Malé vodní nádrže (TP 1.19)

Autoři: doc. Dr. Ing. Petr Doležal, Ing. Pavel Golík, Ph.D., prof. Ing. Jaromír Říha, CSc., Ing. Václav Torner, Ing. Stanislav Žatecký

Stav: kontrola 2022, aktualizace 2012, vydání 2010

Anotace:
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.

Upozornění k textu

OBSAH

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.

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.

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. 134/2016 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. 216/2011 Sb., a normy TNV 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.

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.

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

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 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

ČSN EN 1997-1 a ČSN EN 1997-2 zastupují 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. 401/2015 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.:

Q_a – dlouhodobý průměrný roční průtok,

Q_Md – Mdenní průtoky (např. Q355d – 355 denní průtok),

Q_N – Nleté průtoky (např. Q100 stoletý průtok),

q_a – dlouhodobý průměrný specifický odtok.

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

Q_m – průměrný měsíční průtok,

Q_I až Q_XII – dlouhodobý průměrný měsíční průtok, resp. řada měsíčních průtoků (reálná, odvozená, umělá).

Dále je třeba zajistit údaje o objemech odtoku. Jsou to Nletý objem W_N 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 (Q_N, W_N 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 Q_N 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, HYDROLOGICKÉ 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 EN ISO 14689 a ČSN EN 1997-1;
• posouzení vhodnosti materiálů pro zamýšlené použití;
• stanovení konzistence a konzistenčních mezí (I_p, w_L,…);
• stanovení základních fyzikálních charakteristik (γ_Z, φ, c, E_def);
• 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

M_max … poloha maximální hladiny

M_m … poloha hladiny mrtvého prostoru

M_s … poloha hladiny stálého nadržení

M_z … poloha hladiny zásobního prostoru

M_o … poloha hladiny ovladatelného prostoru

M_ro … poloha hladiny ovladatelného retenčního prostoru

M_rn … poloha hladiny neovladatelného retenčního prostoru

V_c … objem celkového prostoru

V_m … objem mrtvého prostoru

V_s … objem prostoru stálého nadržení

V_z … objem zásobního prostoru

V_r … objem ochranného prostoru

V_o … objem ovladatelného prostoru

V_n … objem neovladatelného prostoru

V_ro … objem ovladatelného ochranného prostoru

V_rn … 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 Q_r 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 q_a. Metody výpočtu odtoku a stanovení čáry překročení ročních průtoků Q_r 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 H_d v [mm/den] podle vztahu:

\begin{gathered}
H_\text{d}=13{,}5\cdot\frac{T_\text{m}}{W_\text{r}}
\end{gathered}

(4.1)

kde je

T_m … průměrná měsíční teplota vzduchu [°C],

W_r … průměrná měsíční relativní vlhkost vzduchu v [%].

Platnost vzorce je pro T_m > 5 °C, pro nižší teploty se uvažuje H_d = 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

Tab. 4.2 Opravný koeficient – zarostlá plocha [40]

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 Z_d vsakem do dna v [m³] podle Isajeva [40]:

\begin{gathered}
Z_\text{d}=\frac{n_\text{dna}}{100}\cdot(h_\text{pv}-h_\text{kap})S
\end{gathered}

(4.2)

kde je

n_dna … pórovitost materiálu dna nad výškou kapilárního vzlínání v [%],

h_pv … hloubka hladiny podzemní vody pod dnem nádrže v [m],

h_kap … 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:

\begin{gathered}
n_\text{dna}=\frac{n_1h_1+n_2h_2+n_\text{i}h_\text{i}}{h_1+h_2+h_\text{i}}
\end{gathered}

(4.3)

kde je

n_i … pórovitost ité vrstvy v [%],

h_i … 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:

\begin{gathered}
q=k\frac{H^2}{2L}
\end{gathered}

(4.4)

kde je

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

H … hloubka vody v nádrži v [m],

L … v [m] je počítáno podle vztahu:

\begin{gathered}
L=\lambda\cdot H+A+B+C
\end{gathered}

(4.5)

kde λ se počítá podle vztahu:

\begin{gathered}
\lambda=\frac{m}{1+2m}
\end{gathered}

(4.6)

Rovnice depresní křivky má tvar:

\begin{gathered}
\gamma^2=\frac{H^2}{L}x
\end{gathered}

(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

\begin{gathered}
Q(t)+O(t)-\frac{dV(t)}{dt};\space\space O(t)=O(V(t))
\end{gathered}

(4.8)

kde je

Q(t) a O(t) … 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 V_z, hodnotou nalepšeného odtoku O_P a jeho zabezpečeností (např. P_t – 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 V_z pro danou hodnotu nalepšeného odtoku O_P se zabezpečeností P_t 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 Q_r – 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 O_p, minimální zůstatkový průtok MZP a výpar z volné hladiny O_výp). 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 Q_r 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 O_výp) 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 (O_p+MZP+O_výp) 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 V_z 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 V_z, 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

4.4 STANOVENÍ OBJEMU OCHRANNÉHO PROSTORU V_r

Stanovení objemu ochranného prostoru vyžaduje vyřešení transformačního účinku nádrže. Řešení vychází z rovnice nádrže (4.8). Cílem je stanovení objemu retenčních prostorů V_rn resp. V_ro. 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 O_ne 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 O_ne. 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 V_rn a V_ro 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 V_ro je pouze funkcí kapacity spodních výpustí, plnění retenčního prostoru neovladatelného s objemem V_rn závisí též na kapacitě přelivu. Účinnost retenčních prostorů je patrná z obr. 4.7, kde Q_max značí kulminační přítok v [m³/s] (u návrhu objemu retenčního prostoru se jedná o Q_H) a O_max je maximální odtok z nádrže v [m³/s] (u návrhu objemu retenčního prostoru se jedná o O_ne).

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 O_ne. 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 Q_H (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 2h_k při Q_H. 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 2Q_H (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 Q_H zvětšené o účinek provzdušnění a bezpečnostní rezervu uvažovanou obvykle 0,60 m. Zjednodušeně lze u kratších skluzů uvažovat s jejich hloubkou odpovídající 1,8·h_k 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 Q_H = 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 Q_H.

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 t_c v [s] je dána součtem dob prázdnění Δt_i dílčích objemů nádrže:

\begin{gathered}
t_\text{c}=\sum\limits_{\text{i}=1}^\text{n}\Delta t_\text{i}=\frac{0{,}132}{mxb_0}(\frac{S_0}{2}+S_{\text{n}-1}+\frac{S_\text{n}}{2})\frac{1}{Z^{0{,}5}}
\end{gathered}

(4.9)

kde je

S_o-n … 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 t_c [s] ze vztahu:

\begin{gathered}
t_\text{c}=\frac{0{,}132V}{mb_0Z^{1{,}5}}
\end{gathered}

(4.10)

kde je

V … objem nádrže [m³].

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

\begin{gathered}
t_\text{c}=\sum\limits_{\text{i}=1}^\text{n}\Delta T_\text{i}
\end{gathered}

(4.11)

kde Δt_i počítáme podle vztahu:

\begin{gathered}
\Delta t_\text{i}=\frac{2S_\text{x}}{S_\text{p}\mu_\text{v}(2g)^{0{,}5}}\cdot(h_\text{j}^{0{,}5}-h_{\text{j}-1}^{0{,}5})
\end{gathered}

(4.12)

kde je

S_x … střední plocha hladiny v intervalu hloubek (h_i, h_i-1),

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

i a i-1 … začátek a konec intervalu prázdnění Δt_i,

S_p … plocha výpustného potrubí [m²],

μ_v … 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 I_P = w_L – w_P > 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 EN ISO 14689, ČSN EN 1997-1 a ČSN EN 1997-2

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)

*) 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 I_p 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)

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 φ_ef = 0,74, je možné zvětšit na 1 : 1,8

³⁾ Je-li v podloží hráze materiál s min.tg φ_ef = 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, 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 I_D. 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 φ a soudržnost c. Jejich stanovení se provádí smykovou krabicovou zkouškou, příklad vyhodnocení je uveden na obr. 5.4. Přetvárné charakteristiky jako deformační modul E_def 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]

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 I_D > 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 C_U = d₆₀^f / d₁₀^f < 5 musí platit.

\begin{gathered}
5\lt\frac{d_{50}^\text{f}}{d_{50}^\text{z}}\lt10
\end{gathered}

(5.1)

Pro stejnozrnitou sypaninu s číslem nestejnozrnnosti filtru C_U = d₆₀^f / d₁₀^f > 5 musí platit:

\begin{gathered}
12\le\frac{d_{15}^\text{f}}{d_{15}^\text{z}}\le40,\space12\le\frac{d_{50}^\text{f}}{d_{50}^\text{z}}\le50
\end{gathered}

(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.

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

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

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 d_OTVORU (perforace) musí splňovat kritérium

\begin{gathered}
\frac{d_{85}^\text{f}}{d_\text{otvoru}}\ge2
\end{gathered}

(5.3)

kde je

d₈₅^f … průměr zrna filtru (obsypu) odpovídajícího 85% propadu.

5.1.7 Založení sypané hráze

Způsob založení sypané hráze často podstatně ovlivňuje návrh jejího příčného profilu. Významné jsou zejména mocnost a charakter pokryvných útvarů, únosnost a propustnost jednotlivých vrstev podloží, vlastnosti hornin skalního podkladu atd. Z hlediska stability lze sypané hráze běžně zakládat na neskalním podloží, tj. na pokryvných útvarech po odstranění povrchové vrstvy humusu, kořenů a jiných nevhodných vrstev (zbahněné polohy, rašelina). Při málo únosných vrstvách v podloží je třeba upravit příčný profil (zmírnit sklony svahů, vybudovat přitěžovací lavice atd.). V takových případech je vhodné porovnat varianty, z nichž jedna předpokládá založení na málo únosném podloží a ve druhé se navrhuje odstranění nevhodných vrstev a hlubší založení, při hospodárnějším návrhu hrázového tělesa. V běžných případech, kdy podloží ve dně údolí tvoří ulehlé náplavy a svahy sutě, popř. říční terasy, nebývá zpravidla návrh tělesa vlastnostmi podloží podstatně ovlivněn.

Základová spára stabilizačních částí hráze se očistí od předmětů, které v konstrukci nejsou přípustné, urovná se, popř. na svazích mírně upraví tak, aby nedocházelo k ostrým lomům nebo převisům skalních výchozů. Neskalní podloží se na povrchu pečlivě zhutní. Pokud by hrozilo riziko zabořování zrn kamene do podložní vrstvy, nebo naopak vyplavování jemných zrn podloží do hrubozrnného materiálu tělesa hráze, je třeba v základové spáře zřídit ochrannou přechodovou vrstvu ze zeminy vhodné zrnitosti nebo kámen uložit na geotextilii. Těsnění sypaných hrází je třeba zavázat do podloží velmi pečlivě, ve většině případů spolehlivým napojením těsnicího prvku tělesa hráze na těsnění podloží např. přes betonovou desku. Při zavázání zemního těsnění (popř. homogenního zemního tělesa) do nepropustného podloží v relativně malé hloubce (bez velkého objemu výkopů) se povrch zeminy v základové spáře nakypří do hloubky 0,15 až 0,2 m, popř. se navlhčí tak, aby bylo dosaženo vlhkosti větší než optimální, a pak se zhutní způsobem předepsaným pro materiál těsnicího prvku. Napojení těsnicího prvku sypané hráze na skalní podloží se obvykle zajišťuje prostřednictvím ozubu nebo zídky.

Zvláštní péči je nutno věnovat vyplnění trhlin a sanaci poruch a také vývěrům vody, popř. pramenům v základové spáře. Pokud se je nepodaří jednoduše utěsnit, je třeba je dočasně odvést a později sanovat. Při velké mocnosti propustných pokryvných útvarů je třeba těsnění hráze napojit na zvláštní těsnicí stěnu (protínající propustné vrstvy na celou výšku) nebo výjimečně na injekční clonu zajišťující utěsnění podložních zemin. Někdy je nezbytné zřídit předložený těsnicí koberec (ze zemin), popř. v kombinaci s těsnicí stěnou.

Těsnění podloží nízkých hrází se provádí podzemními stěnami, při malých hloubkách nepropustného podloží zavazovacím ozubem. K těsnicímu prvku lze počítat také předložené těsnicí koberce. U těsnicích koberců nejde o těsnění podloží, ale o zmenšení hydraulických gradientů, a tím i celkového průsaku prodloužením průsakové dráhy. Vodorovné těsnicí prvky umístěné při povrchu propustného podloží prodlužují těsnění hráze směrem proti vodě. Mnohdy mohou být jediným a poměrně hospodárným opatřením pro zmenšení průsaku a snížení nebezpečí filtračních deformací v podloží. V praxi se běžně navrhují koberce o délce rovné pěti až patnáctinásobku hloubky vody v nádrži. Při porušeném podloží se volí délky podstatně větší, např. až dvacetinásobek hloubky vody v nádrži. Koberce lze rovněž kombinovat s jinými protiprůsakovými opatřeními. Těsnicí stěny se běžně uplatňují u neskalního podloží, pokud povrch skalního podkladu, popř. nepropustné vrstvy jsou v ekonomicky dostupné hloubce. Lze je uplatnit i jako plovoucí (nezavázané), popř. v kombinaci s těsnicím kobercem.

Zvláštní pozornost zasluhuje koncepce těsnění podloží suchých nádrží, u nichž při přerušení proudu podzemní vody může dojít k podmáčení zátopy a k jejímu znehodnocení pro další zemědělské využití. Navázání tělesa hráze, zejména těsnicího prvku, na betonové objekty vyžaduje použití zeminy s větší vlhkostí. Tvar betonových konstrukcí musí umožnit dotlačování zeminy na stěny objektu, stěny betonových konstrukcí musí být hladké, bez hnízd, je nepřípustné stěny omítat. Doporučuje se jejich zkosení ve sklonu 10 : 1 až 5 : 1. Pokud hrozí promrzání betonové konstrukce, provede se zavázání ozubem, jehož rozměry odpovídají nezámrzné hloubce.

Příklady způsobů založení hrází malých a suchých nádrží jsou uvedeny na obr. 5.7 až 5.11.

Obr. 5.7 Schéma homogenní ochranné hráze na nepropustném podloží

Obr. 5.8 Homogenní ochranná hráz s drenážní patkou

Obr. 5.9 Nehomogenní ochranná hráz

a) se středním těsnicím prvkem, b) s těsněním při návodním líci

Obr. 5.10 Schéma nehomogenní (zonální) ochranné hráze

S – propustná stabilizační část, D – těsnicí zemina, U (U´) – varianty hloubky nepropustného podloží, W – těsnicí prvek podloží, K – drenážní patka

Obr. 5.11 Uspořádání ochranné hráze s návodním těsnicím kobercem

5.2 POSOUZENÍ STABILITY HRÁZÍ MALÝCH VODNÍCH A SUCHÝCH NÁDRŽÍ

5.2.1 Všeobecně

Posouzení stability hrází MVN a SN se provádí pouze v případě vyšších hrází (cca nad 6 m) nebo v případě obtížných základových poměrů nebo netypického uspořádání konstrukce. Posouzení se provede v souladu s ustanoveními ČSN 73 1000. Přitom se musí uvažovat jak dočasné, tak trvalé návrhové situace. Ochranné hráze musí být stabilní pro všechny mezní stavy stanovené v ČSN 73 1000. Obecně je nutné provést následující hodnocení:

• celková ztráta rovnováhy konstrukce nebo základové půdy (mezní stav stability polohy); jde především o stabilitu svahů na návodní, tak i vzdušní straně, posouzení rovnováhy „nadzvednutím“ v důsledku vztlaků vody, hydraulickým prolomením;
• vnitřní porušení nebo nadměrné přetvoření konstrukce ochranné hráze, podloží a dalších prvků (mezní stav přetvoření);
• bezpečnost proti vzniku filtračních deformací zemin tělesa hráze a podloží (mezní stav filtrační stability).

Přitom je prakticky vždy třeba řešit průsak hrází a jejím podložím a zohlednit jeho účinek na stabilitu hráze. Zvláštní význam má poloha vodní hladiny v tělese hráze. Průběh a doba trvání povodně ve vazbě na propustnost materiálu v hrázi jsou hlavním faktorem, který určuje, zda jsou hráze vystaveny částečnému nebo úplnému průsaku dosahujícímu až na vzdušní líc hráze (obr. 5.12). U stability návodního svahu může být kritickým stav při poklesu hladiny vody v nádrži, např. u SN (obr. 5.13).

Obr. 5.12 Průsaková křivka v tělese hráze bez patního drénu – pro návrhovou hladinu při ustáleném stavu filtrace se zobrazením příkladu smykové plochy na vzdušním svahu

Obr. 5.13 Průsaková křivka v tělese hráze při klesající hladině vody v toku při neustáleném stavu filtrace se zobrazením příkladu smykové plochy na návodním svahu

Po rychlém snížení hladiny vody v suché nádrži u hrází s návodním těsněním, popř. souvislým opevněním návodního líce může hladina v nádrži klesat rychleji než hladina vody ve vzdušní stabilizační části hráze dosažená během povodně. V takových případech může být návodní těsnění namáháno tlakem vody také ze vzdušní strany (vztlakem).

Pro stabilitní řešení se vymezí charakteristické příčné profily hráze, které jsou podkladem pro posouzení stability. V převážné většině případů se stabilita ochranných hrází řeší jako rovinná úloha (úloha rovinného přetvoření).

Ve smyslu ustanovení ČSN 73 1000 spadají významnější hráze MVN do geotechnické kategorie 2, nižší a méně významné hráze většinou spadají do 1. geotechnické kategorie, u níž je možné zajistit, že základní požadavky budou splněny se zanedbatelným rizikem na základě zkušenosti a kvalitativního geotechnického průzkumu. Jde o konstrukce, u nichž je zanedbatelné riziko ztráty celkové stability anebo pohybů základové půdy. Konstrukce je založena v jednoduchých základových poměrech, které jsou známé a lze u nich uplatnit běžné postupy vycházející ze zkušeností a rutinní metody návrhu. Jde obvykle o situace, kdy není zakládání prováděno pod hladinou podzemní vody nebo pokud výkop pod hladinou podzemní vody nebude komplikovaný. Pouze výjimečně může jít u hrází MVN o vysoké geotechnické riziko a klasifikaci v geotechnické kategorii 3, a to v případech, kdy jde o neobvyklé konstrukční řešení ve složitých základových poměrech s nezanedbatelným účinkem podzemní vody, u lokalit s vysokým stupněm seismicity, v poddolovaném území a v oblastech pravděpodobné nestability území.

U konstrukcí v kategorii 1 lze použít doporučených návrhových parametrů (sklony svahů, převýšení koruny hráze,…) uvedených v předchozím textu. Při hodnocení stability se rozeznává trojí rozsah a podrobnost výpočtu:

• předběžný výpočet – zjednodušený průkaz stability polohy, výjimečně napětí a přetvoření;
• podrobný výpočet – provádí se u konečných návrhů na mezní stavy uvedené v předchozí kapitole (viz též dále);
• kontrolní výpočet – ověření výpočtů s použitím naměřených veličin.

Posouzení se doporučuje provádět metodou podle mezních stavů podle postupů uvedených v ČSN 73 1000, případně modifikovaných pro podmínky hrází MVN a SN, viz též [36]. V případě hrází určených vodních děl jsou mezní stavy obvykle definovány s ohledem na podmínky možného porušení a na specifika těchto děl:

• mezní stav stability polohy;
• mezní stav vzniku havarijních trhlin;
• mezní stav přetvoření;
• mezní stav filtrační stability.

Hodnocení podle prvních tři mezní stavů je v dostupné literatuře dostatečně podrobně popsáno, popř. se u hrází malých vodních nádrží provádí pouze zřídka. Pro tyto případy je v dalších kapitolách uveden stručný komentář. Mezní stav filtrační stability není v dostupných podkladech a normách dostatečně popsán a proto je mu v textu věnována větší pozornost.

5.2.2 Návrhové situace

Z hlediska doby trvání se rozeznávají tyto návrhové situace (ČSN EN 1990), pro které musí být prokázána spolehlivost všech konstrukcí:

• trvalá návrhová situace, jejíž doba trvání je obdobného řádu jako doba životnosti objektu a která je charakterizována nejnepříznivějším provozním stavem konstrukce; součinitel návrhové situace se uvažuje γ_sit = 1;
• dočasná návrhová situace, která se může vyskytnout při výstavbě, generální opravě nebo rekonstrukci hráze či souvisejících objektů, jejíž doba trvání je srovnatelně kratší než doba životnosti objektu; součinitel návrhové situace se uvažuje u zemních konstrukcí hodnotou γ_sit = 0,9, u betonových γ_sit = 1,0;
• nehodová návrhová situace, která má velmi malou pravděpodobnost vzniku a krátkou dobu trvání a je charakterizována výskytem mimořádných zatížení při výbuchu, zemětřesení, selhání bezpečnostního zařízení a při tlaku vody při kontrolní či jiné katastrofální povodni; součinitel návrhové situace se uvažuje γ_sit = 0,9.

Doba životnosti objektů ve vodním hospodářství (např. čerpacích stanic, výpustí apod.) se podle ČSN EN 1990  obvykle uvažuje 80 let, životnost hrází odpovídá 120 rokům.

5.2.3 Parametry materiálů a základových půd

Základními parametry materiálu jsou normové hodnoty pevnosti, jejichž pravděpodobnostní záruka nesmí být menší než 95 %. Je dovoleno je stanovit z norem (např. ČSN EN 1997-1) pro příslušný materiál.

Normové hodnoty ostatních charakteristik se odvodí ze střední hodnoty rozdělení pravděpodobnosti dané veličiny. Výpočtovou hodnotou dané charakteristiky je hodnota získaná násobením příslušné normové hodnoty součinitelem spolehlivosti základové půdy, resp. Materiálu γ_m. Hodnoty součinitele spolehlivosti se mohou lišit jak pro různé materiálové charakteristiky, tak také pro různé mezní stavy a návrhové situace.

5.2.4 Parametry zatížení

Základními parametry zatížení jsou jeho normové hodnoty. Ty se stanoví následovně (ČSN EN 1990):

• pro zatížení od vlastní tíhy na základě projektovaných parametrů a na základě průměrných hodnot objemových hmotností, popř. s využitím údajů od zhotovitele;
• pro klimatické zatížení na základě nejvyšších hodnot zjištěných ve volených pozorovacích obdobích při dané době opakování;
• pro statická užitná zatížení na základě očekávaných největších hodnot při užívání;
• pro dynamická užitná zatížení na základě hodnot parametrů dynamických zatížení;
• pro havarijní zatížení na základě rozborů nejnepříznivějších projevů příslušného jevu.

Odchylky zatížení od normové hodnoty způsobené proměnlivostí a nejistotami v zatížení jsou vystiženy součiniteli spolehlivosti zatížení γ_fv. Součinitele se mohou lišit pro různé mezní stavy a návrhové situace. ČSN 75 0250 a ČSN 73 1208 doporučují hodnoty součinitele zatížení vodním tlakem γ_fv:

5.2.5 Zatěžovací stavy, klasifikace a kombinace zatížení

Při dimenzování konstrukcí a základových půd se pro jednotlivé návrhové situace přihlíží k možným nepříznivým kombinacím zatížení, která se podle délky trvání dělí na (ČSN EN 1990):

• stálá – vlastní tíha konstrukce ochranné hráze včetně neodstranitelných technologických částí, tlak zemin a hornin, předpětí a jiné trvalé účinky;
• nahodilá;
  • dlouhodobá – tlak zemin (přísypy, sedimenty), zatížení odstranitelným technologickým zařízením, klimatické a technologické účinky, namáhání nerovnoměrným sedáním apod.;
  • krátkodobá – hydrostatický a hydrodynamický tlak vody odpovídající návrhové hladině vody v toku, odpovídající síly od vody prosakující tělesem hráze a podložím, síly vznikající při výstavbě (dopravní mosty, vodní žlaby), tíha pohyblivých dopravních prostředků, vliv běžného snížení hladiny v nádrži apod.;
  • mimořádná – přírůstek tlaku vody při hladině v nádrži odpovídající koruně hráze (při kontrolní povodni) a odpovídající síly od prosakující vody, seizmické účinky, účinky výbuchu, přetvoření základové půdy, poruchy zařízení, neočekávané snížení hladiny v nádrži (obr. 5.13).

Uvažují se tyto kombinace zatížení:

• základní – skládají se ze zatížení stálých, nahodilých dlouhodobých a krátkodobých;
• mimořádné – skládají se ze zatížení stálých, nahodilých dlouhodobých, nahodilých krátkodobých a jednoho mimořádného.

Při zatížení konstrukce dvěma a více nahodilými zatíženími se jejich výpočtová hodnota násobí součinitelem kombinace ř_c, který je různý pro krátkodobá a dlouhodobá nahodilá zatížení:

• nahodilá dlouhodobá zatížení ψ_c = 0,95;
• nahodilá dlouhodobá zatížení a jedno nahodilé krátkodobé ψ_c = 0,9;
• při nahodilých dlouhodobých zatíženích a větším počtu nahodilých krátkodobých zatíženích lze použít dva způsoby výpočtu;
  • pokud zatížení nelze zatřídit podle míry působení na stav napjatosti nebo přetvoření, potom pro kombinaci dvou nebo tří nahodilých krátkodobých zatížení použijeme součinitel ψ_c = 0,9, pro čtyři a více zatížení ψ_c = 0,8;
  • pokud je možné zatížení zatřídit, potom druhé zatížení redukujeme součinitelem ψ_c = 0,8 a další součinitelem ψ_c = 0,6.

5.2.6 Vyjádření významu objektu

Význam objektu se při výpočtu vyjadřuje pomocí součinitele účelu γ_n. V souladu s ČSN 75 0250 lze u významných a vysokých hrází ohrožujících značný majetek a velký počet obyvatel volit γ_n = 1,2, u méně významných hrází s výškou cca do 3 až 5 m se doporučuje γ_n = 1,1.

5.2.7 Mezní stav stability polohy

U zemních hrází se vyšetřuje ztráta celkové stability nebo únosnosti při dosažení a překročení mezní pevnosti ve smyku v zemní konstrukci a základové půdě na smykové ploše, popř. ztráta stability „nadzvednutím“ části konstrukce popř. základové půdy. Podmínkou je znalost průsakových poměrů a vývoje pórových tlaků.

Provádí se zejména posouzení ztráty stability usmýknutím podél smykové plochy, kdy je třeba posoudit všechny potenciální smykové plochy včetně plochy kritické. Při řešení MVN se používá výhradně metod mezní rovnováhy (Petterson, Bishop).

Podmínka spolehlivosti podél válcové smykové plochy ve smyslu metody Pettersona (obr. 5.14) má tvar:

\begin{gathered}
\gamma_\text{sit}\gamma_\text{n}\psi_\text{c}\sum\limits_\text{i}G_\text{i}\cdot\sin\alpha_\text{i}\le\gamma_\text{stp}\sum\limits_\text{i}(\Delta l_\text{i}c_\text{i}\gamma_\text{mc}+G_\text{i}\cdot\cos\alpha_\text{i}\cdot \tg\varphi_\text{i}\cdot\gamma_\text{mj})
\end{gathered}

(5.4)

kde je

G_i … výpočtová tíha itého proužku zeminy nad smykovou plochou,

Δl_i … výpočtová délka smykové plochy příslušná proužku,

α_i … úhel, který svírá tečna k smykové ploše ve středu itého proužku s vodorovnou,

tgφ_i a c_i … ormové hodnoty tangenty úhlu vnitřního tření a soudržnosti materiálu na části válcové plochy příslušející itému proužku,

γ_mc a γ_mφ … dílčí součinitele spolehlivosti úhlu vnitřního tření a soudržnosti materiálu uvažované hodnotami (ČSN EN 1997-1):

\begin{gathered}
\gamma_\text{mc}=0{,}5
\end{gathered}

(5.4a)

\begin{gathered}
\gamma_{\text{m}\varphi}=\frac{1}{1{,}5}\space\text{v případě}\space0\lt\varphi\lt12\degree
\end{gathered}

(5.4b)

\begin{gathered}
\gamma_{\text{m}\varphi}=\frac{\varphi-4}{\varphi}\space\text{v případě}\space\varphi\ge12\degree
\end{gathered}

(5.4c)

γ_stp … součinitel stability polohy uvažovaný hodnotou podle tab. 5.5,

γ_n … součinitel významu objektu (kap. 5.2.6),

γ_sit … součinitel návrhové situace (kap. 5.2.2),

ψ_c … součinitel kombinace zatížení (kap. 5.2.5).

Tab. 5.5 Hodnoty součinitele stability polohy

Obr. 5.14 Schéma k Petterssonově metodě

Opatřeními vedoucími ke zvýšení odolnosti proti usmýknutí svahu jsou jednak snížení sklonu svahu, popř. vybudování přísypů a laviček, dále pak drenážní prvky snižující pórové tlaky v tělese hráze a jejím podloží. Podrobnosti k hodnocení stability zemních hrází jsou uvedeny v dostupné literatuře, např. [42, 26] a v dalších pramenech.

K tzv. hydraulickému prolomení (prolomení pokryvu, ztrátě stability „nadzvednutím“) dochází tehdy, jestliže v propustné vrstvě pod pokryvem nevelké mocnosti vznikne vztlak vedoucí k místnímu prolomení pokryvu a ke vzniku trhliny, jíž voda vysakuje značnou rychlostí. V blízkosti místa prolomení může dojít ke ztekucení zeminy, voda se zeminou vytvoří suspenzi, která prakticky nevzdoruje smykovým silám. Suspenze je trhlinou vynášena na terén, porucha se rychle šíří a její dodatečná sanace je poměrně obtížná. Hydraulické prolomení může následnou progresí popsaného jevu vést k provalení základu vzdouvací konstrukce. Pro případ porušení hydraulickým prolomením se vychází z obecné podmínky mezního stavu modifikované pro hydraulické prolomení (obr. 5.15):

\begin{gathered}
\gamma_\text{sit}\cdot\gamma_\text{n}\cdot\gamma_\text{fv}\cdot\gamma_\text{W}\cdot(h_\text{MAX}-K_\text{BS})\le\gamma_\text{fg}\cdot\gamma_\text{Z}\cdot(K_\text{T}-K_\text{BS})
\end{gathered}

(5.5)

kde je

γ_sit  … součinitel návrhové situace,

γ_n … součinitel významu konstrukce,

γ_fv … součinitel zatížení tlakem vody,

γ_W … objemová tíha vody,

h_MAX … maximální normová piezometrická výška v daném místě,

K_BS … kóta báze stropního izolátoru,

γ_fg … součinitel zatížení vlastní tíhou uvažovaný hodnotou 0,9, který zahrnuje nejistotu v K_BS a objemové tíze zeminy γ_Z,

K_T … kóta terénu za hrází.

Obr 5.15 Schéma ke vztahu (5.5)

Součinitel zatížení hydrodynamickým tlakem γ_fv se stanoví s ohledem na časoprostorový průběh okrajových podmínek, hydraulické vodivosti k, zásobnosti S, mocnosti zvodně b, popř. dalších parametrů. Lze jej stanovit podle způsobu stanovení maximální piezometrické výšky, resp. tlaku vody. Jednou z možností, jak dosáhnout stability proti hydraulickému prolomení je přísyp hráze na její vzdušní straně, popř. ve tvaru svahové lavičky dostatečné mocnosti. Přísyp musí být tak široký, aby případné možné trhliny ve stropním izolátoru byly dostatečně vzdálené od paty hráze a nemohly způsobit její porušení. Přísyp musí být propustný tak, aby byla odvedena průsaková voda a zatížení přísypu nebylo sníženo vztlakem. Na styku přísypu a stropního izolátoru musí být splněny geometrické podmínky zajišťující odolnost vůči kontaktní sufozi. Dalším možným opatřením je odlehčení tlaku drenážními prvky. To vyžaduje umístění filtru v okolí odvodňovacího prvku. Opatření vede ke zvýšenému průsaku vody, který obvykle nelze podstatně snížit.

5.2.8 Mezní stav vzniku havarijních trhlin

Podkladem pro vyšetřování vzniku havarijních trhlin je výpočet napjatosti a přetvoření zemního tělesa. Výpočty se u hrází MVN provádějí pouze výjimečně, a to numericky, nejčastěji metodou konečných prvků. Při výpočtu je třeba vystihnout očekávané velké, popř. nerovnoměrné sedání násypu, resp. základové půdy. Přitom se často přistupuje ke schematizacím obecně prostorového chování konstrukce dvojrozměrným modelem za předpokladu rovinného přetvoření v řezu vedeném buď kolmo na osu hráze nebo rovnoběžně s ní. Předpoklad rovinného chování obvykle není splněn v místech zavázání zemního tělesa do výše položeného terénu, v místech napojení na betonové objekty apod.

5.2.9 Mezní stav přetvoření

Mezní stav přetvoření se vyšetřuje pouze doplňkově, a to v případech, kdy lze očekávat ztrátu použitelnosti zemní konstrukce např. výrazným poklesem koruny ochranné hráze, vybočením líců hráze v důsledku sedání podloží, poruch svahu vlivem vegetace apod. U poddajného podloží tvořeného soudržnými materiály je třeba provést hodnocení možnosti rozšiřování v základové spáře způsobující ujíždění paty hráze.

5.2.10 Mezní stav filtrační stability

Při návrzích zemních hrází je třeba posoudit filtrační stabilitu a možnost vzniku vnitřní eroze zemin. Filtrační deformací se rozumí změny struktury a vlastností zeminy v prostoru a v čase způsobené prosakující vodou. Jde zejména o změny granulometrického složení zeminy, pórovitosti, propustnosti, objemové tíhy případně celistvosti a neporušenosti. Procesy vedoucí k filtrační nestabilitě zahrnují rozsáhlou a rozmanitou oblast problémů. Tyto procesy a jejich iniciace jsou výrazně ovlivněny vlastnostmi zeminy a průsakovým režimem charakterizovaným jeho stavovými veličinami (zejména směr proudění, hydraulický gradient, specifický průsak apod.). Na problematiku filtrační stability je možno pohlížet ze dvou základních hledisek, přičemž rozlišujeme stabilitu lokální a stabilitu globální:

• Lokální filtrační nestabilitou se rozumí stav, kdy v určité prostorově omezené oblasti konstrukce či podloží může dojít ke vzniku místních poruch. Ty mohou být neškodné, kdy není ohrožena bezpečnost konstrukce jako celku, nebo mohou vyústit v postupné celkové poškození či k havárii konstrukce. Při objasňování lokální filtrační nestability porézního prostředí hrají významnou roli experimenty prováděné v laboratorních podmínkách na vzorcích zeminy, jejichž vyhodnocení poskytuje cenný materiál rozšiřující stupeň poznání v této oblasti. U hrází MVN a SN přicházejí v úvahu tyto způsoby porušení (obr. 5.16):
  • kontaktní sufoze, popř. eroze na styku materiálů různých zrnitostí, a to při proudění kolmém (typ A1), popř. rovnoběžném (typ A2) s hranicí jednotlivých materiálů (kontaktní rozmývání);
  • vnitřní sufoze popř. eroze materiálu (typ B);
  • vnější sufoze, popř. ztekucení nesoudržné zeminy v místě vysakování v zahrází (typ C).
• Globální stabilita je vázána na zamezení vzniku tzv. privilegovaných cest, někdy také nazývaných „krátkými průsakovými dráhami“, náhodně vytvořených v zóně průsaků. Počátkem vzniku spojité průsakové cesty je prakticky vždy kombinace výše uvedených typů A až C lokálních filtračních poruch, popř. ve vazbě na prolomení pokryvné vrstvy (viz též kap. 5.2.7).

Podkladem pro hodnocení jsou hydraulické výpočty proudění vody zemní konstrukcí, popř. jejím podložím. Vždy je nejprve třeba provést analýzu a výčet všech možných způsobů a míst porušení v důsledku filtračních deformací zemin v hrázi a v jejím podloží (obr. 5.16).

Obr. 5.16 Možnosti vzniku jednotlivých typů filtračních deformací [19]

Typ A1 – k sufozi dochází u nestejnozrnné základní zeminy, kdy je do sousedního hrubozrnného materiálu vyplavena pouze její jemná frakce. V případě kontaktní eroze dojde ke ztekucení stejnozrnné základní zeminy a k jejímu vyplavení do hrubozrnného sousedního materiálu. Sufoze či eroze na kontaktu nesoudržných zemin různé granulometrie závisí na zrnitosti, tvaru zrn, pórovitosti a rozměrech pórů sousedících zemin, dále na režimu a směru proudění vody a velikosti specifického průtoku. Ke kontaktní sufozi dochází pouze při proudění ze zeminy jemnozrnné do zeminy hrubozrnnější. Nejčastěji se tak stává v oblasti vstupu filtračního proudění do drénu hydrotechnické stavby v místech, kde dochází k největším specifickým průtokům a gradientům. V případě soudržných zemin dochází obvykle k odlupování celých hrudek zeminy – tzv. exfoliaci v důsledku snížené soudržnosti.

Při posouzení nesoudržných zemin se používají vztahy např. podle ČSN 75 2410 (viz kap. 5.1.5). V případě soudržné základní zeminy lze použít v souladu geometrická kritéria podle tab. 5.6. Zrnitost filtru se odvíjí od indexu plasticity I_p a soudržnosti c základní zeminy.

Tab. 5.6 Doporučená zrnitost filtru u soudržné základní zeminy

Současně je potřeba zajistit dostatečnou průtočnou kapacitu filtru. Ta je zajištěna za následujících podmínek:

• u nesoudržných zemin;
  • při dynamickém hydraulickém zatížení musí platit d₅₀^f > d₅₀^z a d₁₀^f > 2 d₁₀^z;
  • při statickém hydraulickém zatížení musí platit k_f > 25·k_z;
• u soudržných zemin musí platit k_f > 100·k_z.

kde je

k_f  … hydraulická vodivost filtru,

k_z … hydraulická vodivost základní zeminy.

Filtr kolem perforovaných trubních drénů nebo jiných otvorů v konstrukci by měl splňovat podmínku (6.3).

Typ A2 – kontaktní rozmývání na rozhraní nesoudržných zemin je sufoze, popř. eroze způsobená vodou proudící rovnoběžně se stykovou plochou jemnozrnné a hrubozrnné zeminy, u soudržných zemin pak tzv. exfoliace. Podmínka, při jejímž splnění nedochází ke vzniku kontaktního rozmývání, má tvar:

\begin{gathered}
\frac{d_{10}^\text{f}}{d_{10}^\text{z}}\lt10
\end{gathered}

(5.6)

kde je

d₁₀^f, resp. d₁₀^z … charakteristické zrno hrubozrnné zeminy (filtru), resp. jemnozrnné zeminy.

Typ B – vnitřní sufoze v porézním prostředí nastává, jestliže v příslušném objemu homogenní zeminy dochází k pohybu jemných frakcí v pórech. To způsobuje zvětšení pórovitosti a propustnosti postiženého materiálu. Dojde-li k vyplavení rovněž větších zrn tvořících skelet prostředí, může vnitřní sufoze způsobit sedání zeminy. Vnitřní sufozi lze zabránit snížením hydraulického gradientu a v některých případech také řádným zhutněním zeminy.

Geometrická kritéria vnitřní sufoze jsou vázána na charakteristiky zrnitostní křivky materiálu, zejména na číslo nestejnozrnitosti:

• C_U < 10 – nesufózní zeminy;
• 10 ≤ C_U ≤ 20 – přechodná oblast (zemina může, ale nemusí být sufózní);
• C_U > 20 – sufózní zeminy.

Za nesufózní lze považovat zeminu, jejíž složení vyhovuje vztahu:

\begin{gathered}
\frac{d_3}{d_{17}}\ge(0{,}32+0{,}016C_\text{U})\sqrt[6]{C_\text{U}}\frac{n}{1-n}
\end{gathered}

(5.7)

kde je

d_X … průměr zrna odpovídající na čáře zrnitosti X procentům celkové hmotnosti vzorku,

C_U … číslo nestejnozrnitosti,

n … pórovitost.

Pokud zemina nesplňuje geometrická kritéria, použijí se hydraulická kritéria. Ta předepisují kritický specifický průtok q_K [m/s], který ještě nezpůsobí vnitřní sufozi porézního prostředí. Je porovnáván se specifickým průtokem, který nastane v zemině. Kritický specifický průtok je možné stanovit např. ze vztahu [44]:

\begin{gathered}
q_\text{k}=\frac{k^{0{,}356}}{200}
\end{gathered}

(5.8)

kde je

k … hydraulická vodivost [m/s].

Pro ustálené horizontální proudění DenAdel a kol. [28] zjistili hodnotu kritického hydraulického gradientu i_K = 0,16 až 0,17; pro vzestupné vertikální proudění Skempton, Brogan [37] udávají i_K = 0,2 až 0,34.

Soudržné materiály jsou ve vztahu ke vzniku vnitřní sufoze velmi odolné. Za nesufozní jsou považovány zeminy s indexem plasticity I_p > 5. Istomina [30] dospěla k závěru, že vnitřní sufoze v soudržných materiálech může vzniknout pouze při vysokých hydraulických gradientech překračujících i_K = 7 až 10.

Typ C – ztekucení nastává u stejnozrnitých zemin s číslem nestejnozrnitosti cca C_U < 20. Mechanická sufoze vzniká odplavením jemných částic z objemu zeminy. Je charakteristická pro nestejnozrnité zeminy s vyšším číslem nestejnozrnitosti C_U > 10. V případě středně nestejnozrnitých zemin vyhovujících podmínce 10 < C_U < 20 mohou nastat oba uvedené jevy. Při hodnocení možnosti vzniku vnější sufoze, popř. ztekucení je třeba posoudit, zda hydraulické gradienty i v místě vysakování vody z podloží konstrukce nepřekračují kritickou mez, tzv. kritický hydraulický gradient i_K pro konkrétní materiál. Istomina [30] vymezila oblast kritických hydraulických gradientů i_K jako dolní obálku experimentálně zjištěných hodnot (obr. 5.17) v závislosti na čísle nestejnozrnitosti C_U.

Dostatečnou bezpečnost zaručují přípustné hodnoty výstupního gradientu obsažené v tab. 5.7, v níž je rovněž uveden převládající typ porušení vzorku.

Tab. 5.7 Přípustné gradienty při povrchovém prolomení zeminy

Obr. 5.17 Hodnota kritických hydraulických gradientů i_K podle [30]

Vznik privilegované průsakové cesty může být důsledkem postupující lokální filtrační nestability. To může vést až k celkové destrukci konstrukce. Postup hodnocení zahrnuje předpoklad, že mohou být v konstrukci místa, která jsou po aplikaci hydraulického zatížení náchylná ke vzniku privilegovaných cest. Zde se uplatňují zkušenosti získané monitoringem a vyhodnocením chování již existujících staveb (např. v rámci technicko-bezpečnostního dohledu). Může jít např. o prolomení těsnicího prvku, popř. podloží v důsledku zvýšených hydraulických gradientů, v některých případech může být tento stav iniciován oslabením těsnicího prvku kontaktní sufozí, činností zvířat jako jsou hraboši nebo bobři. Tyto okolnosti následně způsobují vznik privilegované cesty (piping) v tělese nebo v podloží hráze, zejména podél styku zemin různé zrnitosti a propustnosti. Důvodem vzniku privilegované cesty mohou být i odumírající kořeny stromů v tělese hráze (zejména po jejich vykácení).

Výsledky řešení celkové odolnosti konstrukce jsou hlavním podkladem při návrhu základních rozměrů připravované hydrotechnické stavby. Tento předběžný návrh je obvykle prováděn odděleně pro vlastní zemní hráz a pro její podloží.

Aktivní složkou je v tomto případě střední hydraulický gradient i_S, pasivním odporem pak tzv. kritický střední hydraulický gradient i_KS pro konkrétní materiál. Kritickým středním hydraulickým gradientem se rozumí poměr výšky vzdutí H a výpočtové délky hypotetické průsakové dráhy L_P. Ta se stanoví na základě konstrukčního uspořádání tělesa hráze, popř. ze skladby podloží.

V tab. 5.8 až 5.11 jsou uvedeny kritické střední hydraulické gradienty doporučované v jednotlivých dostupných podkladech. V hodnotách uvedených v tab. 5.8 je již zahrnuta určitá rezerva, kterou volí jednotliví autoři jako 1,3 až 2 násobnou. Tab. 5.9 a 5.10 zahrnují normové hodnoty kritických středních hydraulických gradientů i_KS vstupující do posouzení ve smyslu metody podle mezních stavů. Pro základy betonových hrází doporučuje Čugajev [27] volit kritické střední hydraulické gradienty i_KS podle tab. 5.11.

Tab. 5.8 Kritické střední hydraulické gradienty i_KS v podloží sypaných hrází

Tab. 5.9 Střední kritické gradienty i_KS v podloží sypaných hrází podle jednotlivých podkladů

Tab. 5.10 Střední kritické gradienty i_KS v tělesech sypaných hrází podle jednotlivých podkladů

Tab. 5.11 Střední kritické gradienty i_KS v podloží betonových hrází podle [27]

Posouzení podle mezních stavů

Podmínka mezního stavu pro hydraulická kritéria odpovídající způsobům porušení v této kapitole se vyjádří vztahem (5.9):

\begin{gathered}
\gamma_\text{stf}\gamma_\text{n}\gamma_\text{fa}i\le\gamma_\text{stf}\gamma_\text{fp}i_\text{K}
\end{gathered}

(5.9)

kde je

i … lokální, resp. střední hydraulický gradient,

i_K … normová hodnota kritického hydraulického gradientu,

γ_sit … součinitel návrhové situace,

γ_n … součinitel účelu,

γ_fa … součinitel spolehlivosti zatížení uvažovaný podle způsobu stanovení hydraulického gradientu,

γ_stf … součinitel mezního stavu filtrační deformace γ_stf = 0,9,

γ_fp … součinitel spolehlivosti odolnosti zeminy vůči porušení vnitřní erozí uvažovaný podle způsobu stanovení normové hodnoty kritického hydraulického gradientu a podle způsobu porušení.

Součinitel spolehlivosti zatížení ófa lze uvažovat následovně:

Součinitel γ_fp spolehlivosti odolnosti zeminy vůči porušení vnitřní erozí se v jednotlivých podkladech uvažuje s ohledem na způsob stanovení normové hodnoty kritického hydraulického gradientu:

Při volbě velikosti dílčích součinitelů spolehlivosti je vhodné přihlédnout také k dalším faktorům, jako jsou doba trvání povodně u SN a zvýšených vodních stavů u MVN, geologická prozkoumanost základových poměrů ochranných hrází a heterogenita vlastností zastižených zemin, očekávaná kvalita provedených prací apod.

5.3 FUNKČNÍ OBJEKTY MALÝCH NÁDRŽÍ – KONSTRUKČNÍ ZÁSADY

Funkčními objekty malých nádrží jsou:

• spodní (dnové) výpusti;
• pojistná zařízení – bezpečnostní a nouzové přelivy;
• odběrné objekty.

Obvykle jde o tuhé (ŽB, kamenné zdivo) nebo pružné prvky (zához, pohoz, matrace), jejichž umístění je dáno morfologií terénu, geologickými poměry (únosnost podloží), funkčními požadavky, vodohospodářským řešením a hydrodynamikou, ekonomikou, požadavky bezpečnosti a spolehlivosti. Vždy by měla převládat snaha o konstrukci s jednoduchou obsluhou, popř. o bezobslužné řešení. Osvědčené typy lze nalézt např. v typizačním sborníku [18].

Hydraulické zásady dimenzování těchto objektů jsou uvedeny v kap. 4.

5.3.1 Spodní výpusti

U MVN do objemu 1 mil. m³ postačí obvykle jedna spodní výpust, u suché nádrže (SN) by měla být neovladatelná. Zkušenosti z provozu SN naznačují, že by měla konstrukce spodní výpusti umožnit ověřovací provoz a řízené první napuštění nádrže.

Vtok do výpusti musí být opatřen česlovou stěnou. U SN se doporučuje předsazená česlová stěna s hrubými česlicemi (obr. 5.18). Účinná plocha česlí musí být alespoň 5x větší něž minimální plocha spodní výpusti. Maximální kapacita výpusti nesmí překročit neškodný odtok pod hrází a musí zajistit převádění běžných průtoků v toku. Obvyklým typem je vtokový objekt požerákového typu umístěný buď v tělese hráze nebo lépe jako předsazený při návodní patě hráze.

Obr. 5.18 Předsazené hrubé česle před vtokem do spodní výpusti suché nádrže

Potrubí výpusti musí být obetonované tak, aby se zamezilo vyplavování částic z tělesa hráze netěsnostmi v potrubí (např. hrdlových spojů).

Při umisťování šachet požeráků do tělesa hráze by se mělo omezit narušení těsnicího prvku. Je třeba vždy zvážit, zda při výstavbě nedojde k horšímu zhutnění zeminy v okolí šachty a k narušení okolní těsnicí zeminy vibracemi. Betonování šachet v tělese hráze v protisklonu (obr. 5.19) je nepřípustné, vždy by měl být respektován požadavek dobrého napojení okolní zeminy těsnění, popř. homogenní hráze na betonový objekt. Z praxe je známa řada případů protržení hrází rybníků v místě šachtového objektu umístěného v tělese hráze (obr. 5.19).

Obr. 5.19 Protržená hráz rybníka Luh v místě šikmé šachty požeráku

5.3.2 Pojistné zařízení – bezpečnostní a nouzové přelivy

Pojistným zařízením je obvykle bezpečnostní přeliv, mnohdy doplněný nouzovým přelivem. Přeliv má být nehrazený bez nástavků a česlí umístěných na jeho koruně. Nedoporučuje se používat přelivů, u nichž po překročení návrhového průtoku může dojít k zahlcení (přelivy s tlakovou částí – obr. 5.20). V případě tlakového odpadu je třeba dimenzovat jej alespoň na dvojnásobný návrhový průtok. Je přitom třeba myslet na dostatečné zavzdušnění prostoru za zúžením při nátoku do tlakové části. Plocha zavzdušňovacího potrubí by měla být větší než FP stanovené podle vztahu:

\begin{gathered}
F_\text{P}=\frac{F_\text{C}-F_\text{Z}}{F_\text{Z}}\cdot\frac{Q_\text{H}}{v_\text{v}};\space v_\text{v}\le45\space\text{m/s}
\end{gathered}

(5.10)

kde je

F_P … plocha zavzdušňovacího potrubí,

F_C … plocha příčného řezu odpadního potrubí, resp. chodby,

F_Z … plocha zúžení, resp. škrticího otvoru,

v_v … rychlost vzduchu,

Q_H … návrhový průtok.

Obr. 5.20 Přeliv se zřejmě poddimenzovaným tlakovým odpadem

1 – přelivná hrana, 3 – tlakový odpad, 4 – výpustné potrubí

Přeliv musí bezpečně převést návrhový průtok, který se obvykle volí Q_H = Q₁₀₀. Pouze ve zdůvodněných případech je možné volit hodnotu menší. Snížení průtoku v důsledku transformačního účinku nádrže je třeba doložit výpočtem přičemž je třeba velké obezřetnosti při volbě tvaru návrhové povodňové vlny.

Pojistné zařízení musí navíc převést tzv. kontrolní povodňovou vlnu (KPV), byť za cenu určitých škod na vodním díle, nicméně nesmí dojít k protržení tělesa hráze. Kontrolní povodňová vlna (KPV) musí být proto převedena při hladině menší než je MBH (mezní bezpečná hladina odpovídající například kótě koruny hráze po jejím sednutí). Kulminační průtok KPV se volí podle „skupiny“ v souladu s TNV 75 2935, doporučuje se vždy uvažovat netransformovaný průtok podle tab. 1.2. Při návrhu je třeba pamatovat na dostatečnou kapacitu odpadního koryta, resp. potrubí, aby nedošlo k zahlcení odpadu dolní vodou, k zatopení přelivu a k následnému snížení kapacity objektu.

Konstrukce přelivu musí zajistit jeho trvanlivost a dlouhodobě bezpečnou funkci. Z tohoto pohledu jsou korunové přelivy (obr. 5.21) obecně považovány za nevhodné, pro výšky hrází nad 5 m je normy nedoporučují. Za osvědčený a bezpečný typ (byť esteticky problematický a finančně náročnější) je považován ŽB polorám založený na únosném podloží [18]. Korunový přeliv pak může hrát roli nouzového přelivu, je třeba jej však vhodně umístit (nejlépe co nejblíže zavázání hráze do boku údolí do rostlého terénu). Přitom je třeba vždy posoudit mechanismus povrchové eroze. Možnou alternativou je opevnění typu balvanitého skluzu se sklony svahu (skluzu) 1 : 5 až 1 : 8. Přitom je třeba zamezit vyplavování materiálu hráze při přelévání. Možným opatřením může být též aplikace drátokamenných košů zajištěných geotextilií proti vyplavování jemnozrnných materiálů. Tuto konstrukci je třeba z dlouhodobého hlediska považovat za „dočasnou“, neboť při korozi drátěných košů uvolněný drobný kámen nezajistí dostatečné opevnění.

Obr. 5.21 Nevhodné uspořádání korunového přelivu

a – terén, b – jílovitopísčité náplavy, 1 — betonový práh, 2 – požeráková výpust, 3 – přívodní potrubí, 4 – odpadní potrubí, 5 – drážky pro hrazení přelivu, 6 – betonové opěry lávky, 7 – opevnění návodního líce hráze kamennou dlažbou na sucho, 9 – dlažba z lomového kamene do betonu, 10 – těsnicí jádro z hlín, 11 – zahliněná suť, V – výrony vody z dlažby.

Vhodným a finančně nenáročným uspořádáním nouzového přelivu sloužícího k převádění KPV může být v případě vhodné morfologie snížení terénu mimo těleso hráze za jejím zavázáním. Jako opevnění obvykle postačí travní drn, popř. kamenná patka při patě hráze, která by mohla být případně proudící vodou podemleta.

6 PORUCHY HRÁZÍ MALÝCH VODNÍCH A SUCHÝCH NÁDRŽÍ

Souhrnná statistika poruch hrází malých nádrží u nás nebyla dosud zpracována. Poruchy menších děl navíc nejsou mnohdy hlášeny, díla v soukromém vlastnictví nejsou po protržení v některých případech již uvedena do provozu. Nejvíce havárií se logicky vyskytuje v průběhu extrémních povodní. Statistika z povodně v roce 2002 uvádí, že bylo na našem území 85 hrází vážně poškozeno a 23 hrází zcela protrženo. V období 1965–2004 došlo v povodí řeky Moravy na cca 155 místech k porušení ochranných hrází, zejména v důsledku jejich přelití a filtračních deformací.

6.1 PŘÍČINY PORUCH

Analýza porušení hrází malých vodních a suchých nádrží ukazuje na tyto příčiny:

• vady projektové dokumentace;
• nekvalitní výstavba, materiály, hutnění apod.;
• provozní okolnosti jako stárnutí konstrukcí, nedostatečná údržba a výkon TBD, mimořádné hydrologické situace, nezpracované nebo špatně zpracované manipulační a provozní řády.

6.1.1 Vady projektové dokumentace

Hlavními příčinami jsou:

• Nedostatečné podklady, a to zejména geodetické, hydrologické, inženýrsko-geologické, hydrogeologické.
• Nedostatky ve výpočtech – vodohospodářské řešení, hydrologie, hydraulika objektů (zejména přelivů), geotechnické výpočty (statická stabilita, filtrační deformace), statické výpočty (betonové a ocelové konstrukce).
• Vady v technickém řešení, kdy se projevuje snaha použít do hráze místních materiálů náplavů, vadný návrh založení hráze a objektů způsobující nerovnoměrné sedání, chybná koncepce funkčních zařízení (nerespektování proudění o volné hladině), nedostatečná dimenze opevnění (např. návodní líc hráze).
• Návrh příliš velkého sklonu svahů hráze.
• Poddimenzovaný návrh opevnění návodního líce hráze.
• Nevhodně navržené vegetační úpravy vzdušního líce (výsadba stromů na hrázi).
• Nedodržování zásad navázání hráze na betonové konstrukce uvedených v normách ČSN 75 2410, TNV 75 2415, ČSN 75 2310.
• Absence drenážních prvků v hrázi.
• Nevhodný návrh skluzu od bezpečnostního přelivu (voda teče podél paty vzdušního líce bez jakéhokoliv zajištění paty svahu).
• Připouštění přelévání koruny hráze v celé délce bez dostatečného zajištění a opevnění (nejedná se o nouzový přeliv).

Typickým nedostatkem v hydraulickém řešení je předpoklad dokonalého přepadu u konstrukcí, které jsou náchylné k zahlcení. Často chybí adekvátní výpočet průběhu hladin ve skluzu při komplikovaném provzdušněném režimu proudění. Mnohdy lze s výhodou využít nouzového přelivu. „Netradiční“ konstrukce na obr. 6.1 je považována za boční přeliv s dokonalým přepadem.

Obr. 6.1 Hydraulicky poddimenzovaný bezpečnostní přeliv

V případě stanovení délky přelivné hrany nejsou často uvažovány vlivy kontrakce. V případě česlí umístěných na přelivu a před ním je v návrhu vždy třeba zvýšit převýšení koruny hráze. Při výpočtu kapacity přelivu nelze uvažovat s kapacitou česlové stěny, která je při povodni obvykle zcela ucpána.

Mnohdy není věnována odpovídající pozornost tlumení energie pod skluzem, resp. odpadní chodbou, kdy není brán v potaz režim proudění v odpadním korytě. V případě podhorských oblastí s přírodně bystřinným režimem proudění vývar neplní svou funkci a měl by být nahrazen zdrsněným skluzem, popř. umělým zdrsněním koryta s odpovídajícím opevněním. U vývaru i zdrsněného úseku je třeba zabývat se jeho délkou a provést posouzení odolnosti včetně navazujícího opevnění.

Pod dřevěnými výpustmi byly pro zajištění jejich stálého zatopení vodou zřizovány tzv. podtrubní jámy. Při přestavbách je třeba v případě ponechání dřevěného potrubí v hrázi zajistit jeho stálé zatopení vodou. V řadě případů vedlo zrušení podtrubní jámy k následné degradaci dřevěného potrubí a k vyplavování zeminy do potrubí. To vedlo k poklesnutí tělesa hráze a často až k jejímu protržení.

Závažná je problematika tlaků od prosakující vody. Konstrukce by měly být dostatečně masivní, v místě vzdušní paty by mělo být vždy navrženo funkční odvodnění, resp. odlehčení tlaků. Prostor za těsnicím prvkem musí být vždy dobře odvodněn.

V okolí betonových objektů v tělese hráze je třeba vhodným konstrukčním uspořádáním vyloučit nerovnoměrné sedání (hráze, podloží). Tahová napětí způsobují trhliny, resp. hydraulické trhání. Tento problém může nastat v případě, že betonová rámová konstrukce sahá do větší výšky. Vyloučení trhlin lze dosáhnout sdruženou žlabovou konstrukcí (obrácený polorám). Stěny na kontaktu betonu s těsněním mají mít sklon 10 : 1 až 5 : 1. Zemina u betonové konstrukce musí mít předepsánu vyšší vlhkost, tj. min. + 3 % nad w_opt. Je nepřípustné zakládat betonové konstrukce procházející tělesem hráze (spodní výpust, bezpečnostní přeliv) na sedla či prahy.

U konstrukcí s náchylností k promrzání, jako je např. žlab bezpečnostního přelivu nebo konstrukce sdruženého objektu, musí být provedeno zavázání do těsnicího prvku hráze žebrem tak, aby celková tloušťka betonové konstrukce v místě žebra byla alespoň 1 m.

6.1.2 Nekvalitní výstavba

Hlavními příčinami jsou:

• nedodržení návrhu, tj. rozměrových parametrů (vyšší, popř. kratší přelivná hrana, založení objektu…), nedodržení úrovně koruny hráze (nerovnosti, bez přesypání) apod.;
• výstavba pouze podle projektové dokumentace pro stavební povolení;
• porušování technologické kázně, zejména nedodržení předepsaných vlastností zemin (zhutnění, vlhkost…);
• objekty v hrázi musí být bez omítek, povrch musí být rovný a hladký bez hnízd a nerovností;
• zanedbaný autorský dozor, technický dozor investora – ověřování předpokladů návrhu, skutečných IG poměrů, zejména při přebírání základové spáry;
• není prováděna dokumentace skutečného provedení, zpětná dokumentace;
• chyby při zakládání hráze a funkčních objektů (nedodržení zásad zavázání zemního těsnění a homogenní hráze do podloží, např. neočištěná základová spára s kalužemi, nebo nezhutněná; zanedbání sanace puklin skalního podloží vyrovnávací vrstvou vodostavebného betonu apod.);
• betonové konstrukce ve svahované jámě vyžadují dostatečný odstup svahů pro zajištění řádného zhutnění (obsyp a hutnění nepropustné zeminy), pažení svahů výkopu je nevhodné;
• stavební jáma musí být sama o sobě stabilní, rozrušenou zeminu je třeba odstranit;
• podsyp pod betonovými konstrukcemi, které procházejí tělesem hráze, je nepřípustný;
• umístění prefabrikátů, cihel či tvárnic v tělese hráze je bez jejich vnějšího obetonování nepřípustné;
• nedostatečná kvalifikace zhotovitele.

6.1.3 Nedostatečná údržba, provoz, výkon TBD

Údržba zejména u drobných a soukromých subjektů naráží na finanční obtíže vlastníků děl. Díla nejsou udržována, jsou ve špatném technickém stavu. U funkčních zařízení (výpusti, hrazení přelivů) často chybí ovládání či některé další součásti. Česle jsou často neprůtočné, uzávěry vzpříčené a nelze s nimi manipulovat. Těleso hráze vykazuje prosednutí, sesuvy, deformace, mnohdy jsme svědky zásahů do tělesa hráze, antropogenní činnost (výkopy, sklípky apod.). V řadě případů se objevují koncentrované průsaky, mnohdy s výnosem. Na řadě menších děl není zajišťován výkon TBD podle platných předpisů.

6.2 UKÁZKY PORUCH

6.2.1 Příklady poruch zaviněných chybami projektové dokumentace, při výstavbě i provozu

Špatně navržené uložení potrubí spodní výpusti – potrubí uloženo bez obetonování, došlo k průhybu a rozpojení potrubí na prvním spoji.

Obr. 6.2 Rozpojené potrubí HOBAS bez obetonování po cca roce provozu

Obr. 6.3 O půl roku později – kaverna s propadem po povodní 2006

Nevhodně navržené opevnění bezpečnostního přelivu – dlažba do betonu na násypu tělesa hráze. Postupně dochází k vyplavování materiálu, vzniku kaveren a následnému prolomení.

Obr. 6.4 Stav opevnění přelivu v roce 2003

Obr. 6.5 Stav opevnění přelivu v roce 2005

Obr. 6.6 Bednění ponechané u napojení požeráku na potrubí spodní výpusti

Obr. 6.7 Bednění ponechané v základech objektu podél potrubí spodní výpusti

Obr. 6.8 Porušení hráze po silných mrazech a náhlém zvýšení hladiny vody při tání

Obr. 6.9 Při stavbě vynechané zavazovací žebro a nedodržené sklony betonových stěn

Obr. 6.10 Detail požeráku se špatně provedeným povrchem betonu

Obr. 6.11 Neprovedená manipulace při povodni, přelití hráze vedle objektu

Obr. 6.12 Propad na hrázi do nory bobra

Obr. 6.13 Porušení nezajištěné části skluzu od přelivu na vzdušní patě hráze

7 OPATŘENÍ V ZÁTOPĚ, EROZNÍ PROCES A ODBAHNĚNÍ

7.1 ÚPRAVA DNA MALÝCH VODNÍCH NÁDRŽÍ

Podmínky pro úpravu dna stanoví normy ČSN 75 2410, TNV 75 2401 a TNV 75 2415. Mezi tyto podmínky patří:

• vytěžení ornice;
• odstranění možných zdrojů ohrožení jakosti vody;
• odstranění stromů a křovin pod čárou zátopy;
• odvodnění dna;
• vyrovnání dna.

Při odtěžování ornice z budoucí zátopy pod úrovní hladiny stálého nadržení je třeba ponechat posledních 0,15 m humózní vrstvy na místě z důvodu zachování úrodnosti dna. Ostatní ornice může být použita na povrchové úpravy vzdušního líce hráze. U suchých nádrží odstraňujeme ornici pouze v rozsahu tělesa hráze a objektů.

Co se týká odstranění možných zdrojů znečištění, které by mohly ovlivnit jakost vody v nádrži, jde zejména o zajištění skládek, odpadů ze septiků apod. Tomuto kroku předchází podrobný průzkum zátopy. Řešením je odstranění těchto zdrojů.

Odstranění stromů a křovin je třeba zajistit pod čárou zátopy. Toto opatření chrání objekty nádrže před poničením, ucpáním apod. U SN je toto opatření nutné pouze v případě ohrožení stability svahů prudkým stoupnutím a poklesem hladiny při povodni, kdy musí být původní porost nahrazen takovým, který tomuto ohrožení zabrání. Pokud by hrozilo, že původní vegetační kryt v zátopě nebude odolávat občasnému zaplavení vodou, provede se jeho výměna nebo doplnění až po případných známkách odumírání porostů, které neodolávají zatápění.

V rámci návrhu MVN (nádrže rybničního typu) je třeba vždy zajistit odvodnění dna. To je možné provést několika způsoby. Vždy se jedná o vybudování hlavní odvodňovací stoky, která vede nejnižším místem zátopy. Doporučené parametry hlavní odvodňovací stoky jsou:

• lichoběžníkový profil, šířka ve dně 1 až 2 m;
• sklon svahů 1 : 2 až 1 : 3;
• hloubka 0,8 až 1,0 m.

Hlavní odvodňovací stoka ústí do objektu spodní výpusti, u rybochovných nádrží do loviště. Na stoku navazuje plošné odvodnění dna provedené buď povrchovými sběrnými příkopy lichoběžníkového profilu se šířkou ve dně 0,3 až 0,6 m, hloubkou 0,6 až 0,8 m, nebo plošnou drenáží. Hloubka uložení drenáže odpovídá hloubce polních kultur (0,6 až 0,8 m), sklon drenáže volíme 2 %.

7.2 OPATŘENÍ V ZÁTOPĚ MVN

Sem patří úprava části, kde se nacházel zemník, dále pak úprava konce vzdutí a úprava litorární zóny a břehů. Úprava vytěženého zemníku se provádí v návaznosti na úpravu dna nádrže vyrovnáním svahů, případně utěsněním propustných vrstev. Úprava konce vzdutí se provádí podle účelu nádrže. U rybochovných nádrží je snahou zamezit vniknutí dravých a plevelných ryb. U malých vodních nádrží rybničního typu budovaných v rámci dotací se doplňují v konci vzdutí mokřady. Tato úprava je vhodná i u rekonstrukcí již vybudovaných nádrží. Plní funkci estetickou, ale do určité míry také ovlivňuje jakost vody v nádržích. Pokud je nádrž neúměrně zatěžována splaveninami (u nádrží zásobních, kde dochází zanášením ke snižování objemu zásobního prostoru) je třeba přijmout opatření k zamezení přísunu splavenin do nádrže (sedimentační nádrže předsazené před vlastní nádrží).

Úprava litorární zóny představuje úpravu místa, kde MVN přechází z vodního prostředí do okolí. Slouží ochraně břehů před abrazí, má také účel estetický a environmentální. Doporučuje se hloubka 0,6 až 0,8 m, podélný sklon 1 : 4 až 1 : 6 a plocha opatření cca 12 až 18 % plochy zátopy.

K ochraně břehů nádrže proti abrazi je možné využít pohozy, laťové plůtky, kombinace kokosových rohoží s vegetací apod.

7.3 ZVLÁŠTNÍ OPATŘENÍ V ZÁTOPĚ SN

Suché nádrže, vzhledem ke své funkci a ke skutečnosti, že jsou převážnou část roku bez zadržené vody (resp. pouze se zanedbatelným objemem), vyžadují specifická opatření v zátopě. V zátopě suché nádrže nesmí být umístěny stavby pro bydlení (bytové domy, rodinné domy), rekreační objekty, výrobní provozy a sklady nebo skládky látek, které by mohly ohrozit jakost vody. V zátopě je rovněž třeba vyloučit přítomnost snadno odplavitelných předmětů, které by mohly omezit kapacitu výpustných zařízení.

Prostor suché nádrže musí být uspořádán tak, aby byla zajištěna možnost úniku náhodně se vyskytujících osob a zvěře z jejího prostoru při stoupání hladiny. V zátopě suché nádrže, kde lze předpokládat zvýšený chod splavenin, je žádoucí navrhnout opatření pro jejich zachycení (např. hrázky, vegetační pásy), která musí být odolná proti destrukci při povodni. V případě, že je nutno do suché nádrže (výjimečně pod ní) zaústit odvodňovací příkopy podél cest nebo jiné příkopy, nesmí být protékající voda odvedena tak, aby docházelo k ohrožení tělesa hráze a funkčních objektů.

V návrhu suché nádrže musí být řešen způsob užívání pozemků v zátopě v závislosti na důsledcích, vyplývajících z funkce nádrže. Pozemky v zátopě suché nádrže mají být nadále zemědělsky nebo lesnicky obhospodařovány, pokud možno způsobem, který byl obvyklý před vybudováním nádrže. Pokud takovému obhospodařování brání občasné zatopení pozemků (je-li prokázána vyšší četnost jejich zatopení než při přirozeném průtoku povodně), je třeba způsob jejich obhospodařování přizpůsobit novým podmínkám.

Způsob užívání pozemků v zátopě záleží na:

• režimu záplav s ohledem na jejich četnost v jednotlivých ročních obdobích a na splaveninovém režimu toku;
• půdních poměrech;
• výrobních poměrech (zemědělství, lesnictví);
• klimatických poměrech;
• jiných územních požadavcích.

Návrh využití zátopy má vycházet ze současného užívání území. Pokud je zátopa environmentálně stabilní a nejsou důvody pro výrazné změny užívání vyvolané jinými vlivy a potřebami, navrhnou se pouze změny vyvolané změnou vodohospodářských poměrů diferencovaně podle míry ovlivnění v různých částech zátopy.

Zemědělské užívání zátopy

Nejběžnějším zemědělským využíváním zátopy suchých nádrží je trvalé zatravněni. To je také nejméně rizikové. Podmínky pro tento způsob užívání jsou:

• plynulý sklon terénu umožňuje povrchové odvodnění;
• časový režim záplav umožňuje ošetřování a sklizeň porostu, případně i spásání;
• hladina podzemní vody je na úrovni potřebné pro louky (ČSN 75 4200).

Pozemky užívané jako orná půda mají vyhovovat těmto podmínkám:

• dostatečně mocná vrstva ornice a přiměřený obsah skeletu, aby nedocházelo ke splavování ornice při prázdnění nádrže po povodní;
• časový režim záplav umožňuje pěstování jařin, popř. jiných plodin s kratší vegetační dobou;
• dno nádrže má přirozenou dobrou propustnost nebo je odvodněno drenáží; přitom je třeba vzít v úvahu případné utěsnění podloží hráze;
• hladina podzemní vody je průměrně na úrovni požadované pro pole (ČSN 75 4200).

Lesnické užívání zátopy

Jedná se o méně často navrhovaný způsob využití zátopy. Lesní kultury v zátopách suchých nádrží není vhodné navrhovat tam, kde vzniká možnost zanášení. Vzhledem k širokému rozsahu vlastností dřevin jsou možnosti zakládání nových porostů v zátopách suchých nádrží příznivé.

Podle funkce a hospodářského využití mohou být v zátopách suchých nádrží:

• lesy hospodářské;
• lesy zvláštního určení – se zvýšenou funkcí půdoochrannou, vodoochrannou, klimatickou nebo krajinotvornou;
• speciální kultury (vrboviny apod.).

Při návrhu tohoto způsobu obhospodařování zátopy musí být posouzeny svahy z hlediska jejich stability při prudkém stoupnutí a poklesu hladiny v průběhu povodně. To se týká především svahů s mělce kořenícími lesními porosty. V případě ohrožení stability těchto svahů musí být navržena technická nebo vegetační opatření zajišťující potřebnou stabilitu.

7.4 ÚPRAVA OKOLÍ NÁDRŽE

Jde o úpravy v bezprostředním okolí a v povodí nádrže. V bezprostředním okolí se jedná o pásmo mezohydrofilní vegetace (ostřice, byliny, keře a stromy), které tvoří ochranný pás kolem nádrže. Zde se při projektování naráží na problém s vlastnictvím pozemků. Návrh rozměrů je podmíněn funkcí prvků, které mohou sloužit k omezení smyvu, infiltraci přitékající vody apod.

Úprava povodí nad nádrží představuje komplexní návrh opatření, která vedou k omezení zejména smyvu ze zemědělských pozemků, k omezení možných zdrojů znečištění vody v nádrži a na přítoku do nádrže. Patří sem protierozní, zejména organizační opatření (zatravnění, zalesnění, pásové střídání plodin), dále pak opatření agrotechnická a technická (průlehy, příkopy, vsakovací pásy apod.). Na průlezích nebo příkopech zaústěných přímo do vodních toků je třeba navrhnout sedimentační jímky.

U nás je nejpoužívanějším postupem k odhadu dlouhodobé průměrné ztráty půdy ze zemědělských pozemků USLE vycházející z univerzální rovnice ztráty půdy [46]. Pro navrhování protierozních opatření je vhodná aplikace této rovnice v prostředí GIS. Ke stanovení odhadu transportu splavenin do nádrže je třeba vypočtené množství ztráty redukovat, např. poměrem odnosu DR [31].

7.5 ODBAHNĚNÍ NÁDRŽÍ

V současné době platí novela zákona č. 156/1998 Sb., o hnojivech, ve znění pozdějších předpisů, která mimo jiné mění i zákon č. 185/2001 Sb., o odpadech, v oblasti vytěžených zemin a hlušin, včetně sedimentů z vodních nádrží a koryt vodních toků. Podle novely zákona č. 156/1998 Sb., lze sedimenty z rybníků, vodních nádrží a vodních toků používat na orné půdě a trvalých travních porostech při jejich obnově. Je k tomu třeba souhlas orgánu ochrany zemědělského půdního fondu. Pro vydání souhlasu je třeba prokázat kvalitativní vlastnosti a další informace, jako je původ sedimentů, způsob vzorkování a technologického zpracování sedimentu, údaje o kvalitě půdy, na kterou mají být sedimenty použity a potvrzení laboratoře o odběru a hodnocení vzorků sedimentu a půdy. Vyžaduje se také písemný souhlas vlastníka pozemků.

Změny zákona č. 185/2001 Sb., o odpadech, se týkají § 2. Novela vyjímá vytěžené zeminy a hlušiny, včetně sedimentů z vodních nádrží a koryt vodních toků z režimu zákona o odpadech. Je to možné za určitých podmínek. Tyto materiály musejí vyhovovat limitům znečištění stanoveným v příloze 9 zákona č. 185/2001 Sb., (tab. 7.1), limitům pro využití k zavážení podzemních prostor a k úpravám povrchu terénu nebo limitům, které jsou stanoveny pro využití sedimentů z rybníků, vodních nádrží a vodních toků používaných na zemědělském půdním fondu podle zákona č. 334/1992 Sb., o katastru nemovitostí České republiky (katastrální zákon).

Tab. 7.1 Limitní hodnoty koncentrací škodlivin ve vytěžených sedimentech z vodních nádrží a koryt vodních toků (příloha 9 zákona č. 185/2001 Sb., ve znění pozdějších předpisů)

¹⁾ AOX – adsorbovatelné organické halogeny

²⁾ BTEX – monocyklické aromatické uhlovodíky nehalogenované

³⁾ PAU – polycyklické aromatické uhlovodíky

⁴⁾ PCB – ostatní aromatické uhlovodíky halogenované

Odbahnění je jedním z důležitých procesů, které slouží k údržbě nádrží. Zanášením dochází ke snižování jejich akumulačního prostoru, tím ke zhoršování jejich funkce a také ke zhoršení kvality vody v nádržích. Existuje řada způsobů, jak odtěžit sedimenty. U MVN se využívá suchá cesta, kdy po vypuštění nádrže a odvodnění dna jsou sedimenty postupně odstraňovány. U rybochovných nádrží je třeba ponechat cca 0,1 m sedimentů z důvodu zachování úživnosti dna. Podle mocnosti sedimentů se volí technologie a mechanizace. Návrhu odbahnění předchází projektová příprava, která vyžaduje zaměření mocnosti sedimentů (nejčastěji při napuštěné nádrži z loďky), resp. sondáží v období vypuštění nádrže a určení jejich složení. Projekt odbahnění obsahuje situaci nádrže, příčné profily nádrže s vyznačením projektovaného dna po odtěžení sedimentů, rozbory sedimentů, návrh způsobu jejich uložení, případně likvidace, podrobný rozpočet a textovou a dokladovou část. V dokladové části musí být, mimo jiné, písemné souhlasy vlastníků pozemků, na které bude sediment uložen.

8 ZKUŠENOSTI Z PŘÍPRAVY, VÝSTAVBY A PROVOZU MVN

Zkušenosti s provozem malých vodních nádrží ukazují, že ke zhoršení technického stavu dochází obvykle v důsledku nekontrolovaného růstu vegetace, činností hlodavců a mechanickým poškozením v důsledku antropogenní činnosti. Často se projevuje snaha o nedodržení manipulačního řádu, kdy je nepřípustně ucpán otvor spodní výpusti (např. u suché nádrže) za účelem zvýšení hladiny vody (rekreace). U řady děl se projevuje nedostatek finančních prostředků vlastníka (zejména soukromého), což vyúsťuje ve špatnou údržbu a následné odpovídající stárnutí jednotlivých konstrukčních prvků díla.

V současnosti se poměrně hojně budují nové SN. Z výše uvedených provozních potíží se jich dotýká rozsáhlé narušení povrchu tělesa hráze hlodavci s obtížně zjistitelným rozsahem narušení, zejména v zimním období pod sněhovou pokrývkou. Snahy o ucpání spodní výpusti za účelem zvýšení hladiny stálého nadržení ke koupání lze pozorovat u objektů blízko obcí. Provozní obtíže činí též zajištění čistění česlí v době zvýšeného průtoku a nastoupání hladiny (přístup k ponořeným objektům atd.) a uvolňování vtoku od ledové celiny na hladině. Hrozí zde nebezpečí poškození vtokového objektu ledem, případně omezení kapacity vtoku nápěchem ledu na česlích. U odlehlých nádrží v extravilánu je problémem zajištění celoročního přístupu (sjízdnosti komunikací), a to i pro mechanizaci. SN jsou často vzdáleny od udržovaných komunikací až několik kilometrů.

Investor a budoucí provozovatel či vlastník MVN a zejména SN by měl nezbytně asistovat při zajištění dostatečných podkladů pro zpracování projektové dokumentace (např. stanovení odpovídajícího rozsahu IGP), měl by zajišťovat technický dozor při zpracování návrhu (v souladu s ČSN a na základě IGP) a vyjadřovat své požadavky na stanovení parametrů hráze, statické posouzení hráze, dimenzování funkčních zařízení apod. Realizace díla závisí na přípravě a projektové dokumentaci, na výběru zhotovitele (zkušenosti, technologická kázeň), klimatických podmínkách a dalších faktorech, které by měl v průběhu realizace tzv. „pohlídat“. V případě, že je investorem, popř. budoucím vlastníkem díla subjekt postrádající potřebnou kvalifikaci (obecní úřad, soukromý subjekt apod.), doporučuje se zajistit pro uvedené činnosti technickou pomoc zkušené autorizované osoby.

U SN je z hlediska TBD třeba počítat s nestandardním provozem, který je dán relativně krátkodobým vzestupem hladiny při extrémní povodni. Obvykle je velmi obtížné z vizuálně patrných projevů jednoznačně stanovit míru ohrožení VD. Po uvedení do provozu je také mnohem obtížnější a většinou nákladnější stanovit a realizovat odpovídající nápravné opatření než ve stadiu přípravných a projektových prací. Je zřejmé, že nehrazená spodní výpust SN je z hlediska regulační funkce neplnohodnotná. U řady děl, zejména s ponořeným výpustným objektem, nelze provést ověřovací provoz při prvním naplnění nádrže v rámci zkušebního provozu. U MVN a SN většinou chybí automatické snímání a odesílání dat (hladina, průtok), a tím se i obtížné vyhodnocuje účinnost. SN jsou typicky jednoúčelová VD. Ukazuje se, že i u SN je oprávněným požadavkem určitá manipulovatelnost spodních výpustí, a to zejména pokud se díla nacházejí v soustavě.

Z hlediska provozovatele platí, že v lokalitách, kde je výstavba SN jako jedna ze součástí komplexu protipovodňových opatření nejlepším technickým řešením, je třeba věnovat maximální pozornost všem fázím přípravy i výstavby. V dalším textu jsou stručně a heslovitě uvedeny zkušenosti z přípravy, z výstavby a provozu MVN v následujících oblastech:

• Nedostatečný IGP a HGP;
• Technologické postupy prací;
• Zkoušky.

8.1 NEDOSTATEČNÝ IGP A HGP

Pro zpracování projektové dokumentace a pro přípravu stavby je geologický průzkum z „úsporných důvodů“ často podceňován. Nejčastější nedostatky:

• Neprovádí se dostatečný průzkum místa budoucí hráze a stavebních objektů. Zejména se neprovádí geologický průzkum prostoru budoucí zátopy včetně přiléhajícího území. V zátopě je třeba posoudit např. mocnost a skladbu pokryvů, nebezpečí sesuvů a břehové abraze.
• Neprovádí se hutnící pokus. Neprovádí se kontrolní zkoušky v nalezišti a ověření dosažených vlastností sypaniny tělesa hráze během výstavby.
• Důležité a nezbytné je rovněž sledování IG a HG poměrů průběžně během výstavby za přítomnosti geologa, který provádí dokumentaci inženýrsko geologického sledu během stavby tak, aby mohl potvrdit soulad, popř. definovat rozdíly předpokladů průzkumu oproti skutečnosti v prostoru všech stavebních objektů.
• Neprovádí se přejímka základové spáry všech stavebních objektů, zejména hráze, popř. se provádí pouze formálně bez příslušných podkladů. K přejímce musí být předloženo zaměření základové spáry, geologické dokumentace skutečných poměrů v celé ploše základové spáry a posouzení, zda skutečnost odpovídá předpokladům návrhu.
• Nevěnuje se dostatečná pozornost provádění IG sledu v prostoru nalezišť materiálů hráze a ověřování jejich vlastností.

„Úspory“, kterých se dosáhne v rámci geologického průzkumu, mohou vést v řadě případů k vážným potížím při výstavbě i k poruchám existujících děl.

8.2 TECHNOLOGICKÉ POSTUPY PRACÍ

Před zahájením zemních prací, betonáže a pod. musí zhotovitel objednateli (správci stavby) předložit k odsouhlasení příslušný technologický postup (TP). Ten je třeba vypracovat pro konkrétní objekt na takové úrovni a tak podrobně, aby podle něj bylo možné uvažované technologie provádět v souladu se zadávací dokumentací stavby (ZDS). TP je určen pro pracovníky zhotovitele, pro které je závazný. Objednateli slouží TP ke kontrole správného postupu prováděných prací.

Technologický postup těžby a zpracování sypaniny (dále jen sypání) zajišťuje zhotovitel stavby především na základě ZDS, dokumentace pro provádění stavby, výsledků IGP, včetně hutnicího pokusu a zkušeností z podobných staveb. Doporučený obsah je následující:

• Hlavní technické parametry příslušné části díla.
• V případě nehomogenní hráze řeší technologický postup sypání jednotlivých materiálů použitých pro budování hráze (hlíny těsnícího jádra, filtry, stabilizační část) pro každý použitý materiál samostatně. Technologický postup musí definovat:
  • materiál (včetně podmínek pro těžbu v nalezišti);
  • ukládání materiálu do tělesa hráze (nasazení mechanizace, způsob dopravy);
  • hutnění materiálů v tělese hráze;
  • kontrolní zkoušky (z naleziště materiálů, z hráze) viz kontrolní zkušební plán;
  • kontakt jednotlivých částí hráze s podložím;
  • napojení těsnícího jádra na beton (injekční štoly nebo bločku, sdruženého objektu, zavazovacích křídel);
  • napojení sousedních figur;
  • úprava líců hráze;
  • napojení následujících vrstev;
  • opatření v případě deště;
  • opatření pro přerušení sypání a pro zahájení sypání po zimní přestávce;
• BOZP.

Pro homogenní hráz se obsah technologického postupu úměrně upraví.

Technologický postup betonáže musí obsahovat popis konkrétních opatření pro realizaci požadavků

ZDS v podmínkách stavby uvedeného objektu. Doporučený rozsah (osnova):

• Názvosloví;
• Hlavní technické parametry příslušné části díla;
• Povrchové vlastnosti betonu;
• Základní technické parametry betonu, oceli, specifikace všech materiálů;
• Certifikace;
• Popis všech použitých strojů, zařízení, nářadí a pomůcek;
• Dokumentace;
• Hlavní zásady a podrobnosti provádění konstrukce;
• Jakost a kontrola kvality, převzetí částí konstrukce (odkaz na kontrolní zkušební plán);
• Tolerance a odchylky;
• Hygiena a ekologie;
• Skladování a dodací listy;
• BOZP;
• Citované normy a předpisy;
• Přílohy.

Obsah a rozsah TP pro jednoduché objekty je možné přiměřeně zkrátit. Podrobněji viz [24].

8.3 ZKOUŠKY

Požadavky na příslušné zkoušky vychází z ustanovení technických norem. Pro MVN jsou to především normy týkající se betonových konstrukcí a zhutnění zemin a sypanin. Pro praktické použití je vhodné rozdělení zkoušek podle [24]. Podle účelu pro který jsou zkoušky požadovány se rozlišují:

• Průkazní zkoušky;
• Kontrolní zkoušky (dříve označované jako výrobní);
• Přejímací zkoušky;
• Rozhodčí zkoušky.

Zkoušky mohou být prováděny pouze ve způsobilých a certifikovaných zkušebnách. Část zkoušek musí být prováděna laboratoří nezúčastněnou na procesu výroby.

Zhotovitel musí před zahájením prací vypracovat kontrolní zkušební plán, který stanoví požadované odběry a zkoušky, jejich počet, způsob prováděné kontroly, opatření při zjištěných závadách a způsob konečného vyhodnocení. Návrh kontrolního zkušebního plánu musí zhotovitel předložit objednateli (správci stavby) ke schválení.

8.3.1 Průkazní zkoušky

Průkazními zkouškami se prokazuje, že vlastnosti stavebních výrobků (materiálů, směsí, dílců) určených k zabudování do stavby vyhovují předepsaným požadavkům. Zprávu o výsledcích průkazních zkoušek předkládá zhotovitel objednateli (správci stavby) ke schválení v dostatečném předstihu nejpozději 14 dní před zahájením prací. Náklady na tyto zkoušky hradí zhotovitel.

8.3.2 Kontrolní zkoušky

Těmito zkouškami se v průběhu a po dokončení zhotovovacích prací ověřuje dosažení technických a kvalitativních parametrů, které jsou předepsány dokumentací nebo určeny průkazními zkouškami. Zajištění těchto zkoušek je povinností zhotovitele. Výsledky kontrolních zkoušek musí zhotovitel předkládat objednateli (správci stavby) průběžně bez prodlení. Protokoly zkoušek se evidují a musí být průkazné a věrohodné, vylučující jakékoliv dodatečné změny. Zhotovitel je povinen čas, místo konání zkoušky nebo měření objednateli (správci stavby) včas oznámit. Náklady na tyto zkoušky včetně všech vedlejších výdajů (opravy, uvedení do původního stavu) hradí zhotovitel.

Jestliže má správce stavby pochybnosti o správnosti provedení kontrolní zkoušky, nebo o jejím výsledku, může požadovat na zhotoviteli její opakování popřípadě si může vyžádat zajištění většího počtu kontrolních zkoušek za účelem přesnějšího ověření požadované kvality. V obou případech náklady na tyto zkoušky hradí ten, v jehož neprospěch vyzněl výsledek zkoušek.

8.3.3 Přejímací zkoušky

Přejímací zkoušky jsou zkoušky, kterými se prověřuje kvalita hotových konstrukcí nebo ucelených částí zhotovovaných prací a jsou dále podkladem pro provedení odsouhlasení nebo přejímky objektu, části stavby nebo všech dokončených prací. Přejímací zkoušky se rozpočtují jako samostatné položky v soupisu prací.

8.3.4 Rozhodčí zkoušky

Rozhodčí zkoušky se provádějí v případě sporů. Náklady na zkoušky včetně všech vedlejších výdajů (opravy, uvedení do původního stavu) hradí ten smluvní partner v jehož neprospěch vyzněl jejich výsledek.

9 HODNOCENÍ EKONOMICKÉ EFEKTIVNOSTI DÍLA

Hodnocení ekonomické efektivnosti díla je pro investora důležité z pohledu posouzení efektivnosti vynaložených investičních prostředků. Hodnocení vychází z analýzy nákladů na realizaci díla a užitků, které dílo přinese. Zde hraje významnou roli účel díla.

U suchých nádrží s převažující protipovodňovou funkcí lze pro hodnocení využít metodiku [22] využívanou při hodnocení akcí předložených k financování v rámci programu „Prevence před povodněmi“ [23]. Postup vychází z analýzy nákladů a užitků, kdy se poměřují převedené roční investiční náklady na vybudování suché nádrže s ročním „profitem“ ze snížení materiálních škod v chráněném území.

U malých vodních nádrží je na místě provedení vícekriteriálního rozboru vycházejícícho z účelů díla. Jako určitý zjednodušený ukazatel již v rámci posuzování záměru vybudovat malou vodní nádrž je vhodné stanovit tzv. objemový ukazatel ç počítaný podle vztahu:

\begin{gathered}
\eta=\frac{V_\text{z}}{V_\text{H}}
\end{gathered}

(9.1)

kde je

V_z … objem zásobního prostoru [m³],

V_H … objem hráze [m³].

Norma ČSN 75 2410 doporučuje volit jako mezní hranici efektivity hodnotu η > 4 až 5, jako optimální udává hodnotu η = 10.

10 LITERATURA

10.1 ZÁKONY

Zákon č. 455/1991 Sb., o živnostenském podnikání (živnostenský zákon), ve znění pozdějších předpisů.

Zákon č. 89/2012 Sb., občanský zákoník, ve znění pozdějších předpisů.

Zákon č. 114/1992 Sb., o ochraně přírody a krajiny, ve znění pozdějších předpisů.

Zákon č. 334/1992 Sb., o ochraně zemědělského půdního fondu, ve znění pozdějších předpisů.

Zákon č. 256/2013 Sb., o katastru nemovitostí (katastrální zákon), ve znění pozdějších předpisů.

Zákon č. 360/1992 Sb., o výkonu povolání autorizovaných architektů a o výkonu povolání autorizovaných inženýrů a techniků činných ve výstavbě, ve znění pozdějších předpisů.

Zákon č. 22/1997 Sb., o technických požadavcích na výrobky a o změně a doplnění některých zákonů, ve znění pozdějších předpisů.

Zákon č. 156/1998 Sb., o hnojivech, pomocných půdních látkách, pomocných rostlinných přípravcích a substrátech a o agrochemickém zkoušení zemědělských půd (zákon o hnojivech), ve znění pozdějších předpisů.

Zákon č. 100/2001 Sb., o posuzování vlivů na životní prostředí a o změně některých souvisejících zákonů (zákon o posuzování vlivů na životní prostředí), ve znění pozdějších předpisů.

Zákon č. 185/2001 Sb., o odpadech a o změně některých dalších zákonů, ve znění pozdějších předpisů.

Zákon č. 254/2001 Sb., o vodách a o změně některých zákonů (vodní zákon) ve znění pozdějších předpisů.

Zákon č. 18/2004 Sb., o uznávání odborné kvalifikace a jiné způsobilosti státních příslušníků členských států Evropské unie a některých příslušníků jiných států a o změně některých zákonů (zákon o uznávání odborné kvalifikace), ve znění pozdějších předpisů.

Zákon č. 134/2016 Sb., o zadávání veřejných zakázek, ve znění pozdějších předpisů.

Zákon č. 183/2006 Sb., o územním plánování a stavebním řádu (stavební zákon), ve znění pozdějších předpisů.

10.2 VYHLÁŠKY A NAŘÍZENÍ

Vyhláška č. 183/2018 Sb., náležitostech rozhodnutí a dalších opatření vodoprávního úřadu a o dokladech předkládaných vodoprávnímu úřadu, ve znění pozdějších předpisů.

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

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

Vyhláška č. 414/2013 Sb., o vodoprávní evidenci.

Vyhláška č. 499/2006 Sb., o dokumentaci staveb, ve znění pozdějších předpisů.

Vyhláška č. 501/2006 Sb., o obecných požadavcích na využívání území, ve znění pozdějších předpisů.

Vyhláška č. 503/2006 Sb., o podrobnější úpravě územního řízení, veřejnoprávní smlouvy a územního opatření, ve znění pozdějších předpisů.

Vyhláška č. 63/2013 Sb., kterou se mění vyhláška č. 503/2006 Sb., o podrobnější úpravě územního řízení, veřejnoprávní smlouvy a územního opatření.

Vyhláška č. 23/2007 Sb., o podrobnostech vymezení vodních děl evidovaných v katastru nemovitostí České republiky, ve znění pozdějších předpisů.

Vyhláška č. 256/2013 Sb., o katastru nemovitostí (katastrální zákon).

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

Nařízení vlády č. 401/2015 Sb.  o ukazatelích a hodnotách přípustného znečištění povrchových vod a odpadních vod, náležitostech povolení k vypouštění odpadních vod do vod povrchových a do kanalizací a o citlivých oblastech.

10.3 NORMY

ČSN EN 1997:1997 (73 1000) Navrhování geotechnických konstrukcí.

ČSN 72 1006:2015 Kontrola zhutnění zemin a sypanin.

ČSN 73 0020:2010 Terminologie spolehlivosti stavebních konstrukcí a základových půd.

ČSN 73 1208:2010 Navrhování betonových konstrukcí vodohospodářských objektů.

ČSN EN 13670:2010 (73 2400) Provádění betonových konstrukcí.

ČSN 75 0250:2012  Zásady navrhování a zatížení konstrukcí vodohospodářských staveb. .

ČSN 75 0250:2012  Zásady navrhování a zatížení konstrukcí vodohospodářských staveb. ČSN 75 0142(31246):1991 Vodní hospodářství. Názvosloví protierozní ochrany půdy. a ČSN 75 0140:2016 Meliorace – Terminologie eroze, hydromeliorace a rekultivace půdy.  

ČSN 75 0250:1991 Zatížení konstrukcí vodohospodářských objektů.

ČSN 75 0255:1988 Výpočet účinků vln na stavby na vodních nádržích a zdržích.

ČSN 75 0290:2007 Navrhování zemních konstrukcí hydrotechnických objektů.

ČSN 75 1400:2014 Hydrologické údaje povrchových vod.

ČSN 75 2310:2006 Sypané hráze.

ČSN 75 2340:2017 Navrhování přehrad. Hlavní parametry a vybavení.

TNV 75 2401:2003 Vodní nádrže a zdrže.

ČSN 75 2405:2017 Vodohospodářská řešení vodních nádrží.

ČSN 75 2410:2011 Malé vodní nádrže.

TNV 75 2415:2006 Suché nádrže.

TNV 75 2910:2004 Manipulační řády vodních děl na vodních tocích.

TNV 75 2920:2004 Provozní řády hydrotechnických vodních děl.

TNV 75 2931:2001 Povodňové plány.

TNV 75 2935:2003 Posuzování bezpečnosti vodních děl při povodních.

ČSN 75 4200:1994 Hydromeliorace. Úprava vodního režimu zemědělských půd odvodněním.

10.4 METODICKÉ POKYNY, TECHNICKÉ PODMÍNKY

[1] Metodický pokyn MŽP k posuzování bezpečnosti přehrad za povodní. Věstník MŽP. 4/1999. Ročník IX. Částka 4.

[2] Metodický pokyn odboru ochrany vod MŽP pro stanovení účinků zvláštních povodní a jejich začlenění do povodňových plánů. Věstník MŽP. 8/2000. Ročník XI. Částka 7.

[3] Metodický pokyn odboru ochrany vod MŽP pro navrhování, výstavbu a provoz suchých nádrží. Věstník MŽP č. 7/2001. Ročník XI. částka 7.

[4] Metodický pokyn MZe č. 1/2010 vydaný pod č.j. 37380/2010-15000 kapitola C – Metodický pokyn k ošetřování, údržbě a ochraně vegetace na sypaných hrázích malých vodních nádrží při jejich výstavbě, stavebních změnách a provozu.

[5] Metodický pokyn MZe č. 1/2010 vydaný pod č.j. 37380/2010-15000 kapitola B – Metodický pokyn k provádění technicko-bezpečnostního dohledu na hrázích malých vodních nádrži IV.

[6] Metodický pokyn MZe č.j.: 937/2003-6000 k provádění vodoprávního dozoru vodoprávních úřadů ve věcech v působnosti MZe.

[7] Metodický pokyn MZe č.j. 30157/04-16300 k postupu a podmínkám udělování pověření MZe pro provádění technicko-bezpečnostního dohledu nad vodními díly a zpracování posudků pro zařazení vodních děl do kategorie z hlediska technicko-bezpečnostního dohledu. 2004.

[8] Metodický pokyn MZe č. 1/2010 vydaný pod č.j. 37380/2010-15000 kapitola A – Metodický pokyn ke zpracování posudků pro zařazení vodního díla do kategorie z hlediska technicko-bezpečnostního dohledu.

[9] Metodický pokyn odboru ochrany vod MŽP k zabezpečení hlásné a předpovědní povodňové služby. Věstník MŽP č. 9/2005. Ročník XV, částka 9.

[10] Metodický pokyn odboru ochrany vod MŽP 14/2005 pro zpracování plánu ochrany území pod vodním dílem před zvláštní povodní.

[11] Metodický pokyn Agentury ochrany přírody a krajiny ČR ke stanovení minimálních zůstatkových průtoků ve vodních tocích v souvislosti s provozem vodních elektráren a dalších podobných zařízení.

[12] Smernica pre kategorizáciu vodných stavieb a zoznam odborne způsobilých osob pre výkon TBD v posobnosti Ministerstva podohospodárstva Slovenskej Republiky. Vestník Ministerstva podohospodárstva Slovenskej Republiky, Ročník XXXV, Čiastka 11, 7.5.2003.

[13] Rozborový normalizační úkol č. HDP 8/92. Srovnávací výpočty zemních konstrukcí podle mezních stavů. AQUATIS a.s. Brno 1993. (Řešitel: Fenclová)

[14] Úkol oborové normalizace č. VH – 89/5. Rozborový úkol. Statické výpočty betonových přehrad. Hydroprojekt Brno. Brno 1990. (Řešitel: Stehlík)

[15] Bezpečnost a spolehlivost přehrad za provozu. ČKAIT – Doporučený standard technický. Hydrotechnické stavby, přehrady a jezy. DOS-T 04.02.02.002. prosinec 1998

[16] Spolehlivá funkce uzávěrových zařízení spodních výpustí přehrad. ČKAIT – Doporučený standard technický. Hydrotechnické stavby, hráze. DOS-T soubor 3: č. 13/2000.

[17] Studie technického stavu vodních děl na území ČR, MZe ČR, Úsek vodního hospodářství. Zpracoval VD TBD a.s., 11/2005.

[18] Navrhování sdružených objektů zemních hrází do výšky 15 m. Typizační směrnice SO. Hydroprojekt Praha, OZ Brno, 1980.

[19] Merkblatt DWA-M 507, Deiche an Fließgewässern, Gelbdruck, Oktober 2008, Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e.V., Entwurf (koncept), 129 s.

[20] Navrhování skluzů o velkých rychlostech. Oborová směrnice, Hydroprojekt OZ Brno, 12/1981.

[21] Optimalizace konstrukcí zemních hrází suchých nádrží a jejich funkčních objektů, včetně přehrážek. Metodika VUMOP Praha, Odd. pozemkových úprav v Brně.

[22] Metodika pro posuzování protipovodňových opatření navržených do II. etapy programu „Prevence před povodněmi“. Interní dokument. ČVUT Praha, 06/2005.

[23] Strategie ochrany před povodněmi, MZe ČR, Praha, duben 2000.

[24] Technické kvalitativní podmínky staveb pozemních komunikací, Ministerstvo dopravy. Kapitola 1 – Všeobecně, květen 2007, Kapitola 4 – Zemní práce, srpen 2005, Kapitola 18 – Betonové konstrukce, srpen 2005.

10.5 LITERATURA

[25] BEAR, J., VERRUIJT, A. Modeling Groundwater Flow and Pollution, D. Reidel Publishing Company, 1992, 414 p.

[26] BROŽA. V., KRATOCHVÍL, J., PETER, P., VOTRUBA, L. Přehrady. SNTL/ALFA Praha, 1987, 546 s.

[27] ČUGAJEV, P. P. O rasčotach filtracionnoj pročnosti osnovanija plotin. Gidrotěchničeskoe strojitělstvo, No. 2. 1965.

[28] DEN ADEL, H., BAKKER, K. J., BRETELER, M. K. Internal stability of minestone. Proc. Int. Symp. Modelling Soil-Water-Structure Interactions, Rotterdam: Balkema. 1988.

[29] Geostudio, Seep3D for 3D finite element seepage analysis. Calgary, Alberta: GEO-SLOPE International, 2002, 183 p.

[30] ISTOMINA, I.S. Filtracionnaja ustojčivosť gruntov, Moskva. 1957.

[31] JANEČEK, M., VÁŠKA, J. DOS T 6.25 Odhad zanášení vodních nádrží produkty eroze. Praha: Informační centrum ČKAIT, 2003.

[32] KEMEL, M., KOLÁŘ, V. Hydrologie, Praha: ES ČVUT, 1985.

[33] KRATOCHVÍL, J. a j. Hydraulika, Brno: ES VUT, skriptum, 148 s. 1991

[34] LUKÁČ, M., BEDNÁROVÁ, E. Navrhovanie a prevádzka vodných stavieb. Sypané priehrady a hrádze. Bratislava: Jaga group, 2006, 183 s.

[35] MUCHA, I., ŠESTAKOV, V. Hydraulika podzemných vod, Bratislava: ALFA, 1987.

[36] ŘÍHA, J. a j. Úvod do rizikové analýzy přehrad. Práce a studie Ústavu vodních staveb FAST VUT Brno, Sešit 11, CERM, 2008, 355 s, ISBN 978-80-7204-608-9.

[37] SKEMPTON, A. W., BROGAN, J. M. Experiments on piping in sandy soils. Géotechnique. vol. 44, no. 3, pp. 449-460. 1994.

[38] Standard specifications for Roads & Bridges Manual. Louisiana Department of Transportation and Development ( http://www.dotd.state.la.us/highways/project_devel/contractspecs/Part_II.pdf ). 2000.

[39] STARÝ, M. Nádrže a vodohospodářské soustavy. Brno: ES VUT. 1991.

[40] ŠÁLEK, J., MIKA, Z., TRESOVÁ, A. Rybníky a účelové nádrže Praha: SNTL, 1989.

[41] ŠÁLEK, J. Rybníky a účelové nádrže. Brno: VUTIUM. 2001.

[42] VOTRUBA, L., BROŽA, V., KAZDA, I. Přehrady. Praha: Vydavatelství ČVUT, 1979, 332 s.

[43] VRÁNA, K. – BERAN, J. Rybníky a účelové nádrže – příklady. Praha: ČVUT. 2002.

[44] VUKOVIČ, M., PUŠIČ, M. Soil Stability and Deformation due to Seepage. Water Resources Publications. Highlands Ranch: Colorado, 1992, 80 p. ISBN 0-918334-78-0.

[45] WIN, S.S. Tensile strength of compacted soils subject to wetting and drying. A thesis submitted in partial fulfilment of the requirements for the MSc degree of Engineering. Civil and Environmental Engineering. The University of New South Wales. 2006.

[46] WISCHMEIER, W. H., SMITH, D. D. Predicting rainfall erosion losses from cropland east of Rocky Mountains. Agric. Handbook no., 282, Washington D.C.: USDA, 1965.

11 SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK

12 SYMBOLIKA