Obvyklé otázky ke zkoušce Malé vodní toky

Transkript

1 Obvyklé otázky ke zkoušce Malé vodní toky 1. délka oblouku a vzepětí t = r tgβ...délka tečny...délka oblouku VS = l /sin(45-α) l = a cos 2φ a = 2. výpočet Qn podle Chezyho v = c* (R*I ) C = 1/n *R 1/6 Manning Q = S*v = S*1/n*R 1/6 (R*I) 3. nevymílací rychlost (v vs ) Gončarov: 1,5< d s <20 mm Meyer-Peter: d s > 20 mm v vs = v v *ξ v bodě P v vsp =v v *ξ (y/y p ), ξ = (cos 2 α (sin 2 α/tg 2 φ)) 1/4

2 4. třecí rychlost (v t ) 5. Zanášecí rychlost (v n ) =>rychlost, kdy dochází k sedimentaci v n = 0,5 0,7 v v J n = (0,5*v 2 v )/(C 2 *R) = v 2 n /(C 2 *R) v n = A*Q 0,2 A<0,33;0,55> 6. Mezní zanášecí (vz) v z nerovná w w -> pro stojaté vody v z -> pro tekoucí -> v z je závislé na n vz w - protože v > 0 závisí na mnoha neustál. poměrech Girškan (vz mezní střední rychlost, při které plavící se částice zůstávají suspendovány, Q< 150, A součinitel závisí na w s 0,33 0,55), 7. Usazovací rychlost (w) střední usazovací rychlost: w s = Σ wi dpi / 100 dp i...% množství hmoty jednotlivé frakce, w i...prům sedimentační rychlost usaz rychlost STOKES υ...kinet vazkost vody

3 8. Odvození τ Rovnoměrný ustálený pohyb Fyzikální definice tangenciálního napětí Jiné odvození 9. Rozdíl mezi usazovací a zanášecí v a na čem závisí usazovací: w = 1/18(ρ s -ρ/ρ)(gd 2 /υ) mezní zanášecí: v z = 0,01w/ d(ρ/0,01) 1/4 0,0225 R/n w -> pro stojaté vody v z -> pro tekoucí -> v z je závislé na n

4 10. rychlostní a drsnostní součinitel Rychlostní součinitel C = f(n;r) C = f(n,log R) C = f(d s,r) - důležité pro MVT!!! C = f(logd s ;logr) Drsnostní součinitel n 11. Porovnávací zanášení a unášecí na čem závisí A. mezní rychlost zanášení v z w protože v > 0 závisí na mnoha neustál poměrech GIRŠKAN v z = A Q 0,2 (v z mez střední rychl, při které plavicí se částice zůstanou suspendovány, Q< 150, A součinitel závislosti na w s 0,33 0,55), LEVI v z = 0,01 w/ odm (d) * n tá odm (P/0,01) * 0,0225/n * odm (R)...P hmotn % plav o prům d, n...manning souč

5 B. unášecí: Rychlost transportu závisí na vertikální složce turbulence rychlost transportovaných částic plavenin směrem je dána vertikální složkou turbulence t 1 = D (dcy/dy) Cy koncentr plav v hl y, D souč difuzivity vertikální složce usazovací rychlosti transport rychl částice v opačném směru je součinem usazovací rychlostii a koncentrace cy t 2 = w. C y, pro případ kdy je částice unášena vodou pl (t 1 = t 2 ) t 1 = t 2 D (dcy/dy) = w cy 12. Hydrologické a morfologické znaky mvt Definice malých vodních toků Plocha povodí F < 150 km 2 Průtoky Q 90d < 0,6 m 3.s -1 Průtoky Q 330d < 0,2 m 3.s -1 Definice bystřin Plocha povodí F < 35 km 2 Sklon dna Jt > 3% Průtoky Q 330d < 0,2 m 3.s -1 Rozkolísanost průtoků, výrazný režim splavenin Délka hlavního toku L (km) Sklon hlavního toku J T = (H T h)/l, Sklon povodí J s = (H s h)/ F Hustota říčních sítí H e = ΣL/F Tvar povodí b = F/L 13. Podmínky neustáleného proudění časová i pohybová změna vodních toků

