YHMH - Katedra hydromeliorací a krajinného inženýrství - ČVUT

Úprava vodních tokůKatedra hydromeliorací a krajinnéhoKatedra hydromeliorací a krajinnéhoinženýrství

Literatura• MAREŠ, K.: Úpravy toků – navrhování koryt, ČVUT, Praha 1997• RAPLÍK, M. – VÝBORA, P. – MAREŠ, K.: Úprava tokov, Alfa, Bratislava 1989• HAVLÍK, V. – MAREŠOVÁ, I.: Hydraulika – příklady, ČVUT, Praha 1993• KEMEL, M.: Klimatologie, meteorologie, hydrologie, ČVUT, Praha 2000• ČSN 01 3469 Výkresy hydrotechnických a hydroenergetických staveb –stavební část• ČSN 01 3473 Výkresy hydromeliorací• ČSN 75 0101 Vodní hospodářství – Základní Terminologie• ČSN 75 0121 Vodní hospodářství – Terminologie vodních toků• ČSN 75 0140 Názvosloví hydromeliorací• ČSN 75 0142 Názvosloví protierozní ochrany• ČSN 75 1400 Hydrologické údaje povrchových vod• TNV 75 2102 Úpravy potoků• TVN 75 2103 Úpravy řek• Zákon 109/2001 Sb. Stavební zákon

Zásahy do vodních toků• Hrazení bystřin• Úprava toků (velké a malé VT - rozdíl)• Revitalizace toků• Úpravy tokůProč?- Ekonomicko-sociální důvody (dříve), ekologické (dnes)- Protipovodňová ochrana (intravilán, extravilán), zkapacitnění koryta- Odvodňování území - získávání zemědělské půdy- Lepší obhospodařovatelnost – napřimování toků,- Zásobování vodou- Protierozní ochrana – stabilizace koryta- Energetika (MVE)- Přeložky potoků – těžba uhlí Mostecko Sokolovsko- Splavňování toků- Revitalizace: čistota, zprůchodnění, srážko-odtokové poměry- Rekreace

Kde?- 1. v povodí a 2. na toku, který nesplňuje požadavky na něj kladené- Toky (úseky) s ustáleným režimem, rel. stabilní koryto, rozliv bezeškod, = zásah lokální a ojedinělý: odstranění překážkyv proudu, odtěžení nánosů, místní zpevnění břehů,atd.- Toky (úseky) s ne zcela ustálený režim – ne velké škody, lokálníporuchy břehů, tvorba výmolů a nánosů, rozhodnout meziopravou současného stavu a investiční akcí- Toky (úseky) se zcela nevyváženým režimem + vysoké požadavkyochrany přilehlého území - úprava formou investiční akce

Důsledky!?- kladné X záporné = pohled minulosti X současnosti- negativní: napřimování toků, zvyšování sklonu, opevnění toku,zahloubení, snižování hl. podzemní vody v nivě = snižování zásoby vodyv půdním horizontu, zrychlený odtok vody z povodí, zvyšováníkulminačních průtoků, snižování kvality i kvantity habitatu .....- kladné: napřimování toků,snižování HPV = zvětšování zemědělskéhopůdního fondu (dříve náhradní rekultivace), protipovodňová ochrana,protierozní ochrana, revitalizační efektTab. Optimální hodnoty zahloubení podzemní vody v cm podterénem při Q 180dDruh pozemku louky pastviny pole sady lesy chmelniceOtimální hodnota 50 - 60 60 - 80 100 - 120 140 -160 150 - 200 180 - 200Min přípustnáhodnota30 - 40 40 - 50 60 - 70 70 - 80 80 - 100 100 - 120

Projektování úpravy toku• Přípravné práce – podklady, průzkumy• Vlastní projektPřípravné práce- historie záplav, škod- projektová dokumentace provedených a plánovaných úprav toku ajeho přítoků- údaje a dokumentace vodních děl a zařízení v dotčeném úseku:výkresy, vodohospodářská povolení, manipulační řády- dotčené stavby, inženýrské sítě, komunikace, ..- údaje o biologické skladbě krajiny včetně samotného toku(chráněné, významné, druhy, zvláště chráněná území, ..)Terénní průzkumTerénní průzkum- prohlídka zájmového území (stav koryta, výskyt lavic, výmolůodolnost dna a břehů, skladba a stav doprovodné vegetace, stavobjektů = zhruba rozsah a způsob potřebné úpravy- biologický a hydrobiologický průzkum toku a přilehléhoúzemí,rozbory vody .......-

Geodetické podklady = Polohové a výškové poměry na toku- zaměření toku (podélný a příčné profily), inundačního území,nadzemních a podzemních objektů- DMT, katastrální mapy, základní topografické mapy, ZVM, různáměřítkaHydrologické podklady- plocha povodí k profilu- dlouhodobí průměrný roční úhrn srážek- dlouhodobí průměrný roční průtok Q a- čára překročení průměrných denních průtoků Q md- čára opakování kulminačních průtoků Q N- hydrologické podklady ČSSR (! Bez tříd přesnosti, 5let)- ČHMU dle ČSN 75 1400 (garance, placeno)- spolehlivost dat?!: homogenita, stacionarita a integrita měřenýchdat, délky řady, statistika pro malé periodicity p= 0,02; 0,01

