1. Učební texty pro popularizátory vědy

Transkript

1 1

2 Studijní opora k výukovému modulu v oblasti přírodních věd K4/MPV7 Vodní hospodářství byla vytvořena v rámci projektu Poznej tajemství vědy. Projekt s reg. č. CZ.1.07/2.3.00/ je financován z operačního programu vzdělávání pro konkurenceschopnost a státního rozpočtu České republiky. Výukový modul představuje nástroj pro vzdělávání cílové skupiny (zájemci o vědu) ve specifickém tématu v rámci přírodních a technických věd. Tento modul popularizační formou seznámí potenciální zájemce o vědecko-výzkumnou práci s vědeckým přístupem (schopností odhalovat skryté příčiny dějů, rozpoznávat falešnou analogii). Dále motivační formou ukáže práci domácích i zahraničních výzkumníků v terénu i v laboratořích. Výukový modul je tvořený unikátním textem, obsahujícím: 1. Učební texty pro popularizátory vědy 2. Pracovní aktivity pro studenty a žáky, min. 5 aktivit pro SŠ, 3 aktivity pro ZŠ 2. st., 1 aktivita pro ZŠ 1. st.): a. popis vědeckých/badatelských aktivit (v laboratoři či terénu), b. pracovní listy, c. návody na experimenty a měření, d. dvě strany odborného anglického textu. 3. Metodická příručka Materiál vytvořil expertní tým Výzkumného ústavu vodohospodářského T. G. Masaryka, veřejná výzkumná instituce Podbabská 2582/30, Praha 6, IČ: , Tel.: , Web: info@vuv.cz. Výzkumný ústav vodohospodářský T.G. Masaryka, v.v.i. (VÚV TGM, v.v.i.) je veřejnou výzkumnou institucí zřízenou Ministerstvem životního prostředí ČR podle ustanovení zákona č. 341/2005 Sb., o veřejných výzkumných institucích. VÚV TGM, v.v.i. byl zapsán do Rejstříku veřejných výzkumných institucí, vedeného Ministerstvem školství mládeže a tělovýchovy, dne Činnost instituce vychází ze zřizovací listiny veřejné výzkumné instituce vydané Opatřením č. 12/06 Ministerstva životního prostředí ze dne 12. prosince 2006, ve znění Opatření č. 4/07 Ministerstva životního prostředí o změně zřizovací listiny ze dne 2. srpna Základním posláním VÚV TGM, v.v.i. je výzkum stavu, užívání a změn vodních ekosystémů a jejich vazeb v krajině a souvisejících environmentálních rizik, hospodaření s odpady a obaly a odborná podpora ochrany vod, protipovodňové prevence a hospodaření s odpady a obaly, založená na uvedeném výzkumu. Garant: Ing. Petr Tušil, Ph.D., MBA Autoři: Ing. Petr Tušil, Ph.D., MBA, RNDr. Přemysl Soldán, Ph.D., Ing. Tomáš Mičaník Výzkumný ústav vodohospodářský T.G. Masaryka, veřejná výzkumná instituce,

3 OBSAH ČÁST A Seznámení popularizátora vědy s tématem... 9 Úvod Vodohospodářské stavby Hydrotechnické stavby Úpravy vodních toků Opevnění koryta vodního toku Soustřeďovací a usměrňovací stavby Ochranné hráze Objekty na vodním toku Revitalizace vodních toků Jezy Pevné jezy Pohyblivé jezy Přehrady Konstrukce přehrad Objekty na přehradách Vodní cesty Splavňování vodních toků Vnitrozemské průplavy Objekty na vodních cestách Plavební komory Lodní zdvihadla Přístavy a překladiště Využití vodní energie Vodní motory Schémata hydrotechnických děl Vodní elektrárny Hydromeliorační stavby Odvodňovací stavby Způsoby odvodňování půd Trubková drenáž Příkopové odvodnění Závlahové stavby Druhy závlah

4 Posouzení výskytu sucha a potřebnosti závlah Určení potřeby závlahové vody Hlavní závlahová zařízení Podrobná závlahová zařízení Rybníky a účelové nádrže Objekty na rybnících a účelových nádržích Funkce účelových nádrží Ochrana a organizace povodí...56 Zdravotně technické stavby Stavby pro zajištění dodávky vody Potřeba vody Jímání vody odběrné objekty Podzemní zdroje Povrchové zdroje Čerpací stanice Úpravny vody Vodojemy Hlavní řady Čištění odpadních vod Objekty mechanického čištění odpadních vod Objekty biologického čištění odpadních vod Chemické čistění odpadních vod Koncepce a stavební uspořádaní čistíren odpadních vod Kalové hospodářství Vodohospodářské soustavy Nádrže jako prostředek hospodaření s vodou Základní úkon nádrže Typologie vodních nádrží Umístění nádrže do údolí Podklady pro řešení úloh hospodaření s vodou Hydrologické podklady Údaje o odběrech a odtocích Zabezpečenost odběru (nalepšeného odtoku) Navrhování nádrží a vodohospodářských soustav Zásobní funkce nádrže Ochranná funkce nádrže

5 Provozování a řízení nadrží a vodohospodářských soustav Interakce nádrží a vodohospodářských soustav s prostředím Vodohospodářská soustava povodí Odry Státní správa ve vodním hospodářství Postup vodoprávních úřadů Úkoly státní správy Správa vodních toků Plánování v oblasti vod Plány povodí Plány pro zvládání povodňových rizik Informační systémy ve vodním hospodářství Informační systém VODA české republiky Další informační systémy ve vodním hospodářství Literatura ČÁST B Pracovní aktivity pro studenty a žáky Pracovní aktivity pro 1. stupeň základních škol VODNÍ HOSPODÁŘSTVÍ Pracovní aktivity pro 2. stupeň základních Škol Pracovní aktivity pro střední Školy Pracovní listy s odborným textem v anglickém a českém jazyce Water management Vodní hospodářství ČÁST C Metodická příručka Metodická příručka pro 1. stupeň základních škol Vodní hospodářství Metodická příručka pro 2. stupeň základních škol Hydrotechnické stavby I Hydromeliorační stavby I Zdravotně-technické stavby I Metodická příručka pro střední školy Hydrotechnické stavby II Hydromeliorační stavby a vodohospodářské soustavy II Zdravotně-technické stavby II Informační systémy ve vodním hospodářství Státní správa ve vodním hospodářství a plánování v oblasti vod

6 CÍL VÝUKOVÉHO MODULU Popularizátoři vědy se seznámí s následujícími okruhy Vodní hospodářství se zabývá racionálním a komplexním využíváním zdrojů podzemní a povrchové vody, péčí o jejich čistotu a ochranou před škodlivými účinky vody. Pro náš stát je zvlášť důležité účelné využívání vodních zdrojů, protože následkem nepříznivých přírodních podmínek je jejich kapacita značné omezená. Zajištění vody, potřebné pro obyvatelstvo, průmysl a zemědělství, představuje v současné době společně s odváděním a čištěním odpadních vod hlavní úkoly vodního hospodářství. Na splnění těchto úkolů je závislý další rozvoj našeho hospodářství. Znalosti Popularizátoři vědy při aktivním seznámení s výukovým modulem budou schopni seznámit zájemce o vědu se základními principy fungování vodního hospodářství jako dlouhodobě nedílné součástí národního hospodářství ČR. Dále poznají různé druhy vodohospodářských staveb, jejich účel a význam. Získají základní znalosti o problematice plánování v oblasti vod a informačních zdrojích aktuálních informací o stavu povrchových a podzemních vod v rámci ČR. Dovednosti ČAS POTŘEBNÝ KE STUDIU Čas potřebný ke studiu je 32 hodin. 6

7 SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK BSK ČHMÚ ČOV DIBAVOD HEIS NL POVIS RL Biologická spotřeba kyslíku Český hydrometeorologický ústav Čistírna odpadních vod Digitální báze vodohospodářských dat Hydroekologický informační systém Nerozpuštěné látky Povodňový informační systém Rozpuštěné látky 7

8 Seznam symbolů a zkratek ČAS POTŘEBNÝ KE STUDIU KLÍČOVÁ SLOVA RYCHLÝ NÁHLED V MODULU CÍL ÚKOLY K PROCVIČENÍ KONTROLNÍ OTÁZKA ŘEŠENÍ SHRNUTÍ KAPITOLY 8

9 ČÁST A SEZNÁMENÍ POPULARIZÁTORA VĚDY S TÉMATEM CÍL Po úspěšném a aktivním absolvování Získáte znalosti o souvislostech a vztazích v rámci vodního hospodářství a na vodu vázaných ekosystémů. Způsoby hospodaření s vodou a vodními zdroji, její využívání k rozvoji lidské společnosti v daném území. Základní přehled o vodních dílech a stavbách, jejich účelu a využívání. Dále se rovněž seznámíte s problematikou plánování v oblasti vod. Znalosti Získané znalosti použijete při výuce a činnostech v rámci environmetální výchovy. Dovednosti KLÍČOVÁ SLOVA Vodohospodářské stavby, hydromeliorační stavby, závlahy, vodní nádrže, revitalizace toků, plány v oblasti vod, povodně, čištění odpadních vod, úprava vod, kanalizační sítě, vodovody a vodojemy. ČAS POTŘEBNÝ KE STUDIU Čas potřebný ke studiu je 4 hodiny. 9

10 ÚVOD Vodní hospodářství se zabývá racionálním a komplexním využíváním zdrojů podzemní a povrchové vody, péčí o jejich čistotu a ochranou před škodlivými účinky vody. Pro náš stát je zvlášť důležité účelné využívání vodních zdrojů, protože následkem nepříznivých přírodních podmínek je jejich kapacita značné omezená. Zajištění vody, potřebné pro obyvatelstvo, průmysl a zemědělství, představuje v současné době společně s odváděním a čištěním odpadních vod hlavní úkoly vodního hospodářství. Na splnění těchto úkolů je závislý další rozvoj našeho hospodářství. Pro splnění úkolů vodního hospodářství je třeba budovat inženýrské stavby speciálního druhu, tj. vodohospodářské stavby, které mohou sloužit velmi odlišným účelům. Proto vodohospodářské stavby lze rozdělit ještě na hydrotechnické, hydromeliorační a zdravotně inženýrské stavby. Mezi hydrotechnické stavby patří přehrady, jezy, vodní elektrárny, úpravy toků, vodní cesty apod. Hydromeliorační stavby jsou určeny především pro zemědělství a jejich účelem je úprava vodního režimu v půdě pomocí závlah nebo odvodnění, včetně ochrany povodí vzhledem k účinkům vody. Zdravotně inženýrské stavby slouží k jímání, úpravě a dopravě vody a k odvedení a čištění odpadních vod. Přiřazujeme k nim i lázeňské stavby a objekty spojené s rekreací u vody. Součástí tohoto učebního textu je i problematika vodohospodářských soustav se zaměřením na vodní nádrže, které jsou nejdůležitějším prvkem těchto soustav a stručný přehled státní správy ve vodním hospodářství, plánování v oblasti vod a informačních systémů ve vodním hospodářství. 10

11 1. VODOHOSPODÁŘSKÉ STAVBY Hydrotechnické stavby Úpravy vodních toků K hlavním úkolům úpravy vodních toků patří protipovodňová ochrana pozemků a objektů, úprava odtokových poměrů a splaveninového režimu, stabilizace břehů a dna, umožnění odběru vody, plavebního, energetického a rybářského využití, umožnění zaústění, úprava hladiny podzemní vody v přilehlém území, zvýšení účinků samočisticích procesů ve vodním toku, zvýšení estetické funkce vodního toku v krajině aj. Úprava toků se netýká jen vlastního koryta, ale celého přilehlého území, jehož vodní poměry souvisejí s tokem. Společně se stavebně technickou úpravou je třeba řešit biologické, resp. ekologické změny, které se úpravou vyvolají. Tyto změny je třeba předvídat a úpravy navrhnout a provést tak, aby se zlepšily celkové vodní i krajinné poměry. Úpravy toků pojímáme jako soubor vodohospodářských, lesnických, zemědělských a podle potřeby i jiných zásahů a opatření na toku, jeho přítocích a celé ploše povodí, jejichž účelem je zabránit nebo alespoň zmírnit škody způsobené tokem a dosáhnout jeho větší užitečnosti. Na tocích se buduje řada staveb, jsou jimi např. jezy, stupně, zaústění různých recipientů. Při návrhu úprav vodních toků se musí přihlížet především k podmínkám přírodním, technickohospodářským, územnímu plánování, ochraně přírody a životního prostředí. K hlavním podkladům, potřebným pro návrh úpravy toků patří územní plán, vodohospodářská studie dané oblasti, projektové dokumentace realizovaných, plánovaných a dotčených úprav a vodních děl, hydrologické údaje, podklady biologické a zemědělsko-výrobní, údaje o podzemních vedeních, hydromeliorační úpravy v zájmovém území apod. Zásady úpravy vodních toků vycházejí z účelu, který má vodní tok splnit, tj. odstranění záplav a břehových natrží, směrové stabilizaci vodního toku, úpravě hladiny podzemní vody v přilehlém území, umožnění odběru vody, odstranění hygienických závad, zaústění přítoků, dešťové kanalizace, odpadů, odvodňovacích zařízení a plavby. Při úpravě vodních toků se musí vyřešit odtokové poměry v údolní nivě, trasa vodního toku, podélný sklon, niveleta dna, příčný profil koryta vodního toku, splaveninový režim, vlivy zaústění, opevnění koryta a objekty na toku. Návrhový průtok Qa se stanoví v souvislé zástavbě a průmyslových areálech Qa > Q50 (50-letý průtok), v intenzivně obhospodařovaných vinicích a chmelnicích Qa > Q20, u orné půdy se používá Q5 až Q20, v oblasti luk a lesů Q2 až Q5. U složených profilů se návrhový průtok pro dimenzování kynety se volí v rozmezí třicetidenní až jednoleté vody. Trasa vodního toku má splňovat optimální požadavky z hlediska technického, biologického, ekonomického a estetického, musí umožňovat plynulý odtok vody, ledochod, příp. vodní dopravu. Konkávní břehy se umísťují do rostlého terénu. Průkopy a napřimování vodních toků se navrhuje zcela výjimečně, ve zdůvodněných případech. Úhel křížení vodního toku s liniovými stavbami (silnice a železnice apod.) nemá být menší než 60. Trasu vodního toku tvoří přímé úseky, jednoduché a složené oblouky postupně navazující přechodnou křivkou na přímý úsek. Kruhový oblouk se navrhuje pouze při středovém úhlu do 20, ve stísněných poměrech a při malých rychlostech vody. Složené kruhové oblouky se navrhují souměrné, přibližně stejné délky. Poloměry oblouků se určují v závislosti na šířce hladiny a nemají být menší než 6B, kde B je šířka hladiny při navrhovaném průtoku. Mezi kruhové oblouky se vkládají přímé úseky minimální délky 2 až 4B, kde 11

12 B je šířka hladiny v korytě vodního toku. Použijí-li se k přechodu lemniskáty, přímé úseky není třeba navrhovat. Objekty na vodním toku, jako stupně a skluzy se navrhují v přímé trati. Podélný sklon nivelety dna vodního toku se plynule zmenšuje od pramene k ústí. Při návrhu podélného profilu se musí zohlednit odolnost dna při návrhovém průtoku. Podélný sklon dna musí zajistit stabilitu dna vodního toku. Výšková poloha dna se navrhuje s ohledem na optimální výšku hladiny podzemní vody v přilehlém území a se zřetelem na provoz vodních děl na toku, zaústění přítoků, odpadů a výpustí. Ve vodním toku se navrhují tůně a přirozené úkryty pro vodní živočichy. Příčný profil koryta vodního toku se stanoví v závislosti na poměru velkých a malých průtoků, návrhovém stupni ochrany a na poměrech místních, tj. zda se jedná o území zastavěné, intenzívně zemědělsky obdělávané apod. Zvláštní pozornost se musí věnovat vlivu objektů na průtočný profil a sklony svahů určuje stabilita zemních materiálů. Příčný profil se navrhuje lichoběžníkový (prostý lichoběžníkový, složený lichoběžníkový, lichoběžníkový s opěrnými zdmi), obdélníkový s opěrnými zdmi, kombinovaný, nepravidelný apod. Ve většině případů, kde je to možné, se navrhuje přírodní uspořádání s využitím místních materiálů a vegetace ke zpevnění břehů a dna Opevnění koryta vodního toku Opevnění koryta vodního toku se stanoví v závislosti na odolnosti koryta proti účinkům proudící vody, vlnění, chodu splavenin a ledů, povrchově stékající vody apod. Koryto vodního toku se opevňuje tam, kde nestačí jeho přirozená odolnost. Dříve často používané způsoby opevnění jsou znázorněné na obr Ve městech, kde je málo volného prostoru kolem vodního toku, se navrhují příčné profily koryt s opěrnými zdmi. Výběr opevnění ovlivňují hlediska krajinářská, odtoky vody, chod splavenin, eroze srážkovou vodou, možnosti výstavby, dostupné materiály, údržba apod. Opevnění se opatřují filtrem, je-li nebezpečí vzniku vymílání, kontaktní sufóze apod. K opevnění dna se používají pohozy, štětování, dlažby, záhozy apod. Objekty na vodních tocích se nesmějí stát překážkou v přirozeném pohybu ryb a dalších vodních živočichů. Navrhují se pro ně migrační objekty (rybí přechody, neboli rybochody). Obr Různé způsoby opevnění svahů vodních toků a) haťové, b) se záhozovou patkou, c) kamennou dlažbou a d) betonovou dlažbou Zdroj: Mareš, K. a kol.,

13 Obr Příklad opevnění svahů vodních toků záhozovou patkou (řeka Bělá v Mikulovicích) Zdroj: VÚV TGM, 2010 Svahy se opevňují vegetačními prostředky zejména osetím, drnováním, haťovými povázky a válci, zápletovými plůtky, haťoštěrkovými stavbami a nevegetačními prostředky, především kamennými pohozy, štěrkovými koberci, záhozy, kamennými a výjimečně betonovou dlažbou, drátokamennými matracemi (gabiony), nábřežními zdmi, dřevěnými sruby aj. Vegetační a nevegetační úpravy se mohou vzájemně kombinovat. K opevnění břehů se používají i biologické způsoby ochrany, především vegetace. Zaústění přítoků se navrhuje zpravidla do konkávní strany vodního toku. Osa přítoku má svírat s osou vodního toku (tečnou k ose) úhel menší než 30 a sklon výustního toku má být stejný jako u hlavního toku. Okolí zaústění se zpevňuje Soustřeďovací a usměrňovací stavby Soustřeďovací a usměrňovací stavby se používají k soustředění vodního toku do navrženého koryta. Soustřeďovací stavby se dělí na podélné a příčné, pevné a pohyblivé. Příčné a podélné stavby se navrhují 0,3 m nad hladinou návrhového průtoku, při němž nastává průtok splavenin. Příčné stavby, nebo také výhony se navrhují vstřícně proti vodě nebo odchýlené po vodě. Soustřeďovací stavby se zřizují z lomového kamene, drátoštěrku, hatí a z kombinace více materiálů. O volbě rozhoduje jeho dostupnost. Zakládání příčných a podélných staveb se řídí hloubkou vody. 13

