POSOUZENÍ KAPACITY MALÉHO VODNÍHO TOKU

Transkript

1 VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY FAKULTA STAVEBNÍ ÚSTAV VODNÍCH STAVEB FACULTY OF CIVIL ENGINEERING INSTITUTE OF WATER STRUCTURES POSOUZENÍ KAPACITY MALÉHO VODNÍHO TOKU ASSESSMENT OF THE CAPACITY OF A SMALL WATERCOURSE BAKALÁŘSKÁ PRÁCE BACHELOR'S THESIS AUTOR PRÁCE AUTHOR VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR JAN KAMMERMAYER Ing. HANA UHMANNOVÁ, CSc. BRNO 2015

2 VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ FAKULTA STAVEBNÍ Studijní program Typ studijního programu Studijní obor Pracoviště B3607 Stavební inženýrství Bakalářský studijní program s prezenční formou studia 3647R015 Vodní hospodářství a vodní stavby Ústav vodních staveb ZADÁNÍ BAKALÁŘSKÉ PRÁCE Student Název Vedoucí bakalářské práce Datum zadání bakalářské práce Datum odevzdání bakalářské práce Ing. Hana Uhmannová, CSc V Brně dne prof. Ing. Jan Šulc, CSc. Vedoucí ústavu prof. Ing. Rostislav Drochytka, CSc., MBA Děkan Fakulty stavební VUT 2

3 Podklady a literatura Raplík M., Výbora P., Mareš K., Úprava tokov. Alfa. ISBN HEC-RAS, User s Manual. Version 4.1. TNV , Úpravy potoků. CHOW, Ven Te. Open Channel Hydraulics. Mc Graw Hill Book Company Geodetické podklady - situace zájmového úseku, příčné řezy. Hydrologická data Zásady pro vypracování Na základě podrobného průzkumu proveďte posouzení stávajícího stavu vodního toku Kuřimka v intravilánu obce Moravské Knínice. V rámci bakalářské práce se zaměřte především na: - zjištění současné kapacity toku, - popis současného stavu opevnění koryta toku, - návrh opatření na zlepšení současného stavu koryta toku, - návrh na zvýšení protipovodňové ochrany přilehlého okolí. Přesné vymezení řešeného úseku bude provedeno při předání podkladů. bude obsahovat: Textovou část Úvod, informace o toku, popis řešené lokality, popis stávajícího stavu vodního toku, hydrotechnické výpočty na ověření kapacity, zhodnocení provedených úprav, závěr. Přílohy výkresová dokumentace (situace, podélný profil, příčné řezy). Struktura bakalářské/diplomové práce VŠKP vypracujte a rozčleňte podle dále uvedené struktury: 1. Textová část VŠKP zpracovaná podle Směrnice rektora "Úprava, odevzdávání, zveřejňování a uchovávání vysokoškolských kvalifikačních prací" a Směrnice děkana "Úprava, odevzdávání, zveřejňování a uchovávání vysokoškolských kvalifikačních prací na FAST VUT" (povinná součást VŠKP). 2. Přílohy textové části VŠKP zpracované podle Směrnice rektora "Úprava, odevzdávání, zveřejňování a uchovávání vysokoškolských kvalifikačních prací" a Směrnice děkana "Úprava, odevzdávání, zveřejňování a uchovávání vysokoškolských kvalifikačních prací na FAST VUT" (nepovinná součást VŠKP v případě, že přílohy nejsou součástí textové části VŠKP, ale textovou část doplňují).... Ing. Hana Uhmannová, CSc. Vedoucí bakalářské práce 3