Tab.Orientační hodnoty pravděpodobné chyby základních hydrologických údajů dle ČSN 75 1400(Hydrologické údaje povrchových vod)Třída Orientační charakteristika Orientační hodnoty střední kvadratické chyby v %Q aQ 30d÷ Q 300dQ 300d÷ Q 364dQ 1÷ Q 10Q 20÷ Q 100IHydrologické údaje zpracované z hodnotdlouhodobě kvalitně pozorovaných přímov daném profilu nebo v jiném velmi blízkémprofilu na témže toku8 10 20 10 15IIHydrologické údaje zpracované na základědlouhodobých pozorování, která svojí délkounebo kvalitou nevyhovují třídě I.Hydrologické údaje odvozené pro jiný profil natémže toku, pokud to připouští charakterodvozované veličiny, vodního toku, délka akvalita pozorování, aj.12 15 30 20 30IIIHydrologické údaje odvozené na základěkrátkodobých pozorování přímo na danémprofilu nebo v těsné blízkosti na témže toku.Hydrologické údaje odvozené z pozorovanýchprofilů pro profil na témže toku, pokud nejsousplněny požadavky třídy II, nebo odvozené proprofil na jiném blízkém toku s obdobnýmifyzickogeografickými poměry a obdobnýmhydrogeologickým režimem.20 25 45 30 40IVHydrologické údaje odvozené z pozorovanýchhodnot do profilu mimo požadovaný vodní toknebo mimo jeho povodí pokud je nelze zařaditdo třídy III. Charakteristiky maximálníchprůtoků odvozené ze srážek.30 40 60 40 60

Geologický průzkum- druh a fyzikální vlastnosti hornin, raději geolog- zatřídění hornin pro kalkulaci objemu a ceny zemních prací- nalézt vhodné zdroje hornin, zemin a materiálů pro stavbu (hráze:hutnitelnost, propustnost)Hydrogeologický průzkum: obraz výskytu a pohybu podzemních vodPedologický průzkum: fyzikální a mechanické vlastnosti půdSplaveninový režim: na větších a štěrkonosných tocích, křivkaSplaveninový režim: na větších a štěrkonosných tocích, křivkazrnitosti krycí vrstvy v toku = efektivní zrno, výmoly, štěrkové lavice

- výkresy: - přehledná situace- podrobná situace- vytyčovací výkres- podélný profil- vzorové příčné profily- příčné profily- výkresy objektů (skluzy, tůně, napajedla, lávky, brody, ...)- katastrální mapa3. technologická část: přílohy popisující technologická zařízení stavby4. výkaz výměr a specifikace5. rozpočtová část6. plán organizace výstavby7. doklady

Návrh úpravy toku1. směrové vedení osy (břehů) koryta2. niveleta dna (sklon, zahloubení, úseky s jednotným sklonem)3. příčný profil (tvar, velikost – kapacita)4. posouzení stability5. druh opevnění- nelze řešit odděleně: změna délky trasy = změna sklonu = změnarozdělení rychlostí a tečného napětí = volby druhu opevnění =změna drsnosti = změna kapacity = změna velikosti profilu- dobré znalosti (hydraulické, hydrologické) pro: tvar a kapacitukoryta, druh opevnění- horší znalosti pro směrové vedení: sice známe obecné vztahy;vzorce odvozeny pro některé toky (zde je lze použít jen na nich),matematické vyjádření za cenu velkého zjednodušení. dobrátrasa závisí na zkušenostech projektanta

1. Trasa- nejnižšími místy údolí, co nejvíce využívat současné koryto (!!napojení na staré koryto = nejcitlivější místo), pozor na nevhodnérozčlenění pozemků, křížení komunikací kolmo max 60°- max využít stávající koryto x výlučně geometrické prvky- trasa plynulá se střídáním protisměrných oblouků- přímé úseky pokud možno nenavrhovat (x zastavěná území, kříženís komunikacemi, u trasy z kružnicových oblouků): proudění = dvojitášroubovice => lavice uprostřed toku, nestabilní proudnice- Stěhovavá kyneta u velkého rozdílu návrhového průtoku a tzv.sanačního průtoku: delší trasa = nižší sklon = větší hloubka- tvar oblouku charakterizuje křivost rρ =v inflexních bodech r=0 (r = 0), ve vrcholu oblouku r = max (r = min)1r

