predloge gradnje ene same pregrade ob stroških po izgradnji pregrade Griža. 2.2.2. H idrogeološka slika Zapletenost geološke zgradbe in hidroge- oloških razmer je možno dognati le z do lgo tra jn im i in drag im i h idrogeološki- mi raziskavami. Z dosedanjim i raziskava­ mi se je ustvarila groba slika obstoječe­ ga stanja (slika 2). Južno od črte tekton­ ske prelom nice Kubed - Loka, ki poteka preko izvira, ni podtalne vode in le v več jih globinah pridem o do om ejenih ko lič in geološke vode ( to je juvenilna voda, ki nastane iz magme in pride prvič v obtok). Ti predeli so neprepustni za vodo in prikladni za postavitev pregrad in zbiralnika. Vzhodno od te prelom nice je geološka zgradba, ki je nastala po več se­ rijah tektonskih aktivnosti. Tu se s lo ji neprepustnega fliša in razpokanega pre­ pustnega apnenca izm enju je jo v več sm eri. V preteklosti je preiivni prag izvira Rižane potekal znatno višje od sedanjega. Voda je odnašala mehki tliš in poglabljala dolino Rižane. Zaradi tega so v ozadju izvira v smeri Slavnika nastali trije nizki nivoji kraške podtalnice: • Za izvirom na koti 69 m n.m. • Ob visokovodnem prelivu Slačka baba na koti 74 m n.m. • Pod Kraškim robom ob Podpeči na ko­ ti 88 m n.m. Ta v iš ji nivo se razteza pod Podgorsko planoto proti Slavniku. Ob bogatem deževju se voda na na jv iš jem horizontu dvigne od kote 150 m n.m. do kote 200 m n.m. To pomeni, da se nivo dvigne za maks. 112 m . Ob na jv iš jih vodosta jih , ki nastopijo samo nekajkrat letno, se aktivirajo za kra­ tek čas visoki kraški prelivi: • Slačka baba, kota 95 m n.m. v Pod- račju • Jama Osp, kota 105 m n.m. • M lin i, kota 150 m n.m. na hrvaški meji proti Buzetu, ki nima direktne zveze s povodjem Rižane. V času aktivnosti v isokih bruhalnikov je Gradbeni vestnik • letnik 51, julij, 2002 J. GUŠTIN: Večnamenska akumulacija Rižana v zajetih vrtinah izmerjen naslednji tlak: • Tonaži, 80 m v.s. • Podračje, 65 m v.s. Nivo vode se v zajetih vrtinah dvigne na koto: Ob v iš jih vodosta jih kraške podta ln ice Tonaži, 160 m n.m. Podračje, 165 m n.m. voda izteka iz podzemnih kanalov samo na omenjenih visokovodnih pre livih in na 500 400 300 200 500 400 300 200 OCENJENA SKUPNA PODZEMNA NABIRA 63.000.000 m3 J02E GUŠTIN 2002 Slika 3: V e r je tn i sh e m a ts k i h id rav ličn i p re re z s is te m a Rižana - B rk in i Gradbeni vestnik • letnik 51, julij, 2002 J. GUŠTIN: Večnamenska akumulacija Rižana stalnem izviru Rižana ( več kot 30 m 3/s ). To pomeni, da so ti kanali precej g lobo­ ko pod spodnjim robom vertikalnih tlišn ih skladov in da je zaradi tega pobočje do­ line dobro zatesnjeno ( slika 2 in 3), ► Iz zgorn jih podatkov lahko izračunamo tlačne izgube v podzemnih kanalih med kraško zajezitvijo in iz liv i, ki znašajo: • zajezitev - Tonaži AH = 40 m • zajezitev - Podračje AH = 35 m • Podračje - Tonaži AH = 5 m Pretežni del ugotovljenega prispevnega obm očja je na severovzhodu izvira z začetkom na brkinski razvodnici (slika 8). Iz ugotovljenega prispevnega obm očja voda skoraj v celoti odteka v Rižano. Za večji odtok vode v drugo povodje pa rabi preliv jame Osp (slika 3), Po vsakem v i­ sokem vodnem prelivu iz jame Osp in po­ novnem padcu vodostaja v zaledju kraške podtalnice preneha dotok vode v jamo iz vodnega zbiralnika Rižane. Takrat se g la­ dina vode v jam i spusti iz prelivne kote 105 m n.m. na ustaljeno koto 50 m n.m. brez dotoka. Iz podgorskega bazena doteka voda v Rižano po dveh smereh. Prva smer je d i­ rektno v zaledje preliva izvira na koti 69 m n.m. Druga smer poteka preko zajezi­ tve Podračja na koti 74 m n.m. Na južni strani do line Rižana je manjše zbirno obm očje iz Gračiške vale, ki se izteka naravnost v izvir (slika 8). Kota podtalni­ ce pod Kubedom je na viš in i 125 m n.m. in odteka v Rižano. Po tem lahko sklepa­ mo, da tudi na južni strani doline Rižane niso možne izgube na nivo jih , ki so nižji od podtalnice. Do teh sklepov pridemo na podlagi podatkov iz h idrogeoloških ra­ ziskav. V do lin i Rižane je postavljeno večje število piezometrov, ki bi potrebo­ vali daljša opazovanja. 2.2.3. Prostorska namestitev akum ulacije Rižana Pregrada je predvidena ob zaselku Strolhi s koto zajezitve 110 m n.m. in koto krone pregrade 115 m n.m. (glej sliko 4). S to predlagano rešitvijo se bruto prostornina od 43 mio m3 ( Izvir + Predloka) poveča na 72,4 mio m 3 ( Rižana + Griže). Zalita površina je enaka kot pri prejšnji varianti z dodatkom doline Griža in dela doline od Žganov do Strolkov. Dolžina jezera bi zna­ šala 4,0 km, širina pa povprečno 0,8 km. V tej izvedbi se velikost in zm ogljivost akum ulacije ne opira na analizo potreb, temveč na to, kaj nam nudi zm ogljivost izvira in naravna danost namestitve zbiral­ nika. To nas obvaruje pred drastičnim praznjenjem ob maksimalnem odjemu, saj jezero obdrži spre jem ljiv nizki vodostaj. 2.2.4. Pretoki - zbiralnik - poraba Izvir Rižana ima izdatnost od 0,3 do 30 m 3/s. Na vodomerni postaji Kubed (slika 8) so m inim alne izdatnosti enake, visoki val je povečan s hudourn išk im i vodami do maksimalno 112 m 3/s. Po podatkih hi- drom etereološke služe znaša stoletna največja voda Q100 = 1 30 m3/s. Povprečno mokro leto ima: Q sr.la.ni = 4,65 m 3/S V letni = 146.549.000 m3 Sušno leto ima: Q sr.letni = 2,48 m 3/S V ietni = 78 .270.000 m3 PREGRADA GRIŽA M 1:2500 LEGENDA 0 GLINENO JEDRO 0 DVOSLOJNI PEŠČENI FILTER 0 FLIŠNE KAMNINE 0 HUMUZIRANJE + ZATRAVITEV 0 TLAK LOMLJENEC + FILTER § INJEKCIJSKA ZAVESA - GLOB.20-30mPRELIVNO—PRAZNOTOČNO—ODVZEMNI OBJEKT MINIELEKTRARNA PREGRADA STROLHI M 1:2500 Slika 4: P rečna p re re za p re g ra d Gradbeni vestnik • letnik 51, julij, 2002 J. GUŠTIN: Večnamenska akumulacija Rižana Izredno mokro leto im a : Q izr.lelno = 7 ,9 10 m 3/S V m = 249.603.000 m3 Za razvojne potrebe Rižanskega vodovo­ da so načrtovane naslednje potrebe, ki so usklajene s kapacitetami iz v ira : Q „e,ni = 2,685 m3/s V |etni = 84.674.160 m 3 Pri načrtovanem odvzemu za vodopreskr- bo nastane v izrednem sušnem letu pri­ manjkljaj : 84.674.160 - 78.280.000 = 6.604.160 m3 Iz dosedanjih pretočnih diagramov izvira je ugotovljeno [Guštin, 1988], [Guštin, 1989], da potrebujemo za kritje defic ita izvirne vode za tri zaporedna sušna leta okoli 30.000.000 m3 iz akumulacije. Iz gornjih načrtovanih količin za bodočih 50 let se lahko krije tudi biološki m inim um Rižane. Vodomerna postaja Kubed je ca. 900 m nizvodno od izvira Rižane. V hidrograme vodomerne postaje Kubed, ki so osnova za te izračune, ni zajet redni odjem vode za potrebe Rižanskega vodovoda Koper (100 -1 5 0 l/s). Bruto prostornina akum ulacije bi bila: Griža V = 7.400.000 m 3 Rižana V = 65.000.000 m 3 Skupaj V = 72.400.000 m3 Slojna razdelitev akumulacije Rižana (slika 6 ): zgornji slo j ( h = 8 m ) V = 17.400.000 m3 srednji slo j ( h = 12 m ) V = 31.000.000 m 3 spodnji sloj ( h = 31 m ) V = 24.000.000 m3 Srednji sloj rabi za kritje potrebe oskrbe z vodo. Diagram V(h) je prikazan na sliki 5. 2.2.5. Polnjenje in odvzem iz akum ulacije Polnjenje akumulacije poteka skoraj v ce­ loti preko izvira iz kraške podtalnice, le manjši del ob deževju iz površinskega dotoka. V sušnem obdobju prihaja dotok samo iz izvira. Ob izredno visoki vodi na koti 95 m n.m. je aktiven tudi iztok na Slački babi. Z dvigom nivoja nad koto 88 m n.m. bo voda zalila vse tri podzemne prelivne pragove podtalnice do prelivne kote akum ulacije 110 m n.m. Ob tej koti gladine jezera voda odteka v strugo Rižane samo na prelivni pregradi na izpustu. Na­ polnjena akum ulacija zalije vso dolino skupaj s črpališčem Podračje. Na sredi jezera ostaneta dva otoka Loško brdo in Brdo, ki segata nad gladino jezera za 56 m oziroma 63 m. V Predloki ostane polotok s cerkvijo sv. Janeza in župniščem . Od- Slika 5: D iagram vodnih površ in in p ro s to rn in akum ulacij Gradbeni vestnik • letnik 51, julij, 2002 J, GUŠTIN: Večnamenska akumulacija Rižana vzem vode iz akum ulacije za potrebe Rižanskega vodovoda bo odtekal po novem magistralnem cevovodu 0 1400 mm. Preko starega cevovoda 0 500 mm bo možen odjem za namakanje doline Rižane in industrijo v luškem bazenu. Na izpustu bo odjem za biološki m inim um struge Rižane, škocjanskega akvatorija in za do­ datno namakanje kmetijskih površin do li­ ne Rižane. Za vodovodni odvzem bodo tri možnosti: • preko obstoječih g lobinskih zajemov iz obstoječih zajetij, • na Zvročku Rižane (Zvroček = ime izvira Rižane), • iz odjemnega stolpa na pregradi. V vrtinah se globinske črpalke demontirajo in voda bo zaradi nadpritiska sama odtekala v cevovod. Pogonska služba vo­ dovoda bo imela na izbiro tri vrste odjema glede na trenutno kvaliteto na posamez­ nem odjemnem mestu. Ta sistem zajema je načrtovan že ob izgradnji obstoječih globinskih črpališč, tako da ob začetnem poln jenju glavne akum ulacije ne bi b ilo težav. V tej fazi je še vedno v pomoč že predhodno zgrajena akumulacija Griža. 2.2.6. Izguba vode iz akum ulacije Obstajajo tri vrste izgub vode iz akumu­ lacije : • izhlapevanje z gladine, • pronicanje v zaliti teren, • izguba v razpokanem apnencu. Prvi dve vrs ti izgub sta neizbežni in se lahko združita, ker nastajata prib ližno na isti površin i. V praksi se računa, da na te izgube odpade 1,15 m sto lpca vode v akum u lac iji ali v našem prim eru za ca. 4,03 m io m 3 letno . Tretjo vrsto izgub razdelimo na dvoje glede na mesto, kjer nastajajo, in sicer na tiste, ki nastajajo na pobočju nadzemnega zbiralnika ali v pod­ zemni akum ulaciji. Prvi primer lahko nas­ tane na pobočju Kubeda, vendar pa po podatkih iz tamkajšnje vrtine, kjer je nivo podtalne vode v iš ji od gladine akum ula­ cije, in s icer na koti 125 m n.m., izguba ni možna. V drugem primeru pridem o do izgub, ki so tudi v sedanjem režimu vod­ nega sistem a. Novo, kar se dogaja na podzemni zajezitvi, je to, da se nizki vo­ dostaj tretjega vodnega horizonta dvigne iz kote 88 m n.m na koto 110 m n.m. S tem posegom povečamo kubaturo pod­ zemne akum ulacije , ki je sestavni del zunanje akum ulacije in katere ve likost je možno ocen iti samo po izgradnji. Dobra stran rešitve je ta, da je srednji vodostaj podtalnice še za 40 m v iš ji, na koti 150 m n.m., na jv iš ji vodostaj podtalnice pa je v iš ji še za 90 m, na koti 200 m n.m. Za premagovanje uporov v podzemnih ka­ nalih potrebujemo ca. 20 m padca, ki ga imamo še vedno na razpolago, da voda ne bi v večji meri odtekala na visoke p re li­ ve. V najslabšem primeru je možno pre­ liv na pregradi znižati, ker bi z upošte­ vanjem podzemnega zbira ln ika celotne količine bile še vedno v okviru prostorni­ ne planiranega nadzemnega zbiralnika. M inim alna gladina zajezitve brez upošte­ vanja podzemnega zbira ln ika bo na koti 100 m n.m., tako da se gladina zaradi su­ šnega odjema zniža za 10 m. To m in im al­ no znižanje bo ob maksimalnem odjemu obdržalo prijeten videz jezera in ravnoves­ je flore in favne v njem. 3 .OVIRE IN PREMESTITVE V OBMOČJU AKUM ULACIJE Sedanji uporabniki prostora, kot so ob­ stoječe stanovanjske hiše, opuščeni m li­ ni, železnica, prašič ja farma in podobno so prostor zasedali večinom a stih ijsko tako da so lahko zadovo ljili lastne potre­ be, brez načrtovane izrabe prostora Seznam prostorskih ovir: • 40 raznih hiš • cerkev sv. M arije ob izviru • motel • železnica • cesta Črni kal - Sočerga • cesta v Hrastovlje • cesta za Loko • km etijske površine TOKOVI IN STRATIFIKACIJA V AKUMULACIJI VODOVOD-ODVZEM ELEKTR.—IZPUST SUFICIT Slika 6: Tokovi in s tra tifikac ija v akumulaciji JOŽE GUŠTIN f«tbruar 2002 Gradbeni vestnik • letnik 51, julij, 2002 J. GUŠTIN: Večnamenska akumulacija Rižana Ob gradnji vsake večje akum ulacije se srečamo z naseljeno do lino . V do lin i Rižana problem ni tako akuten, ker so na­ selja na viš jih legah po pobočju. V d o li­ ni je ostalo manjše štev ilo hiš zaradi nekdanjih m linov ali b ližine vode. Te hiše potrebujejo nadomestno lokacijo. Cerkev sv. Marije se lahko preseli na enega od novonastalih otokov sredi jezera Brdo ali Loško Brdo in popestri ambient. Motel ob izviru se kot nerentabilen objekt odstrani