4 ABSTRAKTY A KLÍČOVÁ SLOVA Abstrakt se zabývá posouzením stávajícího stavu opevnění toku Kuřimka v km 5,046 až 6,261, nacházejícího se v obci Moravské Knínice a určením stávající kapacity toku, pomocí programu HEC-RAS. Byl proveden návrh na zlepšení stávajícího stavu koryta toku a protipovodňového ochranného opatření. Návrhem dojde ke zlepšení protipovodňové ochrany zastavěného území. Klíčová slova Posouzení stávajícího opevnění, HEC-RAS, stávající kapacita, návrh opatření, protipovodňová ochrana. Abstract The bachelor thesis deals with assessment of the current state of the fortifications in the river Kuřimka from km to 6.261, located in the village of Moravské Knínice and identifying existing flow capacity, using program HEC RAS. It was made a proposal to improve the current state of flood protection and measures. The proposal will improve flood protection of built-up area. Keywords Assessment of the existing fortifications, HEC-RAS, the current flow capacity, the draft measures, flood protection. 4

5 BIBLIOGRAFICKÁ CITACE VŠKP. Brno, s., 36 s. příl.. Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební, Ústav vodních staveb. Vedoucí práce Ing. Hana Uhmannová, CSc. 5

6 PROHLÁŠENÍ Prohlášení: Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci zpracoval(a) samostatně a že jsem uvedl(a) všechny použité informační zdroje. V Brně dne podpis autora 6

7 PODĚKOVÁNÍ Tímto bych chtěl poděkovat mé vedoucí bakalářské práce paní Ing. Haně Uhmannové, CSc., za její vřelý přístup a odborné rady při konzultacích. Dále mým rodičům, sestře a přítelkyni za jejich podporu při studiu a psaní této práce. Děkuji. 7

8 OBSAH 1 ÚVOD POPIS ZÁJMOVÉHO ÚZEMÍ Správní údaje Údaje o povodí Popis toku Geologické poměry Pedologické poměry Klimatické poměry Hydrologické poměry Údaje o zemědělství Údaje o lesnictví Údaje o průmyslu Energetické využití toku Požadavky na odběr Čistota vod Životní prostředí POPIS STÁVAJÍCÍHO STAVU Popis toku Úsek č. 1 km 5,046 5, Úsek č. 2 km 5,342 5, Úsek č. 3 km 5,470 5, Úsek č. 4 km 5,642 5, Úsek č. 5 km 5,842 6, Úsek č. 6 km 6,139 6, Úsek č. 7 km 6,199 6, Objekty TEORETICKÁ ČÁST Typy proudění vody v korytě

9 4.1.1 Rovnoměrné ústálené proudění vody Nerovnoměrné ústálené proudění vody Splaveniny Stanovení drsnosti dle Cowana [9] Břehová nátrž HYDROTECHNICKÉ VÝPOČTY HEC-RAS Vstupní data Výstupní Data Určení kapacitního průtoku (pro drsnosti dle varianty A a B) Výpočet průběh hladin toku pro vybrané průtoky, stanovení kapacity příčných profilů a mostních objektů Výpočet průběhu hladin pro návrh protipovodňového opatření NÁVRH OPATŘENÍ Stanovení QN Zanášení v km 5,342 5, Vybudování složeného lichoběžníkového profilu s levostrannou bermou Pravidelné odstraňováním nánosů Návrh na zvýšení protipovodňové ochrany Opevnění svahu a paty svahu ZÁVĚR POUŽITÁ LITERATURA SEZNAM TABULEK SEZNAM OBRÁZKŮ SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK A SYMBOLŮ SEZNAM PŘÍLOH