Osa koryta a čára křivosti: a) Kružnice b) sinusoida

Proudnice v navržené trase

• Jednoduchý kružnicový oblouk (konstantní křivost)- Dle ČSN: poloměr r min = 6 B, (10B ÷ 20B malé toky)přímá L = 2B ÷ 4B (2-3B dlouhé oblouky a obloukys malou křivostí; 3-4B oblouky s velkou křivostí akrátkými oblouky)t2aov2bt = R ⋅tgβπ ⋅ R ⋅ 2βo =1802β= 180 − 2α

3. Návrh průtočného profilu• Stanovení velikosti návrhového průtoku:- jednotkový hydrogram (M. Kemel: Klimatologie, meteorologie, hydrologie)- Empirické vzorce (vzorec Sokolovského, Čerkašina – tvar a velikostpovodí, zalesněnost, sklon povodí)- ČHMÚ• Volba návrhového průtoku:Louky, lesy, pastviny Q 30d – Q 1Orná půda (dle bonity) Q 5 (Q 20 )Sady, zahrady, chmelnice Q 10 (Q 5 – Q 20 )Menší sídliště Q 20 – Q 50 (≥ Q 20 )Větší sídliště, výrobní objekty Q 50 – Q 100 (≥ Q 50 )Historická zástavba Q 100 (≥Q 100 )Komunikace (dle významnosti) ≥ Q 10

Stanovení návrhového průtoku Q 1dČára překročení m-denníchprůtokůQ [l.s -1 ]350300250y = -57.839Ln(x) + 350.38R 2 = 0.99232001501005000 50 100 150 200 250 300 350 400čas [dny]

Kapacita profilu• Ustálené x neustálené; rovnoměrné x nerovnoměrné• Ustálené rovnoměrné:– 1. Chézyho rce:C … Chézyho rychlostní koefi E … sklon čáry energie (i E = i d )R … hydraulický poloměrv = C ⋅Q=v⋅SR⋅iE– 2. Manningova rce:n .. Manningův součinitel drsnostiv=1n⋅R2/3⋅i1/ 2v=Rn1/ 6R ⋅i E

Vztahy pro určení součinitele C a nManning 1889 1 n > 0.011R1/ 6C =n0,3 < R < 5 mPavlovskij 1925 R < 1 m, P = 1,5 n 0,51 pC = RR < 1 m, P = 1,3 nn0,5P = 2,5 n − 0,13−0,75 R ( n − 0,1)0,11

• V případě, že n d ≠ n s (části obvodu s různou drsností):kde je o i … dílčí omočené obvodyn i …drsnostní součinitel příslušného obvodu• Složené profily:dělící svislice n = 0,02 (vyšší vodní stav - snižuje se n)nnn===∑⎛⎜⎝⎛⎜⎝o∑∑iooi⋅ nio⋅noi⋅n2i3/ 2i⎞⎟⎠⎞⎟⎠1/ 22/3

2. Niveleta dna• Z návrhu profilu => i st => stupně, prahy• Raději více nižších prahů (< 30 cm) než jeden stupeň (> 30 cm)• Tvar, opevnění, výška závislá na migrační prostupnosti toku (min 90dnů)• Pod stupněm disipace energie => velká drsnost = opevnit

• Metoda tečných napětí• Metoda nevymílací rychlosti:4. Stabilita průřezumetoda vychází z Mayer-Peterovy rce (kvydratické pásmo odporů, zrno >4mm, ověřena do d = 30 mm)τ = τ + τodc"ot od – tečné napětí na dně od tekoucí vodyt c – kritické tečné napětít o – tečné napětí pro udržení splaveninvv=1/ 6 1/35,88⋅ h ⋅deNulový pohyd splavenint “ o = oPosouzení: v < v v stabilní dnov > v v nestabilní dno => změna parametrů (i d , n, b, m)

5. Opevnění koryta• pokud je koryto v některých částech nestabilní v > v v (t > t c ),• Jaká část profilu? Dno, svah, pata svahu• Jaké materiály? tvrdé, pružné, vegetační opevnění• Vegetační opevnění- travní porost: v v až 4,0 m.s -1 (průměr 2,0 m.s -1 ), rozhoduje stáří adruh!, v počátku matrace, folie, geotextílie, humusování, pokládattravní drn, pro hladiny nad Q 180d – Q 90d ; osetí, drnování, hydroosev- vrbový porost: ~ 2x odolnější než travní porostu, bohatý kořenovýsystém, ohebnost větví, snadné osázení (řízky), mnoho druhů,!velice ovlivňuje průtočný profil!

• Neegetační opevnění-pokud nelze použít vegetační, tečná napětí,- pohozy: prosté x stabilizované, těžké x lehké, sklon max 1:2,5, mintloušťka 15 cm (3 d e ), jemnozrnné zeminy – štěrkový filtr, nad 1:3opírat o záhozovou patku- záhozy: velice odolné, pro ochranu paty svahu,

- kamenná rovnanina: kameny > 20cm, klínují se, velice odolné- kamenná dlažba : na sucho, se zalitím spar, na cementovou maltu,do betonu,- Trávobetonové tvárnice:- Tvárnice klas:- Drátokamenné tvárnice: