TP 1.19 - MALÉ VODNÍ A SUCHÉ NÁDRŽE

ČESKÁ KOMORA AUTORIZOVANÝCH INŽENÝRŮ A TECHNIKŮ ČINNÝCH VE VÝSTAVBĚ

Rada pro podporu rozvoje profese ČKAIT

TECHNICKÁ POMŮCKA K ČINNOSTI AUTORIZOVANÝCH OSOB

MALÉ VODNÍ A SUCHÉ NÁDRŽE

TP 1.19

aktualizace 2013

OBSAH

Úvod

A

Některé související termíny

B

Návrhové parametry vodních děl

C

Bezpečnost vodních staveb se vzdouvací funkcí

D

Technicko-bezpečnostní dohled

1

Související předpisy

1.1

Právní předpisy a metodické pokyny

1.1.1

Všeobecně

1.1.2

Zákon 254/2001 Sb., o vodách, ve znění pozdějších předpisů

1.1.3

Vyhláška č. 471/2001 Sb., o technicko-bezpečnostním dohledu nad vodními díly

1.1.4

Vyhláška č. 195/2002 Sb., o náležitostech manipulačních a provozních řádů vodních děl

1.1.5

Vyhláška č. 590/2002 Sb., o technických požadavcích pro vodní díla, ve znění pozdějších předpisů

1.1.6

Metodický pokyn MZe ke zpracování posudků pro zařazení vodních děl do kategorie

1.2

Technické normy v oboru malých vodních a suchých nádrží

1.2.1

Všeobecně

1.2.2

ČSN 75 2340 Navrhování přehrad - Hlavní parametry a vybavení

1.2.3

ČSN 75 2405 Vodohospodářská řešení vodních nádrží

1.2.4

ČSN 75 2410 Malé vodní nádrže

1.2.5

TNV 75 2415 Suché nádrže

1.2.6

TNV 75 2935 Posuzování bezpečnosti vodních děl při povodních

1.2.7

ČSN EN 1997 (73 1000) Eurokód 7: Navrhování geotechnických konstrukcí

2

Koncepční příprava malých vodních a suchých nádrží

3

Podklady pro návrh

3.1

Mapové a geodetické podklady

3.2

Hydrologické a klimatické podklady

3.3

Inženýrsko-geologické, hydrogeologické a pedologické podklady

3.4

Další podklady

4

Vodohospodářské řešení malých vodních nádrží

4.1

Účel vodohospodářského řešení nádrže

4.2

Rozdělení prostorů v nádrži

4.3

Stanovení objemu zásobního prostoru

4.3.1

Ztráty vody v nádržích

4.3.1.1

Ztráta výparem

4.3.1.2

Ztráta vody infiltrací do dna

4.3.1.3

Ztráty průsakem hrází a jejím podložím

4.3.1.4

Provozní ztráty

4.3.2

Metody stanovení objemu zásobního prostoru nádrže

4.4

Stanovení objemu ochranného prostoru Vr

4.5

Návrh spodních výpustí

4.6

Návrh bezpečnostního přelivu

4.7

První naplnění nádrže

4.8

Prázdnění nádrže

5

Konstrukční řešení hrází a funkčních objektů

5.1

Hráze malých vodních nádrží

5.1.1

Zeminy pro sypání hrází

5.1.2

K vysychání zemin

5.1.3

Příčný řez tělesem hráze

5.1.4

Sypání hráze

5.1.5

Filtry

5.1.6

Odvodnění tělesa hráze a podloží

5.1.7

Založení sypané hráze

5.2

Posouzení stability hrází malých vodních nádrž a suchých nádrží

5.2.1

Všeobecně

5.2.2

Návrhové situace

5.2.3

Parametry materiálů a základových půd

5.2.4

Parametry zatížení

5.2.5

Zatěžovací stavy, klasifikace a kombinace zatížení

5.2.6

Vyjádření významu objektu

5.2.7

Mezní stav stability polohy

5.2.8

Mezní stav vzniku havarijních trhlin

5.2.9

Mezní stav přetvoření

5.2.10

Mezní stav filtrační stability

5.3

Funkční objekty malých nádrží - konstrukční zásady

5.3.1

Spodní výpusti

5.3.2

Pojistné zařízení - bezpečnostní a nouzové přelivy

6

Poruchy hrází malých vodních nádrží a suchých nádrží

6.1

Příčiny poruch

6.1.1

Vady projektové dokumentace

6.1.2

Nekvalitní výstavba

6.1.3

Nedostatečná údržba, provoz, výkon technicko-bezpečnostního dozoru

6.2

Ukázky poruch

6.2.1

Příklady poruch zaviněných chybami projektové dokumentace, při výstavbě i provozu

7

Opatření v zátopě, erozní proces a odbahnění

7.1

Úprava dna malých vodních nádrží

7.2

Opatření v zátopě malých vodních nádrží

7.3

Zvláštní opatření v zátopě suchých nádrží

7.4

Úprava okolí nádrže

7.5

Odbahnění nádrží

8

Zkušenosti z přípravy, výstavby a provozu

8.1

Nedostatečný inženýrsko-geologický průzkum a hydrogeologický průzkum

8.2

Technologické postupy prací

8.3

Zkoušky

8.3.1

Průkazní zkoušky

8.3.2

Kontrolní zkoušky

8.3.3

Přejímací zkoušky

8.3.4

Rozhodčí zkoušky

9

Hodnocení ekonomické efektivnosti díla

10

Literatura

10.1

Zákony

10.2

Vyhlášky a nařízení

10.3

Normy

10.4

Metodické pokyny, technické podmínky

10.5

Literatura

11

Seznam použitých zkratek

12

Symbolika

PROFESIS 2010 je šestým ročníkem, metodických pomůcek, určených autorizovaným osobám. Autoři materiálu žádají členy ČKAIT o konstruktivní připomínky, které umožní metodické pomůcky v příštích letech zkvalitnit. Staňte se spoluautory dalších vydání. Dovolujeme si Vás požádat i o Vaše vlastní zkušenosti, speciální postupy, pomůcky a materiály, pokud budete souhlasit s jejich zpřístupněním pro své kolegy.

Upozornění

Tento dokument je určen výlučně pro autorizované osoby - členy ČKAIT, které jsou výhradně oprávněny pořizovat pro svou potřebu jeho tiskové kopie. Jakékoliv další šíření v tištěné, elektronické či jiné podobě ke komerčním účelům prostřednictvím dalších fyzických nebo právnických osob je možné pouze s výslovným souhlasem vydavatele.

Rada pro podporu rozvoje profese ČKAIT

ÚVOD

Na našem území je v provozu cca 20 000 vodních děl IV. kategorie, přičemž podstatnou část z nich tvoří malé vodní nádrže. V souvislosti s výskytem extrémních povodní v posledním desetiletí lze zaznamenat rozmach v budování suchých nádrží odpovídajících svými parametry malým vodním nádržím. V rámci vládních programů pro ochranu před povodněmi je jen v povodí Moravy a Odry uvažováno s více než cca 45 novými suchými nádržemi. Mimo to jsou obnovovány nebo odbahňovány stávající malé nádrže a je rekonstruováno jejich funkční zařízení.

Příprava výstavby nových vodních děl (VD) i rekonstrukcí stávajících vyžaduje kvalifikované odborné zázemí. V řadě případů však financování, přípravu, návrhy a výstavbu hrází, funkčního zařízení a souvisejících úprav provádějí subjekty bez elementárních znalostí z hydrologie, hydrauliky, geotechniky, mechaniky zemin a dalších souvisejících disciplín, což mnohdy vede k hrubým chybám při návrhu a provádění těchto VD. V odborných kruzích se často hovoří o „krizi v navrhování a budování hrází malých nádrží“. Průvodními jevy jsou podcenění podkladů pro řešení z důvodů „finančních úspor“ (tento nedostatek jde obvykle na vrub investora), nedostatečné vodohospodářské řešení, nevhodný návrh, absence technické kontroly investora a projektanta, výběr nevhodného dodavatele a celkové nerespektování profesní etiky požadované ČKAIT v poměrně širokém záběru oboru vodních staveb a vodního hospodářství. Snahou tohoto textu je reagovat na vzniklou situaci a shrnout problematiku návrhu, výstavby a provozování malých vodních nádrží (včetně suchých). Z pochopitelných důvodů si autoři nekladou nárok na úplnost tohoto textu a přednášek, důraz je kladen zejména na kritické momenty návrhu, provádění a provozu těchto vodních děl. V případě speciálních otázek hydrologických, hydraulického návrhu, statického řešení apod. odkazujeme na bohatou dostupnou literaturu v oboru. V publikaci bylo využito poznatků získaných při řešení výzkumných projektů NAZV č. QH81223 - Návrhy na zvýšení spolehlivosti ochranných hrází ve změněných klimatických podmínkách a NAZV č. QI92A139 - Výzkum metod zvyšujících vodohospodářskou účinnost malých vodních nádrží s ohledem na rizika předpokládaných klimatických změn.

Malé vodní nádrže (MVN), resp. suché nádrže (SN) popisované v tomto textu mají objem nádrže do 2 mil. m3 a největší hloubka nádrže nepřesahuje 9 m.

A Některé související termíny

Bezpečnost - vlastnost systému (např. stavby) neohrožovat lidské zdraví nebo životní prostředí při plnění předepsané funkce po stanovenou dobu a za stanovených podmínek [ČSN 01 0102].

Dílo vodní - stavba, která slouží ke vzdouvání a zadržování vod, umělému usměrňování odtokového režimu povrchových vod, k ochraně a užívání vod, k nakládání s vodami a ochraně před škodlivými účinky vod, k úpravě vodních poměrů nebo k jiným účelům sledovaným zákonem č. 254/2001 Sb., o vodách. Mezi vodní díla patří přehrady, hráze a vodní nádrže.

Dílo vodní určené - dílo podléhající technicko-bezpečnostnímu dohledu.

Doba opakování - počet let, v jejichž průběhu bývá hodnota hydrologického prvku (např. kulminačního průtoku) průměrně jedenkrát dosažena nebo překročena.

Dohled technicko-bezpečnostní nad vodními díly - zjišťování technického stavu vodních děl sloužících ke vzdouvání nebo zadržování vody, a to z hlediska bezpečnosti, stability a možných příčin jejich poruch.

Dozor autorský - vykonává zhotovitel projektové dokumentace k žádosti o stavební povolení (DSP) na základě smlouvy s objednatelem. Účelem je dohled nad souladem zhotovení stavby s DSP a řešení případných pozměňovacích návrhů připravených jinou osobou.

Dozor stavební - souhrn veškerých činností, vyplývajících z práv objednatele podle smlouvy o dílo (SOD), které zajišťuje a vykonává správce stavby od zahájení stavby až po její kolaudaci a při jejím předání uživateli, včetně vyzkoušení a zkušebního provozu.

Hodnota kritická - hodnota veličin popisujících jevy a skutečnosti, které signalizují stavy ohrožení bezpečnosti, stability a mechanické pevnosti vodního díla podle vyhlášky č. 471/2001 Sb.

Hodnota mezní - předem stanovená limitní hodnota sledovaných veličin popisujících jevy a skutečnosti na vodním díle, popřípadě jejich časové vývoje pro zvolený zatěžovací stav. Přehled mezních hodnot sledovaných jevů a skutečností ovlivňujících bezpečnost, stabilitu a mechanickou pevnost určeného vodního díla a jím ohroženého území obsahuje program technicko-bezpečnostního dohledu (TBD). Zjištění mezních, popřípadě kritických hodnot hlásí obsluha určeného vodního díla neprodleně určené fyzické osobě odpovědné za dohled a pověřené odborně způsobilé osobě.

Kategorizace určeného vodního díla - rozdělení určených vodních děl do kategorií. Základním hlediskem je odstupňování klasifikace škod, k nimž by došlo, kdyby se vzdouvací konstrukce určeného vodního díla protrhla při plném vzdutí vody [8].

Nádrž malá vodní (MVN) - vodní nádrž s objemem do 2 mil. m3 a největší hloubkou nádrže 9 m [ČSN 75 2410].

Nádrž suchá (SN) - vodní nádrž určená k ochraně před účinky povodní, ve které je celkový objem nádrže téměř shodný se součtem ovladatelného a neovladatelného ochranného prostoru. Může mít v poměru k celkovému objemu zanedbatelné stálé nadržení, které plní krajinotvornou či environmentální funkci [TNV 75 2415].

Objednatel - právnická nebo fyzická osoba, která smlouvou o dílo objednává zhotovení určitého díla a zavazuje se zaplatit cenu za jeho provedení. Objednatelem se stává investor v závazkovém vztahu k zajištění přípravy, zhotovení dokumentace a zhotovení stavby.

Parametr návrhový je soubor hodnot či požadavků předurčujících technické řešení. Řada návrhových parametrů vstupuje do řešení jako závazné nebo směrné hodnoty a také jako požadavky odvozené ze zákonných nebo technických předpisů, resp. požadavky zadavatele.

Povodeň - ve vztahu ke vzniku povodňových škod e definována jako přechodné výrazné zvýšení hladiny ve vodních tocích nebo jiných povrchových vodách (nádržích), při kterém již voda zaplavuje území mimo koryto vodního toku a může způsobit škody. Rozlišuje se povodeň:

  • přirozená, která může být způsobena přírodními jevy, zejména táním, dešťovými srážkami nebo chodem ledů,
  • zvláštní (ZPV) je průtoková vlna způsobená umělými vlivy.

Projektant - zhotovitel dokumentace - právnická nebo fyzická osoba oprávněná k projektové činnosti, která se smlouvou o dílo zavazuje ke zhotovení dokumentace stavby, popřípadě zajišťuje autorský dozor nebo expertní činnost.

Přehrada - vzdouvací stavba přehrazující vodní tok a jeho údolí a vytvářející vodní nádrž. Přehradu tvoří přehradní hráz spolu s funkčním zařízením (výpusti, přelivy, odběry apod.), které může být umístěno přímo v hrázi nebo v samostatných objektech.

Spolehlivost - vlastnost stavby spočívající ve schopnosti plnit požadované funkce při zachování hodnot stanovených provozních ukazatelů v daných mezích a v čase podle stanovených technických podmínek.

Správce stavby - právnická nebo fyzická osoba určená objednatelem (pověřený útvar objednatele nebo odborná firma) k vykonávání činnosti stavebního dozoru podle SOD.

Stav mezní - stav, který se považuje za charakteristický pro popis spolehlivosti konstrukce, popř. objektu. Po překročení mezního stavu nastává porucha konstrukce, základové půdy, popř. objektu [ČSN 73 0020].

Stav nouze - stav vyvolaný neočekávanou, zvláště nebezpečnou událostí nebo situací. Do této kategorie patří jevy a jimi vyvolané situace, jakými jsou katastrofické povodně, zemětřesení, rozsáhlé sesuvy, sucho, intoxikace vodního zdroje s následným výrazným zhoršením jakosti vody, havárie na vodním díle apod.

Stupeň bezpečnosti - definován jako poměr zobecněných sil přispívajících ke stabilitě hodnoceného tělesa (např. hráze) ku silám snažícím se tuto stabilitu narušit. Pod pojmem zobecněná síla rozumíme sílu, moment nebo také napětí (při hodnocení lokálního stupně bezpečnosti). Při řešení stability hrází se někdy stupeň bezpečnosti definuje jako číslo, kterým je třeba dělit parametry pevnosti, aby bylo dosaženo stavu mezní rovnováhy.

Údržba - kombinace všech technických a administrativních činností, včetně činností technicko-bezpečnostního dohledu, zaměřených na udržení ve stavu nebo navrácení stavby do stavu, v němž může plnit požadovanou funkci.

Zhotovitel - právnická nebo fyzická osoba, která se smlouvou o dílo zavazuje k provedení určitého díla. Zhotovitel ve vztahu k objednateli je tedy subjekt zajišťující zhotovení díla (stavby). Zákon č. 137/2006 Sb., o veřejných zakázkách, označuje tuto osobu dodavatelem a zákon č. 183/2006 Sb., o územním plánování a stavebním řádu (stavební zákon), stavebním podnikatelem. Zhotovitelem je také projektant zhotovující dokumentaci stavby.

B Návrhové parametry vodních děl

Na vodní díla (např. přehrady, hráze a vodní nádrže) a jejich části je kladena řada požadavků. U technických děl, malé a suché nádrže nevyjímaje, se předepsáním určitých měřitelných veličin (parametrů) předurčují technické, ekonomické nebo provozní vlastnosti díla. Zpravidla jde o vlastnosti, které jsou důležité pro dosažení účelu díla nebo pro zajištění vlastností, které jsou předmětem společenského zájmu (bezpečnost, spolehlivost apod.). Návrhové parametry jsou tedy nejčastěji definovány jako požadavky:

  • zadavatele návrhu (parametry předurčující užitky díla, typicky objem nádrže apod.),
  • zákonných nebo technických předpisů (požadavky vyjadřující společenský zájem).

Z podstaty návrhu díla vyplývá možnost:

  • měnit parametry s cílem dosáhnout požadovaných cílů návrhu (například velikost nádrže, velikost průtoků, rozměrů zařízení apod.),
  • zpracovávat varianty pro různé kombinace parametrů.

Součástí návrhu je zpravidla hodnocení a porovnávání variant ve vztahu k určitým standardům a kritériím. Ty se ovšem mohou v průběhu času měnit. Podstatou posuzování je zjištění, v jakém vztahu jsou návrhové parametry k definovaným kritériím.