14 Obr Výhon na řece Morávce ve Vyšních Lhotách tvořený drátokamennými matracemi (gabiony) Zdroj: VÚV TGM, Ochranné hráze Ochranné hráze umožňují neškodné odvedení velkých vod inundacemi. Vodní tok se ohrazuje jednostranně, příp. oboustranně, návrhový průtok se volí na Q100. Výška hráze se volí s bezpečnostním převýšením minimálně 0,4 m, šířka koruny hráze činí minimálně 2 m a příčný profil hráze se posuzuje na stabilitu se zahrnutím vlivu proudění podzemních vod. Po koruně ochranných hrází se vedou zpravidla jen komunikace obslužné. Vjezd na hráze z veřejné komunikace bývá uzavřen závorami. Hospodářské cesty a veřejné silnice, které křižují hráze, jsou vedeny po rampách. Sklony svahů hrází jsou obvykle 1:2 až 1:3. Svahy a případně i koruna hráze jsou chráněny zatravněním, návodní strana mívá podle potřeby i těžší opevnění. Zemní materiál na stavbu hráze má být místní a podle možností se těží z koryta, ne však bezprostředně u paty hráze, aby nedošlo k ohrožení její stability a nadměrnému průsaku. V tělese hráze se navrhují hrázové výpustě, opatřené hradícím zařízením, umožňující gravitační vypouštění vody do toku. 14

15 Objekty na vodním toku Objekty na vodním toku jsou prahy, stupně, skluzy a jezy, mosty, propustky, lávky, brody, rampy, přívozy, nátoky, zaústění, rybí přechody, křížení s liniovými stavbami apod. Prahy stabilizují říční dno. Stupně, skluzy a jezy zmenšují podélný sklon vodního toku. Obr Spádový stupeň na řece Ostravici ve Frýdku-Místku Zdroj: VÚV TGM Křížení toku s komunikacemi (silniční, železniční), s průplavem, náhonem apod. nazýváme: Mostem - pokud jde o větší objekt s jedním a více poli, v místě mostu je přerušen šikmý sklon ohrazování komunikace, hladina se při maximálním navrhovaném průtoku nesmí dotýkat spodní části, Propustkem - menším objektem, zpravidla potrubního charakteru i vícenásobným vedle sebe kruhového, obdélníkového nebo čtvercového profilu Shybkou - potrubní objekt zpravidla kruhového průřezu se sestupnou větví v přítokové části a vzestupnou částí na odtoku za vodotečí. Počítáme jako krátké potrubí zpravidla s tlakovým režimem proudění. Rybí přechody je vhodné budovat zejména v místech nově vznikajících migračních bariér, a to především jako přírodě blízké (obtokové kanály, rybí rampy, balvanité (drsné) skluzy a další typy) na základě terénního průzkumu a biologického posudku odpovědného zpracovatele (zpravidla ichtyologa). 15

16 Technické dělení může být podle situačního umístění v korytě toku, v okolním terénu; podle možnosti přemístění rybochodu na trvalé a přenosné; podle uspořádání tratě vodoteče s nepravidelnou konfigurací nebo naopak s pravidelnou; podle potřeby obsluhy a nároku na zdroj energie je většina bez těchto nároků, jiné je mají, avšak proto, že využívají pro migraci ryb již vybudovaných zařízení jako např. plavebních komor, výtahů, přepouštěcích komor apod. Další dělení může být podle ekofyziologických nároků z hlediska využívání živočichy buď selektivní, nebo neselektivní a podle směru migrace proti proudu, oběma směry, po proudu. Podle účelu je lze dělit na jednoúčelové nebo víceúčelové. Obr Spádový stupeň s rybím přechodem na řece Ostravici v Pržně Zdroj: VÚV TGM, Revitalizace vodních toků Hlavním úkolem revitalizace (oživení) krajiny je odstranění, resp. zmírnění dopadu negativních opatření realizovaných v krajině a obnovení její ekologické funkce. Vodní hospodářství se podílí významnou mírou na procesech revitalizace, zejména úpravou vodního režimu krajiny, revitalizací vodních toků. K revitalizaci se přistupuje v případech, kdy je nějakým způsobem narušena ekologická rovnováha. Návrh revitalizačních opatření vyžaduje zpracování všech dostupných podkladů a podrobný průzkum území. Z hlediska vodohospodářských opatření se jedná o podklady měřické s podrobným zaměřením všech objektů a zařízení, které ovlivňují návrh. Podrobný výškopisný a polohopisný plán se doplní podklady o vlastnických vztazích. Do map se zakreslí všechny druhy sítí, vegetační 16

17 doprovod vodních toků, cest aj. Dalším důležitým údajem jsou hydrologické poměry klimatické (meteorologické) a průběh všech základních meteorologických činitelů, m-denní a N-leté vody, průzkum splavenin, kapacita objektů (mostních staveb) apod., dále pak inženýrsko-geologický, hydrogeologický a hydropedologický průzkum, biologický, kulturně sociální a hospodářský průzkum. Zvláštní pozornost je třeba věnovat jakosti vody, zdrojům znečištění, fyzikálním, chemickým a biologickým vlastnostem vody. Ekologická funkce vodního toku spočívá ve vytváření podmínek ekologické stability krajiny, spočívající v zajištění podmínek pro existenci zoocenóz a fytocenóz v toku a jeho okolí, v zabezpečení přirozeného odtoku a transportu splavenin, v zajištění průběhu nerušených samočisticích procesů, přirozené regulaci vodního režimu krajiny. Vodní toky jsou součástí (kostrou) ekologické stability krajiny, plní funkci biokoridoru. Důležitá je jejich funkce estetická, zejména ve spojení s doprovodnou vegetací. Nezanedbatelná je i funkce rekreační, sportovní apod. Při běžných úpravách vodních toků se věnuje hlavní pozornost úpravě odtokových poměrů, minimalizaci negativního dopadu velkých vod, úpravě hladiny podzemních vod, způsobu vyústění dešťových vod, čištěných splaškových vod, melioračních odpadů. Úpravou se ovlivňuje vývoj koryta vodního toku a splaveninový režim, odběr vody pro různé účely a další využití vodního toku. Revitalizace vodních toků je součástí krajinných úprav, které se přibližují přírodním podmínkám. Úkolem revitalizačních opatření je v řadě případů náprava nedostatků z předchozích úprav, kterými je narušení půdorysné členitosti vodního toku a tím i zvýšení podélného sklonu, narušení splaveninového režimu, zpevnění koryta tvrdými materiály, přílišné zahloubení koryta způsobující změnu hladiny podzemních vod, narušení vegetačního doprovodu, zornění inundace, výstavba objektů narušující migraci organizmů, neúnosné znečištěni vodních toků, difuzní znečištění, erozní účinky apod. Revitalizační opatření vycházejí z průzkumových podkladů a požadavků na druh, rozsah a postup revitalizačních úprav. Trasa toku se přizpůsobuje přírodním podmínkám s možností samostatného dotváření. Podélný sklon se navrhuje s ohledem na vývoj koryta, využívají se balvanité skluzy z místních materiálů. Příčný profil koryta má mít nepravidelné přírodní uspořádání, k opevnění se využívá vegetace a místní materiály (drn, kámen, dřevo apod.). Z objektů na toku jsou to skluzy, zpevňované prahy, stupně, křížení s komunikacemi. V korytě toku se vytvářejí tůně (stabilizované výmoly), rybí úkryty a přechody apod. 17

18 Obrázek Obr Upravené koryto řeky Ostravice ve Frýdku-Místku je v současné době ve vysokém stupni renaturalizace. Zdroj: VÚV TGM, Jezy Pojmem jez označujeme vzdouvací stavbu vybudovanou napříč vodním tokem, jejímž účelem je vytvořit vzdutí vody pro různé účely, jako je zajištění odběru vody (pro průmysl, zemědělství, zásobování obyvatelstva, energetiku apod.), soustředění spádu (pro využití energie vody), dosaženi požadované hloubky (pro plavbu), popř. stabilní stav dotčeného úseku toku. Doplňkovým účelem může být rekreační a sportovní využití jezové zdrže, zajištění žádoucího účinku v prostředí (např. ovlivnění režimu podzemních vod), dosažení krajinného popř. estetického přínosu atd. Přehrazením toku se vytváří jezová zdrž, tj. úsek toku se vzdutou hladinou. V jezové zdrži směrem k jezu rychlost proudění klesá, čímž se podmínky odlišují od volného toku (s ovlivněním splaveninového a zimního režimu). Výškový rozdíl hladiny v jezové zdrži a hladiny pod jezem se nazývá výška vzdutí neboli spád. Nejvyšší poloha hladiny ve zdrži je vodoprávně stanovena a při normálním provozu nesmí být překročena. V jezové zdrži je akumulován jistý objem vody. Zde se však nepředpokládá programové hospodaření s vodou (na rozdíl od nádrží), i když manipulacemi s uzávěry je možno krátkodobě ovlivnit vodní stavy v toku pod jezem. Zvýšená poloha hladiny ovlivňuje též režim podzemních vod v přilehlém území, ekologické podmínky vodního prostředí, tah ryb, teplotní poměry, samočistící procesy v toku, podmínky pro plavbu atd. Proto se současně s vlastní vzdouvací stavbou většinou budují další objekty, které 18

19 napravují komplikace související se vzdutím vody: rybí přechody, štěrkové propusti, plavební komory vorové a sportovní propusti. V rámci hospodářského využití vodního díla se budují odběrné objekty, kanály pro dopravu vody popř. pro plavbu, objekty vodních elektráren atd. Komplex těchto objektů často zahrnujeme pod pojmem zdymadlo (hlavně na splavných tocích). Někdy si požadovaná úroveň vzduté hladiny vynutí omezení zdrže zvýšením úrovně břehů výstavbou hrází rovnoběžných s tokem. Celková dispozice jezu (zdymadla) vyplývá jednak z místních podmínek, zejména topografických, geologických a hydrologických, jednak z koncepce úpravy a využití příslušného úseku toku. Často se navrhují kaskády jezových zdrží. Výhodné je, pokud je možno jezem (resp. přes jez) vést i extrémní povodňové průtoky, např. i 100- letý max. průtok (často se uvažuje provozní stav s jedním polem uzavřeným), a to bez zvýšení hladiny nad normální vzdutí (jednoduše lze zajistit hlavně u vysokých jezů). Někdy je nutno připustit zvýšeni hladiny vody ve zdrži za velkých povodní nad normální úroveň (celý průtok však přepadá přes jez). Časté jsou rovněž případy, kdy část povodňových průtoků v profilu jezu prochází mimo vlastní vzdouvací stavbu, tj. přilehlým inundačním územím (např. jezy na středním a dolním Labi). Návrh rozměrů jezu (jezových polí) se opírá o vztahy pro přepad vody, dále je nutno zvážit účinný způsob tlumení energie přepadající vody a přechod proudění do koryta pod jezem. Bezpečnost návrhu jezu, vedle nezbytné stability objektů, závisí na spolehlivém založeni, tj. zavázání vzdouvací konstrukce do podloží zajištujícím filtrační stabilitu mnohdy málo vhodných materiálů (náplavů toku) a přiměřenou nepropustnost, redukci vztlakových účinků a také zavázání do břehů. Tu hrozí příp. protržení při extrémních povodních. Podle koncepčního řešení se jezy dělí na pevné, u nichž je minimální úroveň vzdutí dána úrovní přelivné hrany jezového tělesa (okamžitá poloha hladiny závisí na průtoku) a na pohyblivé, u kterých se poloha vzduté hladiny udržuje pomocí pootevření (sklopení) jezových uzávěrů, které je v případě nutnosti (za povodně, při průchodu ledových ker) možno úplně vyhradit Pevné jezy Pevné jezy jsou běžným typem vodních staveb, hlavně na menších a středních tocích. Jsou budovány nejčastěji z betonu nebo železobetonu (popř. s kamenným obkladem), dříve hlavně z kamene popř. kombinace kamene a dřeva. Půdorysné uspořádání může být kolmé, šikmé, zakřivené, lomené, esovité popř. řešené atypicky v souladu se zvláštními místními podmínkami. Dřevěné jezy se budovaly pro malé hrazené výšky, kde dodnes působí velmi dobře v přírodním prostředí. Jejich použití je výhodné pro dočasné (ochranné) vzdouvací objekty při stavbě nebo opravě definitivních konstrukcí. Podstatně delší životnost mají roštové jezy na pilotách s kamennou výplní a obložením v koruně nebo jezy srubové (rovněž s kamennou výplní). Dnes se s nimi setkáváme hlavně při opravách, kdy se ukazuje většinou jako výhodné zachovat původní typ konstrukce. Jezy budované z betonu a kamene vzdorují jako gravitační těleso působícím silám. Podle tvaru vzdušního líce a přelivné plochy je možno rozlišit např. 19

20 - jezy lichoběžníkového průřezu se strmým vzdušním, jezy se skloněným vzdušním lícem a mírně zaoblenou přelivnou korunou, - jezy s proudnicovou přelivnou plochou. Proudnicová plocha může být vytvořena (při dané návrhové přepadové výšce) jako tlaková - proud přepadající vody je podpírán, jako bezpodtlaková - shodná s tvarem dolního obrysu přepadového paprsku, nebo jako podtlaková - s větší křivosti než spodní plocha přepadajícího paprsku. Výhodou podtlakové plochy je zvýšení kapacity přelivu. Obr Betonový pevný jez se štěrkovou propustí hrazenou stavidlovými uzávěry (řeka Ostravice ve Sviadnově) Zdroj: VÚV TGM, Pohyblivé jezy Jezové konstrukce opatřené jezovými uzávěry se navrhují tam, kde je třeba zajistit ustálenou hladinu vody ve zdrži nezávisle na průtoku, nebo aspoň do jistého povodňového průtoku; někdy je max. hladina jednoznačné stanovena jako nepřekročitelná. Podle účelů (funkcí), kterým jez slouží, se manipuluje s hradícími uzávěry. Manipulace jsou pro charakteristické provozní stavy a průtokové poměry předepsány manipulačním řádem díla. Podle typu uzávěru se průtoky přes jez uskutečňují přepadem (uzávěry se sklápějí, resp. spouštějí) nebo výtokem (uzávěry se zdvihají) popř. kombinací obou manipulací. 20

21 Hlavní části pohyblivého jezu jsou: - spodní stavba jezu, tvořená jezovým tělesem, dnem a prahem vývaru, - jezové pilíře, rozdělující jez na jezová pole; do břehů vzdouvací stavbu zavazují břehové pilíře s křídly, - pohyblivé uzávěry jezových polí. Další části zajišťují nezbytné funkční potřeby: - pohybovací mechanizmy, - komunikační spojení (lávka, chodba), - provizorní resp. nouzové hrazení (pro případ oprav nebo údržby hlavních uzávěrů). Spodní stavba jezu mívá hydraulicky vhodný tvar přelivné plochy. Pokud jezové uzávěry hradí celou výšku vzdutí, navrhuje se mírné nadvýšení nad úroveň dna ve tvaru zaobleného prahu (tzv. Jamborův práh), který jen velmi málo snižuje kapacitu jezu. V masivní spodní stavbě je možno zřídit přístupovou chodbu jako komunikační spojení mezi pilíři, která nahradí obvyklou lávku. Řešení vývaru závisí na podmínkách tlumení kinetické energie vody pod jezem. Při přechodu proudění do říčního (pod jezem) s výrazně vyvinutým vodním skokem dobře vyhoví klasický vývar. Často však jsou pod jezem hydraulické podmínky složitější a je nutno použít např. různých rozražečů ve dně a na prahu vývaru, odrazného můstku zajištujícího kombinaci povrchového a dnového režimu atd. I za vývarem je zvýšená vymílací schopnost proudění vody, a proto je nutno zajistit hydraulicky vhodný přechod vývaru do říční trati a zesílené opevnění této zóny. Návodní zhlaví pilířů se dělají zpravidla zaoblená popř. jiného vhodného tvaru, zejména pro omezení kontrakce proudící vody a usnadnění ledochodu. Jezové uzávěry je možno rozdělit podle významných znaků do více soustav. Podle způsobu pohybu se děli na zdvižné, spustné, otočné, sklopné, valivé. Podle způsobu přenášení tlaku vody je možno rozlišit uzávěry přenášející zatížení do pilířů, do spodní stavby, do pilířů i do spodní stavby. Dále jsou uzávěry s trvalou funkcí, provizorní, regulační a neregulační (fungují jen v poloze plně zahrazeno a plně vyhrazeno) atd. Podle charakteristických konstrukčních a funkčních znaků se ustálilo následující rozdělení jezových soustav: - segmentové, - poklopové, - stavidlové, - válcové, - hydrostatické, - hradidlové, - hradlové, - zvláštní. Z nich se dnes při výstavbě pohyblivých jezů nejčastěji uplatňují uzávěry segmentové a poklopové (klapky) popř. vhodné typy hydrostatických uzávěrů (např. sektorových). V nedávné minulosti byly oblíbeny též jezy stavidlové. Hradidlové a hradlové uzávěry, používané na počátku 20. století (např. na dolní Vltavě), se navrhují jako provizorní hrazení. 21

22 Charakteristickým znakem uzávěrů segmentových jezů je jejich otáčivý pohyb okolo vodorovné osy. Zatížení vodním tlakem, působící na hradící stěnu, která je většinou válcová, se přenáší rameny segmentů do čepů osazených nejčastěji v pilířích popř. ve spodní stavbě jezu. Střed křivosti hradicí stěny je zpravidla totožný s vodorovnou osou otáčení, většinou umístěnou nad úrovní hladiny dolní vody. K pohybu segmentů se běžné používají Gallovy řetězy uchycené na spodu uzávěru. Pohyb bývá oboustranný, přičemž je nutno zajistit synchronizaci obou pohybovacích mechanizmů, umístěných ve strojovnách na pilířích. V posledních letech se stále více používají i hydromotory. Boční ramena segmentu jsou bud kolmá k hradicí stěně, nebo šikmá a tvoří s nosnou konstrukcí tuhý rám. Těsnění prahové a boční se provádí nejčastěji z pryže. Jednoduché segmenty mohou být podle pohybu zdvižné nebo spustné. Pro jemnou regulaci je možno použít segmentů s nasazenou klapkou nebo segmentů dvoudílných. Segmentové jezy jsou velmi užívané konstrukce pro svou jednoduchost, malou spotřebu oceli a tím i malou tíhu i menší zdvihové síly. Nevýhodou je větší délka jezových pilířů. Je možno je výhodně použít nejen v jezových polích, ale i na přelivech přehrad a při hrazení výpustí. U jednoduchých zdvižných segmentů je nevýhodný výtok spodem (nikoliv přepad vody) při částečně vyhrazeném uzávěru, což brání průchodu plavenin přes vzdouvací stavbu. Obr Segmentový pohyblivý jez na řece Morávce ve Vyšních Lhotách Zdroj: Povodí Odry, s.p., 2005 U jezů poklopových je hradící těleso poklop v příčném řezu rovinného nebo vhodně hydraulicky zaobleného tvaru, otáčející se kolem vodorovné osy umístěné v jeho hradící stěně nebo v její blízkosti. Nejčastěji bývá osa otáčení umístěna na spodní stavbě. U starších typů uzávěrů je umístěna pod nebo nad hladinou vzduté vody. Pak poklopové uzávěry označujeme jako jezové klapky. Užívá se jich pro menší hrazené výšky jezových polí (do 3 až 4 m) buď jako samostatných uzávěrů nebo jako uzávěrů nasazených na jinou hradící konstrukci pro jemnou regulaci průtoků. Pohyb klapky může být buď mechanický nebo hydraulický, a to řetězem, cévovou tyčí, vřetenovou tyčí nebo 22