10 1 ÚVOD V bakalářské práci je na základě podrobného průzkumu provedeno posouzení vodního toku Kuřimka v km 5,046-6,261. Řešený úsek toku se nachází v katastrálním území obce Moravské Knínice. V 50. letech minulého století zde proběhla soustavná úprava toku. Tok byl napřímen a jeho trasa byla vedena tak, aby nedocházelo k ohrožení zemědělských pozemků. Úpravou toku došlo ke zrychlení odtoku vody z oblasti. Příčný profil koryta toku byl upraven do tvaru jednoduchého lichoběžníku. V km cca 6,050 5,850 byla vybudována levostranná ochranná zemní hrázka pro ochranu pole. řeší popis současného stavu opevnění a ověření kapacity toku po více než 65 letech od úpravy. V programu HEC-RAS bude vymodelováno stávající koryto, provedou se hydrotechnické výpočty a zhodnotí se současná kapacita toku. V případě, že kapacita toku nevyhoví, bude navrženo protipovodňové ochranné opatření na zamezení vzniku možných škod. V km 5,342 5,470 se nachází lichoběžníkový profil tvořený opěrnými zdmi. Dochází zde kvůli malému podélnému sklonu dna a rychlostem k zanášení toku sedimenty. Bude provedeno posouzení a návrh vhodného opatření pro zlepšení stávajícího nevyhovujícího stavu. Na toku Kuřimka byly prováděny i další studie pro správce vodního toku Povodí Moravy, Závod Dyje. V posledních letech se v zájmové oblasti řeší především problematika čistoty vod. 10

11 7 ZÁVĚR Tok byl v 50. letech minulého století soustavně upraven. Proběhlo napřímení toku, aby se zamezilo ohrožení zemědělské půdy. Délka přímých úseků je výrazně delší než doporučují zásady pro soustavnou úpravu toku. V současné době dochází k denaturalizaci přímých úseků, kde následně vznikají nátrže a tok si hledá svoji vlastní cestu. Byl proveden podrobný průzkum a pořízení fotografií toku Kuřimky. Fotografie sloužily k popisu stávajícího stavu opevnění koryta toku. Proběhlo zjištění současné kapacity pomocí programu HEC-RAS. Drsnosti toku byly určovány ve dvou variantách, tabulkových hodnotách a dle Cowana. Následná opatření byla navrhována na výpočty používající tabulkové hodnoty. Podle výsledků hydrotechnických výpočtů řeka Kuřimka v intravilánu obce Moravské Knínice není schopna převést návrhový průtok, který je doporučený Plánem hlavních povodí České republiky, a to průtok Q20. V km 5,342 5,470 dochází ke vzniku nánosů na dně toku, z tohoto důvodu je nutno vzniklou situaci řešit. Byly navrženy dvě možné varianty řešení. Za prvé vybudování složeného koryta s levostrannou bermou nebo za druhé pravidelné čištění daného úseku např. bagrem. Následně proběhl návrh na zvýšení protipovodňové ochrany obce pomocí mobilního protipovodňového hrazení (graficky zobrazeno v Příloze č.3). Bohužel nejvíce problematické jsou stávající mosty a mostky, které nejsou schopny převést návrhový průtok Q20. Na základě rozhovoru s místním obyvatelem, který bydlí celý svůj dlouhý život v těsné blízkosti toku, byla zjištěna informace, že k žádnému vybřežení toku za jeho života nedošlo. Informace je v rozporu se všemi výpočty, které byly v posledních letech pro řešený úsek toku provedeny. Nedostatečnou kapacitu mostů lze vyřešit jejich přebudováním. Pro převedení průtoku Q20 v úseku km 5,470 5,600 bylo uvažováno také o variantě vytvoření průtočného profilu stejného jako v km 5,342 5,470. Navrženou úpravou příčného profilu dojde v řešeném úseku v km 5,470 5,640 ke snížení výšky hladiny, ale vlivem nízkého podélného sklonu dna v úseku km 5,342 5,470 a nekapacitnímu mostu v km 5,141 nedojde k vyřešení problému. V některých místech vznikají nátrže, které v oblasti nad obcí není potřeba řešit, ale je potřeba pozorovat jejich vývoj. V ostatních místech, by bylo vhodné provést rekonstrukci původního opevnění zápletové plůtky a kamenný zához. Pro posouzení stability je nutno zpřesnit a zaktualizovat stávající zaměření a určit křivku zrnitosti. 49