Je vhodné odlišovat posuzování návrhů vodních děl jako nových staveb či změn staveb a posuzování existujících vodních děl. Vodní díla jsou totiž stavby s dlouhou životností, během níž může docházet ke změnám souvisejících standardů i způsobu jejich uplatňování. To vede k situaci, kdy návrhové parametry historického vodního díla (např. malé nádrže) by ve vztahu k aktuálnímu standardu mohly být hodnoceny jako nevyhovující. Z uvedeného důvodu je účelné považovat návrhové parametry vodního díla za subjektivní vlastnosti díla definované v době vzniku díla a dosažení takových vlastností by mělo být v průběhu provozu požadováno. Potenciální schopnost VD způsobit za určitých okolností ztráty na lidských životech a hmotné škody je důvodem, proč je u určených VD vykonáván technicko-bezpečnostní dohled, jehož součástí je i porovnávání vybraných parametrů vodních děl s aktuálními standardy a je definován i postup řešení případného nesouladu. Specifika stanovení návrhových parametrů vodních děl spočívají i v podmínkách, ve kterých díla plní svou funkci.

Vodní díla jsou složitými systémy, u nichž chování ovlivňuje soubor návrhových parametrů jednotlivých součástí díla. Bezpečnost vzdouvací stavby za povodní je například závislá na náhodných charakteristikách povodně (velikost průtoků v čase, objem povodňové vlny apod.) a na parametrech jednotlivých částí vodního díla, jako jsou například:

  • členění prostorů v nádrži pro různé účely vodního díla,
  • výšková úroveň koruny hráze,
  • výšková úroveň těsnicího jádra,
  • kapacita spodních výpustí,
  • kapacita bezpečnostních objektů.

Jednotlivé části VD mohou mít své návrhové parametry, které ovlivňují chování celku. Navíc jsou zatěžovací stavy vodních děl v řadě případů vyvolány nahodilými přírodními jevy, jejichž průběh v dané situaci obvykle nelze ovlivnit. Specifikem stanovení návrhových parametrů vodních děl a jejich posuzování je tedy i reálná existence scénářů, kdy budou stanovené návrhové parametry překročeny. Důležitý je způsob definování návrhových parametrů VD. Výškovou úroveň koruny hráze lze považovat za návrhový parametr. Při návrhu byla například úroveň koruny hráze odvozena z požadavku bezpečného převedení návrhového průtoku stanoveného např. jako kulminační průtok Q100 a tento parametr měl své číselné vyjádření. Návrhovým parametrem od toho okamžiku je ona hodnota návrhového průtoku vyjádřená číselně a nikoliv pravděpodobnostní charakteristika (doba opakování), která je závislá na délce pozorování, metodice stanovení a jež může být měněna v čase podle nových poznatků.

Návrhovým parametrem vzdouvacích staveb a jejich částí je proto vždy číselná hodnota návrhového průtoku, konkrétní časový průběh vyjádřený jako hydrogram a podobně. Požadované návrhové parametry vodních děl jsou často odvozovány s odkazem na technické předpisy. Ve vztahu k technickým předpisům a standardům je třeba věnovat pozornost zařazení vzdouvací stavby, její kategorizaci a klasifikaci. Pro různé třídy vodních děl a jejich konstrukcí udávají totiž příslušné předpisy různá kritéria pro posouzení návrhových parametrů.

Při stanovení návrhových parametrů vzdouvacích staveb a jejich posuzování se v ČR postupuje zejména podle vyhlášky č. 590/2002 Sb., ČSN 75 2340, ČSN 75 2405, ČSN 75 2310, ČSN 75 2410, TNV 75 2415, TNV 75 2935 apod. Doporučení k volbě jednotlivých návrhových parametrů jsou uvedena v příslušných kapitolách.

C Bezpečnost vodních staveb se vzdouvací funkcí

Zajištění bezpečnosti vodních děl je v obecné rovině upraveno zákonem č. 254/2001 Sb., o vodách. Kvantifikátorem bezpečnosti je například stupeň bezpečnosti. Bezpečnost díla se v pojetí novějších předpisů doporučuje posuzovat metodou podle mezních stavů.

Zajištění bezpečnosti vodního díla je jedním z prvořadých cílů, které má zajistit jeho návrh. Odpovídající bezpečnost je vyžadována i při provozu vodního díla. Vyhláška č. 590/2002 Sb., o technických požadavcích pro vodní díla, ve znění pozdějších předpisů, vymezuje požadavky na konstrukční prvky přehrad z pohledu jejich bezpečnosti. Zvláštní pozornost zasluhuje zajištění dostatečné bezpečnosti díla a zejména hráze při extrémním zatížení, tj. při povodních. Bezpečnost se podle vyhlášky č. 590/2002 Sb., ve znění pozdějších předpisů v tomto případě posuzuje odstupňovaně podle významu vodního díla z pohledu možných dopadů při jejím poškození. Význam určeného vodního díla (např. vzdouvací stavby) z hlediska potenciálních dopadů při jeho protržení se odvozuje podle zařazení do kategorie. Požadovaná bezpečnost je vyjádřena pravděpodobností překročení kulminačního průtoku kontrolní povodňové vlny (KPV), kterou je třeba přes vzdouvací konstrukci vodního díla převést, aniž by došlo k jejímu protržení. S bezpečností vodního díla přímo souvisí i kontrola jeho skutečného technického stavu, která probíhá v rámci (TBD), jak je zakotveno v zákoně č. 254/2001 Sb., o vodách, a v jeho prováděcí vyhlášce č. 471/2001 Sb. Zajištění bezpečnosti vodního díla v průběhu jeho provozu je upraveno též ustanoveními provozního a manipulačního řádu. Obsah těchto dokumentů vymezují vyhláška č. 195/2002 Sb., a normy TVN 75 2910 a TNV 75 2920.

D Technicko-bezpečnostní dohled

Technicko-bezpečnostní dohled (TBD) nad vodními díly je definován jako odborná činnost ke zjišťování technického stavu vodních děl, sloužících ke vzdouvání nebo zadržování vody, z hlediska jejich bezpečnosti, stability a možných příčin poruch. TBD je zaměřen zejména na posuzování bezpečnosti a provozní spolehlivosti vodních děl, na předcházení vzniku jejich poruch a na hledání efektivních nápravných opatření. Péče o bezpečnost a provozní spolehlivost VD zahrnuje:

  • soubor povinností uložených subjektům, které se podílejí na přípravě a výstavbě VD a vlastníkům VD pro jejich provoz, včetně všech období oprav a změn až po eventuální ukončení provozu,
  • činnost státu spočívající ve vymezení povinností a úkolů pro výše uvedené subjekty a následně pak v kontrole plnění uložených povinností.

Systém TBD je legislativně vymezen zákonem č. 254/2001 Sb., o vodách.

Vyhláška č. 471/2001 Sb., o technickobezpečnostním dohledu nad vodními díly ve znění pozdějších předpisů stanoví podrobnosti pro vymezení vodních děl podléhajících dohledu a odstupňovaně pro jednotlivé kategorie děl upravuje rozsah a četnost provádění dohledu v jednotlivých etapách jejich přípravy, výstavby, rekonstrukce nebo provozu. TBD provází vodní díla od úvodních studií a projektových řešení přes období výstavby až po celé období provozu až do případného ukončení funkce díla, kdy budou stavby vodního díla odstraněny nebo stanoveným způsobem upraveny. TBD je nedílnou součástí komplexní protipovodňové ochrany a prevence před vznikem zvláštních povodní.

Kontrolní činnost orgánů státní správy v rámci TBD je ze zákona uložena úřadům obcí s rozšířenou působností a krajským úřadům, které ji provádějí jako součást vodoprávního dozoru nad vodními díly, jejichž stav by mohl ohrozit bezpečnost osob nebo majetku. Orgány státní správy dozírají, jak vlastníci či uživatelé vodních děl zajišťují TBD a jak provádějí potřebná opatření k zajištění jejich bezpečnosti. Hlavním podkladem pro kontrolu jsou písemné dokumenty TBD. K TBD vzdouvacích staveb se váží podklady [1], [2], [5] až [8], [10].

1 SOUVISEJÍCÍ PŘEDPISY

V rámci navrhování MVN a SN je zapotřebí dodržovat ustanovení závazných předpisů, kterými jsou především zákony, vyhlášky a nařízení vlády, dále pak příslušné metodické pokyny. Současně je ve většině případů účelné dodržovat ustanovení a doporučení souvisejících platných norem, technických standardů a typizačních předpisů. Ty jsou obvykle odrazem a souhrnem současného stavu poznání v dané problematice.

1.1 Právní předpisy a metodické pokyny

1.1.1 Všeobecně

Obecně závaznými předpisy upravujícími v ČR oblast související s vodními díly jsou v současnosti především zákon č. 254/2001 Sb., o vodách, ve znění pozdějších předpisů a jeho prováděcí předpisy (vyhlášky). Vyhláška č. 590/2002 Sb., o technických požadavcích pro vodní díla, ve znění pozdějších předpisů, stanoví technické požadavky pro vodní díla. Tato vyhláška byla vydána ve vazbě na zákon č. 183/2006 Sb., o územním plánování a stavebním řádu (stavební zákon), a uplatňuje se při povolování vodohospodářských staveb. Jedná se tedy o případy, kdy se postupuje podle stavebního zákona. V územním řízení vydává příslušné rozhodnutí místně příslušný stavební úřad. Ve stavebním řízení je zvláštním stavebním úřadem příslušný vodoprávní úřad. Vybavení hrází vodních nádrží přelivem a související dodržení standardu při posuzování bezpečnosti za povodní se podle vyhlášky č. 590/2002 Sb., vedle nových staveb vztahuje i na změny staveb.

U existujících vodních děl se zpravidla vychází z návrhových parametrů vodních děl v době jejich vzniku, tedy z návrhových parametrů, se kterými byla vodní díla připravována, povolována a kolaudována. V průběhu provozu však může dojít k významným změnám technického stavu, vývoji poznání nebo ke změnám standardů, které by měly vést k úpravám technického řešení či změnám v užívání díla. Současná právní úprava vycházející z vodního zákona již dnes obsahuje nástroje potřebné k prosazení příslušných standardů bezpečnosti. Podmínkou je aktivní uplatnění systému dohledu nad vodními díly a dozoru vodoprávních úřadů. Vzdouvací stavby jsou tzv. určenými vodními díly, na nichž se provádí TBD. Ten se uplatňuje jak v období přípravy díla, tak v období provozu. Na existujících provozovaných vodních dílech by měl systém dohledu prováděný odborně způsobilými osobami a dozor vodoprávních úřadů teoreticky vést k postupnému prosazení aktuálních technických standardů, neboť minimálně při zpracování souhrnných etapových zpráv o dohledu by měly být provedeny příslušné analýzy s použitím aktuálních podkladů, metodických postupů na úrovni doby a současného poznání. Praxe ukazuje, že dodatečné prosazování nových, zpravidla přísnějších standardů bezpečnosti u existujících vodních děl, je problematické a mnohdy není důsledné.

Projektantem se v odborné praxi nazývá osoba, která vykonává projektovou činnost, a to buď v postavení svobodného povolání, osoby samostatně výdělečně činné nebo jako zaměstnanec projekční firmy. Ve smyslu ustanovení zákona č. 183/2006 Sb., o územním plánování a stavebním řádu (stavební zákon), jde o tzv. vybranou činnost ve výstavbě, kterou mohou vykonávat pouze fyzické osoby, které získaly oprávnění k výkonu těchto činností. U projekční činnosti se jedná o zákon č. 360/1992 Sb., o výkonu povolání autorizovaných architektů a o výkonu povolání autorizovaných inženýrů a techniků činných ve výstavbě. Zejména zákony, vyhláškami, nařízeními vlády apod. se projektant musí řídit vždy. Normy jsou pro projektanty doporučené. Normy vycházejí z dlouhodobých zkušeností v příslušném oboru, z výsledků výzkumů a z analýzy možných problémů a poruch, proto je třeba na ně nahlížet jako na velmi důležitý podklad usnadňující práci projektanta. Normy jsou základní pomůckou projektanta a jejich znalost je podmínkou zpracování projektové dokumentace bez výrazných technických vad. Jejich používání usnadní projektantovi návrh konstrukcí, vyhne se určitému „experimentování“, které má mnohdy za následek návrh nestabilní, případně nevhodné konstrukce, která může být příčinou dalších problémů při jejím provozu.

Závaznými se normy stávají:

  • na základě obecně závazného právního předpisu, tj. odvolávkou na konkrétní normy (např. v zákoně č. 254/2001 Sb., o vodách, jsou odvolávky na ČSN a TNV),
  • na základě rozhodnutí vydaného orgánem státní správy (územní rozhodnutí, stavební povolení), v případě, že dojde k ujednání na základě smlouvy mezi účastníky obchodního vztahu, že zboží nebo činnosti musí splňovat požadavky konkrétních norem,
  • jestliže to požaduje zaměstnavatel v rámci pracovně-právních povinností.

Pro potřeby návrhu MVN je možné uvést následující stručný výčet a charakteristiku legislativních, normativních a dalších podkladů. Přitom je třeba sledovat jejich vývoj a aktualizaci. Zde lze využít různých služeb, které umožní snadnější orientaci v platných předpisech (školení, další vzdělávání, materiály ČKAIT apod.).

1.1.2 Zákon č. 254/2001 Sb., o vodách, ve znění pozdějších předpisů

Účelem zákona č. 254/2001 Sb., o vodách, „…je chránit povrchové a podzemní vody, stanovit podmínky pro hospodárné využívání vodních zdrojů a pro zachování i zlepšení jakosti povrchových a podzemních vod, vytvořit podmínky pro snižování nepříznivých účinků povodní a sucha a zajistit bezpečnost vodních děl v souladu s právem Evropských společenství. Účelem tohoto zákona je též přispívat k ochraně vodních ekosystémů a na nich přímo závisejících suchozemských ekosystémů“.

Zákon mimo jiné upravuje problematiku vodních toků, správy povodí, vodních děl a ochrany před povodněmi. Ukládá povinnost ohlášení při obnově vodních děl zničených živelnou pohromou nebo havárií. V §8 zákon stanoví, že ke vzdouvání vod, popřípadě k jejich akumulaci, je třeba povolení k nakládání s vodami. V §15 se stanoví, že vodoprávní úřad vykonává působnost speciálního stavebního úřadu podle zvláštního zákona (má se na mysli stavební zákon). Vzdouvacích staveb se týká především hlava VIII Vodní díla. Vzdouvací stavby jsou definovány jako stavby, které slouží ke vzdouvání a zadržování vody, k umělému upravování odtokového režimu, k nakládání s vodami, ochraně před škodlivými účinky vod. Do této skupiny lze mimo jiné zařadit i hráze a vodní nádrže. §59 definuje povinnosti vlastníků vodních děl, především pak povinnost udržovat vodní dílo v řádném stavu, manipulovat podle schváleného manipulačního řádu a provádět TBD.

Z hlediska TBD se vodní díla rozdělují do I. až IV. kategorie podle míry ohrožení lidských životů, možných škod na majetku v území pod vodním dílem a ztrát z omezení funkcí a užitků ve veřejném zájmu. Vymezení vodních děl podléhajících TBD, stanovení kritérií pro jednotlivé kategorie vodních děl, rozsah a četnost provádění TBD u jednotlivých kategorií vodních děl v jednotlivých etapách jejich přípravy, výstavby, rekonstrukce nebo provozu stanoví podle tohoto zákona MZe vyhláškou č. 471/2001 Sb., ve znění pozdějších předpisů. Dále vodní zákon upravuje náležitosti ohledně TBD při dokončení, či změně vodního díla.

Provádět TBD nad vodními díly I. až III. kategorie a zpracovávat posudky pro zařazení vodních děl do I. až IV. kategorie z hlediska TBD mohou jen odborně způsobilé subjekty pověřené k tomu MZe. Je-li taková osoba vlastníkem vodního díla I. nebo II. kategorie, nesmí na něm sama vykonávat TBD. U VD zařazených do I. a II. kategorie je povinen jejich vlastník, popřípadě stavebník zajistit TBD prostřednictvím pověřené odborně způsobilé osoby a účastnit se jeho provádění v rozsahu stanoveném vyhláškou. U vodních děl III. kategorie může TBD provádět vlastník, případně stavebník sám, pokud je pověřenou osobou. U vodních děl IV. kategorie, jimiž jsou obvykle malé nádrže, může TBD provádět vlastník, případně stavebník sám. O povinnosti zajistit na vodním díle technicko-bezpečnostní dohled, o jeho rozsahu, případně o podmínkách jeho provádění a o zařazení vodního díla do kategorie I. až IV., rozhodne vodoprávní úřad.

Další paragrafy vodního zákona týkající se nebo upravující provoz vodních děl se vztahují k ochraně před povodněmi, především pak ke zvláštní povodni a k povinnostem při průchodu povodňové vlny. Souvisejícími paragrafy jsou také §104 týkající se vodoprávních úřadů, §115 vodoprávní řízení a §127 přechodná ustanovení týkající se TBD.

Podle §104 vodního zákona vykonávají státní správu ve vodním hospodářství vodoprávní úřady, které provádějí dozor nad vodními díly, zejména nad těmi, jejichž stav by mohl ohrozit bezpečnost osob nebo majetku a která podléhají technicko-bezpečnostnímu dohledu. Subjekty oprávněné k provádění TBD nad vodními díly pověřuje MZe. Podle stavu k 1. září 2012 existuje jedna společnost pověřená výkonem TBD bez omezení kategorie a 13 společností s omezením ve vztahu k provádění TBD nad vodními díly do III. kategorie.

1.1.3 Vyhláška č. 471/2001 Sb., o technicko-bezpečnostním dohledu nad vodními díly

S odkazem na §61 a §62 zákona č. 254/2001 Sb., o vodách, byla MZe vydána vyhláška č. 471/2001 Sb., ve znění pozdějších předpisů, která mimo jiné vymezuje VD podléhající dohledu. Dohledu podléhají tzv. určená vodní díla, mezi něž patří veškerá VD, která lze charakterizovat jako vzdouvací stavby (přehrady, hráze a jezy, stavby na ochranu před povodněmi, stavby odkališť, jiné stavby potřebné k nakládání s vodami a sloužící ke vzdouvání nebo akumulaci vod).