6 14. Hystereze měrné křivky (koryto versus inundace) neustálý pohyb => časová a pohybová změna vodních stavů vliv gradientu čela sklonu povodňové vlny δy/δx vliv změn drsnosti při narůstání a klesání povodňové vlny HYSTEREZE koryto versus inundace (graf y, Q), nárůst, pokles pov vln 15. Proudnice v příliš velkých a malých obloucích proudnice malé x velké obl: příč vinutí trasy příč spirál proudění, rozlož drsnosti podél omoč obv, coriolis síly; krátká obl...eroduje konvex břeh, dlouhý obl eroduje konvex bř téhož obl

7 16. Fargueovy teze o tvorbě koryt teze o odlehlosti největší hloubky se vytvářejí za místy největšího zakřivení trasy ve vzdálenosti asi 2B. teze o hloubkách hloubky v zakřivené trati jsou tím větší, čím větší je zakřivení oblouku (tj.nejmenší poloměr oblouku) teze o sklonu podélný profil v proudnici je pravidelný, když poloměr zakřivení se mění postupně a plynule. Náhlá změna křivosti vyvolá náhlou změnu hloubky, tedy i sklonu dna 17. Příčné proudění

8 J y příčný sklon 18. Začátek pohybu dnových splavenin Posouzení začátku pohybu splavenin: A) podle tangenciálního napětí τ o > τ kr... pohyb τ o < τ kr...klid B) podle nevymílací rychlosti prům v > v v pohyb prům v < v v klid Mayer Peter d s > 20 mm : v v = 5,8*y 1/6 1/3 *d s 19. Průtok dnových spavenin Jednotkový průtok dnových splavenin sekundová hmotnost T H (kg. s -1. m -1 ) sekundová tíha T t (N. s -1. m -1 ) sekundová objem T o (m 3. s -1. m -1 ) T t = T H *g = T o *γ s A) Přímé stanovení lapáky, echology (Princip sonologie a sonografie), echografy B) Nepřímé stanovení-

9 μ součinitel nerovnosti dna, <0,4;1,0> C rychlostní souč. (Chézy r.) koryta C rychlostní součinitel dna Jednotkový průtok splavenin T p = ρ s *C i *v i *h (kgs -1 m -1 ) 20. Síly působící na splaveniny Plaveniny (d< 7,0 mm max.) převládající silou kromě gravitační ještě difusivita (m 2.s -1 ) 21. Popis lapače lapáky šikmá deska = hloubkové kormidlo, směrové kormidlo záchytný pytel nebo koš (...),...-> měřítka 20 cm - délka pytle 100 cm - měříme stav splavenin za Δt 22. Součinitel nerovnosti dna (viz výše) μ = (C/C ) 3/2 = (C/(18log(12R/d 90 ))) 3/2 C rychlostní součinitel koryta

10 23. Dnové útvary VRÁSKY profil Δ,vlnová délka l<0,6 m. amplituda do 10 cm, hladina rovná, výška do 6 cm DUNY Profil Δ s mírným sklonem proti proudu Froudovo číslo F r < 0,6, F r = v/ (yg) Pohyb po proudu ANTIDUNY Tvar sinusoidy se sklonem po proudu F r > 0,8 Pohyb proti proudu LAVICE Dunové i antidunové zejména na bystřinách Rozměry i přes 10 m, h až 0,ř, zejména na bystřinách ROVNÉ DNO (s pohybem splavenin) přechodný stav - proudnice F r = 0,7 přechod dun v antiduny a naopak 24. Ekologické zásady revitalizace vegetační doprovod zoologie říčního systému ekologická návaznost na poříční zónu Zásady: biologický režim => druhová (trofická) struktura, migrace bioty, návaznost zón, břehový prostor 25. Podklady pro návrh, základní podklady pro revitalizaci MÍSTNÍ PRŮZKUM: Zjištění závad Dodržení zásad funkce vodního toku: Průtočnost koryta/inundace Respektování extravilánu (krajiny) a intravilánu (zastavěného území) Stabilita koryta (svahy, dno, objekty) Dodržení zásad náprav (revitalizací) vodního toku: Čistota vody v toku a přítocích (hospodaření v povodí ČOV, samočistící proces)