12 8 POUŽITÁ LITERATURA [1] Plán oblasti povodí Dyje. [online]. [cit ]. Dostupné z: [2] Google maps. [online]. [cit ]. Dostupné z: [3] Česká geologická služba. [online]. [cit ]. Dostupné z: [4] Záplavová území. [online]. [cit ]. Dostupné z: [5] MĚSTSKÝ ÚŘAD KUŘIM. Hydrologická data. Kuřim, [6] Mikroregion Kuřimka. [online]. [cit ]. Dostupné z: [7] JANDORA, Jan, Vlastimil STARA a Miloš STARÝ. Hydraulika a hydrologie. Vyd. 2., V Akademickém nakladatelství CERM 1. Brno: Akademické nakladatelství CERM, 2011, 186 s. ISBN [8] PATOČKA, Cyril a Lukáš MACURA. Úpravy toků. Vyd. 1. Praha: SNTL - Nakladatelství technické literatury, 1989, 397 s. Technický průvodce (Státní nakladatelství technické literatury), sv. 36. ISBN [9] MATTAS, Daniel. Výpočet průtoku v otevřených korytech. Vyd. 1. Praha: Výzkumný ústav vodohospodářský T.G. Masaryka, 2014, 110 s. ISBN [10] SVĚDÍNKOVÁ, Renáta. Revitalizace malého vodního toku. Brno, s., 35 s. příl. Diplomová práce. Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební, Ústav vodních staveb. Vedoucí práce Ing. Hana Uhmannová, CSc. [11] PÖYRY ENVIRONMENT A.S. Plán rozvoje vodovodů a kanalizací Jihomoravského kraje - Územní celek Brno-venkov (včetně nových obcí z kraje Vysočina) [online] vyd. [cit ]. Dostupné z: [12] VÝZKUMNÝ ÚSTAV VODOHOSPODÁŘSKÝ. HEIS VUV: Výzkumný ústav vodohospodářský T. G. Masaryka, veřejná výzkumná instituce [online]. 2008, [cit ]. Dostupné z: 50

13 [13] Ovocnářská unie České republiky In: Klimatické regiony ČR (dle Quitt, 1971) [online]. [cit ]. Dostupné z: [14] Katedra geografie Přírodovědecké fakulty UP v Olomouci Břehová nátrž [online]. [cit ]. Dostupné z: /lexikon/fluvialni/brehova_natrz.html [15] Cenia, česká informační agentura životního prostředí: Projektový tým Národní inventarizace kontaminovaných míst Kontaminovaná místa [online]. [cit ]. Dostupné z: [16] Plán hlavních povodí České republiky: schválený usnesením vlády ČR ze dne 23. května 2007 č Praha: Ministerstvo zemědělství, 2007, 85 s. ISBN

14 SEZNAM TABULEK Tab. 2.1 N-leté a m-denní průtoky na toku Kuřimka [10] Tab. 2.2 Přehled firem v okolí [6] Tab. 3.1 Základní údaje úseku č Tab. 3.2 Základní údaje úseku č Tab. 3.3 Základní údaje úseku č Tab. 3.4 Základní údaje úseku č Tab. 3.5 Základní údaje úseku č Tab. 3.6 Základní údaje úseku č Tab. 3.7 Údaje úseku č Tab. 3.8 Objekty na toku Tab. 5.1 Základní parametry dílčích úseků a vybrané objekty na toku Tab. 5.2 Drsnosti volené dle tabulkových hodnot Tab. 5.3 Drsnosti volené dle Cowana Tab. 5.4 Vybrané hodnoty průtoků pro program HEC-RAS Tab. 5.5 Průběh hladin při průtoku Qkap Varianta A - n dle tabulek Tab. 5.6 Průběh hladin při průtoku Qkap Varianta B - n dle Cowana Tab. 5.7 Kapacita příčných profilů Tab. 5.8 Kapacita objektů Tab. 5.9 Průběh hladin při průtoku Q1 pro návrh protipovodňového opatření Varianta A - n dle tabulek Tab Průběh hladin při průtoku Q5 pro návrh protipovodňového opatření Varianta A - n dle tabulek Tab Průběh hladin při průtoku Q20 pro návrh protipovodňového opatření Varianta A - n dle tabulek Tab. 6.1 Stanovení návrhového průtoku dle přilehlých pozemků [16] Tab. 6.2 Výpočet průběhu hladin při průtoku Q Tab. 6.3 Výpočet průběhu hladin při průtoku Q Tab. 6.4 Návrh opatření

15 SEZNAM OBRÁZKŮ Obr. 2.1 Vodohospodářská mapa [12] Obr. 2.2 Hranice povodí Dyje [1] Obr. 2.3 Mapa zájmového území [2] Obr. 2.4 Geologická mapa [3] Obr. 2.5 Vrtná prozkoumanost [3] Obr. 2.6 Pedologické poměry [3] Obr. 2.7 Klimatické regiony ČR dle Quitta [13] Obr. 2.8 Záplavové území [4] Obr. 3.1 Letecký snímek z roku 1953 [15] Obr. 3.2 Úsek č. 1 km 5,046-5, Obr. 3.3 Úsek č. 2 km 5,342 5, Obr. 3.4 Úsek č. 2 Stav úseku v roce 2013 [10] Obr. 3.5 Úsek č. 3 km 5,470 5, Obr. 3.6 Úsek č. 4 km 5,642 5, Obr. 3.7 Úsek č. 5 km 5,842 6, Obr. 3.8 Úsek č. 6 km 6,139 6, Obr. 3.9 Úsek č. 7 km 6,199 6, Obr. 4.1 Výpočet při rozdílných drsnostech v profilu [7] Obr. 4.2 Schéma pro výpočet nerovnoměrného proudění [7] Obr. 4.3 Vrásy [8] Obr. 4.4 Duny [8] Obr. 4.5 Antiduny [8] Obr. 5.1 Ikona programu HEC-RAS Obr. 5.2 Model v programu HEC-RAS Obr. 6.1 Nánosy, vlevo z roku 2013 [10], vpravo z roku Obr. 6.2 Stávající stav úseku Obr. 6.3 Návrh složeného lichoběžníkového profilu s levostrannou bermou Obr. 6.4 Návrh odstraňování nánosů Obr. 6.5 Nátrže nacházející se na toku

16 SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK A SYMBOLŮ % procento Δh j rozdíl hladin L j délka úseku i 0j průměrný podélný sklon v úseku promile α corilisovo číslo ξ součinitel místních ztrát A plocha [m 2 ] apod. BSK5 a podobně Biochemická spotřeba kyslíku C rychlostní součinitel cm centimetr č. číslo DN diametr nominál = jmenovitá světlost g tíhové zrychlení ha hektar h i výška v úseku i h i+1 výška v úseku i + 1 h zj celková ztrátová výška HEC-RAS Hydrologic Engineering Centers - River Analysis Systém CHSK chemická spotřeba kyslíku i hydraulický sklon ID identifikační číslo kg den -1 kilogram za den km kilometr km 2 kilometr čtvereční m metr 54

17 m m. n. metr nad mořem mm milimetr n součinitel drsnosti NL nerozpustné látky O omočený obvod Obr. obrázek R hydraulický poloměr ř. km říční kilometr S plocha průřezu s. p. státní podnik s. r.o. společnost s ručením omezeným Tab. tabulka v rychlost proudění [m.s -1 ] v i rychlost v úseku i v i+1 rychlost v úseku i + 1 V objem [m 3 ] Qkap kapacitní průtok QN N letý průtok Qm m denní průtok ZD zemědělské družstvo 55

18 SEZNAM PŘÍLOH 1. Fotodokumentace 2. Situace 3. Podélný profil 4. Hydrotechnické výpočty - tabulky 5. Vzorový příčný řez odstranění nánosů a vybudování levostranné bermy v km 5,342 5, Vzorový příčný řez návrh opatření 56