Stanovená kritéria pro jednotlivé kategorie určených VD jsou podle přílohy 1 vyhlášky č. 471/2001 Sb., uvedena v tab. 1.1. Uvedenou tabulku je třeba chápat jako pouze orientační, konečné zařazení se provádí podle bodového ohodnocení ve smyslu postupu podle metodického pokynu [8]. Vyhláška č. 471/2001 Sb., stanovuje rozsah, způsob provádění a náležitosti TBD. V příloze 2 udává přehled sledovaných jevů a skutečností a způsob jejich sledování na VD různých kategorií. Dále určuje v závislosti na kategorii VD způsob zpracování výsledků pozorování a měření, četnost prohlídek VD apod. Vyhláška definuje projekt měření a program dohledu a jejich obsah, v příloze 3 vyhláška uvádí náležitosti jednotlivých druhů zpráv o dohledu.

Tab. 1.1 Kritéria pro jednotlivé kategorie určených vodních děl podle vyhlášky č. 471/2001 Sb.

Kategorie
Kritéria
I.
Ohroženy řádově tisíce až desetitisíce lidí a předpokládány velké ztráty na lidských životech.
Velké škody na vodním díle, jehož následná obnova je velmi složitá a nákladná.
V území na vodním toku pod VD vzniknou rozsáhlé škody na obytné a průmyslové zástavbě, silniční a železniční síti, ohrožena jsou další nebo jiná díla.
Ztráty způsobené vyřazením vodního díla z provozu, z přerušení průmyslové výroby, dopravy atd., jsou velmi vysoké a těžko nahraditelné.
II.
Ohroženy řádově stovky až tisíce lidí a předpokládány ztráty na lidských životech.
Značné škody na vodním díle, jeho následná obnova je složitá a nákladná.
V území na vodním toku pod vodním dílem vzniknou škody na obytné a průmyslové zástavbě, dopravní síti, ohrožena jsou další vodní díla nebo jiná VD.
Ztráty způsobené vyřazením vodního díla z provozu, z přerušení průmyslové výroby, dopravy nebo jiné ztráty jsou značné.
Škody na životním prostředí překračují význam vyššího územního samosprávného celku.
III.
Ohroženy řádově desítky až stovky lidí, mohou být ztráty na lidských životech.
Poškození vodního díla, obnova je proveditelná.
V území na vodním toku pod VD vzniknou škody na obytné a průmyslové zástavbě i dopravní síti, ohrožena mohou být další méně významná VD.
Ztráty způsobené vyřazením VD z provozu, z přerušení průmyslové výroby, dopravy nebo jiné ztráty jsou plně nahraditelné.
Škody na životním prostředí nepřekračují význam vyššího územního samosprávného celku.
IV.
Ztráty na životech jsou nepravděpodobné. Poškození vodního díla, obnova je proveditelná. V území na vodním toku pod vodním dílem jsou malé materiální škody. Ztráty způsobené vyřazením VD z provozu jsou malé. Škody na životním prostředí jsou zanedbatelné.

Konkrétní dílo se zařazuje do kategorie na základě bodového hodnocení podle metodického pokynu MZe [8] ke zpracování posudků pro zařazení VD do kategorie z hlediska TBD.

Vyhotovovat posudky pro zařazení vodních děl do kategorie z hlediska TBD je oprávněna pouze společnost VODNÍ DÍLA - TBD, a.s.

1.1.4 Vyhláška č. 216/2011 Sb., o náležitostech manipulačních řádů a provozních řádů vodních děl

Jde o prováděcí vyhlášku vydanou ve vazbě na §59 zákona č. 254/2001 Sb., o vodách. Vyhláška obsahuje výpis požadovaných údajů, které musí manipulační a provozní řády obsahovat. Jde jednak o obecné informace o správě a dohledu nad vodním dílem, dále jsou požadovány informace týkající se vlastního vodního díla (technické údaje o VD a povodí, kategorie VD, povolení o nakládání s vodami atd.).

Nejdůležitější částí manipulačního řádu je pasáž o manipulaci na VD v případě běžných provozních a mimořádných situací a provádění bezpečnostních opatření. Ta se týkají zejména ochrany před povodněmi, které překračují návrhové parametry VD a situací při ohrožení stability a mechanické pevnosti hráze či objektů VD. Provozní řády a jejich náležitosti jsou obdobného charakteru. Liší se v uvedení provozních údajů a ukazatelů nutných pro zajištění řádného a spolehlivého provozu daného vodního díla a pokyny pro provoz, údržbu a obsluhu.

Vyhláška uvádí jen základní náležitosti a informace o skladbě a obsahu manipulačních a provozních řádů vodních děl, obsahuje několik odkazů na další předpisy. Vyhláška odkazuje na související starší TNV 75 2910 a TNV 75 2920. Ty je možné využít k upřesnění skladby jednotlivých částí manipulačních řádů nebo provozních řádů, jejichž náležitosti jsou podrobně uvedeny v odstavci 1) §2 a §3 vyhlášky.

1.1.5 Vyhláška č. 590/2002 Sb., o technických požadavcích pro vodní díla, ve znění pozdějších předpisů

Jedná se o prováděcí vyhlášku týkající se vodních děl definovaných v §55 zákona č. 254/2001 Sb., o vodách, ve vazbě na stavební zákon. Vyhláška byla změněna novelou vyhlášky č. 367/2005 Sb. Vyhláška vymezuje pojmy jako „návrhový průtok, kontrolní průtok, návrhová povodňová vlna a kontrolní povodňová vlna“.

Vyhláška uvádí základní obecné požadavky, které musí být zohledněny při návrhu a provedení vodních děl. Ty vyplývají především z účelu VD a z dalších požadavků kladených na dílo (např. mechanická odolnost, ochrana zdraví, bezpečnost při jeho používaní apod.). Dalšími důležitými činiteli jsou pak morfologické, geologické a hydrogeologické podmínky uvažované lokality. Založení a návrh vodního díla musí splňovat požadavky:

  • na stabilitu a odolnost pro krajně nepříznivý zatěžovací stav účinků vody a účinků možných nahodilých zatížení při současném uvážení změn průtokových poměrů a režimu podzemních vod;
  • na zajištění filtrační stability tělesa hráze včetně podloží a omezení průsakového množství vody;
  • na odolnost VD vůči všem předvídatelným zatížením a jiným vlivům, které se mohou při provádění a užívání vyskytnout; tato zatížení nesmí způsobit nepřípustné přetvoření stavební konstrukce, poškození nebo ohrožení provozuschopnosti technických zařízení.

V §5 vyhlášky č. 590/2002 Sb., se v příslušných odstavcích kromě jiného stanoví, že:

(1) Návrh a provedení stavební konstrukce nebo stavebního prvku VD musí splňovat požadavky určené účelem VD a požadavky na odolnost proti všem předvídatelným zatížením a jiným vlivům, které se mohou při provádění a užívání vodního díla vyskytnout (například škodlivé působení prostředí, povodně, ledové jevy, mechanické působení plovoucích předmětů, koroze, otřesy, teplotní změny).

(2) Předvídatelná zatížení a škodlivé vlivy nesmí způsobit:

  • nepřípustné přetvoření stavební konstrukce (například deformaci nebo vznik trhlin), které by mohlo narušit mechanickou odolnost, stabilitu a užívání vodního díla nebo jeho části,
  • poškození nebo ohrožení provozuschopnosti připojených technických zařízení v důsledku deformace stavební konstrukce,
  • změny hladiny podzemní vody nepříznivě ovlivňující základové poměry ostatních staveb v okolí vodního díla.

(6) Bezpečnost vzdouvací stavby za povodně se posuzuje odstupňovaně podle jejího významu z hlediska možných škod při jejím poškození, který se odvozuje podle zařazení hráze do kategorie podle vyhlášky č. 471/2001 Sb. Požadovaná míra bezpečnosti vyjádřená pravděpodobností překročení kulminačního průtoku KPV, kterou je třeba přes VD bezpečně převést, je upravena v příloze k této vyhlášce. Podmínky převedení KPV přes VD jsou upraveny normovými hodnotami (TNV 75 2935).

Vyhláška č. 590/2002 Sb., o technických požadavcích pro vodní díla, dále upravuje obecné technické požadavky na VD, především posuzování bezpečnosti hráze vzdouvací stavby za povodně, a to odstupňovaně podle zařazení VD do kategorie s odhledem na možné škody. Vyhláška stanoví, že podmínky převedení kontrolní povodňové vlny přes VD jsou upraveny normovými hodnotami podle TNV 75 2935. Dále upravuje požadavky na spodní výpusti a u nově prováděných přehrad požaduje vybavení bezpečnostním zařízením (přelivem). Příloha vyhlášky, která udává požadovanou míru bezpečnosti VD při povodni (tab. 1.2), je převzata z normy TNV 75 2935 Posuzování bezpečnosti vodních děl při povodních. V praxi se požadovaná míra bezpečnosti odvozuje z kategorie vodního díla se zvláštním důrazem na ztráty lidských životů.

U hrází se kóta koruny odvozuje při zvážení všech vlivů (maximální hladiny, větrových vln apod.). Návodní líc sypané hráze se opevňuje způsobem zajišťujícím stabilitu hráze i jejího opevnění vůči usmýknutí při všech zatěžovacích stavech. U každé nově prováděné hráze malé vodní nádrže, popř. v případě změny stavby stávající vodní nádrže se VD vybavuje bezpečnostním přelivem pro bezpečné převádění vody za povodní.

Z hlediska bezpečnosti je významné, že novela vyhlášky vztahuje povinnost vybavit nově prováděná díla bezpečnostním přelivem pro bezpečné převádění vody za povodní a tutéž povinnost ukládá při změně stavby stávající vodní nádrže. Požadovaná míra bezpečnosti za povodní se stanovuje přímým odkazem na TNV 75 2935.

Při vydávání prováděcích vyhlášek je otázkou, zda je možné, aby obecně platné předpisy činily ustanovení technických norem odkazem závazná. Normy přitom nejsou volně dostupné a jejich šíření je omezeno. Vydáním vyhlášky č. 367/2005 Sb., došlo oproti dřívější praxi k posunu, kdy je možno při návrhu, popř. posuzování hrází účinněji zohlednit výši potenciálních škod. Z tohoto pohledu je možné u zcela nevýznamných vodních děl volit kontrolní povodňovou vlnu s dobou opakování N = 20 let, u nejvýznamnějších děl pak povodňovou vlnu s dobou opakování N = 10 000 let.

Tab. 1.2 Požadovaná míra ochrany vodních děl při povodni podle vyhlášky č. 367/2005 Sb.

Skupina vodních děl
Označení výše škody
Kategorie vodního díla
Hodnotící hlediska
Požadovaná míra bezpečnosti vodního díla
P = 1/N
N
A
Velmi vysoké
I. - II.
Očekávají se značné ztráty na lidských životech
0,0001
10 000
II.
 
Ztráty na lidských životech jsou nepravděpodobné
0,0005
2 000
B
Vysoké
III. - IV.
Očekávají se ztráty na jednotlivých lidských životech
0,001
1 000
Ztráty na lidských životech jsou nepravděpodobné
0,005
200
C
Nízké
IV.
Škody pod vodním dílem a ztráty z užitku
0,01
100
Ztráty jsou jen u vlastníka, ostatní škody jsou nevýznamné
0,02 až 0,05
50 až 20

1.1.6 Metodický pokyn MZe ke zpracování posudků pro zařazení VD do kategorie

Metodický pokyn MZe [8] byl publikován v roce 2010. Metodicky pokyn má zajistit jednotný postup a podmínky při rozhodování o zařazení VD do kategorie z hlediska TBD nad vodními díly. Kategorizace určených vodních děl v ČR je založena výhradně na kvantifikaci potenciálního nebezpečí, vyplývajícího z pouhé existence VD. Toto potenciální nebezpečí se kvantifikuje potenciálem škod, který se skládá z těchto dílčích částí:

  • ohrožení lidských životů průlomovou vlnou,
  • přímé škody na určeném vodním díle samém,
  • přímé škody na toku pod určeným vodním dílem,
  • nepřímé škody v území pod určeným vodním dílem,
  • ztráty užitku vyřazením určeného vodního díla z provozu.

Hodnocení jednotlivých částí se provádí bodovým systémem, dílčí výsledky se sečtou a podle dosažené hodnoty se dílo zařadí do kategorie I až IV. Při kategorizaci určeného vodního díla se nezvažuje jeho technický stav, stupeň stability konstrukce, vlastnosti podloží, vlivy prostředí atd. To vše je součástí povinného TBD nad vodním dílem. Kategorizací určeného vodního díla je pouze stanoven minimální rozsah tohoto dohledu v souladu s příslušnými ustanoveními vyhlášky č. 471/2001 Sb. V případě zhoršeného technického stavu vodního díla může být rozsah dohledu přechodně podstatně zvýšen, a to až do doby realizace nápravných opatření. To však není důvodem ke změně kategorie, do níž je dílo zařazeno. Kategorizace se provádí ve fázi zpracování DÚŘ. Důvodem pro změnu kategorie však mohou být změny v území pod vodním dílem.

1.2 Technické normy v oboru malých vodních a suchých nádrží

1.2.1 Všeobecně

Řada malých vodních nádrží v ČR byla vybudována v období, kdy bylo dodržování technických norem závazné ze zákona. Dřívější závaznost československých technických norem byla nejdříve omezena zákonem č. 142/1991 Sb., do 31.12.1994. Poté ještě existovala možnost, aby oprávněné ústřední orgány státní správy uplatnily závaznost některých ustanovení norem nebo celých norem. Závaznost norem byla definitivně ukončena k 31.12.1999.

Otázky platnosti, resp. závaznosti technických norem jsou upraveny zákonem č. 71/2000 Sb., kterým se mění zákon č. 22/1997 Sb., o technických požadavcích na výrobky, kde se v §4 přímo uvádí, že „… česká technická norma není obecně závazná“. Na platnosti norem se tímto ustanovením nic nemění. Seznam platných norem vydává pověřená organizace Český normalizační institut prostřednictvím Věstníku. Vedle toho existuje systém oborových norem vodního hospodářství garantovaný Ministerstvem zemědělství ČR.

Odpovědnost za uplatňování adekvátního technického řešení přešla na autorizovanou osobu. Technické normy lze v současnosti považovat za metodický návod, který se uplatňuje „…pro obecné a opakované používání...“. Autorizovaná osoba se nemůže zprostit odpovědnosti za konkrétní technický návrh pouze dodržením ustanovení určité technické normy. To je třeba mít na paměti při úvahách, zda má přednost individuální posouzení daného případu nebo ustanovení normy. Hlavní rozdíl v přístupu spočívá v možnosti, jak uplatnit technické normy v konkrétním návrhu. Z existujících postupů, jak prosadit ustanovení technických norem při výkonu odborné činnosti jako závazné, připadají pro státní správu v úvahu tyto dvě možnosti (viz též kap. 1.1.1):

  • Rozhodnutí správního orgánu: jestliže správní orgán na základě zmocnění uvedeného v zákoně takovou povinnost uloží, musí být dodrženy podmínky určitých technických norem.
  • Znění obecně závazných právních předpisů, kdy některé právní předpisy odkazují na povinnost dodržet normové hodnoty. Tím je zpravidla míněno dodržení konkrétního požadavku obsaženého v příslušné technické normě. Často se má na mysli například limitní hodnota či postup z příslušné aktuálně platné technické normy.

Pro státní správu ve vodním hospodářství při povolování vodních děl je tedy významná možnost aktivního využití systému technických standardů v zájmu bezpečnosti vodních děl.

Obdobně jako u právních předpisů, i při uplatnění technických norem nastává problém, do jaké míry je možné uplatnit nové, zpravidla přísnější standardy na existující vodní díla. Některé technické normy byly za tímto účelem přímo vydány (např. TNV 75 2935), zcela běžné však je, že se normy vztahují k návrhům nových staveb. Některé normy předpokládají přiměřené užití svých ustanovení i pro rekonstrukce. I zde existuje možnost využití systému technických standardů při dozoru nad existujícími vodními díly. V následujícím přehledu jsou uvedeny technické normy, které mají největší význam z pohledu stanovení návrhových parametrů přehrad, zejména MVN a SN. Přehled není zdaleka vyčerpávající, v systému norem lze vysledovat odkazy na další normy (kap. 10.3).

1.2.2 ČSN 75 2340 Navrhování přehrad - Hlavní parametry a vybavení

Norma je uvedena pro úplnost vzhledem ke skutečnosti, že obecně může být malá vodní nebo suchá nádrž zařazena do II. kategorie z hlediska TBD. Touto normou z 1.10.2004 byla nahrazena ČSN 73 6814 z 29.6.1972. Jde o základní technickou normu oboru přehradního stavitelství. Norma platí pro navrhování přehrad (hráze, bezpečnostní přelivy, výpusti, hydro-energetická díla apod.) a jejich vybavení. Přestože její skladba a obsah jsou velmi podobné předchozímu vydání, přináší novela některé závažné změny, které se projevují v:

  • rozšíření působnosti normy na rekonstrukce přehrad, pokud rekonstrukce zasahují do částí přehrad, jejichž parametry a vybavení předepisují ustanovení této normy, ustanovení týkající se bezpečnosti vodního díla platí v plném rozsahu,
  • rozšíření platnosti normy na hlavní parametry hrází suchých nádrží, bočních nádrží, obvodových hrází, hrází derivačních kanálů a hrází jezových zdrží s hladinou vzdutou nad úroveň terénu,
  • promítnutí novelizovaných standardů pro posuzování bezpečnosti přehrad za povodní.

Norma uvádí základní obecné požadavky návrhu a zabývá se hlavními parametry hráze a bezpečnostních objektů. Návrhová hladina v nádrži je stanovena na úrovni neovladatelného retenčního prostoru pro stanovenou návrhovou povodeň v závislosti na kategorii vodního díla (tab. 1.3). Od této hladiny se pak následně odvozuje i kóta koruny hráze, převýšení koruny hráze se stanoví s ohledem na zabránění nebezpečnému nebo provozně nepřípustnému přelévání vln.