brez večje škode. Železnica ogroža jezero in podtalnico na celotnem poteku preko rezervata. Če ne pride prej do realizacije drugega tira železnice z navezavo na mednarodni ko­ ridor, je treba narediti korekcijo trase in jo delno spraviti v predor pod akum ula­ cijo. Po izgradnji drugega tira se zaradi zaščite izvira ta trasa Prešnica - Koper opusti in uporabi lahko eventualno kot lo ­ kalna cesta in rekreacijska kolesarska pot. Cesta Črni Kal - Sočerga je regionalna cesta meddržavnega pomena. Ta cesta poteka v ožjem in najožjem varstvenem pasu izvira. Ta cesta bi po do loč itv i var­ stvenih pasov izvira Rižane morala b iti na določenih odsekih zaprta za ves promet. Nova regionalna cesta se spelje po robu varovanega obm očja Rižane. Začne se 250 m nižje od obstoječega odcepa re­ publiške ceste Kozina - Rižana. Prehod čez dolino Rižana bo speljan po pobočju pregrade Strolhi na koti 110,0 m n.m. Po prehodu doline se cesta usm eri proti dolini Martežina in pride skozi predor Mohoreče 900 m v dolino Rokave. Okrog hriba Varda se p rik ljuč i na obstoječo ce­ sto D vori-Beli kamen in se nad Kocjančiči naveže v Dolanih na cesto proti sv. Antonu. Od priključka do Sočer­ ge se rekonstruira obsto ječa cesta. Od Trebeš do Kučibrega se rekonstruira ce­ sta, ki bi bujski promet delno preusme­ rila iz Obale v ozadje. Novi cestni priključek v Loko in Hrastovlje se začne v Katinari in se po poboč ju naveže na Loko. Od Brezovice se nova cesta spusti do proge in ob njej pride do ceste Hra- stovlje-Dol. Hrastovlje se na južni strani z novo cesto naveže na drugi cestni za­ voj pod Kubedom okrog hribov Vrh in Kobel. Zaradi lokalne krožne povezave bi bila koristna nova lokalna navezava Movraž-Rakitovec in Zazid-Praproče. Na cesti Kozina-Rupa je potrebno prepove­ dati promet avtocistern in om e jiti ostali promet ter predelati odvodnjavanje. Ve­ lika korist za zaščito izvira je odpoved re­ zervata avtoceste Kozina-Rupa. Km e­ tijsk ih obdelanih površin ni veliko. V delu doline nad izvirom bi po zaščitnih ukre­ pih morala b iti tudi zaradi izvira prepove­ dana vsaka obdelava. Na spodnji strani izvira je nekaj obdelanih površin skrom­ nih razsežnosti. 4. KAKOVOST VODE Pred začetkom po ln jen ja akum ulacije je treba na obm očju jezera odstraniti drevje, podrast in grm ovje ter vse, kar bi negati­ vno delovalo na kakovost vode. Jezero se bo po ln ilo iz obstoječega izvira. Začetna kakovost vode bo dobra, kot smo jo b ili vajeni iz izvira, z m in im alno degradacijo v odprtem zb ira ln iku . Čas po ln jen ja bo okrog šest mesecev. V polni akum ulaciji se bo začelo razslojevanje vode. Zgornji slo j se pod vp livom sonca in zraka po­ stopno segreje do srednje dnevne tem pe­ rature prib ližno do globine 8 m. Pod v p li­ vom svetlobe in hraniln ih snovi v vodi se bo začela rast vodne flore in faune. V sre­ dnjem slo ju do globine ca. 20 m se tem ­ peratura postopoma zmanjša na približno srednje letne temperature, ki je potem v spodnjem slo ju konstantna do dna. Tu