11 Biologický režim (migrace bioty, druhová/trofická struktura, návaznost zón, břehové porosty) Zprůtočnění koryta (kritéria, land use, místní překážky, hrázování, poldery, MVN) Diverzifikace (směru vinutí trasy, podélného a příčného profilu) Pohyblivé dno (pohyb splavenin, dnové úpravy, migrace ryb a bezobratlých bentos) ZÁKLADNÍ PODKLADY ÚZEMNÍ PLÁN SMĚRNÝ VODOHOSPODÁŘSKÝ PLÁN (SVP) PŮVODNÍ (STARÁ) DOKUMENTACE O ÚPRAVÁCH POVODÍ A TOKU SPECIÁLNÍ PODKLADY Geodetické podklady Hydrologické podklady Geologické (a sedimentologické) podklady Ostatní podklady 26. Opatření při revitalizaci Opatření ke zvýšení retence (a redukci povrchového odtoku) Obecně zastoupení kultur správné hospodaření odpovídající struktura krajiny (statut pozemků, cest, síť...) hydrografická síť (úpravy a revitalizace potoků, hrazení bystřin) protierozní ochrana (zvýšení intercepce, retence v depresích, půdní vododržnost, dotace zvodní, minimalizace přímého odtoku) - diversifikace proudění říční x bystřinné - nové revitalizační objekty a postupy - opevnění: vegetační, biotechnické, technické NÁSLEDEK: drsnosti a odporu proudu, sklonu průtočné kapacity, RESERVY: zmenšení návrhových průtoků QN (změny kultur), kvality hydrologických dat, znalosti o proudění vody a splavenin, NÁSTROJE: A. Měř. profily: Regionální regresní analýza Extrapolace parametrů B. Neměř. profily: Matematické modely (rekonstrukce, predikce, operativ. říz., návrh. průtoky, bilance) BIOLOGICKÉ ÚPRAVY POVODÍ: Zvýšení retenční a akumulační schopnosti - Hospodaření na povodí (land use)

12 - Lesní hospodářský plán (LHP) - Ochranná opatření (zatravňování, zalesňování) - Protierozní postupy TECHNICKÉ ÚPRAVY POVODÍ: - Záchytná zařízení: průlehy, příkopy, hrázky, terasy - Ochrana zhlaví výmolů a strží, zajištění jejich svahů a dna - Malé vodní nádrže (retenční efekt) - Hrázování a polderování údolní nivy (inundace) 27. Zásady revitalizace A. KVALITA VODY V TOKU A V PŘÍTOCÍCH Čistota vody je naprosto základním požadavkem, zejména u revitalizovaných toků, kde v důsledku snížení rychlosti proudu dochází ke zmenšené intenzitě okysličování a ke snížení účinnosti samočisticího procesu. Stupeň kvality závisí zejména na: Zastoupení kultur a hospodaření v povodích Existenci a účinnosti ČOV Intenzitě samočisticího procesu B. ZPRŮTOČNĚNÍ KORYTA Doporučujeme upřednostňovat při revitalizacích toků zejména místní překážky v příčném profilu (prahy, stupně, jízky,kameny aj.), vytvářející předpoklady k diversifikaci proudu a tím rozšíření nik pro další biologická společenstva. Na druhé straně je třeba řešit největší rozpor mezi požadavky vodohospodářskými a revitalizačními, tj. zajištění dostatečně průtočné kapacity profilu. Ve vzájemné vazbě je třeba posuzovat: Přehodnocení kriterií návrhových průtoků v různých tratích toku (intravilán a tratě různých katastrálních kultur v extravilánu) Připustit změny kultur tratí, případně bifurkaci toku Akceptovat místní překážky, přispívající k postupné revitalizaci při provedení návrhového průtoku Vymezit inundační prostory, tzv."suché poldery" ke zvýšení retenčních účinků povodí. C. BIOLOGICKY REŽIM Zvýšit abundanci i diverzitu obratlovců i bezobratlých živočichů v korytě i v přilehlé nice. Doprovodná zeleň by měla mít charakter ochranný a doprovodný a nikoli sukcesně směřovat k vytvoření klimaxu v kulturní krajině. Proto je třeba vytvořit podmínky pro: Rozšíření druhové a trofické struktury Migraci bioty mezi průtoky Q33od a Q30d Návaznost zón potoční (říční) a pobřežní, povrchového a podzemního odtoku i zón bentických Rozvoj břehových porostů založených s ohledem na prostředí kulturní krajiny tak, aby byla ulehčena mechanizovaná údržba a pěstební zásahy. Odvoz vytěženého biologického materiálu (včetně koseného porostu) je nutný

13 D. DIVERZIFIKACE TOKU Heterogenita toku patří k základním předpokladům zvýšení ekologické stability biokoridoru. Při revitalizačních úpravách je třeba zachovat přirozený diverzifikační trend: Směrový (vinutí trasy, místní překážky, atd.) Podélného profilu (změny sklonu - tůňky, peřeje) Příčného profilu (nesymetrie, dvojitý profil, atd.) E. POHYBLIVÉ DNO Existence pohyblivého (nezpevněného) dna je základním předpokladem jeho oživení. To je třeba v návrzích respektovat (kromě výjimek v intravilánech), aby bylo zaručeno: Pohyb splavenin (v rozumné míře) Existence a propagace dnových útvarů Život bentických společenstev bezobratlých F. LEGISLATIVNÍ PODMÍNKY Nejdůležitějším předpokladem pro revitalizaci navrhovaných opatření je řešení majetkových vztahů, kdy majitel dotčených pozemků by měl s těmito opatřeními souhlasit a podporovat je. Paragraf 35 zákona 289/1995 Sb. O lesích (Hrazení bystřin) je třeba více využívat. V současné době již platí nový Vodní zákon č. 254/2001 Sb., který předpisuje nutnost péče o vodní toky nejen v oblasti ochrany přírody. Správci vodních toků (státní správa): Povodí (5 státních podniků v ČR: Labe, Vltava, Ohře, Morava, Odra) Zemědělské vodohospodářské správy (dříve Státní meliorační správy) Vodní toky Lesů ČR (bystřiny) 28. Vypočítat kruhový oblouk t = r*tgβ D o = r*π*β/ Lemniskáta p 1 *p 2 =b 2 ze sin věty Lemniskáta: lepší přech mezi jednotl obl než kružň obl stálý součin průvodičů p1 p2 = b 2 vych ze sin věty: t/l = sin (180 - β)/sin α, polární rce: l = a odm (cos 2ϕ), a = VS sin α/ odm ( 2ϕ) sin (45- ϕ)...ϕ = α/ o průvodič p...spojnic bodu lemniskáty s ohniskem

14 30. Návrh příčného profilu provádí se na Q N 1. NÁVRHOVÉ PRŮTOKY PRO KAPACITU KORYTA 2. ZÁSADY PRO NÁVRH PŘÍČNÉHO PROFILU Hloubky a rychlosti: (ovlivňují šířku dna) y min > 0,1 m (při Q 210d ) v min > 0,3 m. s -1 (při Q 210d ) V intravilánech: převýšení břehů při Q N >Q 50 : Q ,30m Q ,15m Dvojité profily s kynetou: šířka kynety je optimální: ymin > 0,3 m (při Q 210d ) vmin > 0,4 m. s-1 (při Q 210d ) such: soudržné 1:1,5 2 nesoudržné 1:3 5 Zastavěná oblast: uzavřené PF

15 31. Průběh tangenciálního napětí 32. Návrh podélného profilu - výšková poloha dna a) návrh nivelety krátké úseky sklon pod a nad úpravami dlouhé úseky sklon k stabilitě dna b) stabilní sklon dna závisí:...materiální dno hodnota τ kr vymílací rychlost c) zmírnění sklonu dna prodloužení délky toku vyhodnocování prahu, příčné objekty kombinací opatření zanášení koryta splaveninami 33. Typy návrhových průtoků Q k > Q B >Q D Q k kapacita koryta Q B stabilita břehu Q D stabilita dna Zdůvodnění: ekonomické (vyčíslení škod)