Tab. 1.3 Pravděpodobnost překročení kulminace návrhové povodně

Kategorie vodního díla
Pravděpodobnost překročení (doba opakování) kulminace
I., II.
0,001 (N = 1 000 let)
III., IV.
0,01 (N = 100 let)

Požadavky na hydraulické dimenzování a zásady navrhování funkčních objektů a zařízení se týkají bezpečnostních přelivů (kapacita stanovena vodohospodářským řešením se splněním podmínek TNV 75 2935), spodních výpustí a odběrných zařízení. Obecně každá přehrada musí mít, vyjma definovaných výjimek (např. malých nádrží), nejméně dvě samostatně použitelné, na sobě funkčně nezávislé spodní výpusti. ČSN 75 2340 definuje, že základním úkolem návrhu přehrady je zajistit její bezpečnost při předpokládaných mezních povodňových situacích podle TNV 75 2935 včetně stanovení nouzových opatření pro případ extrémních situací.

1.2.3 ČSN 75 2405 Vodohospodářská řešení vodních nádrží

Norma platí pro zpracování vodohospodářských řešení a vodohospodářských plánů nádrží s celkovým prostorem větším než 10 000 m3, které jsou samostatně řízeny a ovlivňují svojí funkcí průtoky, vodní stavy a jakost vody ve vodních tocích.

Vodohospodářské řešení nádrže se zabývá objemy jednotlivých prostorů nádrže, cílem je stanovit požadavky na parametry jednotlivých staveb a zařízení přehrady s ohledem na hospodaření s vodou v nádrži, na manipulaci s hladinami v nádrži a na ochranu před povodněmi.

Ochranná funkce nádrže se řeší v rámci ochranného prostoru nádrže, výsledkem řešení této funkce je mimo jiné i stanovení maximální hladiny v nádrži. Dimenzování přelivů se provádí s ohledem na požadavky souvisejících norem na podkladě hydrogramů příslušných povodňových vln při současném respektování spolehlivosti hydrologických údajů. Výstupem z řešení ochranné funkce nádrže je stanovení úrovní hladiny v nádrži pro posouzení bezpečnosti vodního díla podle TNV 75 2935 a ČSN 75 2340. Při posuzování vodních děl za extrémních povodní norma připouští stoupnutí hladiny v nádrži nad stanovenou maximální hladinu, musí však být zachována bezpečnost vodního díla.

Kontrolní maximální hladina je obvykle výše než maximální vodoprávně schválená hladina. V praxi, zejména při projektování malých vodních nádrží, je nicméně vodoprávně projednaná a schválená hladina často nesprávně považována za nejvyšší hladinu uvažovanou při provozu VD.

1.2.4 ČSN 75 2410 Malé vodní nádrže

Norma platí pro navrhování, výstavbu, rekonstrukci a provoz vodních nádrží se sypanými hrázemi, u kterých jsou splněny současně následující podmínky:

  • objem nádrže po hladinu ovladatelného prostoru není větší než 2 miliony m3,
  • největší hloubka nádrže nepřesahuje 9 m.

Norma se nevztahuje na nádrže s potenciálním rizikem ohrožení lidských životů při jejich havárii, na nádrže přečerpávacích vodních elektráren a odkališť, norma neplatí pro nádrže s přítokem a odtokem propustným horninovým prostředím dna a svahů nádrže (např. štěrkoviště). Norma se doporučuje pro rekonstrukce historických rybníků, jejichž parametry splňují uvedené podmínky. Pro nádrže s objemem menším než 5 000 m3 se doporučuje normu použít přiměřeně podle místních podmínek.

Norma slouží k návrhu nových, popř. obnovy existujících malých vodních nádrží a specifikuje hlediska pro posouzení návrhu. Těmi jsou zejména bezpečnost a spolehlivost VD, soulad s územně plánovací dokumentací apod. Přitom se vyžaduje vypracování „Posudku bezpečnosti vodohospodářského díla za povodní“ podle „Směrnice pro navrhování a posuzování VH děl za povodní“ (1999), která předcházela vydání TNV 75 2935 v roce 2003.

Technické požadavky kladené na nízké sypané hráze se týkají především převýšení a šířky koruny hráze, kde je na rozdíl od ČSN 75 2340 je možný zjednodušený postup. Při návrhu se vyžaduje kvantifikace rezervy v kapacitě bezpečnostních zařízení hydraulickými výpočty až do úrovně koruny hráze. Zásady pro návrh hráze uvádějí požadavky kladené na hráz, specifikovány jsou vybrané parametry prvků hráze (např. šířka koruny, těsnicího jádra apod.).

Otázka převádění KPV je v normě implicitně řešena odkazem na „Směrnici pro navrhování a posuzování vodohospodářských děl za povodní“ (1997). Tato směrnice byla nakonec vydána jako metodický pokyn [1]. To při návrhu malých vodních nádrží mnohdy v praxi vede k opomenutí odkazu a následně k poddimenzování bezpečnostních zařízení. Z charakteru děl by se mohlo zdát, že hráze malých nádrží spadají do skupiny děl C, která nemusí podle vyhlášky č. 367/2005 Sb., korespondovat s parametry malých nádrží, ale odráží dopady při havárii díla. Ty mohou být i při nízké hrázi s relativně malým objemem v některých případech významné (připomínáme protržení řady malých hrází na Blatensku při povodni v roce 2002). Platnost normy se omezuje na nádrže, které nemohou způsobit ohrožení lidských životů. Těmi by byly podle slovního výkladu kritérií pro kategorizaci jen vodní díla kategorie IV podle vyhlášky č. 471/2001 Sb.

1.2.5 TNV 75 2415 Suché nádrže

Tato norma je určena pro navrhování suchých nádrží a posuzování jejich účinků a platí pro výstavbu a provoz nových i rekonstrukci stávajících suchých nádrží. Platí pro suché nádrže protékané i neprotékané. Hlavním účelem suché nádrže je zadržování vody při povodni a tím snižování vybraných Nletých průtoků. Její zátopa se obvykle zemědělsky nebo lesnicky využívá. Doporučuje se vytvoření stálého nadržení s nevýznamným objemem z důvodů udržení trvalého vodního režimu v základové spáře hráze a jejích objektů.

1.2.6 TNV 75 2935 (75 2935) Posuzování bezpečnosti vodních děl při povodních

Norma se věnuje především posuzování bezpečnosti VD při povodních, nevěnuje se detailnímu posouzení jejich technického stavu. Posuzování se provádí jednak v rámci zpracování souhrnných hodnotících zpráv o výsledcích TBD, jednak je posouzení součástí návrhu, neboť na tuto normu odkazují příslušné zákonné předpisy a normy. Norma nově zavádí některé pojmy, jako například „mezní bezpečná hladina“ (MBH) a „kontrolní maximální hladina“ (KMH).

Posouzení bezpečnosti při povodni se týká určených vodních děl, tj. děl na nichž se provádí technicko-bezpečnostní dohled a u nichž nelze vyloučit přelití koruny s nebezpečím jejího porušení v případě mimořádné hydrologické situace. Norma se vztahuje i na návrhy nových děl. Požadovaná míra bezpečnosti při povodni se stanoví pro jednotlivé skupiny vodních děl s ohledem na možné dopady při havárii VD. To zavádí do hodnocení bezpečnosti přehrad principy vycházející z teorie rizika.

Stanovení MBH se provede na základě konkrétních podmínek posuzovaného vodního díla. Stanoví se jako hladina v nádrži, při jejímž překročení začíná být aktuální nebezpečí havárie vodního díla. Posuzují se možné příčiny protržení hráze (povrchová eroze, porušení filtrační stability, posunutí po smykové ploše a překlopení). MBH je nutné srovnat s maximální hladinou vody v nádrži. Je-li MBH vyšší než maximální hladina, je nutné prověřit bezpečnost hráze.

KPV tvoří jedna nebo více povodňových vln s dobou opakování rovnou požadované míře ochrany podle skupiny díla A až C. KPV je určena kulminačním průtokem, objemem povodňové vlny a pravděpodobným časovým průběhem.

KMH je maximální dosažená úroveň hladiny vody v nádrži při posuzované KPV. Stanoví se podle předpokladů a podmínek převádění KPV (transformace povodňové vlny retenčním účinkem nádrže). Výchozí hladina v nádrži i manipulace se uvažuje podle manipulačního řádu nebo při nejnepříznivější možné situaci.

Výsledkem hodnocení je posouzení relace mezi MBH a KMH a případný návrh nápravných a nouzových opatření. Obecně se vodní dílo pro převedení KPV předpokládá za bezpečné, pokud platí relace KMH < MBH.

Norma obsahuje soupis a způsob získání požadovaných podkladů, které jsou nutné pro vypracování posudku, a návrh možných nápravných opatření. Norma byla částečně zapracována do vyhlášky č. 367/2005 Sb. Odkazem v této vyhlášce lze postup posuzování za povodní považovat za závazný. To vede k prosazení individuálního přístupu při návrhu míry bezpečnosti u jednotlivých přehrad a vyššího standardu bezpečnosti za povodní rovněž u řady starších VD.

1.2.7 ČSN EN 1997 Eurokód 7: Navrhování geotechnických konstrukcí (73 1000)

ČSN EN 1997 (73 1000) nahradila dnes již neplatnou předběžnou normu ČSN P 75 0290 Navrhování zemních konstrukcí hydrotechnických objektů. Platí mimo jiné pro vyšetřování spolehlivosti zemních konstrukcí hydrotechnických objektů. Vychází z pravděpodobnostní metody mezních stavů, podle které se dimenzují, resp. posuzují zemní konstrukce hydrotechnických objektů včetně podloží. Spolehlivost zemní konstrukce se vyšetřuje statickým výpočtem, který prokáže správnost volby a návrhu vhodného typu zemní konstrukce, a to podle vybraných mezních stavů:

  • mezního stavu stability polohy (posunutí po smykové ploše),
  • mezního stavu vzniku havarijních trhlin (porušení tahem),
  • mezního stavu přetvoření (použitelnosti),
  • mezního stavu filtrační stability (průsaky vody, vnitřní eroze).

Rozsah a podrobnost výpočtu se stanoví podle stupně projektové dokumentace. Při vyšetřování se zavádí systém dílčích součinitelů spolehlivosti, jejichž stanovení je uvedeno jak v samotném Eurokódu, tak v řadě norem týkajících se zatížení vodních staveb a spolehlivosti stavebních konstrukcí, souhrn viz též [36].

2 KONCEPČNÍ PŘÍPRAVA MALÝCH VODNÍCH A SUCHÝCH NÁDRŽÍ

Výběr místa hráze, koncepce řešení a volba typu hráze a objektů vychází v každém konkrétním případě z přírodních podmínek místa, z nichž nejpodstatnější jsou geologické, hydrogeologické a morfologické podmínky. Při návrhu a stavbě hráze malé vodní nádrže (MVN) je nutno brát v úvahu především faktory jako jsou účel a provoz díla, jeho bezpečnost, vztah k přírodnímu a životnímu prostředí a podmínky výstavby. Důležité je přitom posouzení vlivu MVN v celém komplexu jak na vodohospodářské poměry soustavy (množství, jakost vody), tak i na životní prostředí (fauna, flóra, …). Možnými účely díla a hlavní funkce nádrže jsou:

  • zásobní,
  • ochranná - retenční,
  • rybochovná funkce,
  • rekreační,
  • energetické využití apod.

Při realizaci záměru je třeba prokázat splnění účelu, kdy bývá primární vodohospodářské řešení a technicko-ekonomické hodnocení. Realizovatelnost je třeba prokázat řešením územních a majetkoprávních otázek, souladem s územně plánovací dokumentací a vodohospodářským plánem, kvantifikací vlivů díla, splněním stavebně-technických předpokladů a požadavků na bezpečnost a spolehlivost díla (zejména při povodních) a doložením finančního krytí. Ve všech stupních zpracování dokumentace (IZ, DÚŘ, DSP, realizační dokumentace) i v průběhu provádění díla je bezpodmínečně nutná kvalifikovaná technická supervize investora (známou skutečností je, že „stavbu staví investor“). Důležitými faktory jsou začlenění díla do krajiny, ochrana přírody, potřeby zemědělství a lesnictví, stavebně-konstrukční řešení, umístění nádrže a hráze a další.

Již při koncepčních úvahách je třeba vymezit alespoň rámcově návrhové parametry díla. V případě bezpečnosti a spolehlivosti díla je třeba vycházet z platných předpisů a zásad. Co se týká plnění jednotlivých účelů díla, provádí se volba návrhových parametrů a jejich kvantitativní vyjádření do jisté míry individuálně. I v těchto případech je však vhodné přidržet se osvědčených zásad.

Při volbě návrhového a kontrolního průtoku se vychází z kategorie a skupiny vodního díla. Zde je základním vstupním údajem odvozená kategorie VD. Při stanovení návrhového průtoku se vychází z tab. 1.3, při stanovení kontrolního průtoku pak z tab. 1.2. Přitom posouzení bezpečnosti díla v případě povodně se postupuje v souladu s TNV 75 2935 (kap. 1.2.6).

Při návrhu retenční (suché) nádrže je návrhovým parametrem neškodný odtok, který je vypouštěn spodní výpustí až do naplnění nádrže, kdy hladina dosáhne bezpečnostního přelivu. Ten je třeba odvodit z kapacity koryta toku pod suchou nádrží. Dalšími parametry může být jakost vody v jednotlivých ukazatelích požadovaná v závislosti na účelu nádrže nařízením vlády č. 229/2007 Sb.

3 PODKLADY PRO NÁVRH

Rozsah podkladů a jejich podrobnost je úměrná stupni pořizované dokumentace. Bude se lišit u studií a investičních záměrů, dále u dokumentace pro územní rozhodnutí, pro stavební povolení a pro provádění stavby. Podceňování podkladů, zejména v počátcích řešení MVN (studie, investiční záměr a DÚŘ) může mít za následek výrazné zvýšení investičních nákladů, resp. omezení či vyloučení realizace MVN. Základním podkladem pro návrh MVN je průzkum území a jeho vyhodnocení. Podrobný popis podkladů pro návrh MVN uvádí TNV 75 2401. V dalším textu uvádíme pouze zjednodušený výběr. Mezi hlavní podklady patří

  • mapové a geodetické,
  • hydrologické a klimatické,
  • inženýrsko-geologické, hydrogeologické a pedologické,
  • další podklady.

3.1 Mapové a geodetické podklady

Mezi mapové podklady patří státní mapy velkého až středního měřítka (např. ZM10, SM5, SMO5), a to jak v digitální, tak v papírové formě. V současné době můžeme pracovat s mapovým podkladem ZABAGED (základní báze geodetických dat - vektorová i rastrová forma). Dále sem patří další účelové mapy, ze kterých uvádíme ZVHM (základní vodohospodářská mapa), ortofotomapy, mapy BPEJ, mapa komplexního průzkumu zemědělských půd (KPZP), mapy katastru nemovitostí (KM, PK, GP, DKM, KMD, KM-D) a další mapy podle účelu. V současné době lze k některým mapovým podkladům přistupovat prostřednictvím služby WMS (Web Map Service).

U vodohospodářských studií, resp. při zpracování investičního záměru lze vystačit s výše uvedenými mapovými podklady. Zpracování navazujících stupňů dokumentace (viz níže) pouze s použitím výše uvedených mapových podkladů není možné. Obvykle dochází k výraznému zkreslení navrhovaného řešení (zejména určení polohy staveb a jejich návrhových parametrů, zkreslení velikosti objemu funkčních prostorů, a tím i zkreslení transformačního účinku nebo zabezpečenosti odběru apod.).

Pro potřeby dokumentace pro územní řízení, pro stavební povolení, resp. dokumentaci pro provádění stavby je třeba pracovat s mapovým podkladem, který vznikl na základě podrobného pozemního geodetického zaměření (obr. 3.1, 3.2) řešeného území (profil hráze a zátopa). Zaměření musí být v souřadnicovém systému S-JTSK a výškovém systému Balt po vyrovnání a mělo by být provedeno s určitým přesahem umožňujícím modifikovat technické řešení a provést dořešení souvislostí návrhu (příjezdní komunikace, úpravy v zátopě apod.). Výškový odstup vrstevnic odvozených ze zaměření by měl být 0,5 až 1,0 m.

Obr. 3.1 Výřez RZM 1 : 10 000 s vyznačením hráze a zátopy nádrže

Obr. 3.2 Ukázka vrstevnicového plánu vytvořeného na základě podrobného zaměření. Rozsah i podrobnost odpovídá potřebám všech stupňů PD s rezervou pro případnou úpravu polohy hrázového profilu. Zvýrazněný výřez představuje rozsah obr. 3.3.

Obr. 3.3 Ukázka podrobného zaměření - výřez. Vzdálenost křížků ortogonální sítě je 50 m, z obrázku je patrná především hustota bodového pole, která má vliv mj. na přesnost výpočtů kubatur při zpracování rozpočtu.

3.2 Hydrologické a klimatické podklady

Pro potřeby návrhu MVN jde především o základní údaje ve smyslu ČSN 75 1400. Z pohledu projektanta je možné rozdělit hydrologické podklady na údaje o průtocích. Sem lze zařadit např.:

Qa - dlouhodobý průměrný roční průtok,

QMd - Mdenní průtoky (např. Q355d - 355 denní průtok),

QN - Nleté průtoky (např. Q100 stoletý průtok),

qa - dlouhodobý průměrný specifický odtok.

Pro potřeby návrhu zásobní nádrže jsou to údaje o rozdělení průtoku během roku, např.:

Qm - průměrný měsíční průtok,

QI až QXII - dlouhodobý průměrný měsíční průtok, resp. řada měsíčních průtoků (reálná, odvozená, umělá).