23 hydromotorem připojeným k jejímu hornímu konci. V poslední době se stále častěji používají klapky podpírané hydromotory. Jezové klapky jsou poměrné lehké konstrukce a při jejich návrhu je nutno zabezpečit, aby se zabránilo chvění uzávěru, vyvolávanému hydrodynamickými účinky přepadající vody a pulzacemi tlaku pod přepadajícím paprskem. Používají se proto rozražeče a zavzdušnění. Klapka je uchycena pomocí ložisek ke spodní stavbě. Konstrukčně bývá řešena jako dutá, troubová popř. desková. Výhodou klapek je jednoduchá výroba a poměrně malá spotřeba oceli. Při vhodném umístění pohybovacích mechanizmů je možno výrazně snížit pilíře (s příznivým estetickým účinkem). Při podepření hydromotory je možno zatížení plně přenést do spodní stavby. Obr Poklopový jez na Ostravici v Ostravě Kunčicích Zdroj: VÚV TGM, 2010 Hradící deska stavidlových jezů se pohybuje ve svislém směru a je vedena v drážkách pilířů. V minulosti byly používány členěné konstrukce, kdy se jednotlivá stavítka pohybovala v drážkách stavidlových rámů nebo slupic vzdálených mezi sebou 1-2 m. Celistvé stavidlové uzávěry hradí jezová pole o světlosti až 25 m. Hradicím prvkem je ocelová tabule, tvořená dvěma nebo více vodorovnými nosníky, které přenášejí zatížení prostřednictvím podvozků, pojíždějících po kolejnicích osazených v drážkách, do pilířů. Při malých světlostech je pohyb v drážkách zajišťován pouhým smykem. Stavidla jsou oboustranně zavěšena pomocí Gallových řetězů popř. cévových tyčí (při malých rozměrech). Pohyb je zajišťován pomocí mechanizmů ve strojovnách na pilířích. Podle 23

24 způsobu manipulace mohou být stavidla zdvižná nebo spustná. Pro jemnější manipulaci se někdy používá stavidel dvoudílných nebo s nasazenou klapkou. Stavidlové jezy jsou vhodné pro velké světlosti jezových polí a velké hrazené výšky. Jejich výhodou je bezpečnost, odolnost proti namrzání, nárazům a také snadné opravy. Nevýhodná je velká výška jezových pilířů a poměrné velká spotřeba oceli, které si vynucují výkonné pohybovací mechanizmy. Jezy válcové se dnes již pro velkou spotřebu oceli prakticky nenavrhují, při rekonstrukcích je však obtížné nahradit válcový uzávěr jiným typem. Hradicím tělesem je vodorovný válec, na jehož koncích jsou pevně připojeny ozubené věnce. Pohyb válce je valivý po ozubnicích skloněných od vodorovné roviny pod úhlem 70 až 80, do nichž se přenáší veškeré zatížení. Válec se pohybuje mechanicky zpravidla pomocí Gallova řetězu. Pro větší hrazené výšky bývá na válci nasazen horní nebo dolní štít. Válcové jezy se používaly pro velké světlosti jezových polí na řekách s těžkým ledochodem, kde se plně uplatnila jejich robustnost konstrukce. Obr Válcový jez na řece Olši v Třinci Zdroj: VÚV TGM, 2010 Jezy hydrostatické jsou takové jezové konstrukce, jejichž pohyb se děje působením hydrostatického tlaku vzduté vody na uzávěr, bez jakýchkoliv pohybovacích mechanizmů. Jejich charakteristickým znakem je tlačná komora vytvořená ve spodní stavbě pod hradícím tělesem. Spojením této komory s horní vodou přetlak vody působící na uzávěr jej udržuje ve vztyčené poloze (popř. zvedá), je-li tlačná komora spojena s dolní vodou, konstrukce se sklápí. 24

25 Podle základních znaků hradícího tělesa a podle funkce je dělíme na poklopové, sektorové, segmentové atd. Mezi poklopové uzávěry řadíme různé typy, zejména vahadlové. Konstrukce vahadla se skládá ze dvou poklopů, v místě osy otáčení pevně spojených, a uchycených na spodní stavbě. Poklopy mohou být vzájemně různě postavené. Hydrostatický sektorový uzávěr je tvořen návodní stěnou (krycí poklop) a přelivnou stěnou (hybný poklop), připojenou na vzdušní straně ložisky ke spodní stavbě. Hydrostatický jezový uzávěr segmentový může být řešen s ložisky na vzdušní popř. na návodní straně. Výhodou hydrostatických jezů je jednoduchá obsluha, možnost automatické regulace, menší spotřeba oceli, možnost hradit otvory o velké světlosti a nízké jezové pilíře (bez strojoven). Pouze jeden ovládací pilíř musí být až nad hladinou největších povodní (nebo s vodotěsným zajištěním pro případ přelití). Nevýhodou je složitá spodní stavba, často náročná na provedení, vysoké nároky na těsnění a možnost zanášení tlakové komory splaveninami. Zvláštní jezové konstrukce jsou takové typy uzávěrů, které se liší v základních znacích od předchozích soustav. Dnes se používá např. vakový jez, jehož hradícím tělesem je vzdouvací vak připevněný ke spodní stavbě a bočním stěnám pomocí pevné zakotvených ocelových lišt. Vak je plněn čerpadlem tlakovou vodou a naplněn je ve vztyčené poloze. Vypouštěním tlakové vody je možno konstrukci vyhradit. Konstrukce vaku z pogumovaných textilií je velmi jednoduchá a lze ji snadno namontovat. Nevýhodou je poměrné snadná možnost poškození vaku. Obr Vakový jez na Husím potoku Zdroj: Povodí Odry, s.p., 2005 Pro umožnění prohlídky, údržby a oprav jezových uzávěrů, spodní stavby atd. bez vypuštění jezové zdrže osazuje se dočasně před vlastní uzávěr ze strany horní vody a podle potřeby i ze strany dolní 25

26 vody provizorní hrazení, které sahá 0,15 až 0,50 m nad příslušnou hladinu. Provizorní hrazení musí dobře těsnit, snadno a rychle se osazovat nebo vyhrazovat a nemá vyžadovat další úpravy na pevné nebo pohyblivé části jezu. Jelikož s provizorním hrazením není možné manipulovat, vyrábí se pro pohyblivý jez o několika polích stejných rozměrů pouze jedna sada proti horní a popř. i jedna proti dolní vodě. Osazuje se buď ručně s použitím malých mechanizmů anebo se připlaví, popř. se osadí pevnými nebo pojízdnými jeřábky a to buď do klidné (pomocné hrazení) nebo proudící vody (nouzové hrazení). Častější případ je osazování do klidné vody, kdy vlastní uzávěr příslušného jezového pole je ve vztyčené poloze. Jako provizorních uzávěrů se nejčastěji používá hradidel (pro malé světlosti dřevěných, pro větší světlosti ocelových), která jsou osazována ručně, jeřáby nebo připlavována. Jedná se o vodorovné trámce, které přenášejí zatížení vodou do drážek v pilířích. Uloženy na sebe (s těsněním) vytvářejí hradící stěnu. Vyhrazují se při oboustranně vyrovnaných hladinách vody. Pro hrazené výšky do 5 m se dobře uplatní provizorní hrazení vytvořené jako hradlový jez s vyjímatelnými slupicemi, které mohou být nahrazeny vodorovným skříňovým nosníkem připlavovaným do drážek v pilíři (slouží zároveň jako lávka, z níž jsou hradla osazována). Hradla jsou trámky (dřevěné popř. ze slitin ev. plastů - duté) stavěné ve sklonu 10 : 1, které se spodním koncem opírají o ozub ve spodní stavbě a horním koncem o vodorovný nosník nad úrovní hladiny vody. Těsně sraženy k sobě vytvářejí hradící stěnu. U původních hradlových jezů opěrnou konstrukci vytvářely slupice sklopné do dna, v sestavě provizorního hrazení jsou většinou vyjímatelné. Vodorovné spojovací tyče mezi slupicemi vytvářejí opření pro hradla Přehrady Údolní nádrže a přehrady patří k důležitým vodohospodářským stavbám, tvořícím v řadě případů jeden ze základních článků vodohospodářských úprav, na něž navazují další vodohospodářské úpravy a stavby. Jejich potřeba v zemích bez moří, velkých jezer a s převahou horních toků je přirozeně vyšší. Mají význam nejen pro akumulaci vod a víceúčelové využití, ale podílí se na tvorbě klimatu i na zvětšení zásob podzemních vod Konstrukce přehrad Vlastní přehradu tvoří vzdouvací stavba, přehrazující údolí toku a uzavírající prostor vodní nádrže využívané k řízení odtoku. K nejdůležitějším objektům patří přehradní hráz, výpustná, odběrná zařízení a bezpečnostní přeliv. Přehrady se dělí podle použitého materiálu, stavební konstrukce aj. Podle použitého stavebního materiálu se dělí přehradní hráze do dvou skupin. Do skupiny hrází z nesoudržných materiálů patří hráze zemní, u nichž podstatnou část tvoří zemina. U hrází kamenitých stabilizační část tvoří kamenivo, těsnící část hráze zajišťují rozdílné těsnící materiály. Hráze se navrhují homogenní a heterogenní. Těleso převažujících heterogenních hrází tvoří část stabilizační, přenášející zatížení do podloží a část těsnící, zajišťující nepropustnost hráze. Hráze ze soudržných materiálů se dělí na betonové, u nichž přehradní těleso je zhotoveno z prostého, železového nebo předpjatého betonu. Hráze zděné jsou zhotovené nejčastěji z kamene spojeného pojivem. Hráze ocelové a dřevěné mají přehradní těleso zhotovené z oceli, dřeva apod. Hráze kombinované tvoří kombinace různých materiálů. 26

27 Zemní a kamenité hráze mají lichoběžníkový příčný profil, výška hráze vychází z kóty nejvyšší hladiny a výšky bezpečnostního převýšení, vycházející z výšky dosahu vlnobití při kritických rychlostech větru a bezpečnostního převýšení. Sklony svahů vycházejí z vlastností materiálů použitých na stavbu hráze. Sklon svahu může být jednotný, odstupňovaný a případně přerušený lavičkou. Stabilitu svahu je třeba prokázat výpočtem, používají se k tomuto účelu metody mechaniky zemin. Návodní svah hráze se opevňuje proti účinkům vlnobití, ledu, kolísání hladiny, přívalovým dešťům. K tomuto účelu se používá kamenná dlažba, rovnanina nebo pohoz. Vyplavování jemných částic z hráze zabraňuje vhodný filtr. Vzdušní svah se nejčastěji ohumusuje a oseje vhodnou travní směsí. Do paty hráze se umísťuje odvodňovací drenáž. Obr Příčný řez sypanou zemní hrází nádrže Těrlicko Pozn.: 1. těsnící jádro ze spraší, 2. filtr 3. proluviální štěrk, 4. proluviální štěrk prokládaný haldovinou, 5. pohoz ze strusky, 6. dlažba z betonových prefabrikátů, 7. injekční clona, 8. štěrkový drén, a. náplavové hlíny, b. údolní štěrk, c. jílovitá břidlice Zdroj: Povodí Odry, s.p., 2005 Kamenité (balvanité) hráze se odlišují od zemních tím, že obsahují maximálně 15 % zrn menších než 100 mm. Těsnící část na návodním líci, nebo uvnitř tělesa hráze tvoří zeminy, beton, železobeton, asfaltobetony nebo fólie z plastů. Svahy kamenitých hrází jsou obvykle strmější (1:1,2 až 1:1,5). V řadě případů bylo využito střední, nebo návodní asfaltobetonové těsnění. Obr Příčný řez hrází sypané kamenité hráze nádrže Šance Pozn.: 1. hliněné těsnící jádro, 2. filtr, 3. štěrk, 4. štěrk a sutě s netříděným lomovým kamenem, 5. drcený lomový kámen (pískovec), 6. beton, 7. injekční štola, 8. drén, a. údolní štěrk, b. pískovec s vložkami jílovitých břidlic Zdroj: Povodí Odry, s.p.,

28 Hráze zděné a betonové se podle konstrukčního uspořádání a statického řešení, tj. přenosu sil od zatížení přehrady do podloží, dělí na tížné, klenbové, členěné a spojené s podložím. Přehrady zděné a betonové se dělí podle výše uvedených hledisek na hráze: tížné, u nichž každý blok je omezen dvěma svislými řezy, kolmými na osu přehrady, je schopen samostatně vlastní tíhou vzdorovat zatížení na něj působícímu a přenášet jej do podloží, hráze tížné vylehčené, u nichž je v části přehradního tělesa vytvořena dutina, tížné pilířové je složené z masivních pilířů, jejichž zhlaví jsou na návodní straně rozšířená, dotýkají se a takto vytváří hradící stěnu. Každý pilíř je schopen přenášet do podloží vlastní tíhou zatížení na něj působící, tížná s klenbovým účinkem tvoří přechodový typ mezi tížnou a klenbovou hrází, u níž část zatížení se přenáší tížným účinkem do podloží a část zatížení se přenáší klenbovým účinkem do boků údolí, členěné deskové se skládají z hradící stěny, kterou tvoří desky a pilíře, do nichž se přenáší zatížení, členěné klenbové mají hradící těleso vytvořené ze soustavy kleneb, které přenášejí zatížení do pilířů, klenbové a kupolové, u nichž se přenáší převážná část zatížení klenbovým účinkem do boků údolí, kotvené jsou spojené s podložím soustavou předpjatých kabelů a kotev, předpjaté, zhotovené z předpjatého betonu, kombinovaná tvoří kombinaci hráze např. betonové s hrází zemní. Obr Příčný řez betonovou tížní hrází nádrže Kružberk Pozn.: 1. tabulový uzávěr, 2. segmentový uzávěr, 3. zavzdušnění, 4. injekční štola, a. břidlice Zdroj: Povodí Odry, s.p.,

29 Objekty na přehradách Přehrady se vybavují spodními výpustmi, bezpečnostními přelivy, odběrnými objekty a zařízeními na tlumení kinetické energie vytékající nebo přepadající vody. Jako spodní výpusti se používají nejčastěji ocelové trouby zabudované do tělesa hráze nebo častěji ocelová potrubí umístěná ve štole. Potrubí se ukládá v mírném sklonu a opatřuje se na návodní straně hrubými česlemi. Na potrubí jsou umístěny zpravidla tři uzávěry, revizní a dva provozní. Uzávěry provozní zajišťují plynulý regulovaný odtok vody, revizní plní funkci bezpečnostních uzávěrů a slouží i k dočasnému uzavření při opravě provozních uzávěrů. Uzávěry jsou konstruovány pro různé tlaky a různé rychlosti uzavírání, s obsluhou ruční, elektrickou nebo hydraulickou. Jako provozní regulační uzávěry se používají uzávěry segmentové, válcové, jehlové a kuželové, jako záložní neregulační uzávěry se navrhují stavidla, Šoupátka a klapkové uzávěry. U přehrad z nesoudržných materiálů se výpustné zařízení navrhuje jako dlouhé ocelové potrubí umístěné ve štole procházející hrází, nebo ražené v boku údolí. Alternativním řešením je krátké tlakové potrubí ústící do odpadní štoly s průtokem o volné hladině. Návodní uzávěr na výpustném zařízení se často umísťuje do věžového objektu, který se v mnoha případech kombinuje s odběrným zařízením, ale i s bezpečnostním přelivem, s nimiž tvoří sdružený objekt. Odběrné objekty slouží k odvedení vody pro vodárenské, závlahové, energetické aj. účely. Tvoří je obvykle regulovatelný odběr umístěný v různých výškách nádržního prostoru. U údolních nádrží se umísťují odběrná zařízení buď přímo do přehradní hráze, nebo do speciálního věžového objektu. Prvý způsob odběru je vhodný pro tížné betonové hráze. Jednotlivé odběry jsou situovány v různých výškových etážích, což umožňuje odběr vody z vrstvy s nejkvalitnější vodou. Při odběru vody z přehradních nádrží se zemní hrází se používají věžové odběry. Odběrné potrubí se připojuje k etážovým odběrům regulačními šoupátkovými uzávěry a zavěšuje se pod klenbu výpustné štoly. Obr Věžový odběrný objekt na nádrži Šance Zdroj: VÚV TGM,

30 Bezpečnostní přelivy slouží k neškodnému převedení velkých vod přes přehradní těleso. Bezpečnostní přelivy u přehrad ze soudržných materiálů se navrhují korunové a postranní, u přehrad z nesoudržných materiálů boční, šachtové, kašnové, žlabové a násoskové. Bezpečnostní přeliv se navrhuje nehrazený, příp. i hrazený. Přelivy se často doplňují pohyblivou hradící konstrukcí, stavidly, segmenty, sektory a klapkami. Obr Bezpečnostní přeliv na nádrži Olešná Zdroj: VÚV TGM, 2010 Další funkční objekty a součásti podle potřeby jsou vodní elektrárny, sdružené objekty, odběrné objekty, lodní výtahy a zdvihadla, objekty pro obsluhu či zajištění bezpečnosti apod Vodní cesty Základními druhy kontinentální dopravy jsou silniční, železniční, vodní, letecká, potrubní, městská hromadná a speciální doprava. I když nelze zcela pominout význam vodní dopravy při přepravě osob, dominantní pozici zastává v nákladní dopravě, která se převážně uskutečňuje jako kombinovaná (s nezbytným překládáním z jednoho dopravního prostředku na druhý). Vodní doprava se dělí na námořní a vnitrozemskou. Vnitrozemská plavba se uskutečňuje na přirozeně splavných tocích a jezerech (včetně umělých nádrží vybudovaných pro jiné účely), na vodních tocích splavněných regulačními úpravami podle zásad ověřených pro úpravy toků (s přihlédnutím k potřebám plavby), 30