16 34. Základy stanovení nivelety Při návrhu nivelety se má vycházet z podélného profilu stávajícího toku a nový z něj odvozovat Niveleta musí být řešena ve vzájemné souvislosti s velikostí a tvarem koryta, trasou, pohybem splavenin, opevněním apod. Návrh nivelety provádíme ve výkresu podélného řezu terénem v navržené trase toku. Pro přípravnou dokumentaci stačí vynést podélný rez ze situačního plánu. Podélný profil se má plynule zmenšovat od pramene k ústí. Při návrhu podélného sklonu dna je třeba přihlédnout zejména k odolnosti dna vůči navrhovanému průtoku při voleném sklonu zamezení zanášení dna při transportu splavenin z výše ležících úseku toku a z přítoku k podélnému sklonu celého toku k podélnému sklonu údolní nivy Úprava podélného sklonu dna má zajistit stabilitu toku. při tom stabilním dnem se rozumí takový stav, kdy nánosy a výmoly vzniklé po úpravě nepřesáhnou očekávanou míru. Cílem je zajistit, aby se splaveniny v toku trvale neukládaly a aby nedocházelo ani k trvalému vymílání dna, popř. svahu. Stanovení sklonu nivelety K dispozici jsou tyto údaje průměrný sklon dna v původním vedení toku istaré sklon, který je k dispozici v novém vedení trasy a který vyplývá z výškového převýšení začátku a konce úpravy inové, který lze vyjádřit jako, kde ZÚ, KÚ jsou výšky dna na, které se napojí úprava v začátku resp. konci úpravy, L je délka nové trasy úpravy sklon údolní nivy, který se určí kde s je zjištěná vlnovitost původní trasy toku. Je zřejmé, že platí relace iúdolí > inové > istaré sklon stabilní istabilní určený ze zjednodušené formy Mayer-Peterovy rovnice pro dno v klidu, kde de je velikost efektivního zrna dnového materiálu [m], h je hloubka vody při návrhovém průtoku (Q1-Q2) [m]. Pokud úsek stávajícího toku je v rovnováze z hlediska transportu splavenin, melo by platit istabilní istaré. Na základe těchto údajů je třeba zvolit návrhový sklon dna inávrh, pro který by melo platit inávrh istabilní. Pokud platí istabilní << istaré je třeba přehodnotit hloubku h pro návrhový průtok (zmenšit), většinou za cenu rozšíření koryta nebo změny drsnosti opevnění toku. 35. Základní hydrologické parametry od ČHMU - plocha povodí, průměrné roční srážky, průměrné roční průtok, M-denní Q, N- leté Q, minimální Q - návrhové Q pro opevnění objekty - kapacita koryta - hydrologické modely srážkové odtokové jedn. hydrograf, systém nádrží, odtokové křivky CN, fyzikální základ - bilanční

17 36. Dřevěný stupeň význam, schéma dřevěný stupeň: spádový objekt uprostřed podélného sklonu dna, v kombinaci s kamenem předpráh 1m přeliv hrana ( 0,19-0,29) klest podložka konec vývaru 37. Kamenný stupeň a vývařiště

18 38. Spočítat tangenciální napětí lichoběžníkového koryta-příklad Tangenciální napětí τ = τ smax ((T-t)/T) 0,5, τsmax = τo ((b + 2y*odm(1 + m) 2 / 1,13b + 1,33T), t = T ( τsmax 2 - τs 2 )/τsmax 2, T = y odm(1+m 2 ), O = 2T + b τ M = 80 Pa (tráva) ρ = 1000 kg/m 3