Dále je třeba zajistit údaje o objemech odtoku. Jsou to Nletý objem WN povodně a tvar povodňové vlny (hydrogram teoretické povodně). Pro návrh suché nádrže je třeba doložit účinnost pro známé historické povodně, které svými parametry převyšují návrhovou povodeň (TNV 75 2415). Jedná se pouze o případy, kde jsou tyto povodně zaznamenány.

Alternativou je zajištění hydrologické studie, v níž se řeší na povodí nádrže srážko-odtokový proces odpovídající reálné extrémní srážce zaznamenané na hydrologicky podobném povodí. Posouzení funkce nádrže při takovéto povodňové epizodě může přispět ke zpřesnění kvantifikace přínosů i potenciálních rizik vyplývajících z existence předmětné nádrže. V případě studii lze využívat pro výpočet parametrů přítoku (QN, WN a tvar povodňové vlny) metody používané v inženýrské praxi (např. metoda CN-křivek, model DESQ apod.). Vždy je třeba znát zjednodušující předpoklady a omezení platnosti těchto metod. V rámci těchto studií jsou často pro odhad tvaru povodně, a tím i jejího objemu WN využívány výsledky výpočtu maximálního návrhového průtoku QN vyvolaného kritickou srážkou. Za objem povodně se uvažuje objem povrchového odtoku z kritické srážky, který ale bývá výrazně nižší než objemy udávané ČHMÚ. Tento způsob stanovení objemu povodně nezohledňuje např. skutečnost, že největší objemy odtoku jsou v období jarního tání nebo objemy odtoku z dlouhotrvajících přívalových srážek apod. To vede k poddimenzování navrhovaného objemu retenčního prostoru nádrží a zkreslení jejich transformačního účinku. U retenčních nádrží je třeba ověřit případný vliv nádrží položených výše na toku na hodnoty těchto údajů.

Mezi klimatické údaje patří údaje o srážkách, teplotách, výparu, směru a rychlosti větru a údaje o mrazových obdobích. Pro potřeby navrhování MVN musí být výše uvedené údaje minimálně ověřeny ČHMÚ, lépe je tyto údaje od ČHMÚ přímo získat.

3.3 Inženýrsko-geologické, hydrogeologické a pedologické podklady

Geologické a hydrogeologické podmínky spolu s geotechnickými vlastnostmi materiálů podloží dominantně ovlivňují bezpečnost a hospodárnost díla. V řadě případů jsou z hlediska realizovatelnosti a finančních nákladů limitujícím faktorem.

Z tohoto pohledu je důležité provedení kvalifikovaného a adekvátního geologického a geotechnického průzkumu lokality. Při nedostatečně provedeném a neúplně zhodnoceném průzkumu došlo v minulosti u řady děl k problémům při výstavbě, ke změnám projektu, ke zdražení stavby, k obtížím při provozu hotového díla, ale i ke katastrofám. Hydrogeologický průzkum doplňuje informace o výskytu a o vlastnostech podzemních vod a o propustnosti hornin v podloží. Předmětem geologického průzkumu musí být jak místo hráze, tak i oblast nádrže s přilehlým územím (abraze břehů, sesuvy, propustnost dna a břehů nádrže apod.) a naleziště materiálů pro stavbu hráze (soudržných zemin, štěrkopísků, kamene apod.).

Pro zajištění průzkumu je třeba nejprve zpracovat tzv. „technické zadání“ (TZ), kterým objednatel specifikuje všechny základní otázky, které mají být inženýrsko-geologickým průzkumem (IGP) a hydrogeologickým průzkumem (HGP) řešeny. TZ musí obsahovat alespoň předběžné umístění a parametry staveb.

Za samozřejmé se považuje rozdělení průzkumu na etapy v závislosti na otázkách, které vzniknou během přípravy a návrhu projektu:

1. etapa - zhodnocení veškerých dostupných informací a dokumentů (rešerše), návrh programu a rozsahu průzkumu = návrh průzkumných prací;

2. etapa - předběžný průzkum;

3. etapa - podrobný průzkum.

Podklady uvedené v 1. a 2. etapě je účelné pořídit nejpozději v rámci zpracování DÚŘ, neboť geologické a hydrogeologické podmínky mohou výrazně ovlivnit umístění, tvar a rozměry tělesa hráze. V rámci průzkumu se především zjišťují skladba a propustnost vrstev podloží.

U hrází se geologický průzkum provádí kopanými sondami, jádrovými vrty, rýhami, průzkumnými štolami či šachtami. Výstupem je kromě zprávy zejména geologický profil napříč údolím v místě hráze. Přitom se sleduje také úroveň hladiny podzemní vody (HPV) a propustnost materiálů např. pomocí nalévacích zkoušek. Průzkum je třeba provést v profilu hráze i v zátopě (materiálové naleziště, propustnost dna a břehů nádrže). Průzkum naleziště má za cíl ověřit množství a vlastnosti materiálů na výstavbu hráze. Hydrogeologický průzkum zahrnuje zkoumání režimu podzemních vod, podmínky infiltrace a propustnost, vliv prosakující vody na podloží hráze, na okolní prostředí, na stabilitu břehů nádrže a také na vodohospodářskou bilanci. Geotechnický průzkum slouží k získání kvantitativních údajů o vlastnostech a chování zemin podloží, resp. tělesa hráze. Geotechnický rozbor zemin slouží k objasnění poměrů lokality, zejména místa hráze a objektů a podmínek v zemníku. Provádí se:

  • stanovení zrnitosti,
  • zatřídění zemin podle ČSN 72 1001 a ČSN 73 1001,
  • posouzení vhodnosti materiálů pro zamýšlené použití,
  • stanovení konzistence a konzistenčních mezí (Ip, wL,…),
  • stanovení základních fyzikálních charakteristik (yZ, y, c, Edef),
  • zkoušky zhutnitelnosti - Proctor standard,
  • stanovení obsahu organických látek.

Třetí etapa, zahrnující podrobný průzkum, se provádí pro projektovou dokumentaci k žádosti o stavební povolení, pro zadávací dokumentaci a projektovou dokumentaci pro provádění stavby na základě prostorového řešení (rozměry a umístění hráze a hlavních objektů, typ hráze a kubatury materiálů, maximální a minimální úroveň hladiny v nádrži).

Součástí podrobného průzkumu by mělo být provedení hutnícího pokusu pro stanovení vhodného postupu hutnění tělesa hráze. Hutnicí pokus lze zajistit až bezprostředně před zahájením prací v rámci dodávky stavby. Zhotovitel díla zpracuje program zhutňovací zkoušky pro všechny materiály hráze na základě inženýrsko-geologické a geotechnické znalosti podloží a s využitím projektem určených nalezišť potřebných materiálů. Také se musí použít konkrétní hutnicí prostředky, které bude mít dodavatel k dispozici v době výstavby. Hutnicí pokus je možné provádět až po odsouhlasení „Programu zhutňovací zkoušky“ objednatelem (správcem stavby) a za jeho účasti. Výsledné vyhodnocení hutnícího pokusu podléhá schválení objednatelem (správcem stavby) a projektantem.

V praxi je inženýrsko-geologický a geotechnický průzkum z „úsporných důvodů“ často podceňován, což vede v řadě případů k vážným potížím při výstavbě i k poruchám existujících děl.

Pedologický průzkum je zaměřen na stanovení mocnosti půdní vrstvy a bonitaci půd, což je důležité pro návrh úprav v zátopě MVN a dále pro potřeby stanovení podkladů pro vynětí za zemědělského a lesnického půdního fondu.

3.4 Další podklady

Mezi další podklady nutné k vypracování projektové dokumentace MVN, resp. SN je možné zařadit zejména podklady územního plánování.

Sem patří:

  • územně plánovací podklady, kterými jsou:
  • územně analytické podklady - zjišťují a vyhodnocují stav a vývoj území,
  • územní studie - ověřují možnosti a podmínky změn v území,
  • zásady územního rozvoje - stanoví zejména základní požadavky na účelné a hospodárné uspořádání území kraje, vymezí plochy nebo koridory nadmístního významu a stanoví požadavky na jejich využití,
  • územně plánovací dokumentace (ÚPD), kterou tvoří:
  • územní plán - stanoví základní koncepci rozvoje území obce, ochrany jeho hodnot, jeho plošného a prostorového uspořádání, uspořádání krajiny a koncepci veřejné infrastruktury,
  • regulační plán - stanoví v řešené ploše podrobné podmínky pro vymezení a využití pozemků, pro umístění a prostorové uspořádání staveb, pro ochranu hodnot a charakteru území a pro vytváření příznivého životního prostředí a vymezí veřejně prospěšné stavby nebo veřejně prospěšná opatření.

Dále jsou významné podklady:

  • vymezující veškerá podzemní i nadzemní vedení v navrhované lokalitě,
  • projektové dokumentace vztahující se k řešenému území (zejména meliorační stavby, ÚSES apod.),
  • rozvojové studie a koncepce (zaměřené zejména na protipovodňovou ochranu),
  • podklady o ochranných pásmech,
  • veškerá vyjádření dotčených orgánů státní správy a dalších právnických a fyzických osob.

Dalšími nezbytnými podklady jsou související předpisy, normy, odborná literatura zaměřená na řešení MVN a další technické pomůcky, jako jsou typizační a oborové směrnice (kap. 10).

4 VODOHOSPODÁŘSKÉ ŘEŠENÍ MALÝCH VODNÍCH NÁDRŽÍ

Vodohospodářské řešení je základem pro efektivní návrh nádrže z hlediska jejího objemu a jeho rozdělení pro plnění jednotlivých požadavků, které jsou na nádrž kladeny viz ČSN 75 2405. Rozsah je dán významem nádrže a její funkcí. Vždy by mělo vodohospodářské řešení být uspořádáno a doloženo tak, aby byla možná kontrola jeho významných fází a výsledků.

4.1 Účel vodohospodářského řešení nádrže

Účelem vodohospodářského řešení nádrže je:

  • stanovit objemy jednotlivých prostorů (podle funkce nádrže);
  • vyřešit optimální způsoby řízení odtoku z nádrže (odběry, minimální zůstatkový průtok, energetický spád, jakost vody, míra ochrany před povodněmi);
  • stanovit požadavky na parametry jednotlivých staveb a jejich uspořádání;
  • zjistit vliv nádrže na průtok vody ve vodním toku a na vodní díla pod nádrží (vodohospodářská bilance);
  • poskytnout spolehlivé podklady pro návrh funkčních objektů nádrže a hráze z pohledu bezpečnosti a provozuschopnosti vodního díla;
  • poskytnout podklady pro vypracování vodohospodářského plánu nádrže, jejího manipulačního řádu a pro příslušná rozhodnutí vodoprávního úřadu;
  • poskytnout podklady pro posouzení environmentálních účinků nádrže.

U nově navrhované nádrže obsahuje vodohospodářské řešení rovněž výpočty pro období realizace a těsně po jejím ukončení. Zde se jedná o:

  • převádění vody přes staveniště během výstavby,
  • první plnění nádrže,
  • první prázdnění nádrže.

4.2 Rozdělení prostorů v nádrži

Rozdělení prostorů v nádrži je patrné z obr. 4.1.

Obr. 4.1 Rozdělení prostorů v nádrži podle ČSN 75 2405

Mmax ... poloha maximální hladiny

Mm ... poloha hladiny mrtvého prostoru

Ms ... poloha hladiny stálého nadržení

Mz ... poloha hladiny zásobního prostoru

Mo ... poloha hladiny ovladatelného prostoru

Mro ... poloha hladiny ovladatelného retenčního prostoru

Mrn ... poloha hladiny neovladatelného retenčního prostoru

Vc ... objem celkového prostoru

Vm ... objem mrtvého prostoru

Vs ... objem prostoru stálého nadržení

Vz ... objem zásobního prostoru

Vr ... objem ochranného prostoru

Vo ... objem ovladatelného prostoru

Vn ... objem neovladatelného prostoru

Vro ... objem ovladatelného ochranného prostoru

Vrn ... objem neovladatelného ochranného prostoru

U rybníků se často užívá pojmu “normál“ nádrže, kterým se míní poloha hladiny dlouhodobě udržovaná výpustným, popř. přelivným zařízením. Bývá často v úrovni koruny bezpečnostního přelivu, resp. 0,05 až 0,1 m pod ní. Jejím ekvivalentem je hladina zásobního prostoru. U nádrží rybničního typu se můžeme setkat někdy s tzv. „zálohovým prostorem“, který se nachází nad prostorem zásobním a pod korunou bezpečnostního přelivu. Tento prostor bývá využíván k různým účelům (např. k vytvoření určité zálohy pro suché období, resp. snížení kulminačního přítoku apod.).

Z účelu nádrže vyplývají požadavky na stanovení jednotlivých funkčních prostorů. V rámci tohoto textu je podrobněji rozvedeno stanovení objemu zásobního prostoru a objemu ochranného prostoru.

4.3 Stanovení objemu zásobního prostoru

V tomto případě se jedná o vyřešení bilance mezi požadavky na odběr vody a kapacitou zdroje vody. Důležitou roli hrají ztráty vody, které jsou přičítány k vlastnímu odběru, neboť představují nárok na zdroj vody.

Už ve fázi studií, investičních záměrů, ale i pro DÚŘ se u malých vodních nádrží doporučuje posoudit bilanci vody v profilu uvažované nádrže. Zejména u drobných vodních toků, kde není měření průtoků, je tento požadavek opodstatněný. Pro bilanci je důležité posoudit nejen stavy průměrné (dlouhodobý průměr), ale také stavy sucha (průměrný roční průtok Qr je překročen s pravděpodobností P = 60 %, resp. 80 %). Pokud neřešíme zabezpečení odběru vody z nádrže, postačí orientační bilance ročního objemu přítoku. V případě, že je tato bilance napjatá, je třeba provést podrobnější řešení na základě podkladů ČHMÚ, nebo úměrně snížit objem nádrže, případně na tuto skutečnost upozornit investora a projednat možné důsledky. Pro odhad bilance využíváme hodnoty dlouhodobého průměrného specifického odtoku qa. Metody výpočtu odtoku a stanovení čáry překročení ročních průtoků Qr jsou uvedeny např. v publikaci [32]. Výpočtem bilance vody v uvažovaném profilu nádrže předejdeme možným následným problémům při jejím provozu.

4.3.1 Ztráty vody v nádržích

U vodohospodářského řešení malých vodních nádrží se jedná o ztráty výparem z vodní hladiny a vodních rostlin, infiltrací do dna nádrže, průsakem hrází a podložím hráze a o provozní ztráty.

4.3.1.1 Ztráta výparem

Pro odhad ztráty výparem je možné využít řadu metod. Máme-li k dispozici údaje z klimatických stanic, je možné stanovit výpar z volné hladiny podle nomogramu na obr. 4.2, kde je denní výpar v určitém období funkcí průměrné měsíční teploty vzduchu a průměrného měsíčního tlaku vodních par. Celková ztráta za delší období se určí jako součet ztrát za dílčí období. Pokud je teplota vzduchu záporná, s výparem neuvažujeme.

Obr. 4.2 Nomogram pro stanovení průměrného denního výparu [40]

Další možností je výpočet denního výparu Hd v [mm/den] podle vztahu:

(4.1)

kde

Tm je ... průměrná měsíční teplota vzduchu [°C],

Wr ... průměrná měsíční relativní vlhkost vzduchu v [%].

Platnost vzorce je pro Tm > 5 °C, pro nižší teploty se uvažuje Hd = 0.

U malých vodních nádrží je možné počítat ztrátu výparem orientačně také podle ČSN 75 2410 s využitím nomogramu, který stanoví závislost mezi průměrnou nadmořskou výškou a roční hodnotou výparu (obr. 4.3). Tuto hodnotu pak rozpočítáme podle procentního ročního rozdělení uvedeného v tab. 4.1.

Zavedení zvýšení výparu v závislosti na procentu zarostlé plochy je možné zjednodušeně počítat vynásobením výparu z volné hladiny opravným součinitelem podle tab. 4.2, a to v období růstové fáze vegetace (květen až říjen). V období maximálního růstu vlhkomilných rostlin (červenec - srpen) je ztráta vody transpirací 3,5 až 5 krát vyšší než ztráta výparem z volné hladiny.

Tab. 4.1 Rozdělení ročního výparu ČSN 75 2410

měsíc
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
% výparu
2
2
4
6
11
14,5
18
17
11,5
7
4
3

Tab. 4.2 Opravný koeficient - zarostlá plocha [40]

podíl zarostlé plochy (%)
10
30
50
75
opravný součinitel
1,03
1,08
1,14
1,22

Obr. 4.3 Nomogram pro stanovení ročního výparu podle ČSN 75 2410

4.3.1.2 Ztráta vody infiltrací do dna

Tato ztráta se uvažuje při prvním napouštění nádrže, resp. při opětovném napouštění, kdy byla nádrž delší dobu bez vody. U nádrží, které se po vypuštění opět ihned napouštějí, tuto ztrátu neuvažujeme. Ztráta závisí na ploše dna, morfologii nádržní pánve, hloubce vysušení půdního profilu dna, materiálu dna a na geologických podmínkách podloží. Za předpokladu, že je hladina podzemní vody rovnoběžná se dnem nádrže, lze určit ztrátu Zd vsakem do dna v [m3] podle Isajeva [40]:

(4.2)

kde

ndna je ... pórovitost materiálu dna nad výškou kapilárního vzlínání v [%],

hpv ... hloubka hladiny podzemní vody pod dnem nádrže v [m],

hkap ... kapilární výška odpovídající materiálu dna nádrže v [m],

S ... plocha nádrže v [m2].

Při nehomogenním dně se počítá průměrná pórovitost dna ndna po úroveň kapilárního zdvihu ze vztahu:

(4.3)

kde

ni je ... pórovitost ité vrstvy v [%],

hi ... mocnost ité vrstvy v [m].