31 na vodních tocích splavněných zřízením na sebe navazujících jezových zdrží s plavebními komorami nebo lodními zdvihadly na jednotlivých stupních, na průplavech, tj. na uměle vybudovaných vodních cestách. Pro přepravu nákladů se převážně používají nákladní čluny bez vlastního pohonu. Pohon zajišťují remorkéry, dnes téměř výlučné pracující jako tlačné, které před sebou postrkují člun nebo více člunů sestavených v lodní soupravu. Dlouhodobý, avšak nerovnoměrný vývoj vodních cest v Evropě vedl v minulosti ke značné nejednotnosti technických parametrů. S cílem odstranit tento nepříznivý stav byla, v souladu s rozměry typových člunů a remorkérů, vypracována evropská klasifikace vnitrozemských vodních cest. Podle této klasifikace jsou evropské vodní cesty rozděleny do šesti tříd (I až VI). Současně bylo rozhodnuto, že evropské vodní cesty mezinárodního významu budou budovány tak, aby odpovídaly nejméně požadavku IV. klasifikační třídy umožňující plavbu lodí odpovídajících svými parametry typovému člunu Evropa II o délce 76,5 m, šířce 11,4 m, ponoru 2,5 m a nosnosti 1660 t Splavňování vodních toků Přirozeně splavné jsou především velké nížinné toky a dále jezera, popř. nádrže údolních přehrad, kde jsou za libovolného průtokového stavu zajištěny plavební parametry (hloubka a šířka plavební dráhy, parametry oblouků). U toků, které tyto požadavky nesplňují, je možno regulačními úpravami zajistit podmínky pro plavbu odpovídající příslušné klasifikační třídě vodních cest. Splavnění toku regulačními úpravami se opírá o ověřené techniky úprav toků, přičemž je nutno respektovat hledisko rovnovážného stavu v podélném profilu, tj. vyrovnaný přísun a odnos splavenin, požadavek plavební hloubky, dané ponorem typové lodě a bezpečnostní vzdáleností ke dnu plavební dráhy (tzv. marží, která se běžně volí 0,5 až 1 m), šířku plavební dráhy, minimální poloměry oblouků v trase, které se udávají jako k-násobek délky typové lodní soupravy. Hodnota k, se pro tlačné soupravy zpravidla uvažuje 2,0 až 3,5. Trasa se vytváří z plynulých protisměrných oblouků vhodné délky a tvaru bez dlouhých mezipřímek tak, aby koryto zůstalo stabilní a nedocházelo v něm k vymílání a zanášení. Požadovaná hloubka v plavební dráze se dosáhne plynulým zúžením koryta pomocí soustřeďovacích staveb různého typu. K zajištění požadovaných plavebních hloubek a tím i k zvýšení zabezpečenosti vodní dopravy může výrazně přispět i nalepšování průtoků z nádrží. Pokud není možné zajistit v málovodných obdobích požadovanou plavební hloubku, tj plnosplavnost, je nutno omezit náklad plavidel. Zásadní předností splavňování toků regulačními úpravami je plynulost plavebního provozu (bez narušení plavebními stupni) a z ní vyplývající vysoká dopravní kapacita, bezpečnost a bezporuchovost. Na úsecích řek, kde regulačními úpravami nelze dosáhnout požadované plavební hloubky, nebo výsledky nejsou úměrné vynaloženým nákladům, přistupuje se ke splavnění toků kanalizační metodou. Její podstatou je rozdělení toku na úseky (zdrže) zdymadly tak, že v každé zdrži Jsou 31

32 zajištěny požadované plavební hloubky při všech průtocích. Plavební stupně - zdymadla se skládají ze vzdouvacího zařízení, kterým bývá zpravidla pohyblivý jez nebo přehrada a z plavebního zařízení - plavební komory popř. lodního zdvihadla, jímž se loď přepravuje z jedné zdrže do druhé. Pokud vzdutí každého plavebního stupně dosahuje až k výše ležícímu stupni tak, že je pod ním zajištěna potřebná plavební hloubka, mluvíme o úplné kaskádě. Nedosahuje-li vzdutí až k výše ležícímu stupni a požadovaná hloubka se získává probagrováním dna řeky na délku l, jedná se o neúplnou kaskádu (obr ). Obr Splavnění toku kanalizační metodou Zdroj: Medřický, V, 2006 Je-li plavební komora situována bezprostředně při vzdouvací stavbě, nazýváme toto uspořádáni říčním schématem (obr a). Je-li umístěna na kanále, jedná se o derivační schéma (obr b). Obr Základní dispoziční řešení plavebního stupně Zdroj: Medřický, V, 2006 Výhodou kanalizačního splavnění je zajištění dostatečných plavebních hloubek, zmenšení rychlosti proudění vody a zmenšení odporu lodí při plavbě. K nevýhodám tohoto způsobu splavnění patří časová ztráta při proplavování plavidel plavebními komorami (zdvihadly) a při čekání na proplavení a dále ukládání splavenin, způsobené pomalým prouděním, i dřívější zamrzání hladiny. 32

33 Charakteristickým znakem vodních děl na kanalizovaném toku je jejich víceúčelovost. Hlavními uživateli bývají plavba a energetika. Vždy je třeba věnovat mimořádnou pozornost výběru optimálního schématu soustavy tak, aby návrh respektoval zájmy všech uživatelů Vnitrozemské průplavy Vnitrozemské průplavy jsou umělé vodní cesty, které navzájem spojují splavné nebo splavněné toky popř. jezera, napojují na vodní cestu vzdálená průmyslová centra, naleziště surovin, dopravní uzly atd. Průplav je zpravidla rozdělen plavebními stupni na stupnici plavebních zdrží, čímž se koncepčně blíží splavnění toků kaskádou jezových zdrží. Průplav je však nutno uměle zásobovat vodou. Trasa průplavu spojuje výchozí místa co možná optimálně s ohledem na místní podmínky, přičemž je třeba respektovat připojení významných výrobních a obchodních center a napojení na železniční, dálniční a silniční síť. Trasa se skládá z přímých úseků (max. délky 2 km) a oblouků o velkém poloměru (pro IV. klasifikační třídu se uvažuje Rmin = 800 m). V podélném profilu průplavu se optimalizuje délka jednotlivých zdrží a spády stupňů. Délka jednotlivých zdrží, by měla být volena tak, aby jimi loď proplula přibližně za dobu potřebnou k proplavení plavebním stupněm, čímž se omezí doba čekání na proplavení na minimum. Podélný profil průplavu může mít v celé délce jednostranný sklon. Častější však je průplav s oboustranným sklonem, překonávající vrcholovou zdrží nejvyšší místo na trase. S výškovým uspořádáním úzce souvisí zásobování průplavu vodou. Pokud jsou k tomu příhodné podmínky, je nejlepší gravitační přívod vody z akumulačních nádrží v povodí zaústěný do vrcholové zdrže. Často je však nutno zajistit zásobování průplavu čerpáním vody na jednotlivých stupních. Příčný profil průplavu je dán především maximální šířkou a největším ponorem typové lodě nebo lodní soupravy. Navrhuje se většinou jako dvoulodní. Tvar příčného profilu může být různý - obdélníkový, lichoběžníkový, miskovitý. Úseky průplavu, které jsou trvale nebo dočasně pod hladinou podzemní vody, musí být těsněny. Jako těsnění se používá zemina, fólie z plastických materiálů, asfaltobeton, betonové či železobetonové desky. Méně odolné druhy těsnění musí být chráněny vhodným opevněním proti poškození hydraulickými účinky, ledem, kotvami lodí atd Objekty na vodních cestách K objektům, s nimiž se na vodních cestách nejčastěji setkáváme, patří především plavební komory, sloužící k překonávání spádů do 30 až 40 m. K překonávání větších spádů se používají lodní zdvihadla nejrůznějších konstrukcí a typů. Dále se na vodních cestách budují přístavy a překladiště a celá řada dalších zařízení. K nim patří výhybny a obratiště lodí, napouštěcí a vypouštěcí objekty a přečerpávací stanice na průplavech a rovněž objekty umožňující křižování s komunikacemi a toky, jako jsou mosty, akvadukty, průplavní tunely, propustky a shybky. 33

34 Plavební komory Plavební komory jsou zařízení umožňující přechod lodí z jedné zdrže kanalizované řeky nebo průplavu do druhé s vyšší nebo nižší hladinou vody. Plavební komora je nádrž podlouhlého tvaru opatřená na obou koncích (v horním a dolním ohlaví) pohyblivými uzávěry - vraty, jimiž lze komoru uzavřít proti horní a dolní vodě. Je napojena na plavební dráhu rejdami, které zajišťují plynulé vplutí a vyplutí lodí podél svodidel. Je-li komora obsazena, čekají lodě v rejdě na proplavení. Po vplutí lodě do plavební komory se vrata uzavřou a komora se otevřením uzávěrů pro plnění (prázdnění) plní (prázdní). Jakmile se hladina v komoře vyrovná s hladinou ve zdrži, otevírají se vrata v horním (dolním) ohlaví a loď může vyplout. Obr Schéma plavební komory Zdroj: Medřický, V, 2006 Plavební komoru jako funkční prvek je možno uplatnit v různých kombinacích podle potřeb vodní cesty, místních podmínek, spádu, požadavků na šetření vody atd. Spád lze překonávat najednou, tj. jednostupňově, nebo je možno řadit více stupňů za sebou buď bezprostředně (stupnice komor) nebo s krátkými mezizdržemi (spojité komory). Na jednom stupni se zpravidla umisťuje více komor vedle sebe, tzv. dvojité resp. trojité komory, které mohou být hydraulicky propojeny (sdruženy) pro úsporu vody při proplavování. Přitom jednotlivé komory mohou být rozměrově odlišné, např. jednolodní a vícelodní (vlakové). Komory na průplavech se pro úsporu vody při proplavování doplňují úspornými komorami. Obr Nově vybudovaná plavební komora s přístavem v Hluboké nad Vltavou Zdroj: Povodí Vltavy, s.p.,

35 Spád komory výrazně ovlivňuje konstrukční řešení i soustavu plnění a prázdnění komory. Volba způsobu plnění a jeho rychlostí závisí především na tom, aby byla zachována bezpečnost proplavovaných lodí. Plnění plavebních komor může být přímé nebo nepřímé pomocí obtoků. Přímé plnění plavebních komor se používá především pro malé a střední spády (asi do 10 m). Při tomto způsobu plnění mají vrata plavební komory v horním a dolním ohlaví funkci nejen hradícího tělesa proti horní a dolní vodě, ale plní i funkci uzávěru plnícího systému (plnění plavební komory nastává výtokem pod vraty, přepadem přes vrata nebo uzavíratelnými otvory ve vratech). Komora je jednodušší, neboť není nutné budovat obtokové kanály s vlastními uzávěry. Nepřímé plnění plavebních komor může být pomocí krátkých, středních a dlouhých obtoků. Obtoky jsou kanály vybudované v bočních zdech nebo ve dně plavební komory a jsou vybavené uzávěry. Krátké obtoky se v minulosti užívaly k plnění (prázdnění) plavebních komor malých rozměrů a spádů. Jsou vedeny pouze okolo vrat horního nebo dolního ohlaví příp. pod nimi. Střední obtoky se používají pro plnění komor středních spádů, kdy se komora zpravidla prázdní přímo do dolní rejdy. Dlouhé obtoky jsou vedeny po celé délce plavební komory buď v bočních zdech anebo ve dně a s vlastní komorou. Jsou spojeny řadou výtokových otvorů. Jsou zaústěny do horní zdrže a vyústěny do dolní. Používají se pro plnění (prázdnění) plavebních komor velkých rozměrů a spádů, neboť umožňují rovnoměrné plnění po délce i šířce komory. Zdi plavební komory mezi ohlavími mohou být různých konstrukcí. Nejjednodušší řešení se nabízí v podobě stabilních svahů (opevněných). Používá se však jen ojediněle pro velký zábor území a pro neefektivní využití prostorů z hlediska plnění a prázdnění. Při vhodném podloží je možno použít svisle zaberaněných ocelových štětovnic kotvených do terénu. V úrovni dna bývají obě boční štětové stěny rozepřeny betonovými prahy. Propustné dno musí být vhodně opevněno, aby nedocházelo k vyplavování jemných částic zeminy. Dalším, zejména dříve často používaným typem zdí jsou gravitační betonové zdi, ať již bez dnové desky na nepropustném dně či oddělené od masivní desky dna dilatační spárou. Konstrukčně jednoduché jsou zdi vytvořené prefabrikovanými stěnami. Nejužívanějším typem jsou však zdi z betonu popř. z vyztuženého betonu, které staticky působí jako polorám umožňující nejlépe roznášet zatížení na celou plochu podloží. Při navrhování vrat plavební komory u přímého plnění plavební komory se uplatňují různé typy jezových uzávěrů (segmenty, stavidla, klapky atd.) modifikované pro provozní potřeby komor a dále soustavy, které skutečně vrata připomínají - s hradícími prvky rozdělenými na vrátné se svislou osou otáčení. Nejvíce používaným typem vrat v minulosti byla u nás vzpěrná vrata. V uzavřené poloze přenášejí tlak vody vzpěrným účinkem do bočních zdí. Poklopová vrata jsou u nás nejužívanějším typem vrat pro přímé plnění plavebních komor. Otáčením vrat okolo vodorovné osy vzniká mezi jejich spodním koncem a betonovým dnem ohlaví otvor, jímž se komora plní. 35

36 Vrata jsou jednou z nejvíce ohrožených částí plavebních komor. Úkolem dynamického ochranného zařízení je chránit vrata plavební komory před poškozením nárazy lodí, k nimž může dojít, při chybném manévrování v rejdě. Bývá tvořeno vhodnou zábranou budovanou napříč plavební komory v blízkosti vrat, která je schopna utlumit pohybovou energii lodí buď použitím tlumicích prvků (pružiny, hydraulické tlumiče) nebo vlastní pružnou a plastickou deformací. K dalšímu vystrojení plavebních komor náleží přivazovací zařízení (vázací kříže, pacholata) umístěná na bočních zdech, dále osvětlení, signalizace, žebříky, průmyslové a radiové spojení apod Lodní zdvihadla Pro překonávání velkých spádů na kanalizovaných řekách a na průplavech bývá budování plavebních komor nehospodárné, technicky obtížné a vyžadující značné množství provozní vody, což zejména u průplavů vyvolává nemalé těžkosti. Proto se pro překonávání velkých výškových rozdílů budují lodní zdvihadla. Jsou tvořena ocelovými žlaby naplněnými vodou, uzavíratelnými na obou koncích vraty. Loď vpluje při otevřených vratech do žlabu. Po uzavření se se žlab i s lodí zdvihá nebo spouští a to buď ve svislém směru (svislá lodní zdvihadla) nebo v šikmém směru na podvozcích (lodní železnice). Pohyb se zpravidla usnadňuje vyvážením buď druhým žlabem anebo protizávažím popř. plováky. Svislá zdvihadla mohou být konstruována jako pístová, plováková nebo s protizávažím popř. jiné speciální konstrukce. Lodní železnice (šikmé lodní zdvihadlo) je tvořena žlabem uloženým na podvozku, jenž se pohybuje po šikmé kolejové dráze. Lodě je možno přepravovat ve žlabu naplněném vodou nebo na sucho (sportovní lodě). Podle místních podmínek může být dráha vedena buď ve směru plavby (čelné), kdy podvozek musí na délku lodi vyrovnávat sklon, nebo kolmo na směr plavby Přístavy a překladiště Přístavy a překladiště naplňují vlastní smysl vodní cesty, protože ji spojují jednak s uživateli, jednak s dalšími druhy dopravy. Přístav musí umožňovat bezpečné a rychlé vplouvání a vyplouvání lodí, manévrování, kotvení, sestavování lodních souprav a rychlé a hospodárné překládání nákladů. Je nutno jej chránit před škodlivými účinky povodní a ledových jevů. Koncepčně musí být řešen tak, aby provoz nebyl narušován zanášením splaveninami. U přístavu rozlišujeme jeho akvatoriální část, která zahrnuje všechny vodní plochy (nikoliv vlastní vodní cestu), tj. vjezd do přístavu, přístavní rejdy, vyčkávací prostory, obratiště, příjezdy k přístavním bazénům a vlastní bazény, a dále tzv. teritoriální část, tj. pozemní prostory s nezbytnými provozy, skladovacími objekty, řídícími, technickými a servisními útvary atd. Malé přístavy mohou být situovány na břehu splavné řeky popř. jezové zdrže. Podmínkou je, aby akvatoriální část byla důsledně mimo plavební dráhu. Pro větší překládací kapacitu se budují překladiště s jedním nebo několika přístavními bazény mimo vodní cestu. Vjezd do přístavu na řece se nejlépe umístí v konkávním břehu a pro ochranu přístavu před povodněmi bývá často vybaven uzávěrem (vraty). Za vjezdem bývá obratiště lodí a dále následují bazény šířky 50 až 100 m podle překládači kapacity. Prostory mezi bazény jsou vybaveny sklady, skládkami a komunikacemi a jejich šířka opět závisí na překládaném množství (100 až 300 m). 36

37 Překládací zařízení přístavů a překladišť musí respektovat sortiment nákladu přepravovaného po vodě, ať již se jedná o kusové zboží, sypké materiály o velkých objemech či o přepravu kapalin. Z hlediska moderních trendů přeprav je nezbytné překládací a manipulační zařízení pro kontejnery a zařízení pro manipulaci s velmi objemnými náklady na speciálních podvozcích. Obr Pozůstatky provizorní přístavní rampy na řece Odře u obce Kopytov, která byla používána v sedmdesátých letech minulého století při pokusných nákladních plavbách na řece Odře. Tyto pokusné plavby skončily s pochybnými výsledky a plavební aktivity byly rychle ukončeny. Zdroj: VÚV TGM, Využití vodní energie Rozvoj každého průmyslového státu je závislý na dostatku levných zdrojů energie. Průmysl i obyvatelstvo mají vysoké nároky především na výrobu elektrické energie a roční spotřeba elektrické energie na jednoho obyvatele je často používaným ukazatelem vyspělosti státu. V poslední době se při posuzováni výroby elektrické energie stále více prosazují ekologická hlediska, kriticky hodnotící vliv způsobu výroby elektrické energie na životní prostředí. Vodní energie patří z ekologického hlediska k nejvýhodnějším zdrojům energie. Díky koloběhu vody v přírodě je prakticky nevyčerpatelná, provoz vodních elektráren lze velmi dobře automatizovat a řídit dálkově a výkon moderních vodních elektráren je v případě potřeby elektrizační soustavě k dispozici během jedné minuty. Na rozdíl od tepelných nebo jaderných elektráren je vliv vodních elektráren na životní prostředí minimální, nevznikají žádné emise a nejsou nutné žádné skládky vyhořelého paliva. Naopak ve vhodných podmínkách je možno vodu, která prošla turbínami jedné elektrárny využít v další vodní elektrárně níže na toku. 37

38 Vodní motory Prvním předpokladem využití vodní energie je volba vhodného vodního motoru. Vodní motor pracuje s určitým průtokem Q (m 3.s -1 ), který se nazývá hltnost a může se v určitém rozmezí měnit. Hrubý spad H (m) využívaný vodním motorem je dán rozdílem hladin před motorem a za motorem. Hrubý spád se může také měnit v určitém intervalu, někdy (u nízkotlakých elektráren) v přímé závislosti na hltnosti Q. Nejjednodušším a také nejstarším vodním motorem jsou vodní kola, používaná už ve starověku, jejichž účinnost se pohybuje od 0,40 do 0,80. V hydroenergetice se od konce minulého století používají vodní turbíny, které svojí účinnosti, přesahující 0,90, jsou nejlepšími motory, které člověk dokázal vytvořit. Ve srovnání s tím máji parní turbíny účinnost zhruba 0,45, automobilové motory kolem 0,40 a nejlepší naftové lodní motory až 0,50. Ještě nižší účinnost mají sluneční články, které mění sluneční energii přímo na energii elektrickou. Běžné články mají účinnost jen 0,12 až 0,14 a jen poslední vývojové typy se blíží účinnosti 0,20. Volba typu vodní turbíny pro vodní elektrárnu v dané lokalitě závisí na spádu H, který je k dispozici nebo který lze vytvořit, na průtoku Q a protože se oblasti použitelnosti jednotlivých typů turbín zčásti překrývají, tak také na účinnosti turbíny n. Každý typ turbíny je vhodný pro určité kombinace spádu a hltnosti. Vodní turbíny mají tři základní typy: Peltonova turbína, Francisova turbína a Kaplanova turbína. Od Kaplanovy turbíny je odvozena přímoproudová a reverzibilní turbína. Peltonova turbína byla sestrojena americkým inženýrem L. A. Peltonem v r a principiálně představuje zdokonalené vodní kolo (obr ). Její oběžné kolo má lopatky speciálního miskovitého tvaru a může se otáčet kolem vodorovné nebo svislé osy. Voda se na oběžné kolo přivádí tangenciálně jednou až šesti tryskami podle hltnosti turbíny. Množství vody proudící z trysek není možno regulovat a pro jejich uzavření se používají speciální deflektory. Peltonova turbína se používá pro vysoké spády od několika set metrů do m a vesměs malé hltnosti. Maximální výkon Peltonových turbín se pohybuje od 200 do 240 MW. Obr Peltonova turbína Zdroj: Broža, V., 1990 Francisova turbína je nejstarším typem moderních vodních turbín, byla vynalezena Američanem J. B. Francisem v r Na oběžné kolo této turbíny se voda z přívodního potrubí přivádí spirálou, která díky svému proměnnému průtočnému průřezu zajišťuje rovnoměrný radiální přítok. Mezi 38