19 g = 9,81 m/s 2 b šíře dna [m] T šikmá délka zatopené části břehu pro Q n [m] t šikmá délka opevnění [m] 39. Prostorové umístění vegetace Prostor umístění vegetace nad patou svahu je závislé na vodních stavech, proudu druhu dřeviny Výsadba: -konkávní břehy souvislá výsadba -konvexní břehy přerušená leté sazenice (nebo odrostky) leté sazenice - v přízn. podmínkách Řadová výsadba: 0,8-1,5 m (topoly 4,0 m) Plošná výsadba: 1,0 x 1,0 až 2,0 x 2,0 m (topoly 4 x 4 m) - Probírka po 10 letech, defin. skladba po 20 letech - Keře pouze za břehovou čarou. - Omezování výmladnosti, řez a vyvětvování. - Doprovodné břehové porosty: Za břehovou čarou, hlavní účel: začlenění toků do krajiny, střídání skupin, osazování konvexních zákrutů, dominanty, průhledy. 40. Druhové složení vegetace měkký luh: - (EU) TP,OL,VB,(JS) - bez, svída, kalina, líska - po 40 letech obnova - zona pod Q1-5 (Q 355d ), tvrdý luh: - JS, DB, OL, JM, (LP) - zóna nad Q 1 -Q 5 - Supralitorální pásmo (SUPRA, EU, SUB, PROF) Nejdůl dřeviny: OLL,OLŠ, JZ, JK, JM, TP,VBB,křehká,DBL,DBZ,HB,LP, Nejdůležitější křoviny: svída kr., kalina, ptačí zob, brslen, líska, řešetlák počistvý, zimolez pýřitý, Nejdůležitější byliny: chrastice, kosatec, ostřice, puškvorec, rákos, skřípina, žabník 41. Podmínky založení vegetace funkce: ochrana břehů před erozí, stabilizace břehové čáry, ochrana MVT před zarůstáním (stín) dřevo začlenění vodního toku do krajiny umístění doprovodných resp celistvých zemědělských pozemků

20 požadavky lesního hospodářství ochrana břehových porostů prioritní, výška uspořádání vegetace doprovodné nad patou svahu dáno vod stavy, rychlost proudění vody druh dřeviny brát ohled na případné zatopení dřevin 42. vegetační opevnění VEGETAČNÍ OPEVNĚNÍ SVAHŮ: Travní porost: (osetí, drnování) fólie (GEMAL, BRALEN) jutová síťovina (POLYNET, UVUTAN) hydroosev vč. hnojiva, slámové řezanky a bitumenozních látek (UNISOL, CURASOL,aj.) Osázení vrbovými řízky: (klestem) Opevnění svahů, oživení pohozů a záhozů, vrbové pruty, tl. 1 3 cm, délka cm, spon 30x30 cm až 50x100 cm (cca 3ks.m-2) Nejvhodnější druhy u nás: Vrba košíkářská, nachová, červená, americká,. Vrbový pokryv (krytina): Pokrytí svahů vrbovými pruty (silnějším koncem do patky svahu, slabším k břehové hraně), pokrytí ornicí (tl. 3 7 cm).údržba!! Zápletové (vrbové) plůtky: Zapletení vrbových prutů mezi kůly v patce svahu, kůly tl cm, 1,0 1,2 m dlouhé ve vzdálenosti 0,6 1,0 m, vrbové pruty tloušťky 2 4 cm, záplet zasypán zeminou.

21 Laťové plůtky: Biotechnické opevnění, podobné vegetač. záplet. plůtkům, kůly tl cm, vzdál. 1,5 2,0 m, smrková tyčovina tl. do 12 cm. Vrbové pletivo: Zpevňuje svahy koryta: podélně, úhlopříčně Konstrukce: kůly, pruty, výška do 10 cm, zapuštěny 10 cm Haťové konstrukce: Haťové válce, povázky, haťoštěrkové válce Haťoštěrkové konstrukce: Výhony, hráze

22 43. Vrba v opevnění vrba v opevň: do Q90d...klest (řízky) opev svah, pohozy, záhozy, sruby tl 1-3 cm d = cm, spon 30 x 30 50x 100 cm, nevhod vrba: košík, nach, červ, amer; pletivo, válce 44. Popis pružných opevnění břehu veget opevň svahů vrb pokryv (krytina), zápletové a vrb plůtky (mezi kůly k patce sv) kůly 8-10 cm, 1-1,2 m dl ve vzd 0,6 1 m, tl 2-4 cm zásyp zeminou, laťové kůl 8-12 cm, vzd 1,5 2 m, tyčovina 45. Nepřímé stanovení přítoku plavenin, známe-li jejich koncentraci C