4.3.1.3 Ztráty průsakem hrází a jejím podložím

Při řešení ztráty průsakem hrází a jejím podložím lze využít moderní metody výpočtu uvedené v odborné literatuře [25, 33, 35], které jsou základem běžně dostupných výpočetních programů, např. [29].

Pro jednodušší případy lze využít následující zjednodušené postupy stanovení specifického průsaku, kdy můžeme rozlišit čtyři možné typy úloh:

homogenní hráz na nepropustném podloží,
nehomogenní hráz na nepropustném podloží,
homogenní hráz na propustném podloží,
nehomogenní hráz na propustném podloží.

Z důvodu omezeného rozsahu tohoto textu je podrobněji uvedena jen první úloha. Podrobný popis úloh uvádí např. [42].

Homogenní hráz na nepropustném podloží

Při výpočtu průsaku vycházíme z předpokladu ustáleného rovnoměrného proudění. Výpočet provádíme na jednotku šířky hráze. Specifický průsak q v [m3/(s.m)] stanovujeme podle vztahu:

(4.4)

kde

k je ... hydraulická vodivost zeminy hráze v [m/s],

H ... hloubka vody v nádrži v [m],

L ... v [m] je počítáno podle vztahu:

(4.5)

L = λ . H + A + B + C

kde λ se počítá podle vztahu:

(4.6)

Rovnice depresní křivky má tvar:

(4.7)

Veličiny uvedené v rovnicích odpovídají schématu na obr. 4.4.

Obr 4.4 Schéma veličin - výpočet průsaku homogenní hrází na nepropustném podloží

4.3.1.4 Provozní ztráty

Mezi tyto ztráty patří například ztráta proplachováním objemu rybochovných nádrží. Pro tyto nádrže je třeba zajistit stálý přítok vody v množství 0,5 až 1 l/s na hektar plochy nádrže. Pro intenzivní chov ryb se tento přítok zvyšuje až na 5 l/s na hektar. Dále je možné uvažovat ztráty netěsností provozních uzávěrů, které udává výrobce zařízení.

4.3.2 Metody stanovení objemu zásobního prostoru nádrže

Řešení zásobní funkce nádrže vychází ze základní rovnice nádrže

(4.8)

kde

Q(t) a O(t) je přítok a odtok vody do a z nádrže,

dV(t)/dt ... okamžitá změna objemu vody v nádrži.

Při vodohospodářském řešení hledáme vztah mezi objemem zásobního prostoru nádrže Vz, hodnotou nalepšeného odtoku OP a jeho zabezpečeností (např. Pt - podle trvání) při známem přítoku do nádrže Q. Podrobněji je o dané problematice pojednáno v odborné literatuře [39]. U většiny malých vodních nádrží lze předpokládat, že řízení odtoku bude roční, případně sezónní. V dalším textu je uvedeno pouze řešení velikosti objemu zásobního prostoru Vz pro danou hodnotu nalepšeného odtoku OP se zabezpečeností Pt odpovídající zabezpečenosti návrhového roku.

4.3.2.1 Zjednodušená metoda - čára překročení Mdenních průtoků

Pro předběžné návrhy lze využít jednoduchou metodu, která využívá čáru překročení Mdenních průtoků v suchém roce (pravděpodobnost překročení Qr - 60 - 80 %). Její využití je však omezeno předpokladem ročního řízení odtoku a konstantního odběru během celého roku. Za jiných podmínek je údaj získaný touto metodou pouze orientační a je třeba na něj také tak nahlížet. Princip metody je uveden na obr. 4.5. Objem zásobního prostoru je vyznačen šrafovanou plochou.

Obr. 4.5 Určení zásobního prostoru z čáry překročení průměrných denních průtoků

4.3.2.2 Metoda simulační, postupně bilanční

Podmínkou využití této metody je znalost průtokové řady toku v profilu nádrže (přítok do nádrže Q) a znalost průměrných hodnot dalších veličin (celkový odběr z nádrže Op, minimální zůstatkový průtok MZP a výpar z volné hladiny Ovýp). Tato metoda simuluje provoz nádrže a postupně bilancuje na zvoleném časovém období, kterým je pro roční řízení odtoku vodohospodářský rok (začátek paušálně 1. duben, v horských oblastech 1. květen), objem vody přiteklý do nádrže s požadavky na odběr vody z nádrže včetně pokrytí požadavků na zachování MZP a ztrát výparem. Časový krok Δt, který slouží pro bilancování objemů je v případě ročního řízení odtoku jeden měsíc. Za návrhový rok se volí nejčastěji suchý rok, resp. rok, ve kterém je zabezpečenost průměrného ročního průtoku Qr rovna zabezpečenosti požadovaného odběru. Při řešení je třeba prověřit tzv. stacionaritu řady. To znamená, že ve dvou po sobě následujících stejných, návrhových rocích musíme posoudit, zda ve druhém testovacím roce dojde k opětovnému naplnění nádrže. Metodu lze ilustrovat tab. 4.3. V prvním sloupci je uveden příslušný měsíc. Ve sloupci 2 až 5 jsou uvedeny bilancované měsíční objemy vypočtené jako součin příslušné průměrné měsíční hodnoty veličiny (přítok do nádrže Q, celkový odběr z nádrže Op, minimální zůstatkový průtok MZP a výpar z volné hladiny Ovýp) vynásobený délkou časového kroku Δt = 1 měsíc. V šestém sloupci je uvedena měsíční bilance objemů. Pro tuto bilanci je objem přítoku je uvažován záporně, ostatní objemy (celkový odběr, MZP, výpar) jsou uvažovány kladně. V případě, že přítok do nádrže nepokrývá požadavky na celkový odtok z nádrže (Op+MZP+Ovýp) dochází k prázdnění nádrže a kladná hodnota v tomto sloupci signalizuje nárok na potřebný zásobní objem. V sedmém sloupci je znázorněna postupná roční simulace provozu nádrže. Kladné hodnoty odpovídají postupnému prázdnění resp. plnění zásobního prostoru. Počáteční podmínka simulace je, že nádrž je na začátku řešeného období plná. Změna objemu nádrže na konci každého měsíce se postupně získá tak, že se dílčí bilance v příslušném měsíci (sloupec sedm) přičte ke stavu plnění na konci předchozího měsíce (hodnota ve sloupci sedm v předchozím měsíci). Pokud je nádrž plná (např. počáteční krok, resp. dosažení záporné hodnoty po přičtení dílčí bilance) nelze ji dále plnit tímto přebytkem přiteklého množství (záporná hodnota ve sloupci šest). Dochází k vynucení zvýšeného odtoku a v sedmém sloupci v příslušném měsíci píšeme nulu. V osmém sloupci je uveden slovní popis stavu nádrže. Hledaným objemem zásobního prostoru Vz je pak maximální kladná hodnota ve sloupci sedm (423 022 m3). Tuto hodnotu pak posoudíme s možnostmi údolí, kde chceme nádrž budovat. Pokud zde není dostatečný prostor pro navrhovaný zásobní objem Vz, je třeba omezit odběr nebo hledat další možné řešení, kterým může být např. kombinace nádrží v kaskádě.

Tab. 4.3 Stanovení zásobního prostoru simulační metodou postupně bilanční

měsíc
přítok Q.Δt [m3]
součet odběrů Op.Δt [m3]
MZP.Ät [m3]
výpar Ovýp.Δt [m3]
(Op + MZP + Ovýp - Q).Δt
Σ(Op + MZP + Ovýp - Q).Δt
Stav nádrže
1
2
3
4
5
6
7
plná nádrž
IV
1 458 620
311 040
7 517
900
-1 139 163
0
vynucený zvýšený odtok
V
986 423
348 192
7 768
1 650
-628 813
0
vynucený zvýšený odtok
VI
651 230
466 560
7 517
2 175
-174 978
0
vynucený zvýšený odtok
VII
325 846
535 680
7 768
2 700
220 302
220 302
prázdnění
VIII
321 568
482 112
7 768
2 550
170 862
391 164
prázdnění
IX
236 584
259 200
7 517
1 725
31 858
423 022
max. povyprázdnění
X
320 580
0
7 768
1 050
-311 762
111 260
plnění nádrže
XI
850 605
0
7 517
600
-842 488
0
vynucený zvýšený odtok
XII
715 186
0
7 768
450
-706 968
0
vynucený zvýšený odtok
I
725 650
0
7 768
300
-717 582
0
vynucený zvýšený odtok
II
802 586
0
7 016
300
-795 270
0
vynucený zvýšený odtok
III
2 250 452
0
7 768
600
-2 242 084
0
vynucený zvýšený odtok

4.4 Stanovení objemu ochranného prostoru Vr

Stanovení objemu ochranného prostoru vyžaduje vyřešení transformačního účinku nádrže. Řešení vychází z rovnice nádrže (4.8). Cílem je stanovení objemu retenčních prostorů Vrn resp. Vro. Na obr. 4.6 je naznačen průběh transformace přítoku nádrží.

Z rovnice (4.8) vyplývá, že řešení retenční funkce vyžaduje znalost přítoku do nádrže Q(t) (hydrogram povodně) a vyřešení odtoku vody z nádrže O(t), který je funkcí polohy hladiny v nádrži a parametrů spodních výpustí a bezpečnostního přelivu a případně manipulačních pravidel. Návrhové parametry hydrogramu jsou dány jednak normou ČSN 75 2410, resp. TNV 75 2935. Dalším důležitým podkladem je určení neškodného odtoku pod nádrží. Tato hodnota podstatně ovlivňuje výsledky řešení. U nově navrhovaných nádrží řešíme úlohu, kdy hledáme velikost retenčních prostorů tak, aby došlo k požadovanému účinku, kterým je snížení kulminačního průtoku návrhového hydrogramu na hodnotu neškodného odtoku One v předepsaném profilu toku pod nádrží. Podrobně jsou způsoby řešení popsány v odborné literatuře [39]. V dalším textu jsou popsány pouze hlavní zásady pro MVN. U MVN se předpokládá nehrazený bezpečnostní přeliv. U hrazeného přelivu je třeba prokázat výpočtem, že při chybné obsluze (uzávěr zůstane uzavřen) nebude ohrožena bezpečnost díla. Do výpočtu retenčního účinku jsou započítávány odtoky spodními výpustmi, které bývají u MVN často bez regulačních uzávěrů. Pro SN musí být kapacita těchto výpustí při maximální hladině menší než neškodný odtok One. Výsledek je potřeba z pohledu bezpečnosti díla (návrh MBH) přešetřit při zavřených výpustech a počáteční hladině na kótě koruny přelivu.

U MVN se nepředpokládá ve fázi plnění retenčních prostorů řízení odtoku spodními výpustmi. Hledání velikosti objemu retenčních prostorů vede na optimalizační úlohu, kdy pro dané parametry spodní výpusti a bezpečnostního přelivu hledáme optimální rozdělení objemů retenčních prostorů Vrn a Vro tak, aby jejich velikost byla pro požadovaný retenční účinek minimální. Při řešení musíme respektovat určité konstrukční zásady (např. výrobní řadu profilů potrubí spodní výpusti, navrhování „rozumné“ délky přelivné hrany apod.). Plnění ovladatelného retenčního prostoru s objemem Vro je pouze funkcí kapacity spodních výpustí, plnění retenčního prostoru neovladatelného s objemem Vrn závisí též na kapacitě přelivu. Účinnost retenčních prostorů je patrná z obr. 4.7, kde Qmax značí kulminační přítok v [m3/s] (u návrhu objemu retenčního prostoru se jedná o QH) a Omax je maximální odtok z nádrže v [m3/s] (u návrhu objemu retenčního prostoru se jedná o One).

Řešení rovnice (4.8) lze provést:

  • „klasickou“ graficko-početní metodou podle Klemeše [39],
  • tabelárním výpočtem sestaveným např. v tabulkovém procesoru (např. MS Excel), kdy je přesnost výpočtu omezená především délkou časového kroku,
  • s využitím existujících programů, např. pro řešení neustáleného proudění v tocích (HEC-RAS),
  • vlastním programem ve vhodném programovacím jazyce; zde je třeba připomenout nutnost validace programu s využitím úloh se známým řešením. Výhodou je otevřený kód umožňující doplnění nestandardních úloh (variantní a optimalizační úlohy).

Obr. 4.6 Transformační účinek izolované nádrže

Obr. 4.7 Účinnost retenčních prostorů

V současnosti jsou využívány především numerické metody řešení [39]. Postupně simulujeme provoz nádrže při průchodu návrhové povodně pro zadanou polohu a délku přelivné hrany a zvolený průměr spodních výpustí. Výsledné plnění nádrže porovnáváme s objemem údolí ve zvoleném profilu nádrže. Z hlediska účinnosti retenčních prostorů je výrazné transformace dosaženo pouze retenčním prostorem pod korunou bezpečnostního přelivu.

U soustavy MVN je třeba respektovat vzájemné spolupůsobení nádrží (doby doběhu odtoku z jednotlivých nádrží) směrem po toku. V tomto případě je možné využít simulačních modelů s řešením průtoku říční sítí. Toto řešení vyžaduje speciální software, např. MIKE-BASIN, HEC-HMS, HYDROG a další.

U návrhu retenčních nádrží, zejména SN, je třeba vždy prověřit jejich vliv s ohledem na možnost souběhu kulminací pod soutokem. Jedná se o případy, kdy v určité vzdálenosti pod retenční nádrží je soutok s vodním tokem s významnou plochou povodí. Zde se může projevit nepříznivě souběh povodňových vln. Možný nepříznivý efekt takového souběhu je patrný z obr. 4.8.

Obr. 4.8 Možný nepříznivý účinek suché nádrže pod soutokem dvou toků (upraveno podle P. Křivky)

4.5 Návrh spodních výpustí

U MVN jsou v současné době nejvíce navrhovány trubní výpusti. Ve většině případů se jedná o trubní výpust požerákového typu a trubní výpust hrazenou kanalizačním šoupátkem [41]. S otevřenými výpustmi se můžeme setkat spíše na historických nádržích, rovněž tak s lopatovými nebo šikmými stavidlovými uzávěry na návodní straně nebo čepovými uzávěry. Proto jsou v dalším textu podrobněji rozvedeny pouze trubní výpusti. V případě SN doporučuje norma TNV 75 2415 bezobslužné výpusti, které musí umožnit úplné vypuštění nádrže. Kapacita výpustí SN při maximální hladině musí být nižší než neškodný odtok One. Konstrukce výpusti SN by měla umožnit řízené napuštění nádrže a provedení ověřovacího provozu. Zásady dimenzování výpustí u MVN a SN jsou popsány v dostupné literatuře, např. [41, 43]. Na obr. 4.9 je uveden schématický náčrt trubní výpusti požerákového typu. V náčrtu jsou vyznačeny profily 1 až 4, které postupně určují profily, kde posuzujeme kapacitu.

Profil 1 je profil dlužové stěny. Projektant navrhne délku dlužové stěny (dřevěné fošny 150 až 200 mm široké uložené na výšku). Kapacita je počítána jako dokonalý přepad s uvažováním bočních kontrakcí (účinná délka přelivu). V případě, že kóta horní hrany požeráku je níže než maximální hladina v nádrži a požerák není shora uzavřen, dochází i k přepadu přes zbývající tři horní hrany konstrukce, čímž se prodlužuje délka přelivné hrany.

Profil 2 je profil zúžení výtokového otvoru do odpadního potrubí. U trubní výpusti s kanalizačním šoupětem se jedná o profil, kde počítáme její kapacitu. Výpočet provádíme jako výtok otvorem. Průměr otvoru d = 0,5 D, kde D je průměr odpadního potrubí. Přitom je nutné uvažovat se zavzdušněním potrubí za zúžením (nad maximální hladinu vyvedeným potrubím o průměru 0,2 D až 0,25 D). Zavzdušnění je součástí požeráku.

Profil 3 je profil odpadního potrubí. Zde by měl být průtok o volné hladině. V případě zahlcení šachty požeráku při maximální hladině musí odpadní potrubí (profil 3 - viz dále) provést při volné hladině odpovídající průtok.

Profil 4 je profil, kde navrhujeme opatření k utlumení energie vytékajícího proudu vody. Jako opatření je podle režimu proudění v korytě možné zvolit buď umělé zdrsnění koryta toku nebo vývar. Výsledkem návrhu spodní výpusti je měrná křivka spodní výpusti, která popisuje závislost mezi plněním nádrže a odtokem spodní výpustí. Na obr. 4.10 je ukázka měrné křivky. Část křivky představující „volný přepad“ je vynesena pouze pro jednu polohu horní hrany dlužové stěny. Část křivky označená „tlakový průtok“ představuje závislost průtoku na poloze hladiny v nádrži při zatopení šachty požeráku (kapacita v profilu 2).

Obr. 4.9 Výpočtové schéma spodní výpusti

Obr. 4.10 Měrná křivka spodní výpusti

4.6 Návrh bezpečnostního přelivu

Výchozím podkladem pro návrh parametrů bezpečnostního přelivu je návrhový průtok QH (podle tab. 1.3, u MVN nejčastěji Q100) a počáteční volba přepadové výšky (obvykle 0,3 až 0,6 m). Bezpečnostní přeliv se skládá z přepadové části, skluzu (u sdružených funkčních bloků odpadní chodby) a zařízení k tlumení kinetické energie (vývar, zdrsněné koryto). Podrobný výpočet parametrů je uveden např. v [41, 43]. Je třeba dodržet následující konstrukční zásady:

  • Hloubka spadiště v nejhlubším místě se navrhuje alespoň 2hk při QH. Šířka spadiště by neměla klesnout pod 2 m, výjimečně pod 1,5 m. Měrný průtok nemá překročit 15 m2/s.
  • Skluz, pokud prochází hrází, musí bezpečně převést průtok 2QH (u přemostění je třeba dodržet bezpečnostní převýšení). Totéž platí pro odpadní chodbu od sdruženého funkčního bloku.
  • Hloubka skluzu vychází z hloubky vody při návrhovém průtoku QH zvětšené o účinek provzdušnění a bezpečnostní rezervu uvažovanou obvykle 0,60 m. Zjednodušeně lze u kratších skluzů uvažovat s jejich hloubkou odpovídající 1,8.hk při návrhovém průtoku.
  • Sdružené funkčních bloky a šachtové přelivy musí tento průtok převést o volné hladině (odpadní chodba).
  • Kruhové profily odpadní chodby (potrubí) se navrhují do QH = 5 m3/s.
  • Podélný sklon skluzu se pro všechny hodnocené průtoky volí větší než je kritický sklon.
  • Šířka vývaru v úrovni prahu by měla být o 0,4 až 1,0 m širší než skluz a o 0,8 až 1,0 m širší u odpadní chodby. Navrhuje se lichoběžníkový příčný profil se sklony bočních zdí 5 : 1 až 4 : 1. Do výpočtu se zavádí náhradní obdélníkový profil se šířkou rovnou šířce v úrovni prahu.

Pro ilustraci je na obr. 4.11 ukázka měrné křivky přelivu. Zde jsou vyznačeny tři možné stavy přepadu vody podle hloubky vody ve spadišti. Při úplném zatopení spadiště ovlivňuje kapacitu rozměr skluzu v místě, kde prochází hrází. Tento profil je kritický při dodržení podmínky provedení dvojnásobku návrhového průtoku QH.

Obr. 4.11 Měrná křivka přelivu

4.7 První naplnění nádrže

Výpočet prvního naplnění nádrže je důležitou součástí jejího vodohospodářského řešení. U méně důležitých nádrží lze provést výpočet zjednodušenou metodou s využitím součtových čar Mdenních průtoků [42]. Problematické je zavedení ztrát do této metody (např. ztráty vsakem do dna, pokud byla nádrž delší období vypuštěná) a zohlednění požadavku na minimálního zůstatkového průtoku MZP. Vhodnější je využít simulační postupně bilanční metodu [39], případně metodu, která počítá plnění z jarních zvýšených průtoků [42].

4.8 Prázdnění nádrže

Prázdnění nádrže závisí na typu a parametrech spodních výpustí. Jedná se o postupné vypouštění objemu nádrže. U spodních výpustí požerákového typu se postupně vyjímají dluže tak, aby maximální výška přepadového paprsku byla rovna dvojnásobku výšky dluže a minimální výška rovna jedné výšce dluže. Celková doba prázdnění tc v [s] je dána součtem dob prázdnění Δti dílčích objemů nádrže:

(4.9)

kde

So-n jsou ... plochy nádrže odpovídající dělení objemu vody v nádrži podle výšky dluže v [m2],

z ... výška dluže v [m],

m ... přepadový součinitel,

b0 ... účinná šířka dluže v [m].

Orientačně lze stanovit celkovou dobu prázdnění tc [s] ze vztahu:

(4.10)

kde V je objem nádrže [m3].

U trubních spodních výpustí hrazených kanalizačním šoupátkem počítáme celkovou dobu prázdnění tc jako součet dob prázdnění Δti dílčích objemů nádrže podle vztahu:

(4.11)

kde Δti počítáme podle vztahu:

(4.12)

kde

Sx je ... střední plocha hladiny v intervalu hloubek (hi, hi-1),

h ... rozdíl hladiny v nádrži a osy výpustného potrubí [m],

i a i-1 ... začátek a konec intervalu prázdnění Δti,

Sp ... plocha výpustného potrubí [m2],

μv ... výtokový součinitel.

5 KONSTRUKČNÍ ŘEŠENÍ HRÁZÍ A FUNKČNÍCH OBJEKTŮ

5.1 Hráze malých vodních nádrží

5.1.1 Zeminy pro sypání hrází

Protože u MVN a SN převažují hráze z místních materiálů (sypané), budeme se v textu zabývat především jimi. Při návrhu je třeba pamatovat, že hráz je geotechnickou konstrukcí, jejíž nedílnou součástí je i podloží. Otázky geologického a geotechnického průzkumu byly zmíněny výše. U nízkých hrází přichází v úvahu uspořádání jak homogenní (obr. 5.7, 5.8), tak nehomogenní sestávající z těsnicí a stabilizační části (obr. 5.9 až 5.11).

Pro funkci zemních hrází je významný výběr těsnicí zeminy. Volba zemníku se má opírat o technicko-ekonomické srovnání různých lokalit, na kterých se provádí geologický průzkum. Při srovnání je třeba zohlednit jakost a vlastnosti zeminy, možnosti dopravy a obtížnost těžby. Doporučuje se zemník otevřít nedaleko hráze. Přitom je třeba přihlédnout k nebezpečí porušení přirozených nepropustných pokryvných vrstev a k možnému zhoršení průsakových poměrů v podloží hráze, nad a pod hrází.

Před započetím těžby v zemníku se musí v předstihu odstranit porost, ornice a nevhodné zeminy. Pokud se sejmutá ornice použije pro stavbu hráze (např. ohumusování svahů), je třeba ji uložit na mezideponii tak, aby nedošlo k jejímu poškození. Po skončení těžby zemin se dotčené území upraví a rekultivuje. Zeminy pro těleso homogenní hráze, popř. pro těsnicí část nehomogenní hráze, těsnicí zářezy a těsnicí koberce musí splňovat tyto požadavky:

  • čára zrnitosti leží v zóně 2, popř. 1 podle obr. 5.1,
  • obsah organických látek nepřesahuje 5 %,
  • mez tekutosti není vyšší než 50 %,
  • maximální průměr zrna zeminy je 100 mm,
  • u zemin skupiny ML, CL, CS, MS je index plasticity IP = wL - wP > 8.

Starší ČSN 73 6824 Nízke sypané priehrady z roku 1964 doporučovala pro tyto části hráze zeminy s hydraulickou vodivostí menší než k = 10-8 m/s.

Pro stabilizační část by měla být zrnitost materiálu v oblasti 4, popř. 3 podle obr. 5.1. Sypanina musí zůstat po zhutnění propustná, objemově stálá vůči změnám počasí, nesmí obsahovat organické látky. Vhodnost zemin pro hráze MVN uvádí tab. 5.1.

Obr. 5.1 Mezní čáry zrnitosti zemin

Tab. 5.1 Vhodnost zemin podle ČSN 75 2410, zatřídění podle ČSN 72 1001 a 73 1001

Znak skupiny
Název zeminy
Homogenní
Těsnicí část
Stabilizační část
GW
štěrk dobře zrněný
nevhodná
nevhodná
výborná
GP
štěrk špatně zrněný
nevhodná
nevhodná
výborná
G-F
štěrk s příměsí jemnozrnné zeminy
málo vhodná
nevhodná
velmi vhodná
GM
štěrk hlinitý
výborná
velmi vhodná
málo vhodná
GC
štěrk jílovitý
výborná
velmi vhodná
málo vhodná
SW
písek dobře zrněný
nevhodná
nevhodná
vhodná
SP
písek špatně zrněný
nevhodná
nevhodná
vhodná
S-F
písek s příměsí jemnozrnné zeminy
nevhodná
nevhodná
vhodná
SM
písek hlinitý
vhodná
vhodná
málo vhodná
SC
písek jílovitý
velmi vhodná
výborná
nevhodná
MG
hlína štěrkovitá
velmi vhodná
velmi vhodná
nevhodná
CG
jíl štěrkovitý
velmi vhodná
výborná
nevhodná
MS
hlína písčitá
vhodná
vhodná
nevhodná
CS
jíl písčitý
velmi vhodná
velmi vhodná
nevhodná
ML-MI
hlína s nízkou až střední plasticitou
málo vhodná
vhodná
nevhodná
CL-CI
jíl s nízkou až střední plasticitou
vhodná
velmi vhodná
nevhodná
MH-ME
hlína s vysokou až extrémně vysokou plasticitou
málo vhodná
nevhodná
nevhodná
CH-CE
jíl s vysokou až extrémně vysokou plasticitou
málo vhodná
nevhodná
nevhodná

Požadavky na sypaniny a ostatní materiály pro stavbu hrází suchých nádrží se obecně řídí ustanoveními ČSN 75 2310, pro výběr zemin lze použít tab. 5.2. Výjimkou jsou SN, které mají parametry MVN. Přitom je třeba vyloučit zeminy, které jsou náchylné k vysychání a změnám fyzikálně mechanických vlastností při náhlých změnách polohy hladiny v nádrži (rychlé stoupání a poklesy hladiny).

Tab. 5.2 Vhodnost zemin pro různé zóny sypané hráze SN (ČSN 75 2310)

Znak skupiny
Název zeminy
Homogenní
Těsnicí část
Stabilizační část
GW
štěrk dobře zrněný
nevhodná
nevhodná
výborná
GP
štěrk špatně zrněný
nevhodná
nevhodná
výborná
GM
štěrk hlinitopísčitý
výborná
velmi vhodná
málo vhodná
GC
štěrk jílovitopísčitý
výborná
výborná**)
málo vhodná
SW
písek dobře zrněný
nevhodná
nevhodná
vhodná*)
SP
písek špatně zrněný
nevhodná
nevhodná
vhodná*)
SM
písek prachovitý
vhodná
vhodná
nevhodná
SC
písek jílovitý
velmi vhodná
výborná
nevhodná
ML
hlína písčitá anorganická, velmi jemný písek
málo vhodná
málo vhodná***)
nevhodná
CL
jíl anorganický malé až střední plasticity
vhodná
velmi vhodná
nevhodná
OL
hlína písčitá organická
málo vhodná
málo vhodná***)
nevhodná
MH
hlína anorganická
málo vhodná
málo vhodná***)
nevhodná
CH
jíl anorganický vysoké plasticity, mastný jíl
málo vhodná
málo vhodná***)
nevhodná
OH
jíl organický střední až vysoké plasticity
nevhodná
nevhodná
nevhodná

*) je-li zemina štěrkovitá

**) pozor na navětralé části

***) pro návodní těsnění nevhodná

Pro užití jsou vhodné i typy přechodné - na homogenní hráze a těsnicí části zeminy typu GW-GC, SW-SC apod.

5.1.2 K vysychání zemin

Obecně platí, že ke vzniku trhlin vysycháním dochází většinou v horní části hráze či jejího těsnicího prvku, kde může dojít k největšímu vysychání hráze (absence, popř. zaklesnutí průsakové křivky, v důsledku výparu atd.). V horní části hráze či těsnicího prvku je současně nejnižší přitížení od vlastní tíhy. V extrémních podmínkách mohou takto vzniklé trhliny zasahovat až do hloubky 5 m pod povrch hráze [45].

V počáteční fázi (po dosypání tělesa hráze) problém vysychání prakticky nehrozí, protože zeminy mají poměrně vysoký stupeň nasycení, odpovídající optimální vlhkosti při hutnění. Naopak tato etapa je provázena vyššími tlaky vody v pórech, které se však v důsledku primární konsolidace zemin postupně snižují. U hrází SN se v jejich tělese může snižovat stupeň nasycení v důsledku výparu z povrchu vlastního tělesa, popř. těsnicího jádra a zemina nabývá charakteru nenasycené zóny, což může za specifických klimatických podmínek (dlouhodobě vysoké teploty) způsobit trhliny vlivem vysychání.

Na rozdíl od trhlin způsobených sedáním, je struktura trhlin od vysychání tvořena systémem drobných trhlin, které mohou velmi rychle přispět k vytvoření dalších trhlin, propagujících se ve všech směrech. Ty pak tvoří předurčené průsakové dráhy v tělese hráze a zejména po naplnění SN při povodních usnadňují rozvoj vnitřní eroze, sesuv líce hráze v důsledku zvýšených pórových tlaků při zatopení trhlin vodou, snadnější přístup pro živočichy vytvářející chodby, které umožňují následný rozvoj vnitřní eroze.

O tom, zda bude vysychání významně ovlivňovat chování zeminy, lze předběžně usuzovat podle jejího zatřídění. K tvorbě trhlin vysycháním jsou nejvíce náchylné jemnozrnné zeminy charakteristické velkým obsahem částic menších než 0,063 mm. Podle [38] nejsou na vysychání náchylné zeminy, které mají index plasticity Ip menší než 25, množství organických látek menší než 5 % a maximální obsah prachových částic do 65 %. K těmto požadavkům se doporučuje přihlédnout při návrhu materiálového složení hrází suchých nádrží umístěných v sušších a teplejších oblastech.

5.1.3 Příčný řez tělesem hráze

Vnější obrys tělesa hráze je dán výškou hráze nad terénem, parametry koruny hráze a sklony svahů, resp. jejich členěním na lavičky.

Šířka koruny vychází z jejího účelu, její minimální šířka se navrhuje 3 m. Kóta koruny hráze se stanoví jako vyšší z následujících úrovní:

  • poloha hladiny při návrhové povodni zvýšená o příslušné převýšení,
  • poloha hladiny při kontrolní povodňové vlně vázaná na mezní bezpečnou hladinu.

Návrhová a kontrolní povodňová vlna se stanoví na základě kategorie (tab. 1.1), resp. skupiny vodních děl podle tab. 1.2 a 1.3. Poloha hladiny při návrhové a kontrolní povodni se stanoví vodohospodářským řešením (kap. 4.4 a 4.6).

Převýšení koruny hráze lze rovněž odvodit z ČSN 75 2410 v závislosti na sklonu svahu, délce rozběhu větru a materiálu návodního líce. Podrobnější výpočet výběhu vlny na svah lze provést podle ČSN 75 0255. Při návrhu převýšení je vhodné přihlédnout k nejistotám při stanovení návrhové povodňové vlny.

Poloha mezní bezpečné hladiny se u sypaných hrází stanoví podle složení tělesa hráze na úrovni koruny hráze (po proběhlém sednutí, které lze orientačně uvažovat max. 1 % výšky hráze) nebo na úrovni koruny těsnicího prvku.

Návrh sklonů svahů hráze vychází z posouzení její stability s přihlédnutím k její údržbě a jejímu začlenění do okolní krajiny. Dalšími faktory při stanovení sklonů svahů je dostupnost ploch a stávající využití území a jeho zábor. Obecně jsou pro hráze MVN a SN vhodné sklony 1 : 2 a mírnější. Ploché svahy s měnícím se sklonem svahu a se zakřivenými lavičkami či přísypy osazenými dřevinami podporují začlenění hrází do krajiny. Hráze MVN s mírnějšími sklony jsou také odolnější proti porušení činností hlodavců.

Sklony svahů hrází přesahujících výšku 6 m se doporučuje posoudit stabilitním výpočtem. Přitom je třeba přihlédnout k fyzikálně-mechanickým vlastnostem materiálů hráze a podloží, hydrogeologickým poměrům lokality, k průsakovým poměrům v tělese hráze a jejímu odvodnění a k době zatížení ochranné hráze a podloží při povodni.

Pro nižší hráze lze bez podrobnějších výpočtů použít sklony svahů podle ČSN 75 2410, pokud jsou těleso i podloží hráze řádně odvodněny a materiál hráze je řádně zhutněn. Pro nejčastěji používané homogenní ochranné hráze lze sklony svahů volit podle tab. 5.3.

Tab. 5.3 Orientační sklony svahů hrází (upraveno podle ČSN 75 2410)

Těsnicí část
Zařazení zemin
Sklony svahů
těsnicí část
stabilizační část
Návodní4)
vzdušní
Štíhlé těsnění
GM, GC, SM
lomový kámen
1 : 1,75
1 : 1,5
SC, CG, MG
GW, SW
1 : 2,81)
1 : 1,75
ML-MI, CL-CI
GP, SP
1 : 31)
1 : 1,75
Široké těsnění
GM, SM
lomový kámen
1 : 3
1 : 2
GC, SC, MG, CG, MS, CS
lomový kámen, GW, GP
1 : 3; 1 : 3,2
1 : 22)
ML-MI, CL-CI
SW, SP
1 : 3,4
1 : 2,23)
Homogenní hráze 5)
GM, SM
1 : 3
1 : 2
GC, SC
1 : 3,4
1 : 2
MG, CG, MS, CS
1 : 3,3
1 : 2
ML-MI, CL-CI
1 : 3,7
1 : 2,2

1) U velmi propustného materiálu, popř. se zřetelem k rychlosti poklesu hladiny lze zvětšit až na 1 : 2,25

2) Je-li v podloží hráze materiál s min.tg fef = 0,74, je možné zvětšit na 1 : 1,8

3) Je-li v podloží hráze materiál s min.tg fef = 0,74, je možné zvětšit na 1 : 2

4) Uvedený sklon návodního svahu se použije pod nejvyšší dlouhodobě udržovanou hladinou. Nad ní lze použít sklon 1 : (x - 0,5)

5) U hrází do výšky 4 m se může sklon návodního svahu zvětšit na 1 : (x - 0,5)

U nízkých hrází se hodnocení bezpečnosti (spolehlivosti) ve smyslu mezních stavů podle ČSN EN 1997-1 (73 1000), popř. podle dnes již neplatné ČSN P 75 0290, provádí pouze přiměřeně, zejména v komplikovanějších případech a při méně příznivé skladbě podloží. Jde zejména o zajištění statické a filtrační stability hráze a podloží, potřebnou vodotěsnost, bezpečnost proti přelití a porušení hráze a o životnost díla. Pro řešení mezního stavu stability polohy se používá klasických metod hodnocení globální stability (Pettersson, Bishop,...). Mezní stav vzniku trhlin se vyšetřuje jen za předpokladu nerovnoměrného sedání a u vyšších hrází. Hodnocení mezního stavu přetvoření přichází v úvahu u návodních plášťů. Nejzávažnějším typem poruch je mezní stav filtračních deformací, kdy se posuzuje možnost vzniku kontaktní sufoze, kontaktního vymývání, hydraulického porušení nebo vzniku privilegované cesty.