39 oběžné kolo a spirálu je vloženo rozváděcí kolo s pohyblivými lopatkami (obr ), které umožňují plynule měnit přítok na turbínu. Voda od oběžného kola odpadá tzv. savkou. V dnešní době se Francisovy turbiny používají pro spády od několika desítek metrů až do 700 m a jsou díky výkonům 700 až 800 MW nejvýkonnějšími vodními turbínami. Obr Francisova turbína Zdroj: Broža, V., 1990 Kaplanova turbína byla vynalezena Rakušanem V. Kaplanem až v r Přívod vody na oběžné kolo je řešen obdobně jako u Francisovy turbíny. Z přivaděče voda vtéká do spirály a přes lopatky rozváděcího kola se po změně směru proudění z radiálního na axiální (obr ) dostává na lopatky oběžného kola, které jsou nastavitelné. To zaručuje vysokou účinnost turbíny i při velkých změnách hltnosti. Obr Kaplanova turbína Zdroj: Broža, V., 1990 Pro nejnižší spády se používají oběžná kola se třemi lopatkami (minimální počet lopatek) a pro nejvyšší přípustné spády až s osmi lopatkami. Osa Kaplanovy turbíny je vždy svislá. Od turbíny voda opět odtéká savkou, která umožňuje plné využití tlaku vody. Kaplanovy turbíny se používají pro spády od několika metrů až zhruba do 70 m. Průměr oběžného kola může být až 10 m a výkon Kaplanových turbín dosahuje až 170 MW. Typické jsou velké hltnosti. Když jsou podmínky práce Kaplanovy turbíny takové, že se hltnost i spád mění jenom málo, lze použít oběžné kolo s pevnými lopatkami. Takové turbíny jsou levnější, ale jejich účinnost je menší. 39

40 V r vyvinula švýcarská firma Escher Wyss tzv. přímoproudovou turbínu, která je vlastně Kaplanovou turbínou, optimalizovanou pro využití velmi malých spádů (obr ). Tato turbína nemá spirálu a rozváděči kolo, takže voda proudí od vtokového objektu přímo na oběžné kolo, které má vodorovnou (výjimečně mírně skloněnou) osu otáčení. Pro přímoproudové turbíny je charakteristické umístění generátoru před turbínu přímo do obtékajícího vodního proudu. Turbína a generátor tak tvoří kompaktní jednotku, ale z konstrukčních důvodů nemohou být její rozměry příliš velké. Maximální výkon přímo proudových turbín proto nepřesahuje 50 MW, tedy zhruba třetinu výkonu Kaplanových turbín. Průměr oběžného kola bývá do 7 m a využívaný spád jen výjimečně překročí 10 m. Větší rozměry turbíny působí velké potíže s řešením ložisek jejího vodorovného hřídele. Obr Přímoproudová turbína Zdroj: Broža, V., 1990 Důležitou konstrukční variantou Kaplanových a Francisových turbín jsou reverzibilní turbíny, které mohou pracovat ve dvou režimech, buď jako normální turbíny, nebo po změně směru otáčení jako čerpadla. Vodní turbíny je možno dělit podle několika hledisek. Podle způsobu, kterým se energie vody přenáší na oběžné kolo, může být turbína rovnotlaká, když voda působí jen svoji pohybovou energii (Peltonova turbína); přetlaková, když jenom část energie vody se mění na pohybovou energii a voda přitéká na oběžné kolo s přetlakem, takže turbína musí mít savku (Kaplanova a Francisova turbína). Když voda přitéká na oběžné kolo turbíny zhruba ve směru její osy, je turbína axiální (Kaplanova nebo přímoprůtočná turbína). Je-li směr proudění kolmý na osu turbíny, jde o radiální turbínu (pomaluběžná Francisova turbína) a konečně když paprsek vody má směr tečny k oběžnému kolu, je turbína tangenciální (Peltonova turbína). Přechodným typem je radiálně - axiální turbína (rychloběžná Francisova turbína) Schémata hydrotechnických děl Využití vodní energie vyžaduje vesměs vybudování řady objektů, které jsou značně nákladné. Proto se jen ve výjimečně výhodných lokalitách buduje vodní dílo, jehož jediný účel je hydroenergetický. 40

41 V některých případech je vodní tok vhodný pro vytvoření hydroenergetické kaskády, kterou tvoří několik (obvykle vzájemně spolupracujících) vodních elektráren. Např. v České republice je to Vltavská kaskáda. Tento způsob je mimořádně výhodný, protože umožní optimálně využit energii vodního toku. Při vhodné organizaci provozu vodních elektráren v kaskádě je možno vytvořit velmi účelnou součást elektrizační soustavy. Způsob využití vodní energie v dané lokalitě je nutno posoudit komplexně, včetně vlivu na životní prostředí. Při rozvíjeni naší energetiky po druhé světové válce se při porovnávání ekonomické výhodnosti tepelných a vodních elektráren zásadně neuvažoval negativní vliv tepelných elektráren na životní prostředí. V následujících desetiletích devastace severních Čech způsobila škody, které mnohonásobně převyšují všechny teoretické ekonomické "úspory", které se měly dosáhnout preferováním tepelných elektráren. Při ekonomickém srovnávání tepelných a vodních elektráren je třeba uvážit, že tepelné elektrárny sice mají nižší investiční náklady, ale provozní náklady jsou nižší zase u vodních elektráren. Je to zásadní rozdíl, protože vodní elektrárny mají větší životnost než tepelné elektrárny. Výhodnost tepelné elektrárny je vždy ovlivněna také vzdáleností, ze které se dováží palivo. Po vyčerpání blízkých ložisek uhlí náklady na provoz tepelné elektrárny značné rostou. U vodních elektráren takové problémy za provozu nemohou nastat. Naopak je v některých případech možné dodatečně zajistit vodu ze sousedních povodí a tím zvýšit výrobu elektrické energie jen s poměrně malými investicemi. Při návrhu vodní elektrárny v dané lokalitě je vždy důležité získat co největší výkon. Lze toho dosáhnout v podstatě dvěma způsoby: získáním maximálního spádu, vyrovnáním a soustředěním průtoku. Oba způsoby maximalizace výkonu vodní elektrárny se u víceúčelových vodohospodářských děl zpravidla kombinují. V řídkých případech lze najít lokalitu se soustředěným spádem přímo v krajině. Takovou možnost poskytuji např. vodopády nebo peřeje na toku, výrazný meandr řeky apod. Obvykle je však nutno soustředit spád pomocí vhodných objektů, např. vzdouvací stavbou (tj. přehradou nebo jezem), derivací (obvedením vody) nebo oběma způsoby současně. Speciálním případem je použití horní a dolní nádrže u přečerpávacích vodních elektráren, kde spád, který lze získat, závisí na možnostech vybudování obou nádrží. Vyrovnání nerovnoměrného průtoku pomocí vodohospodářské nádrže je prakticky nejčastějším způsobem, jak zabezpečit během celého roku dostatečné množství vody pro vodní elektrárnu. Když je k dispozici jen tok s malým průměrným průtokem, např. v horách, je často ekonomicky výhodné využít pomocí převedení i vodu ze sousedních povodí. Přečerpávací vodní elektrárny jsou do značné míry nezávislé na přítoku, protože mezi oběma nádržemi obíhá stálé množství vody a přítok je zapotřebí jen na vyrovnání ztrát výparem, průsakem apod. Pro hydroenergetická díla jsou typické tyto objekty: nadrž pro akumulaci vody a umožnění jejího odběru do přivaděče; vtokový objekt přívodu vody na turbínu včetně česlí, rychlouzávěru a nouzového hrazení; 41

42 přivaděče tlakové nebo s volnou hladinou a jejich objekty: zařízení pro zachycení splavenin, vyrovnávací komory, uzávěry, akvadukty, shybky apod.; výrobní objekty vodní elektrárny, strojovna, provozní budova, rozvodny a jejich příslušenství, dílny; odpadní objekty: odpadní štoly nebo tunely s volnou hladinou, vyrovnávací nádrže. Podle soustředěni spádu a průtoku se rozlišuji tři schémata: říční schéma se vzdouvací stavbou, derivační schéma s obvedením vody, schéma s přečerpáváním vody. Říční schéma. Pro toto schéma je typické, že se soustředění spádu v místě vodní elektrárny dosahuje stavbou přehrady nebo jezu, případně ještě prohrábkou koryta pod nimi. Když se jako vzdouvací stavba použije jez, není možné pomocí jezově zdrže regulovat průtok a vodní elektrárna může využít jen vodu, která řekou právě protéká. Za povodní, kdy je nedostatek spádu, nebo v suchém období, kdy je zase nedostatek průtoku, musí taková elektrárna přerušit práci. Ve srovnání s tím přehrada vytváří vodohospodářskou nádrž, která vyrovnává průtok a využití vodní energie toku je mnohem účinnější. Derivační schéma má jako základní část derivaci vody, kterou tvoří odvedení vody z toku k vodní elektrárně a odpad vody od elektrárny zpět do toku. Přivaděč vody může být s volnou hladinou nebo tlakový. V prvním případě se k soustředění spádu využije rozdíl mezi sklonem hladiny v přivaděči a sklonem hladiny v toku. Toto schéma je výhodné především na horním toku řeky, kde má její hladina dostatečně velký sklon. V druhém případě se voda tlakovým přivaděčem ekonomicky přijatelné délky přivede do vodní elektrárny, která musí být umístěna tak, aby vodu bylo možno odvést odpadem s volnou hladinou do toku. Tlakový přívod je tvořen štolou a tlakovým potrubím, svislou šachtou nebo šikmou přívodní štolou. Odpad vody od elektrárny je nejčastěji kanálem s volnou hladinou nebo štolou či tunelem (např. u podzemních elektráren). Přečerpávací schéma. V tomto případě se způsob využití vodní energie zásadně liší od předchozích dvou schémat. Schéma s přečerpáváním vody vyžaduje dolní nádrž, u které je vodní elektrárna a horní nádrž, do které se voda z dolní nádrže přečerpává. Vodní elektrárna musí mít v tomto případě buď reverzibilní turbíny, které lze použít také jako čerpadla, nebo musí mít turbíny a čerpadla. Ekonomická výhodnost tohoto způsobu využití vodní energie spočívá v tom, že se pro přečerpávání vody do horní nádrže využívá laciná noční elektrická energie a v denních špičkách se vyrábí drahá špičková energie. Účinnost takového schématu s přečerpáváním jako celku bývá zhruba 0, Vodní elektrárny Velikost maximálního spádu, který může vodní elektrárna využít, rozhoduje o použitém typu turbín a tím o jejím konstrukčním řešení. Proto se vodní elektrárny dělí podle spádu na: nízkotlaké, které využívají spád do 15 m, středotlaké, se spádem od 15 do 50 m, vysokotlaké, se spádem větším jak 50 m. 42

43 V nízkotlakých vodních elektrárnách se používají Kaplanovy turbíny a pro menši spády přimoproudové turbíny. Typické je pro ně říční schéma využití vodní energie se vzdouvací stavbou, tvořenou jezem a derivační schéma s derivačním kanálem s volnou hladinou. Pro středotlaké vodní elektrárny se používají vesměs Kaplanovy turbíny. Obvyklé je říční schéma s přehradou jako vzdouvací stavbou a derivační schéma, které může mít pro nižší spády derivační kanál s volnou hladinou a pro vyšší spády tlakový přivaděč. Vysokotlaké vodní elektrárny bývají nejčastěji derivační, přičemž derivační přivaděč je tlakový. Říční schéma využití vodní energie s vysokotlakou elektrárnou vyžaduje vysokou přehradu (zhruba přes 70 m) a vyskytuje se proto poměrné zřídka. Přečerpávací vodní elektrárny bývají obvykle vysokotlaké nebo středotlaké. Pro nízkotlakou vodní elektrárnu je přečerpávání výhodné jen výjimečně. Největší instalovaný výkon mají středotlaké a vysokotlaké vodní elektrárny. Podle pracovního režimu se vodní elektrárny dělí na průběžné, pološpičkové a špičkové. Průběžné vodní elektrárny nemají vodohospodářskou nádrž, která by umožnila regulaci odtoku, takže využívají jenom průtok, který je v toku k dispozici. Nejčastěji se budují u pohyblivých jezů. Bezprostřední závislost na průtoku negativně ovlivňuje množství vyrobené elektrické energie. V suchém období způsobí nedostatek průtoku, že průběžná elektrárna musí omezit svou práci, za povodně se pro převedení průtoku musí vyhradit uzávěry jezových poli. Díky povodňovému průtoku se zvýší hladina v toku pod elektrárnou natolik, že nastane nedostatek spádu a elektrárna musí přerušit práci. Průběžné vodní elektrárny se většinou zřizují na větších tocích a jsou obvykle nízkotlaké, takže mají přimoproudové nebo Kaplanovy turbíny. Jejich konstrukce bývá jednodušší a význam pro elektrizační soustavu menší. Jen na velkých řekách je možno vybudovat průběžnou elektrárnu s větším instalovaným výkonem. Pološpičkové vodní elektrárny pracují většinu dne jako průběžné, ale v době špičky mohou zvýšit svůj výkon. Předpokladem režimu jejich práce je obvykle nádrž s malým zásobním prostorem, který umožňuje pouze denní regulaci průtoku. Takové elektrárny se většinou vyskytují na velkých tocích a jsou nejčastěji nízkotlaké. Špičkové vodní elektrárny musí mít vodohospodářskou nádrž pro regulování průtoku a vyrovnávací nádrž pro vyrovnání odtoku pod elektrárnou. Vesměs jsou středotlaké nebo vysokotlaké a je pro ně charakteristické, že během dne pracují jen několik hodin, ale zato vždy tehdy, když je potřeba výkonu v elektrizační soustavě nejvyšší, tj. když nastane špička spotřeby. Špičky mohou být dvě, někdy jen jedna a jejich trvání bývá nejčastěji celkem 4 až 6 hodin. Velikost špiček závisí mimo jiné na ročním období. Pokud jde o výrobu elektrické energie, jsou typickými špičkovými elektrárnami také vodní elektrárny s přečerpáváním. V noci se ovšem stávají odběrateli elektrické energie, kterou potřebují pro přečerpání vody do horní nádrže. Vodní elektrárny tvoří také velmi cennou zálohu elektrizační soustavy. Při havárii v některé elektrárně, která sníží její výkon, může špičková vodní elektrárna pohotově nahradit chybějící výkon a zajistit elektrizační soustavě potřebnou energii. 43

44 Z konstrukčního hlediska se vodní elektrárny dělí na nadzemní (obr ) a podzemní (obr ). Nadzemní vodní elektrárny představují převládající typ a používají se pro všechny druhy elektráren bez ohledu na způsob jejich provozu. Nadzemní vodní elektrárny mohou být jako přelévané součástí přehradního tělesa, odkryté (bez budovy strojovny) a poloodkryté, ale nejčastěji se budují jako samostatné objekty, které mají masivní spodní stavbu a horní stavbu, tvořenou především budovou strojovny. Obr Nadzemní elektrárna Zdroj: Broža, V., 1990 Podzemní vodní elektrárny jsou většinou vysokotlaké a špičkové. Podzemní elektrárny se budují jen výjimečně, protože vyžaduji velký objem nákladných tunelářských prací. Obr Podzemní elektrárna Zdroj: Broža, V., 1990 Spodní stavba nadzemní vodní elektrárny je z masivního betonu. Obsahuje turbínu s přívodem a odpadem vody, uzávěry a regulátory s příslušnými rozvody. Horní stavba je obvykle tvořena 44

45 strojovnou s jeřábovou dráhou a nacházejí se v ní turbogenerátory, jejich budiče a potřebné elektrotechnické zařízení. Vyrobená elektrická energie je vedena ze svorek turbogenerátorů do vnitřní rozvodny a odtud k transformátorům, které se nejčastěji umisťují před budovu strojovny nad odpady od turbín. Od transformátorů je elektrická energie již vedena s velmi vysokým napětím do rozvodny velmi vysokého napětí. Z této rozvodny pokračuje vedení do oblastí spotřeby. K řízení a ke kontrole provozu vodní elektrárny slouží velín, kde je možno z řídicího pultu sledovat a ovládat všechna důležitá zařízení. Velín je spojen s příslušným dispečinkem, který řídí práci vodní elektrárny. Provoz vodních elektráren lze velmi dobře automatizovat, takže je možné např. celou kaskádu vodních elektráren řídit z jednoho dispečinku. Hydromeliorační stavby Hydromeliorace jsou specifickou disciplínou, která jako typický hraniční obor spojuje vodní hospodářství a vodní stavitelství se zemědělstvím. Svým obsahem mají meliorace velmi blízko k agronomii. Jejich náplní je péče o zemědělsky využívanou půdu. Hydromeliorace mají vést k dosažení optimálního vodního režimu v půdě. Problematika hydromeliorací tedy velmi těsné souvisí nejen s péčí o půdu, ale také se snahami o její maximální a účelné využití. S vodním hospodářstvím souvisí také zájmem o režim využití půdní vody, zajišťováním zdrojů povrchové vody na závlahy z nádrží a ochranou území před nepříznivými účinky vodní eroze Odvodňovací stavby Odvodňování půdy je souhrnem opatření, kterými chráníme půdu před zamokřením a odvádíme přebytečnou vodu z jejího povrchu i z půdního profilu. Správně provedeným odvodněním vytváříme příznivý vodní režim v půdě pro zemědělskou a lesní výrobu i pro zakládání staveb, popř. pro jiné účely. Protože odvodňovací zásahy, zvláště pokud postihují velká území, jsou složitými a nákladnými vodohospodářskými opatřeními, souvisejícími zpravidla s úpravami toků, zřizováním inundačních hrází, stavbou kanálů, jezů, čerpacích stanic a dalších objektů, je nutno před jejich návrhem zjistit především příčiny zamokření a rozhodnout o potřebě odvodnění. Zamokření půdy vzniká z různých příčin, které zpravidla dělíme na oblastní, místní a kombinované. Oblastní (zonální) příčiny zamokření vyplývají z klimatických a meteorologických podmínek příslušné oblasti. Jsou dány zejména výskytem srážek, jejich velikostí a časovým rozdělením. Místní (lokální) příčiny zamokření jsou dány orografickými, geologickými, půdními a popř. i technickými činiteli místního významu. Kombinované příčiny vznikají kombinací oblastních a místních příčin Způsoby odvodňování půd O způsobu odvodnění půdy rozhoduje druh a stupeň zamokření a jeho příčiny, účel odvodnění, ekonomická, ekologická a popř. i krajinářská hlediska. Podle zhodnocení všech těchto faktorů použijeme buď biologický anebo technický způsob odvodnění. Obvyklá je ovšem jejich kombinace. 45

46 Biologické způsoby odvodnění se používají v jednodušších případech zamokření zemědělských a lesních půd. Spočívají v úpravě struktury půdy a ve výsadbě porostů s vysokou transpirací (výparem z povrchu vegetace). Oprava půdní struktury má dosáhnout přiměřenou vsakovací schopnost půdy a zabránit tak přesycení půdního profilu vodou. Porosty s velkou transpirací odebírají vodu z půdy svým kořenovým systémem, transpirují ji do ovzduší a mohou podstatné snižovat hladinu podzemní vody. Technické způsoby odvodnění jsou hlavním odvodňovacím prostředkem v silně zamokřených půdách. Podle konkrétních podmínek a činitelů, které působí zamokření, volíme: - povrchové odvodnění (otevřené kanály, odvodňovací příkopy), - podzemní odvodnění (drenáž), - kombinované odvodnění. Povrchové odvodnění se užívá při zamokření území povrchovou vodou, kterou je třeba rychle odvést z povrchu. Je účelné v rovinných územích s malým sklonem terénu, kde je obtížné provedení podzemního odvodnění. Používá se také na méně propustných půdách a tam, kde je odvodnění kombinováno se závlahami (což není řídký případ, neboť zatímco v některých obdobích roku je vody přebytek, v jiných zase nedostatek). Podzemní odvodnění se provádí při zamokření půdy podzemní vodou, které může být způsobeno nadměrným vsakováním srážkové vody do půdy, přítokem podzemní vody ze sousedních oblastí, vlivem zvýšení hladiny vody v toku, jezeře či blízké nádrži apod. Užívá se také tam, kde z důvodu obdělávání zemědělské půdy nesmí být porušena celistvost pozemků. S drenáží se často kombinují povrchové způsoby odvodnění, odvodňovací příkopy a kanály. Odvodnění území se navrhuje ve formě odvodňovací soustavy, která má obecné dvě části: hlavní odvodňovací zařízení (také tzv. odvodňovací kostra) a podrobná odvodňovací zařízení (tzv. detail). Hlavními odvodňovacími zařízeními jsou odvodňovací kanály, čerpací stanice, ochranné hráze a popř. i menší retenční nádrže. Podrobnými odvodňovacími zařízeními jsou pak odvodňovací příkopy nebo drény. Odvodňovací kanály se navrhují buď jednotlivé anebo v síti, která je zpravidla pravoúhlá. Roli totiž hraje opět možnost účelného a nekomplikovaného obhospodařování odvodňovaných pozemků. Spojují všechny části odvodňovaného území s odvodňovacím odpadem. Osu sítě tvoří hlavní odvodňovací kanál, který zaúsťuje do odvodňovacího odpadu (recipientu). Vedlejší odvodňovací kanály umožňují gravitační odtok povrchové a pochopitelně i podzemní vody z dílčího sběrného povodí. Zaúsťují do hlavního odvodňovacího kanálu, který může být otevřený nebo zakrytý. Trasa odvodňovacích kanálů má procházet relativně nejnižšími místy v území. Jejich síť má být pokud možno pravidelná. Technické parametry odvodňovacích kanálů a objektů na nich, tj. prahů, stupňů ve dně, skluzů, hospodářských přejezdů, mostů, shybek, brodů, náplavek, objektů křížení s komunikacemi a podzemními vedeními, se navrhují obdobným způsobem jako při úpravách toků. Trubní odvodňovací kanály se navrhují v případech, kdy není vhodné dělit pozemky otevřenými kanály nebo tam, kde musí být větší hloubka kanálů, kde jsou nepříznivé geologické podmínky a kde by se vzhledem k velké šířce otevřeného koryta kanálu zabírala značná plocha cenného pozemku. Trubní kanály však zpravidla nemají vlastní odvodňovací účinek a slouží pouze k odvedení vody z odvodňovací soustavy do recipientu (odpadu). 46

47 Celá odvodňovací soustava je tedy zaústěna do odpadu (recipientu), kterým je zpravidla vodní tok, popř. nádrž nebo i podzemní nádrž. V nejjednodušším případě je odvodňovací soustava zaústěna do recipientu gravitačně. Toto zaústění funguje trvale, někdy s výjimkou vysokých vodních stavů v recipientu (např. za povodní v toku). Přirozený gravitační odpad je technicky nejjednodušší a provozně nejspolehlivější. Pokud umělý odpad vyžaduje přečerpávání vody z odvodňovací soustavy do recipientu. V tomto případě je nutné vybudovat odvodňovací přečerpávací stanici, čímž se technický návrh odvodňovací soustavy zkomplikuje a její provoz se prodraží. Kombinovaný odpad dovoluje za nižších vodních stavů v recipientu (v toku) gravitační vyústění. Přečerpávání je pak nutno použít jen za vyšších vodních stavů v něm. V některých případech se voda z odvodňovací soustavy přivádí k tzv. hltačům, což jsou zařízení k odvádění přebytečné vody do propustných vrstev v podzemí. Do odvodňovaného území někdy přitékají z přilehlých poloh tzv. cizí vody. Proti nim je vhodné se chránit budováním ochranných kanálů, nádrží, ochranných hrází, aby nezatěžovaly odvodňovací soustavu Trubková drenáž Nejrozšířenějším typem podrobného odvodňovacího zařízení u nás je trubková drenáž. Sběrné drény sbírají přebytečnou vodu ze zamokřeného půdního prostředí a přivádějí ji do svodného drénu. Ten odvádí vodu buď do hlavního drénu anebo přímo do odvodňovacího kanálu (recipientu). Základní jednotkou v situaci je drenážní souřad, tvořený jedním svodným a všemi zaústěnými sběrnými drény (obr ). Drenážní souřady na sebe vzájemně navazují a vytvářejí drenážní skupinu, ze které voda vytéká drenážní výustí do odpadu. K odvodnění souvisle zamokřené rozlehlejší plochy navrhujeme plošnou (systematickou) drenáž, kdežto k odvedení vody z osamoceného podzemního vývěru nebo z malého zamokřeného území postačí ojedinělý drén. Po obvodě odvodňované plochy se často buduje záchytný (obvodový) drén, chránící tuto plochu před přítokem cizích vod z okolí. Při návrhu trubkové drenáže v situaci se předpokládá, že trubkový drén je schopen působit ještě do vzdálenosti rovné R/4 (R je rozchod drénů), dále se počítá, že drén odvodňuje pruh území do vzdálenosti R/2 na obě strany od osy drénu (viz též obr ). 47

48 Obr Drenážní souřad Zdroj: Rýznar, J., 1986 Návrh systematické trubkové drenáže však závisí výrazně také na konfiguraci terénu. Hydraulicky nejúčinnější je trubková drenáž, jejíž sběrné drény Jsou vedeny napříč sklonu území. To je příčná drenáž, která je vhodná pro sklony území od 5 do 100 promilí. Podélná drenáž má sběrné drény vedeny ve směru sklonu (po spádnici) a navrhuje se při malých sklonech odvodňovaného území, do 10 promilí. Má-li odvodňované území sklon menší než 3 promile, navrhuje se trubková drenáž v umělém sklonu, který je větší, než sklon povrchu území. Naopak při zvlášť velkých sklonech území (nad 100 promilí) se navrhuje situativně poněkud odlišná protisměrná (blesková) drenáž (obr ). Délka příčných sběrných drénů bývá v průměru 100 m, nemají však být delší než 200 m. V půdách s velkým obsahem sloučenin železa, kde hrozí zarůstání drénů, bývá v průměru 80 m, maximálně 150 m. Maximální délka podélných sběrných drénů je 150 m, u sběrných drénů v umělém sklonu 100 m. Sběrné drény nesmějí křížit silnice, železnice, vodní toky ani hospodářské cesty a vysoké meze v terénu. 48

49 Obr Protisměrná (blesková) drenáž Zdroj: Rýznar, J., 1986 Svodné drény mají svou délku omezenou konfigurací terénu, maximálním profilem vyráběného drenážního potrubí a maximálním zahloubením drenážních rýh při hloubení dostupnými mechanizačními prostředky. U dlouhých svodných drénů se zřizují drenážní šachtice vždy po 300 až 400 m. V současné době se používá pro výstavbu drenážních soustav drenážní potrubí z pálené hlíny a z plastických materiálů. Klasické drenážní trubky z pálené hlíny, tzv. trativody, mají jednotnou délku 333 mm a vyrábějí se světlostí kruhového průřezu 65, 80, 100, 130, 160, 180 a 200 mm. V poslední době se stále více používá drenážního potrubí z plastických hmot. Užívají se prakticky výhradně termoplasty - polyvinylchlorid (PVC) a polyetylém (PE). Potrubí se vyrábí buď jako hladké (pevné) nebo jako vlnité (flexibilní). Zvláštní opatření se na drenážních soustavách navrhují k zajištění bezporuchové funkce drenáže při zanášení trubkových drénů půdními částicemi, sloučeninami železa a v místech, kde hrozí zarůstání drénů kořeny stromů a keřů. Proti zanášení trubkových drénů půdními částicemi lze použít filtru provedeného jako obsyp celého povrchu drenážního potrubí z granulovaných materiálů vhodné zrnitosti (tříděný štěrkopísek, škvára apod.), nebo se provede z vláknitých materiálů (skelná vlna, rašelina). Filtr vhodně zvyšuje propustnost v okolí drenáže. Nejúčinnějším opatřením proti zanášení trubkových drénů sloučeninami železa je pravidelné proplachování svodných drénů tlakovou vodou. Tlaková voda se do svodných drénů vhání drenážními šachticemi. Z uvedených opatření je zřejmé, že provoz drenážní odvodňovací soustavy může být náročný a popř. i nákladný. Na drenážních soustavách se navrhují různé funkční objekty. Kromě drenážních šachtic to jsou drenážní vyústi, pramenní jímky, objekty křížení drenáže s komunikacemi, energetickými, sdělovacími vedeními, různými trubními přivaděči apod. 49

50 Příkopové odvodnění Systematické povrchové odvodnění příkopy se v našich podmínkách navrhuje jen výjimečně, je-li třeba rychle odvést z území místní, popř. cizí povrchové vody např. před zakládáním objektů. Poměrně vzácnou výjimkou je jeho použití k odvedení silně železitých vod, které by jinak zakrátko zanesly drenážní soustavu nebo k odvodnění málo propustných půd s nepropustnou vrstvou v malé hloubce pod terénem. Řídká síť odvodňovacích příkopů naopak postačí při odvodnění velmi propustných a rašelinových půd. Na svažitých pozemcích mohou odvodňovací příkopy vhodně plnit i funkci protierozních opatření proti nepříznivým účinkům stékající vody po povrchu území. Příkopové odvodnění však komplikuje využívání pozemků a jejich obdělávání, vynucuje si budování komunikačních objektů (mostků) na nich a je poměrně nevýhodné i pro nutnost náročné a nákladné údržby odvodňovacích příkopů Závlahové stavby Hlavním úkolem závlah je dodávka vody do půdy k zajištění optimálního režimu její vlhkosti zejména ve vegetačním období, aby bylo při současném použití správných agrotechnických opatření a zajištění výživy rostlin dosaženo maximálních výnosů Druhy závlah Podle účelu, k němuž je voda půdě a jejím prostřednictvím rostlinám dodávána, je vhodné rozlišovat závlahu: - doplňkovou, - hnojivou, - zvláštní. Doplňková závlaha zajišťuje optimální režim vlhkosti v půdě po celé vegetační období, nestačí-li k tomu přirozené srážkové poměry. O velikosti doplňkové závlahy rozhoduje především množství atmosférických srážek na území, jejich rozdělení v čase (v jednotlivých sezónách a měsících), druh pěstovaných plodin a ostatní činitelé, ovlivňující celkovou vodní bilanci půdy (poloha hladiny podzemní vody, druh půdy, podíl pevných zimních srážek apod.). Hnojivá závlaha dodává do půdy živiny. Provádí se v nevegetačním období, podobně jako běžné hnojení, i ve vegetačním období, pokud to její typ a druh zavlažovaných plodin potřebují, popř. umožňují. Používá se k ní přirozených i umělých hnojivých roztoků, případně městských, popř. průmyslových odpadních vod. Někdy se používá i kalné vody z řeky obsahující hnojivé látky. Použití odpadních vod musí přísně respektovat hygienická a bakteriologická hlediska, aby nebyla půda a rostliny kontaminovány škodlivinami. Hnojivá závlaha se může použít k zavlažování luk, polí i lesních porostů. Často se kombinuje s doplňkovou závlahou. Závlahy půd se používá také k některým zvláštním účelům, např. pro regulaci teploty půdy, ke zlepšení mikrobiálních a chemických procesů v půdě, k odvádění některých škodlivých látek (např. solí). Tak se můžeme setkat s pojmy závlahy oteplovací, ozdravovací a promývací. 50

51 Časté je použití závlahy k přímé ochraně rostlin před mrazem, které se osvědčuje při pozdních jarních a časných podzimních mrazech. Základem protimrazové závlahy je vznik tepla, které se uvolňuje při fázové přeměně vody v led. Dalším druhem zvláštní závlahy je závlaha klimatizační. Vytváří se jí optimální mikroklima na zavlažovaných pozemcích, zpravidla v omezené vrstvě nad povrchem. Základem bývají menší, ale časté závlahové dávky, zvlhčující půdu i rostliny Posouzení výskytu sucha a potřebnosti závlah Potřeba závlahy je vyvolána hlavně výskytem sucha. Sucho pak vzniká z nedostatku atmosférických srážek, popř. z jejich nevhodného rozdělení v čase (během roku). Výskyt sucha s ohledem na potřebnost závlahy je třeba posuzovat z hlediska četnosti výskytu a trvání sucha a vláhové potřeby rostlin v určité oblasti. Sucho může být způsobeno globálními klimatickými činiteli, avšak i místními činiteli. Klimatické sucho zasahuje zpravidla rozsáhlé oblasti v důsledku nedostatečných a nevhodně rozdělených srážek a vysoké teploty vzduchu zvyšující výpar. Orientačně lze výskyt klimatického sucha odhadnout podle průměrných ročních srážkových úhrnů za delší období pozorování. Množství vody, které je potřebné k zavlažování zajistit, je nutné hodnotit také ekonomicky. Místní sucho nezávisí na klimatických poměrech území. Vlivem místních poměrů, zejména orografických (tvar povrchu území), hydrologických a vegetačních, popř. zásahy člověka do vodního režimu v určitém místě, se vyskytuje vysušení určitých pozemků, jež je tak nutno zavlažovat Určení potřeby závlahové vody Množství vody, které je nutno přivést ve vegetačním období při doplňkové závlaze na jednotku plochy (k doplnění přirozeného obsahu vody v půdě a k úhradě ztrát vody v přiváděčích apod.) lze stanovit z bilanční rovnice na základě údajů o vláhové potřebě určité plodiny za vegetační období, množství srážek ve vegetačním období ve směrodatně suchém roce, zásobě vláhy v půdě na počátku vegetačního období, využitelném množství vzlínající kapilární vody a s použitím příslušného součinitel ztrát při různých způsobech závlahy a součinitele využitelnosti srážek ve vegetačním období. Množství vody dodávané rostlinám ve vegetačním období se přivádí v jednotlivých závlahových dávkách. Jejich velikost je omezena podmínkou, aby půda nebyla vodou příliš zatěžována, aby nedocházelo k vodní erozi a také ke zbytečným ztrátám vody výparem a povrchovým, popř. podzemním odtokem. Závisí také na způsobu závlahy a na provozních podmínkách Hlavní závlahová zařízení Tato zařízení slouží k odběru a přívodu vody k zavlažovaným plochám. Závlahová voda se odebírá buď z nádrže anebo přímo z vodního toku, popř. nad vzdouvacím objektem (jezem). Odběr se provádí odběrným objektem na břehu toku nebo v nádrži, z něhož se voda odvádí potrubím nebo otevřeným kanálem k závlahové soustavě. Přívod může být gravitační (samospádem) nebo čerpáním. Čerpání se navrhuje v případě, je-li hladina ve vodním zdroji pod úrovní zavlažovaných pozemků. 51

52 Pak je třeba vybudovat ještě čerpací stanici. Při závlaze postřikem, která je u nás nejčastěji používaným způsobem, se navrhuje vesměs čerpání. O použití nejvhodnějšího způsobu přívodu a rozvodu vody v závlahové soustavě rozhoduje členitost území, způsob závlahy, půdní a geologické poměry Podrobná závlahová zařízení Podle způsobu rozvedení závlahové vody po zavlažované ploše rozlišujeme několik způsobů závlahy: postřikem, brázdovým podmokem, přeronem, výtopou, kapkovou a podpovrchovou závlahu. Volbu způsobu závlahy ovlivňuje druh zavlažované plodiny, členitost území, půdní poměry, intenzita zemědělské výroby, vydatnost vodního zdroje, energetické zdroje, popř. další hlediska. Při závlaze postřikem se voda přivádí pod tlakem k postřikovacímu zařízení, jímž je rozptýlena po zavlažované ploše formou umělého deště. Závlaha postřikem patří k nejvýhodnějším. Může být použita pro různé plodiny, prakticky na všech druzích půd i v obtížných terénních podmínkách. Obr Schéma zavlažovací soustavy k závlaze postřikem Zdroj: Rýznar, J., 1986 Schéma závlahové soustavy pro závlahu postřikem je na obr K rozstřikování se používá zpravidla otáčivých postřikovačů, někdy se na velkých pozemcích používají mechanizované popř. automatizované zavlažovací stroje. Při závlaze brázdovým podmokem je voda napouštěna z rozváděcí sítě do brázd, kterými dále samospádem protéká a zasakuje dnem i boky brázd do půdy. 52

53 Při závlaze přeronem přeronuje voda po zavlažovaném pozemku v tenké vrstvě (2 až 5 cm). Tuto závlahu je možno aplikovat jen na území s rovnoměrným sklonem. Hodí se zejména k zavlažování luk. Závlaha výtopou znamená zatopení zavlažovaného pozemku na výšku asi 15 až 30 cm vrstvou vody. Je to vhodný způsob závlahy pro louky a pastviny, rýžová pole a popř. pro ovocné sady. Zátopa může být přirozená, při níž se zavlažované území zatápí za vysokých vodních stavů (za povodní) v blízkém toku, nebo umělá, kdy je voda přivedena na pozemek přiváděčem (zpravidla kanálem) podle potřeby. Přebytek vody ze zavlažované plochy musí být možno odvést. V zemích s vyspělým přístupem k technickému řešení závlah se v posledních letech rozvinula kapková závlaha. Z potrubí, vesměs z plastické hmoty, se rozděluje speciálně konstruovanými výtoky, tzv. kapkovači, voda pod malým přetlakem do kořenové zóny vegetace. Jde tedy v podstatě o náhradu brázdového podmoku. Při tomto způsobu závlahy je voda maximálně využita, snižují se na minimum ztráty vody, je možno rychle a citlivé reagovat na potřebu zavlažovaných plodin, přihnojovat apod. Nevýhodou kapkové závlahy jsou vyšší náklady na závlahový detail a požadavek na čistotu závlahové vody. Podpovrchová závlaha vznikla ve snaze přivádět závlahovou vodu přímo do kořenové zóny vegetace, bez dotčení půdního povrchu. Předností tohoto způsobu závlahy je, že není porušena struktura půdy, půdní profil není na povrchu přemokřen a jsou podstatně omezeny ztráty vody výparem Rybníky a účelové nádrže Rybníky a ostatní malé vodní nádrže jsou neoddělitelnou součástí naší krajiny a významně napomáhají k ochraně a tvorbě životního prostředí. Vodní hladina je typický krajinotvomý prvek s estetickým působením na člověka. Malé nádrže plní v krajině celou řadu funkcí - zásobní, ochrannou, vyrovnávací, akumulační, asanační, záchytnou, vsakovací a čistící. Mimo tyto materiální" přínosy je velmi důležitý i jejich význam estetický, rekreační a hygienický. Malé nádrže významně přispívají ke zlepšení kvality vody v povodí, ochraně před velkými vodami a mají mimořádný význam jako základní zdroj vody v oblastech s malými vodními toky a řídkou hydrografickou sítí. Malé vodní nádrže významně přispívají k dosažení souladu mezi kapacitou vodních zdrojů, kvalitou vody a nároky všech uživatelů v rámci daného prostoru a času. Uspořádání a vybavení malých vodních nádrží je značně rozdílné, tomu odpovídá i vybavení příslušnými objekty Objekty na rybnících a účelových nádržích Malé vodní nádrže a rybníky jsou pouze menší stavby než nádrže velké, ale tvoří je v zásadě stejné součásti. Jsou jimi vodní těleso a soubor funkčních objektů: zemní hráze - homogenní a heterogenní, výpusti - objekty určené k vypouštění vody z malých vodních nádrží, odběrná zařízení umožňující neregulovatelný a regulovatelný odběr vody z nádrže, 53

54 bezpečnostní přelivy používané k neškodnému převádění velkých vod, zvláštní objekty plnící zvláštní, přesně specifikované funkce, zejména u účelových nádrží. Zemní hráz je základním stavebním objektem malé vodní nádrže. Hráz ohraničuje vodní těleso v místech, kde je přirozený břeh níže, než je požadovaná kóta hladiny. Hráze pak dělíme na čelní hráz, která vzdouvá vodu, boční, která doplňuje terén na potřebnou výšku a dělící, které účelově rozdělují vodní těleso. Podle půdorysného uspořádání se rozeznávají hráze přímé, lomené a zaoblené. Hráze se navrhují ze zemních materiálů jak soudržných tak nesoudržných. Homogenní hráze - jsou hráze, které tvoří zemina s funkcí jak stabilizační, tak současně těsnící. Heterogenní hráze - jsou hráze, v jejichž příčném profilu se nachází část těsnící nebo těsnění a část stabilizační, tj. část odolávající působení statickému tlaku vodního tělesa. Těsnění hrází se navrhuje nejčastěji z vhodné nepropustné zeminy, pokud se v dané lokalitě, popřípadě v blízkém okolí, vyskytuje. Podle umístění těsnění v hrázi se rozeznávají hráze s těsněním vnitřním (jádrem) a těsněním návodním. Těsnění hráze je navázáno na nepropustné podloží. Nachází-li se nepropustná vrstva ve větších hloubkách podloží, omezujeme průsak pod hrází jiným technickým řešením - např. injekční clonou, štětovou stěnou nebo návodním kobercem. Zeminy a jiné materiály pro stabilizační část hráze mají být po zhutnění propustné, odolné proti objemovým změnám a prosakující vodě. Nesmí obsahovat organické a rozpustné látky a agresivně působit na konstrukce. Výška hráze malé vodní nádrže závisí stavebně na použitém zemním materiálu, jeho půdně mechanických vlastnostech, podloží hráze a dále na účelu hráze, jejích funkcích a požadovaných objemech a objektech v hrázi. Rybniční hráz má v příčném profilu nejčastěji tvar lichoběžníku a při jejím návrhu se musí dodržet některé minimální rozměry. Šíře koruny hrází, které jsou vyšší než 5 m a na nichž se nenachází komunikace, se navrhuje minimálně 3 m. Je-li po hrázi vedena komunikace, je koruna hráze přizpůsobená šířce navržené komunikace. Konstrukce komunikace závisí na zatížení dopravními prostředky. Sklon svahů hráze vyplývá z požadavků na stabilitu hráze a předepsaného stupně bezpečnosti pro návodní a vzdušný svah hráze. Výpustné objekty jsou určené k řízenému vypouštění vody z malých vodních nádrží. Každá výpust musí mít jeden provozní uzávěr, ovladatelný za všech okolností a u důležitých (většinou podle velikosti zadrženého objemu vody) nádrží se doporučuje další alespoň provizorní uzávěr. Před vtokem do výpustě se umísťují česle. U rybochovných nádrží se navrhují česle jemnější, z důvodu zabránění úniku ryb po toku Výpusti se situují do nejnižšího místa nádrže, aby mrtvý prostor byl co nejmenší. U rybníků a nádrží s rybochovnou funkcí se umisťuje výpusť pod nejnižší úrovní dna. Z hlediska konstrukčního se výpustě dělí na otevřené (žlabové) a uzavřené (trubní). Trubní výpusti se dělí podle druhu uzávěru na šoupátkové, stavidlové, segmentové, speciální a požerákové. Nejrozšířenějším typem výpustě na malých vodních nádržích je požerákový uzávěr umístěný v šachtě. Navrhuje se s jednoduchou nebo dvojitou dlužovou stěnou, otevřený nebo uzavřený, příp. s dnovým uzávěrem pod krátkou dlužovou stěnou (obr ). Výpustné potrubí se navrhuje ocelové, železobetonové, plastové nebo obetonované. 54

55 Obr Schéma uspořádání rybniční výpustě s uzavřeným požerákem Zdroj: Šálek, J., 2001 Žlabové výpusti jsou realizovány přerušením hráze, které zajišťují opěrné zdi a vytváří tak vlastní žlab, který je uzavírán například stavidlovým uzávěrem. Žlabové výpusti jsou velmi často kombinovány s přímými bezpečnostními přelivy. Tato kombinace vyžaduje zbudování poměrně dlouhé lávky a není vhodná, pokud po hrázi nádrže je vedena komunikace. Odběrná zařízení jsou určena k odběru vody pro různé účely, např. pro závlahu, průmysl aj. Odběry vody se dělí na gravitační a čerpáním, s konstantním nebo proměnným odběrným množstvím vody, regulovatelné a neregulovatelné. Pro možnost regulace kvality vody jsou u hlubších nádrží navrhovány etážové odběry. Toto uspořádání umožňuje odběr vody z požadované hloubky - odběrné množství se reguluje regulačním šoupátkem. Odběrné potrubí je ocelové; před vtok do odběru se umísťují česle a provizorní hrazení. Bezpečnostní přelivy jsou určené k neškodnému odvedení povodňových průtoků, s ohledem na velikost nádrží a jejich obsluhu se budují nehrazené. Kapacita bezpečnostního přelivu se navrhuje na Q100 a větší. U malých vodních nádrží se většinou nepočítá s retenčním účinkem nádrže (mimo retenčních nádrží). Bezpečnostní přelivy se dělí podle situování na hrázové a břehové, podle směru proudění vody pod přelivnou hranou na čelní a boční, podle půdorysného uspořádání přelivné hrany na přímé a zakřivené a podle konstrukčního uspořádání na korunové, břehové, šachtové, kašnové, žlabové, násoskové, doplňkové Funkce účelových nádrží Pro každou nádrž před jejím návrhem je třeba vždy stanovit její dominantní funkci, která bývá rozhodující pro výstavbu nádrže a dále řadu vedlejších funkcí, které pak nádrž plní. Funkce, které má nádrž plnit, jsou uvedeny v rozhodnutí o nakládání s vodami - povolení výstavby vodohospodářským orgánem. Zásobní funkce spočívá ve vytváření pohotové zásoby vody v době nadbytku a jejím využíváním v době nedostatku k zásobování obyvatel, zemědělství a drobných průmyslových odvětví. Jedná se o nádrže vodárenské, závlahové a průmyslové. 55

56 Ochranná funkce, která spočívá v zachycení, příp. transformaci (snížení kulminace) povodňových průtoků. Tyto funkce plní nádrže ochranné (retenční), suché, dešťové a protierozní. Hospodářská funkce spojená s využíváním vody v různých zemědělských odvětvích, ale i v jiných odvětvích hospodářství, ve vytváření vodního prostředí k chovu ryb a vodní drůbeže, pěstování vodních rostlin apod. Do této skupiny patří především klasické rybníky určené k chovu ryb. Ekologická a krajinotvorná funkce zaměřená na ovlivňování mikroklimatu, řízení hladiny podzemní vody, vytváření příznivých stanovištních podmínek pro existenci organismů, příznivé ovlivnění biologické funkce krajiny, jejího vzhledu a celkové ekologické rovnováhy. Tyto funkce plní nádrže estetické a okrasné, hydromeliorační, ale i návesní rybníčky a ve vhodné úpravě i protipožární nádrže. Hygienická funkce spočívající v zachycení a postupném zneškodnění odpadních látek a jiného znečištění přicházejícího z povodí, vyrovnáním složení vody a jejím dočištění s využitím přírodních biologických způsobů čištění ve vodním prostředí nádrže. K tomuto účelu se využívají nádrže stabilizační (biologické), sedimentační, chladící. V přírodě plní tuto funkci i většina malých vodních nádrží rybničního typu. Asanační funkce zaměřená na přeměnu ploch narušených těžbou surovin, výstavbou i jinak, ve víceúčelové nádrže s rybochovným aj. využitím. Rekreační funkce využíváním nádrží pro koupání, vodní sporty, k léčebným účelům aj. Estetická funkce soustředěná na využívání estetických vlastností nádrže a rybníků v obytné zástavbě i volné kulturní zemědělské krajině. Zachycení a využití dešťových vod ve vesnické zástavbě. Dešťová voda se využívá jako zdroj vody, tím se snižují nároky na kapacitu kanalizační sítě a zařízení na čištění odpadních vod. Nádrže pro zachycení a pozdější využití dešťových vod se nazývají cisterny Ochrana a organizace povodí Pro komplexně chápané hospodaření s vodou má význam sledovat její pohyb již od okamžiku dopadu na povrch půdy. Voda se z části vsakuje, z části po povrchu stéká, popř. odtéká mimo místo dopadu podzemními cestami. Takto chápaná pozornost pohybu vody na Zemi má význam z hlediska potenciální vodní eroze, která vede k nepříznivým ekonomickým, ekologickým, technickým a estetickým důsledkům, jimž je třeba čelit. Vodní eroze vzniká rozrušováním půdního povrchu stékající vodou, transportem půdních částic s vodou a jejich ukládáním na různých jiných místech půdního povrchu. Důsledkem vodní eroze je úbytek orniční vrstvy a rostlinných živin, což velmi ochuzuje zemědělskou výrobu. Půdní částice odnesené povrchové stékající vodou z povodí jsou hlavním zdrojem plavenin (jemných splavenin) v tocích, v nichž způsobují zanášení a zhoršování jakosti vody. Vodní eroze je významným zdrojem rozptýleného znečištění vodních toků a nádrží zejména díky používání chemických prostředků v zemědělství, neboť se splavovanými půdními částicemi se do toků a nádrží dostávají také umělá hnojiva, popř. ochranné chemické látky. 56

57 Aby se těmto nepříznivým důsledkům předešlo, je třeba věnovat se účelnému uspořádání (organizaci) povodí. O vytváření povrchového odtoku ze srážek a o jeho soustřeďování rozhoduje členitost území, jeho sklonitost, délka svahů, půdní poměry, vegetační kryt půdy a další vlivy, mnohdy v celém povodí. Záleží také na uspořádání zemědělských pozemků a na způsobu jejich obdělávání (orba po vrstevnicích nebo po spádnici apod.). Je dobré, když ve svažitých územích jsou zemědělské pozemky umístěny delší stranou ve směru vrstevnic a provádí se tedy orba po vrstevnicích. Současně s uspořádáním pozemků je třeba vhodné navrhnout komunikační síť polních cest, která může účelné usměrňovat povrchový odtok. Předpokládá to opět vedení cest v zásadě po vrstevnicích nebo jen v mírném sklonu a vybudování příkopů k bezpečnému odvedení povrchové vody. Cesty s velkým sklonem, zejména vedoucí ve směru blízkém spádnici, jsou předurčeny stát se výraznými erozními brázdami v terénu Osevní postupy na svahových polohách je třeba volit tak, aby na svažitých úsecích s velkým sklonem, kde dochází k povrchovému odtoku vody s velkou rychlostí a tedy i velkou erozní schopností, byly umísťovány plodiny se schopnosti zadržovat srážkovou vodu a zpomalovat povrchový odtok. K tomu účelu jsou vhodné všechny plodiny, které tvoří drn (tráva, vojtěška, jetel). Proto se s jejich zastoupením zpracovávají tzv. protierozní osevní postupy. Mezi pásy plodin, které tuto schopnost nemají (obilniny, okopaniny), se vkládají travní pásy, jejichž účinek se zvyšuje vedením po vrstevnicích. Tomuto způsobu členění pozemků se říká konturové hospodaření. Pozemky takto vytvořené splňují velmi dobře estetická kritéria. Na pohled je takové členěné povrchu nehospodárné, je však vyváženo odstraněním obrovských škod, které mohou při plošné erozi za mimořádně velkých srážek na půdě i na plodinách vzniknout. K ochraně pozemků a plodin na nich pěstovaných před povrchovým přítokem srážkové vody z výše položených území se navrhují vsakovací pásy z lesních nebo travních porostů, popř. vsakovací příkopy. Zdravotně technické stavby Soustavy objektů zajištujících zásobování obyvatelstva, průmyslu a dalších uživatelů vodou, zachycování, soustřeďování a čištění odpadních vod souhrnné označujeme jako zdravotně technické stavby. Významnou součástí těchto soustav jsou vodovodní rozvodné resp. stokové sítě. Ty lze chápat jako součást řešení inženýrských síti v urbanizovaném území (i mimo ně) Stavby pro zajištění dodávky vody Soubory staveb a zařízení pro zajištění dodávky vody pro libovolného uživatele mají charakteristické části: a) zdroj vody a zajištění odběru (jímání); přitom se popř. může provádět současně i jisté předčištění odebrané vody; b) doprava surové vody k úpravně (může obsahovat čerpání vody popř. i objekty zajištující akumulaci odebrané vody); c) úprava vody v souladu s požadavky odběratele (může být vynechána, pokud vlastnosti vody odebírané ze zdroje jsou vyhovující); 57

58 d) doprava upravené vody do distribučního systému odběratele (většinou s čerpáním a akumulací vody); Obr Schéma vodovodu Zdroj: Novák, J. a kol., 2003 V konkrétních případech mohou některé části v sestavě vodovodu (obr ) chybět, jindy mohou být dále členěny (např. u skupinových vodovodů), kde z jednoho zdroje je voda dodávána do různých míst (např. do několika obcí s vlastními rozvody). V případě společného využívání více zdrojů k uspokojení odběratelů v širší oblasti mluvíme o vodárenské soustavě. Charakteristickými objekty jsou odběrné objekty (jímadla), čerpací stanice, objekty úpraven vody, vodojemy, přivaděče a zásobovací řady, rozvodné (vodovodní) sítě Potřeba vody Stanovení potřeby vody je prvním krokem při návrhu soustavy pro zásobování vodou. Zde je třeba rozlišovat jednak průměrnou potřebu jednak špičkovou potřebu vody. Potřeba vody u průmyslových provozů vyplývá zejména z technologických a sociálních potřeb. V zemědělství se u chovných farem potřeba vody odhaduje podle chovné kapacity (např. pro ustájenou dojnici je 60 l za den atd.). Při hromadném zásobování obyvatelstva pitnou vodou se dnes považuje 200 l na obyvatele a den za dostačující i při vysokém životním standardu. K této hodnotě přistupuje potřeba pro technickou a občanskou vybavenost, místní průmysl a také přirážka na ztráty ve vodovodní síti, které mohou dosáhnout i více než 20 % potřeby. Při stanovení návrhové potřeby vody se zvažuje vývoj nároků v budoucnu tj. s předstihem let. Průměrná potřeba vody je významná ve vztahu ke kapacitě zdrojů. Pří dimenzování dalších prvků soustavy je nutno do úvah zahrnout nerovnoměrnost potřeby, a to jednak denní, jednak hodinovou. Pro zásobování různých odběratelů vodou lze využít zdrojů podzemních (někdy obohacených umělou infiltrací), povrchových a v některých oblastech i zachycené srážkové vody. Přitom je nutno postupovat racionálně i ve vztahu k jakosti vody různých zdrojů. Podzemní zdroje jsou u nás, v souladu s vodním zákonem, přednostně vyhrazeny pro zásobování obyvatelstva. I pak je ve většině případů nutno odebranou vodu upravovat. 58

59 Jímání vody odběrné objekty Podzemní zdroje Velmi zodpovědným úkolem při využívání podzemních vodních zdrojů je stanovení jejich vydatnosti. Je nutný hydrogeologický průzkum, kterým se zpřesní naše znalosti o vlastnostech zdroje ve vztahu ke geologické stavbě území, přitom se provádí též čerpací zkouška. Výsledkem zkoušky je stanovení odběru vody (l.s -1 ) a dále sníženi hladiny podzemní vody v okolí, popř. další podstatné okolnosti. Pro zjištění reprezentativních údajů je nezbytná dlouhodobá zkouška (až 90 dnů), a i pak je nutná obezřetnost při určení návrhové vydatnosti (nutno zvážit charakter období, v němž byla zkouška uskutečněna). Přitom sklon hladiny podzemní vody (hydraulický gradient úměrný vtokové rychlosti) je omezen s ohledem na filtrační stabilitu pórovitého prostředí. Vydatnost podzemních zdrojů má být v souladu s maximální denní potřebou odběratelů, protože při jejich využívání se nenavrhují akumulační prostory (s výjimkou vodojemů pro denní, výjimečné týdenní vyrovnání). Jímání podzemní vody se provádí pomocí jímadel, která jsou většinou vertikální (studny), mohou však být též horizontální (zářezy, galérie), popř. kombinovaná. Soustředěné výrony podzemní vody v pevných horninách se zachycují v tzv. pramenních jímkách. Vertikální jímadla jsou studny trubkové, trubní a šachtové. Trubkové studny (ocelová trubka s břitem a perforací v dolní části, která se zarazí s povrchu území pod hladinu podzemní vody) přicházejí v úvahu jen pro provizorní zásobování vodou. Trubní studny se hloubí vrtáním a vzhledem k racionální výstavbě jsou dnes nejrozšířenějším typem jímadel podzemních vod; při dnešním rozvoji vrtné techniky je lze vybudovat v jakýchkoliv horninách a pro nejrůznější hloubky. Vrty se vystrojují pažnicemi, které při větších hloubkách vytvářejí kolony. Obr Trubní (vrtaná) studna Zdroj: Slavíčková, K., Slavíček, M.,