bo temperatura prib ližno 13 °C. Spodnji slo j je ob pregradi g lobok 30 m in na dnu mrtvi s lo j okrog 5 m. V zgornjem slo ju bo zaradi rasti alg zasičenost s prostim k i­ sikom nad 100 %. Na svetlobni m eji pade zasičenost s kisikom od 125 % na 100 % in naprej se zaradi odmiranja alg in plank­ tona prosti k is ik zmanjša do 0 %. To bi ve lja lo za akum ulacijo brez spodnjega svežega dotoka (slika 6). Odvzem za vod­ no oskrbo poteka v srednjem s lo ju , presežek in za ostalo rabo pa se odjema iz spodnjega slo ja . V akum ulaciji voda nikoli popolnom a ne m iruje. Enkrat letno jeseni ob temperaturi zgornjega slo ja 4 °C, poteka vertikalna zamenjava slojev. Ob tem dogodku se voda skali z used li­ nami z dna in algami z vrha. Pod vplivom burje, ki je tu zelo močna in delu je v smeri daljše diagonale jezera, se zgornja plast jezera premika proti pregradi in spo­ daj se voda vrača nazaj. Delovanje burje bosta močno ovira la otočka v sredin i jezera. Dotok vode iz izvira se bo zaradi srednje letne temperature vode 13 °C prem ikal vedno skozi spodn ji s lo j in ga obogatil s svežim kisikom. S konstantnim dotokom in odtokom se bo celotna voda v akum ulaciji zam enjala povprečno dvakrat na leto. Na podlagi zgornjih pre­ m ikov in zamenjav je pričakovati vodo boljše kakovosti, ki bo olajšala obdelavo vode na obvezni č is tiln i napravi. Opis pojavov v akumulaciji je sestavljen po [Manual, 1961]. Opis v grobem prikazuje, kaj se bo predvidoma dogajalo v akumula­ ciji. To so procesi, ki se dajo natančno do­ ločiti le po nekaj let trajajočih meritvah. Za primer navajamo akumulacijo Botonega v Istri, ki nabira površinsko vodo in ima največjo globino 19 m. Pred uporabo vode za pitje je potrebno zelo zahtevno čiščenje. Drugi primer je naravna akumulacija Vrana v kraškem terenu na otoku Cresu, brez po­ vršinskih dotokov, ki na zajetju lokalnega vodovoda potrebuje le dezinfekcijo. Kako­ vost vode akumulacije Rižana bo predvido­ ma med tema dvema ekstremoma. Šele praksa bo pokazala, kateremu ekstremu se bo približala. Glede kakovosti vode nobena od drugih možnih akumulacij nima tako dobrih pogojev kot akumulacija Rižana. 5. MEDREGIJSKE POVEZAVE 5.1 .VARNOSTNE POVEZAVE Rižanski vodovod je že povezan s sosed­ n jim i vodoskrbnim i regijam i. Obstoječa enosmerna in dvosmerne med- regijske povezave: Gradbeni vestnik • letnik 51, julij, 2002 J. GUŠTIN: Večnamenska akumulacija Rižana MALNI VODARNA i «JAVORNIKI -►-OP0ST0JNA RAZDRTO O—«- -OPIVKA LIPA 1VODARNA BRESTOVICA HRVATINI i SEŽANA PIRAN O- N S O OPĆINA OMILJE KOPERO— IZOLA O------4- 90 1/9 1! 250- - - - - «- - - - - g VODARNA ' f IZVIR^-M žhM ZJ—OIL. BISTRICA R.REKA RODIK ^ _ 0 _ AK.MOLA _ V ‘ AK.KLIVNIK i V -OKOZINA r ~ l BREZJE 2400 1/9 11 1400 PODGRAD AK.PADEŽ R.REKA ^ 200 0« PONIKOV. ODOLINA VODARNA \J y AK.MALE LOČE f PONIKOVAL. y JEZERINE 200 IZ* * Tl 400 t H Z l - - i— « - AK .R IZA N A W ^ 3100 l/s j yi 'knn ............ * ^ ocw X 2 Io (X) 3100 l/s * — * • §' g! j J fi 1000 PODZEMNA TOKA w NI N