V případě nehomogenní hráze se navrhuje zemní těsnicí jádro tloušťky min L´ výšky hráze nad příslušnou úrovní, min. tloušťka hlinitého jádra je 1,5 m (obr. 5.9).

Vybrané příklady uspořádání příčného řezu homogenních a nehomogenních hrází jsou uvedeny na obr. 5.2, 5.7 až 5.11.

Obr. 5.2 Schématické uspořádání nehomogenní hráze zavázané do skalního podloží

a - humózní hlína, b - náplavová písčitá hlína, c - údolní zahliněný štěrk, d - skalní hornina, t - terén, z - zatravnění, 1 - nepropustná zemina těsnicího jádra, 2 - propustná zemina stabilizační části, 3 - štěrkopískový drenážní koberec se svodným drénem, 4 - betonový zavazovací bloček, 5 - připojovací injektáž

5.1.4 Sypání hráze

Před zahájením zemních prací musí zhotovitel objednateli (správci stavby) předložit k odsouhlasení příslušný technologický postup (TP). Ten je třeba vypracovat pro konkrétní hráz na takové úrovni a tak podrobně, aby podle něj bylo možné uvažovanou technologii provádět v souladu se zadávací dokumentace stavby (ZDS). TP je určen pro pracovníky zhotovitele, pro které je závazný. Objednateli slouží TP ke kontrole správného postupu prováděných prací - více viz kap. 8.2 (popř. kap. 3.3).

Dovážená sypanina musí být ukládána podle zásad stanovených v návrhu tak, aby byl zaručen předepsaný tvar a skladba příčného profilu hráze. Sypání hráze by mělo být prováděno po vrstvách nejvýše 0,2 m mocných (před zhutněním) se zhutněním, mělo by být zajištěno dokonalé odvodnění pláně. Pokud je hmotnost hutnicího stroje menší než 10 t, tloušťka vrstev se přiměřeně zmenší. Hutnění zemin pouhým proléváním je nepřípustné. Možnosti použití jednotlivých typů hutnicích prostředků jsou uvedeny v tab. 5.4. Další vrstva se smí navážet až na zhutněnou předchozí vrstvu, jejíž povrch musí být urovnaný, bez kaluží vody, bez přeschlé nebo rozbahněné zeminy a bez nevhodných předmětů. Zemina znehodnocená mrazem, deštěm apod. se musí odstranit stejně jako sníh a led z povrchu násypu. Sypání soudržných zemin se neprovádí za deštivého počasí, při sněžení a při mrazu. Pokud je povrch soudržné zeminy příliš vyschlý nebo hladký, musí se před navážením další vrstvy navlhčit, popř. zdrsnit. Málo propustné sypaniny se proto sypou vždy ve vrstvách skloněných k líci nebo k propustné části.

Vlhkost soudržné zeminy se musí pohybovat v mezích předepsaných návrhem, obvykle na základě zkoušek zhutnitelnosti, popř. hutnicího pokusu. Zvláštní pozornost je třeba věnovat kypřejším zeminám uskladněným delší dobu na skládce, u nichž lze předpokládat větší obohacení srážkovou vodou a nepřípustně zvýšenou vlhkost. Hutnění zajišťuje zvyšování smykové pevnosti, snižování stlačitelnosti a snížení propustnosti tělesa hráze. Rozbory poruch hrází ukazují, že stupeň zhutnění má zásadní vliv na bezpečnost hráze. Požadované zhutnění u soudržné zeminy je alespoň na 95 % objemové hmotnosti podle Proctor Standard (obr. 5.3), vlhkost musí být v mezích -2 % až +3 % optimální vlhkosti.

Obr. 5.3 Postup stanovení optimální vlhkosti - Proctor Standard

Stabilizační část hráze by měla být vybudována a zhutněna zpravidla najednou po vrstvách po celé délce. Soudržné zeminy jsou umístěny při návodní straně, propustnější půdy na vzdušní straně, zejména při patě hráze. Při sypání v oddělených částech (figurách) je třeba zajistit jejich napojení tak, aby na styku nevznikla nezhutněná místa. Toho lze dosáhnout např. mírnějším sklonem figury, zazubením, odstraněním méně zhutněné sypaniny apod. Zvláštní pozornost je třeba věnovat sypání v místech křížení s původním korytem toku, popř. v jiných přirozených či uměle vytvořených prohlubních. Sypké zeminy musí být zhutněny na 0,7 relativní hutnosti ID. Sypanina přitom nesmí obsahovat kořeny, dřevo a materiál, který může časem degradovat (např. tlít) a překážet hutnění.

Velikost ojedinělých zrn se připouští:

  • u těsnicí zeminy nejvýše 1/2 tloušťky vrstvy po zhutnění, nejvýše však 100 mm,
  • u sypkých zemin a kamenité sypaniny nejvýše 3/4 tloušťky vrstvy po zhutnění.

Pevnostní charakteristiky jsou nezbytným vstupem pro stabilitní analýzu. Jde zejména o úhel vnitřního tření ö a soudržnost c. Jejich stanovení se provádí smykovou krabicovou zkouškou, příklad vyhodnocení je uveden na obr. 5.4. Přetvárné charakteristiky jako deformační modul Edef a Poissonův koeficient ě se u nízkých hrází běžně nestanovují.

Obr. 5.4 Příklad vyhodnocení smykové krabicové zkoušky

Tab. 5.4 Vhodnost hutnicích zařízení [18]

 
Hutnicí prostředek
 
Vhodnost (V), tloušťka vrstvy (T) a počet pojezdů (P) v závislosti na
 
druhu zeminy
 
podmínkách výstavby
 
Hrubozrnné nesoudržné, písek - štěrk
 
Jemnozrnné soudržné, silt - jíl
 
Různorodý soudržný s malým podílem kamenů
 
Drcené kamenivo do 400 mm
 
Hráze, násypy
 
Zpětné zásypy
 
Zásypy vedení
 
Stísněné
 
Volné
 
V
 
T [cm]
 
P
 
V
 
T [cm]
 
P
 
V
 
T [cm]
 
P
 
V
 
T [cm]
 
P
 
V
 
V
 
V
 
V
 
S
t
a
t
i
c
k
é
 
hladký válec
 
o
 
10-20
 
4-8
 
o
 
10-20
 
4-8
 
o
 
10-20
 
4-8
 
 
 
 
o
 
o
 
 
 
ježkový válec
 
 
 
 
+
 
20-30
 
8-12
 
o
 
20-30
 
8-12
 
o
 
20-30
 
8-12
 
o
 
+
 
 
 
pneumatikový válec
 
samohyb.
 
+
 
20-30
 
6-10
 
+
 
20-30
 
6-10
 
o
 
20-30
 
6-10
 
 
 
 
+
 
+
 
 
 
tažený
 
+
 
30-50
 
6-10
 
+
 
30-40
 
6-10
 
+
 
30-40
 
6-10
 
 
 
 
 
+
 
 
 
pásový válec
 
 
 
 
+
 
20-30
 
6-8
 
+
 
20-30
 
6-8
 
 
 
 
+
 
+
 
 
 
mřížový válec
 
 
 
 
o
 
20-30
 
6-10
 
+
 
20-30
 
6-10
 
o
 
30-40
 
8-12
 
o
 
+
 
 
 
D
y
n
a
m
i
c
k
é
 
samotížné deskové dusadlo
 
 
 
 
o
 
50-70
 
2-4
 
o
 
50-70
 
2-4
 
+
 
50-80
 
2-4
 
+
 
o
 
 
 
naftový vibrační pěch
 
o
 
20-50
 
3-5
 
+
 
20-40
 
3-5
 
o
 
20-50
 
3-5
 
 
30-50
 
3-5
 
+
 
o
 
o
 
o
 
rychlorázový vibrační pěch
 
o
 
20-40
 
2-4
 
o
 
10-20
 
2-4
 
o
 
20-30
 
2-4
 
 
 
 
o
 
 
+
 
+
 
závěsný vibrační válec
 
lehký < 5 t
 
+
 
30-50
 
3-5
 
 
 
 
o
 
20-40
 
3-5
 
 
 
 
o
 
+
 
 
 
střední
 
+
 
40-60
 
3-5
 
o
 
20-30
 
3-4
 
+
 
30-50
 
3-5
 
o
 
40-60
 
4-6
 
 
+
 
 
 
těžký > 8 t
 
+
 
50-80
 
3-5
 
o
 
30-40
 
3-4
 
+
 
40-60
 
3-5
 
+
 
50-100
 
4-6
 
 
+
 
 
 
vibrační válec
 
lehký < 2,5 t
 
+
 
20-40
 
4-6
 
o
 
10-20
 
 
o
 
20-30
 
5-8
 
 
 
 
+
 
o
 
o
 
o
 
těžký > 2,5 t
 
+
 
30-50
 
4-6
 
o
 
10-30
 
 
 
20-40
 
5-8
 
o
 
30-50
 
5-8
 
+
 
+
 
o
 
 
tandemový vibr. válec
 
lehký < 5 t
 
+
 
20-40
 
4-6
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
+
 
o
 
 
 
těžký > 5 t
 
+
 
30-50
 
4-6
 
 
 
 
o
 
20-40
 
5-8
 
 
 
 
+
 
+
 
 
 
vibrační ježkový válec
 
o
 
 
3-5
 
+
 
20-40
 
6-10
 
+
 
20-40
 
6-10
 
 
30-50
 
6-10
 
o
 
+
 
 
 
vibrační deska
 
lehká < 2,5 t
 
+
 
30-60
 
5-8
 
 
 
 
o
 
10-20
 
5-8
 
 
 
+
 
o
 
+
 
+
 
 
těžká > 2,5 t
 
+
 
 
4-6
 
o
 
20-30
 
6-8
 
o
 
20-40
 
4-6
 
o
 
30-50
 
4-6
 
+
 
+
 
o
 
o

Legenda:

+ vhodný, doporučený

o zpravidla vhodný

5.1.5 Filtry

U nehomogenních hrází se na rozhraní materiálů různé granulometrie zřizují filtry. Jde zejména o styk materiálu jádra a stabilizační části, dále pak o styk stabilizační části s drenážním prvkem, např. patkou nebo drenážním kobercem. Filtrační kritéria musí splňovat i styk jednotlivých vrstev podloží (obr. 5.5, 5.16).

Filtry jsou plošné prvky, které mohou být vodorovné, svislé nebo skloněné. Mohou být jednovrstvé nebo vícevrstvé. S ohledem na provádění je vhodné omezit počet vrstev filtru na minimum. Konstrukčním materiálem filtrů mohou být přirozené zeminy (písky, štěrkopísky, štěrky), drcené kamenivo (drtě) nebo umělé porézní hmoty (tkaniny - geotextilie). Tloušťka jednotlivých vrstev filtru musí zajistit jeho bezpečnou funkci, tj. musí být funkční při všech očekávaných deformacích hráze během její stavby a provozu. Přitom musí být zaručena homogenita sypaniny filtru. Rozměry filtru musí odpovídat postupu jeho zřizování a hutnění, u svislých a šikmých filtrů z přírodních materiálů je vhodné jejich šířku u vyšších hrází volit alespoň 2,0 m. Použijí-li se pro filtr přírodní materiály, nemá být největší zrno filtru větší než 63 mm a nesmí obsahovat více než 5 % zrn pod 0,063 mm. Nejmenší tloušťka jedné vrstvy filtru je 0,25 m, u svislých a šikmých filtrů lépe 0,5 m. Filtry musí být zhutněny s ohledem na očekávané sedání okolní sypaniny. Relativní hutnost má být ID > 0,67.

Obr. 5.5 Místa náchylná ke vzniku filtračních deformací

Provádění vícevrstvých tenkých filtrů je technologicky náročné a může zejména u nízkých a dlouhých hrází prodlužovat dobu výstavby a po dlouhou dobu vázat velké množství pracovníků. Tenké filtry jsou náročné na dodržení podmínky homogenity a neumožňují rozvinout a použít výkonnou mechanizaci pro jejich ukládání a zhutňování. Zrnitost filtru musí podle ČSN 75 2410 vyhovovat geometrickým kritériím bezpečnosti proti kontaktní sufozi. Pro nestejnozrnitou sypaninu s číslem nestejnozrnnosti filtru CU = d60f / d10f < 5 musí platit

(5.1)

Pro stejnozrnitou sypaninu s číslem nestejnozrnnosti filtru CU = d60f / d10f > 5 musí platit:

(5.2)

5.1.6 Odvodnění tělesa hráze a podloží

Neškodné odvodnění tělesa hráze a jejího podloží se zabezpečuje drenážní (odvodňovací) soustavou, jejímž účelem je zachytit a neškodně odvést prosakující vodu (obr. 5.6 a). Použití typu drénu a celé drenážní soustavy úzce souvisí s typem a s vlastnostmi sypanin a geologickými poměry podloží. U homogenních hrází, kde je zaručena dostatečná propustnost sypaniny vzdušní části není obvykle nutné drenážní soustavu navrhovat. Pro odvodnění a kontrolu průsaku tělesem hráze a jejím podložím se používají hlavně patní drény, popř. drenážní koberce. Přitom je vhodné oddělit vodu prosakovanou tělesem hráze a podložím. S ohledem na nejistoty ve filtračních charakteristikách materiálu hráze a podloží musí být kapacita drenážní soustavy navržena vzhledem k předpokládaným průsakům nejméně s trojnásobnou bezpečností. V drenáži a jejím bezprostředním okolí nesmí nastat nepřípustné filtrační deformace sypanin (vnitřní, resp. kontaktní sufoze, eroze, kolmatace, rozplavování), které by mohly způsobit její sedání a zmenšování propustnosti nebo až úplné ucpání drenáže. Drenážní soustava musí být účinná i při maximální hladině dolní vody, její funkce nesmí být narušena mrazem a její konstrukce musí být jednoduchá a snadno proveditelná.

1 - depresní křivka, 2 - ochranné filtry, 3 - materiál drenážní patky, 4 - drenážní potrubí, 5 - drenážní koberec, 6 - odvodňovací potrubí (štola), 7 - odvodňovací příkop

Obr. 5.6 a) Příklady uspořádání drenážního systému [34]

Návrh odvodňovacího systému a jeho jednotlivých prvků se ověřuje výpočtem. Kromě hladiny prosakující vody, která musí mít polohu vyhovující z hlediska stability hráze i z hlediska vzlínavosti a namrzavosti zemin, se výpočtem dále určí velikost celkových i lokálních průsaků, rychlosti filtrace a prokáže se účinnost odvodnění tělesa hráze, jejího podloží a území v prostoru vzdušní paty. Zvýšenou pozornost je třeba věnovat anizotropii v propustnosti materiálů podloží a tělesa hráze a jejímu vlivu na průběh a velikost průsaků. Konstrukčním materiálem drenážních a ochranných prvků bývá dobře zrněný kámen nebo štěrk. Pro zvýšení průtočnosti vkládáme do kamenných nebo štěrkových drénů perforované trouby, jejichž průměr závisí na množství prosáklé a dotékající vody a na jejich podélném sklonu. U všech drenážních prvků požadujeme, aby jimi prosáklá voda odtékala prouděním o volné hladině. Prosáklá voda zachycená drenážní soustavou se svádí do míst, kde lze celkový nebo dílčí průsak hrází a podložím v potřebném rozsahu pozorovat a měřit (množství, zákal atd.).

Takovými místy jsou drenážní šachtice (obr. 5.6 b), koryto řečiště, vývar apod., kde můžeme za všech průtoků v odpadním korytě pozorovat, resp. měřit množství prosáklých vod. Patní drény se používají u hrází s propustnější vzdušní stabilizační částí. Jejich výška a šířka musí zabezpečit bezpečné snížení hladiny prosáklé vody pod vzdušním lícem hráze a musí být tak široké, aby drén bylo možno při provádění mechanicky hutnit. Výška drénu bývá od 5 % do 20 % výšky hráze. Potřebu filtrů je nejlepší posoudit na základě hydraulického výpočtu vycházejícího ze znalosti křivek zrnitosti drénu, materiálu vzdušní stabilizační části a materiálu podloží.

Obr. 5.6 b) Šachta pro měření průsaků na drenážním potrubí

Pokud patním drénem nelze snížit hladinu prosakující vody do bezpečné hloubky pod vzdušním lícem hráze, je možné drén vsunout do tělesa hráze. Vznikne tzv. vnitřní drén, jehož tvar a zapuštění závisí na propustnosti podloží a sypaniny hráze. Pokud je těleso z méně propustných materiálů se součinitelem anizotropie blízkým jedné, používáme k oddálení hladiny prosakující vody od vzdušního líce plošné vodorovné drenážní prvky, tzv. drenážní koberce. Jejich tloušťka je zpravidla rovna dvojnásobku tloušťky filtru a drén zasahuje do 1/3, nejvíce však do 2/3 šířky základu. Drén zasahující od vzdušní paty hlouběji do přehradního tělesa oddaluje hladinu prosáklé vody od vzdušního líce, zvyšuje však průsak, střední hydraulické gradienty, a tím i nebezpečí porušení filtrační stability zemin v podloží a v tělese hráze. Od drenážních koberců musí být prosáklá voda svedena ke vzdušní patě přehrady podélnými drény ze štěrků nebo trubek. Nevýhodou vnitřních drenážních prvků je, že se nedají během provozu dodatečně opravovat. Proto je důležité věnovat jejich návrhu a provádění zvýšenou pozornost. K odvodnění anizotropního podloží a podloží složeného z několika vrstev značně rozdílné propustnosti, nebo ke snížení vztlaku u vzdušní paty hráze se zpravidla navrhují odvodňovací studny.

Obsyp drenážní trubky umístěné v patním drénu musí zamezit vyplavování jemnozrnných částic do potrubí. Průměr otvorů v trubce dOTVORU (perforace) musí splňovat kritérium

(5.3)

kde

d85f je ... průměr zrna filtru (obsypu) odpovídajícího 85% propadu.

Pro zobrazení kompletního obsahu se musíte přihlásit