60 Každá trubní studna (obr ) je ve své aktivní části (pod provozním snížením hladiny ve zvodnělé vrstvě) opatřena zárubnicí, jež umožnuje přítok podzemní vody do studny a zároveň zabraňuje vplavování pevných částic. Zárubnice mohou být ocelové, litinové (riziko koroze a zarůstání otvorů), kameninové, z plastických hmot aj. Kolem zárubnice se provádí filtrační obsyp (nutný vrt o větším průměru), popř. se využije filtrační syntetické textilie. V neaktivní části je studna plnostěnná a nahoře je ukončena zhlavím, kde je umístěno uzavírací, kontrolní a měřicí zařízení. Při velké hloubce hladiny podzemní vody je ve vrtu (musí mít průměr nad 145 mm) osazeno ponorné čerpadlo a součástí zhlaví je též jeho příslušenství. Obr Šachtová studna Zdroj: Slavíčková, K., Slavíček, M., 2013 Šachtové studny (obr ) jsou vhodné ve zvláštních geologických podmínkách, kdy vrtání je komplikované a dále v případech, kdy studna plní zároveň funkci sběrné nebo čerpací komory. Provádějí se většinou jako spouštěné, při menších hloubkách též jako kopané. Jsou typizovány pro průměry 2 až 5 m. Studny s radiálními sběrači představují kombinaci vertikálního jímadla s horizontálním. Ve vodonosné vrstvě ve spodní části šachtové studny (o průměru 4 až 5 m) jsou vybudovány vodorovné sběrače, vystrojené obdobně jako trubní studny. Účelem sběračů je zvětšit vtokovou plochu. Lze je budovat jen při velmi příznivých hydrogeologických podmínkách a jejich předností je soustředění odběru do jediné velké provozní jednotky. Studny se zpravidla nebudují jako samostatné, ale v řadách, situovaných kolmo ke směru proudění podzemní vody, v složitých případech proudění popř. ve skupinách. Kromě samostatného odběru z každé studny pomocí čerpacího agregátu, je možno při malé hloubce snížené hladiny ve studních pod terénem výhodně použít násoskového řadu, jímž se voda samočinné soustředí do sběrné studny (šachtové), odkud se čerpá. Při malé mocnosti zvodnělých vrstev (do 1 m), na nepropustném podloží v hloubce menší než 5 m, je vhodné jímání podzemní vody zářezy vystrojenými sběrným kameninovým potrubím 60

61 (perforovaným) chráněným obsypem popř. filtrační textilií. Voda se tímto horizontálním jímadlem svádí do čerpací jímky. Při jímání pramenů je důležité zachovat původní podmínky vývěru, a proto je nutno rozlišovat, zda se jedná o soustředěný nebo rozptýlený popř. spodní nebo boční vývěr. Po odstranění pokryvných útvarů a očištění skály se vybuduje pramenní jímka vhodného typu s příslušenstvím, včetně manipulační komory. Využití pramenů musí předcházet několikaletý průzkum vydatnosti i jakosti vody. Obdobné jako podzemní voda se jímá též voda uměle infiltrovaná, kterou je možno obohatit podzemní zdroje při výhodných geologických a hydrogeologických podmínkách (mocné vrstvy písku na nepropustném podloží). Povrchová voda se vede do vsakovacích příkopů popř. nádrží (s povrchovou vrstvou, kterou je možno regenerovat) a na cestě pórovitým prostředím se zachytí suspendované látky, upraví se teplota a částečné odbourají rozpuštěné organické látky popř. bakterie Povrchové zdroje Povrchová voda pro různé potřeby (včetně vody pitné) se odebírá buď z vodních toků (popř. z jezových zdrží) nebo především z vodních nádrží. Funkční řešení i konstrukce odběrných objektů jsou značné rozmanité a závisí na množství odebírané vody, místních podmínkách, hloubce vody, kolísání hladiny, splaveninovém a zimním režimu a dalších okolnostech. Obr Odběrný objekt z toku popř. jezové zdrže (břehové jímadlo) s čerpací stanicí Zdroj: Slavíčková, K., Slavíček, M., 2013 Při odběru vody z vodního toku je nutno odběrný objekt navrhnout tak, aby byl chráněn před účinky plovoucích i sunutých splavenin (nornou stěnou, vtokovým prahem), ledových ker atd. a zajišťoval jistý stupeň předčištění vody (česle, síta, usazovák). Odběr vody z hlubokých nádrží by měl vždy respektovat jejich teplotní režim, na němž závisí zejména biologický život i chemismus vody a dále skutečnost, že v oblasti dna probíhají anaerobní procesy. Proto se používá tzv. etážových odběrných objektů, které umožňují při letní popř. i zimní stratifikaci v nádrži odebírat vodu o co nejpříhodnějších vlastnostech. 61

62 Čerpací stanice Dopravu vody od zdroje k místu potřeby lze jen ve výjimečných případech zajistit gravitačně (samospádem), a proto se v sestavě vodovodu nebo vodárenské soustavy různě uplatňují čerpací stanice. V rámci odběru vody se používají (pro surovou vodu) - samostatné, automaticky fungující čerpací stanice (tzv. "domovní vodárny"), - čerpací stanice nad studnou (s čerpadly ponornými popř. s kladnou sací výškou), - čerpací stanice při akumulačních nádržích. V rámci objektů úpraven vody čerpací stanice zajišťují cirkulaci upravované vody pro realizaci stanovených technologických procesů (včetně požadovaných kapacit a tlakových poměrů); další čerpadla (nebo jejich sestavy) jsou nezbytná např. pro prací vodu, dopravu chemikálií apod. Další čerpací stanice bývají umístěny - u vodojemů, kde zajišťují dopravu vody do požadovaných vyšších tlakových pásem soustavy, - u výškových objektů (k dosažení lokálně nezbytných tlakových poměrů). Stavebně jsou velké čerpací stanice průmyslové haly, jejichž spodní stavba je výrazně ovlivněna potrubními okruhy a základy čerpacích jednotek. Požaduje se napájení ze dvou nezávislých energetických zdrojů a 50% čerpací rezerva (s výjimkou malých zdrojů do 10 l.s -1 ), což ovlivňuje návrhový počet čerpadel. Volba čerpadla závisí na jeho hltnosti (průtokové kapacitě) Q (m 3. s -1 ), celkové dopravní výšce H (dané rozdílem hladin, ztrátovou a rychlostní výškou) a požadovaném účelu a také na hydraulických vlastnostech celého okruhu (zejména sacího a výtlačného potrubí) Úpravny vody Vodní zdroje, u nichž v dnešní době musíme vždy počítat s jistou mírou znečištění, většinou z hlediska jakosti vody neodpovídají požadavkům odběratelů. Proto úprava vody je téměř vždy nezbytnou součástí zásobování vodou. Požadavky odběratelů na vlastnosti vody jsou značné rozdílné. Nejmenší nároky jsou na vodu dopravní popř. prací, poněkud větší např. na vodu chladicí a největší na vodu pitnou. Samostatný vodovod užitkové (průmyslové) vody s nižšími nároky na jakost je hospodárný jen při velkých odběrech. Na rozdíl od některých koncepčních řešení v zahraničí se u nás v městských aglomeracích zásobování místního průmyslu popř. služeb řeší společné se zásobením pitnou vodou - což klade zvýšené nároky na kapacitu úpraven pitné vody (včetně zvýšených výrobních nákladů). Požadavky na vlastnosti pitné vody, a také např. na vlastnosti chladicí popř. dalších průmyslových užitkových vod stanoví příslušné normy. Pitná voda je přitom definována jako zdravotně nezávadná voda, která ani při trvalém požívání nevyvolá onemocnění nebo poruchy zdraví (účinkem akutně, chronicky nebo opožděné působících látek na zdraví průměrného spotřebitele a jeho potomstva) a její smyslové postižitelné vlastnosti nebrání jejímu požívání. Proto nesmí obsahovat žádné choroboplodné zárodky ani bakterie indikující 62

63 souvislost s povrchovými popř. odpadními vodami, pokud se jedná o látky toxikologického typu, jsou stanoveny nejvyšší mezní hodnoty (mg.l -1 ). Při úpravě vody se používá fyzikálních, chemických popř. biologických prostředků, jimiž se ze surové vody odstraňují nežádoucí příměsi a upravují nevhodné vlastnosti. Největší význam má chemická úprava vody. V procesu úpravy vody je možno odlišit vlastní čištění vody, zvláštní metody úpravy (odželezování, odmanganováni, odkyselování, změkčování aj.) a hygienické zabezpečení vody. Z vody je nutno odstranit suspendované, jemné suspendované a koloidní látky. Dříve však musí být voda zbavena hrubých nečistot, písku, jemných minerálních a organických částic, pokud se tak nestalo např. v hluboké nádrži nebo při odběru vody. Vedle česlí, usazováků popř. lapáků písku se používají rotační bubnová síta (oka 1-4 mm) a mikrosíta (oka do 0,05 mm) s proplachovacím zařízením. Vzhledem k omezeným možnostem mechanických prostředků se nejčastěji používá koagulace koloidních a suspendovaných látek pomocí chemických srážedel, sedimentace vysrážených částic a dočištěni vody na pískových filtrech. Koagulace je elektrochemický proces, kde účinkem srážedel (síran hlinitý Al2(SO4)3, chlorid železitý FeCl3, síran železnatý Fe(SO4) popř. jiné) se snižují odpudivé síly koloidních částic, které se pak aglomerují v mikrovločky (perikinetická fáze). Přitom je zpravidla nutno dávkovat též vápno, jednak jako alkalizační činidlo (k zajištění hodnoty ph pro optimální poměry vločkování), jednak pro stabilizaci vody po koagulaci (dochází ke spotřebě CaO). Chemikálie se dávkují v přesně odměřených množstvích do směšovací nádrže, kde při rychlém míšení (max. 120 s) vzniknou mikrovločky. V další fázi koagulace (ortokinetické) se ve vločkovací nádrži při pomalém míšení postupné nabalují makrovločky schopné usazení. Vločkovací doba bývá 10 až 20 minut, jen výjimečné delší. Při malém množství vloček (voda je poměrně čistá) se po flokulaci voda vede přímo na filtry, při dvoustupňové úpravě (více znečištěná voda) se separace vloček provádí v usazovací nádrži. Usazovací nádrže se navrhují bud horizontální (nejčastěji s podélným průtokem) nebo vertikální. Vzhledem k malé sedimentační rychlosti kalových částic (řádové desetiny mm za s) je nutno volit dobu zdržení 1 až 2 h. U menších úpraven povrchové vody (většinou odebírané přímo z toku) se při vyšší míře znečištění z úsporných důvodů používají tzv. čiřiče, sdružující funkci vločkovací a usazovací nádrže (koagulace a separace); rovněž zajišťují zahuštění odčerpaného kalu. Vyvinuly se z vertikálních usazovacích nádrží. Jejich funkce je založena na účinku vznášené vrstvy vloček ve vodě (vločkového mraku), která je v požadované poloze udržována rovnováhou mezi sedimentační rychlostí částic a vzestupnou rychlostí vody. Čisticí proces probíhá při průtoku vody (vedené ze směšovací nádrže, která zpravidla bývá zabudována v sestavě čiřiče) touto vrstvou (o mocnosti kolem 2 m). Odstraňování dispergovaných částic probíhá kontinuálně. Doba zdržení vody v čiřiči je kolem 1 h. Filtrace vody pórovitým prostředím zajišťuje odstranění suspendovaných částic z vody (dispergovaných i vločkovitých). Při velmi malém obsahu suspendovaných látek ve vodě může fungovat jako jediný způsob úpravy vody, většinou se však zařazuje za koagulaci a separaci vloček. 63

64 Základem filtrace jsou molekulární adhezní síly na povrchu zrn filtračního materiálu, uplatní se však i chemické a biologické procesy. Podle filtrační rychlosti (m.h -1 ) nebo plošného zatížení filtru se rozlišuje pomalá a rychlá filtrace. Pomalou filtrací se napodobují podmínky filtračních pochodů v přírodě. Při rychlosti filtrace 0,1 až 0,2 m.h -1 (výjimečné 0,5 m.h -1 ) v jemnozrnném materiálu (křemítý písek o velikosti 0,4 až 0,6 mm) se převážná část nečistot zachytí v povrchové vrstvě o mocnosti několika centimetrů. Na povrchu filtru se vytváří membrána, osídlená bakteriemi, řasami a prvoky. Tyto organismy přispívají k odbourávání nečistot biochemickou cestou. Po zanesení filtru (za 20 až 60 dnů) se odstraní povrchová vrstva o tloušťce cca 5 cm. Po zapracování (1 až 2 dny) je pomalý filtr opět schopen plnit svoji funkci. Výhodou pomalých filtrů je jednoduchý provoz, nedostatkem velmi malý výkon. U velkých úpraven vody se zásadně navrhuje rychlá filtrace, pro niž je typická filtrační rychlost 3,6 až 7,2 m.h -1, filtrační materiál o zrnitosti 0,6 až 1,2 mm a mocnost vrstvy kolem 1,5 m popř. více. Schéma rychlofiltru s vyznačením provozního příslušenství je na obr Obr Schéma otevřeného rychlofiltru Zdroj: Slavíčková, K., Slavíček, M., 2013 Důležitou součástí rychlofiltru je filtrační mezidno, jehož účelem je nést filtrační vrstvu a rovnoměrné sbírat filtrovanou vodu. Přívod vody na filtr je shora, výška vody nad povrchem filtru obvykle postačí 0,3 m. Zanesený filtr je nutno odstavit a vyprat. Filtrační vrstva se zvedne zpětným proudem prací vody a pro zvýšení očistného účinku se používá též tlakového vzduchu (uspoří s prací voda). Pro úpravu pitné vody, ale zejména v průmyslu popř. pro speciální účely se používá i uzavřených tlakových rychlofiltrů. Filtrační rychlost se uvažuje kolem 5 m.h- 1, maximálně až 30 m.h -1. Při úpravě vody vzniká jednak zahuštěný kal v usazovacích nádržích (popř. v čiřících) o koncentraci až 3 % pevných látek, jednak řídký kal při praní rychlofiltru. V kalovém hospodářství úpravny je nutno zajistit odvodnění kalů, které se nejhospodárněji provádí vysoušením popř. v kombinaci 64

65 a vymrzáním v přírodních podmínkách v kalových polích popř. v kalových lagunách. Racionální je zahuštění kalů pomocí kalolisů. Kaly obsahují převážné minerální látky. Obr Schéma základních fází úpravy vody (koagulace, separace, filtrace) Zdroj: Slavíčková, K., Slavíček, M., 2013 Ze zvláštních úprav vody se uplatňuje odželezování a odmanganování, dále odkyselování popř. odplyňování resp. opatření ke zlepšení vlastností vody (odpachování, dechlorace, fluoridace aj.). Způsoby úpravy jsou fyzikální, chemické, většinou však kombinované; jejich volba závisí na způsobu vázání negativně působících látek ve vodě a stanoví se zpravidla na podkladě výsledků poloprovozních zkoušek. Hygienické zabezpečení vody z hlediska choroboplodných zárodků před vstupem do rozvodného systému je nezbytnou podmínkou při hromadném zásobování obyvatelstva vodou. Někdy se hygienicky zabezpečuje voda i pro některé průmyslové provozy. Pro dezinfekci vody ve vodárenství se používá - chloru a jeho sloučenin (převažující technologie), - ozonizace, - ultrafialového záření, - oligodynamických vlastností látek (stříbra, mědi aj.). Účinek chloru se projevuje v usmrcování bakterií a ve spalování organických látek při oxidačním procesu. Chlor se dávkuje v množství 1 až 3 mg Cl2 na 1 l vody, u podzemních zdrojů (bez Fe a Mn) může dávka být nižší než 1 mg v 1 l. Z hlediska hygienického zabezpečení je však významný zbytkový chlor v libovolném místě vodovodní sítě, jehož množství v jednom litru vody nemá poklesnout pod 0,05 mg. 65

66 Chlor se do vody dávkuje jako plynný, ve většině případů se přidává nepřímo jako chlorová voda. U menších soustav je možno popř. použít chloraminů. Za určitých okolností působí chlor pachové popř. i chuťové závady (v kombinaci s některými látkami), při větších dávkách působí škodlivé na organismy. Pro odstraňování pachů se používá tlakových dechloračních filtrů s náplní aktivního uhlí. Dávkováním ozonu se vedle dezinfekce zajišťují též další příznivé oxidační účinky, obdobně jako při chlorování. Použití aktinizace (ultrafialového záření) není zatím běžné v provozních podmínkách. Katadynizace s využitím schopnosti některých látek, zejména stříbra a mědi, usmrcovat organismy, je možná jen při malých výkonech úpraven vody. Jako příklad náročného způsobu úpravy vody (dvoustupňové) je na obr uvedeno schéma typové úpravny pitné vody). Před základní procesy je předřazena aerace, CaO se dávkuje pro zlepšení podmínek koagulace (úprava ph), na závěr úpravy je vedle chlorování aplikován fluorokřemičitan sodný. Obr Schéma dvoustupňové úpravy pitné vody Zdroj: Slavíčková, K., Slavíček, M., 2013 Vedle vodárenských soustav popř. skupinových vodovodů se centralizované zásobování obyvatelstva vodou zajišťuje vodovody místního významu, jejichž součástí jsou malé úpravny vody (o výkonu několik l.s- 1 ). Hlavním požadavkem tu je co nejjednodušší provoz, který je schopna zajišťovat obsluha bez speciální kvalifikace, popř. automatický provoz. Realizují se: a) využitím tzv. balených úpraven vody, tj. průmyslové vyráběných celků, b) návrhem úpraven s málo zatěžovanými úpravárenskými prvky - např. na bázi pomalé filtrace. Takové řešení je ovšem reálné při odpovídající jakosti surové vody. Hygienické zabezpečení je samozřejmé nezbytné. 66

67 Z hlediska investiční výstavby í provozu je možno úpravny vody charakterizovat jako speciální průmyslové stavby s poměrně výrazným podílem strojního a elektrotechnického zařízení. Dominantní je požadavek na vodotěsnost železobetonových nádrži (často o velkých rozměrech) a značné nároky na rozvody vody různého typu (popř. na speciální inženýrské sítě mimo objekty). Některé provozy se vyznačují vysokou agresivitou prostředí. Obr Úpravna vody ve Vítkově-Podhradí Zdroj: Povodí Odry, s.p Vodojemy Vodojemy mají v systému zásobování vodou tři hlavní funkce: a) akumulační - s cílem sladit nerovnoměrný odběr vody během dne s přítokem (zpravidla konstantním po celých 24 h, lze však uvažovat např. čerpání pouze v noci atd.); b) tlakovou - danou požadavkem, aby při minimální hladině ve vodojemu a při max. odběru byl ve všech místech vodovodní sítě požadovaný minimální hydrodynamický přetlak; c) požární a rezervní - zajišťující jednak předepsaný objem požární vody, jednak určitou poruchovou zásobu vody pro případ poruchy přiváděcího řadu (nebo jiných částí vodovodu). Vodojemy se snažíme umístit do těžiště odběru vody. Místní podmínky a požadavek na zajištění tlakových poměrů si však často vynutí zvláštní řešení. Při zásobování větších oblastí se vedle hlavního vodojemu budují další vodojemy pro jednotlivá střediska odběru. Často vodojemy a jejich vzájemné funkční a technické propojení tvoří náročnou soustavu. 67

68 Význam akumulační funkce vodojemu pro soustavu funkčních prvků vodovodu je dán úsporami, vyplývající ze snížení návrhové kapacity všech prvků před vodojemem, zejména úpravny vody. Vodojem tedy plní funkci rozdělovací nádrže. Objem, nutný k rozdělení přítoku na požadovaný nerovnoměrný odběr, se stanoví z časového průběhu odběru během dne. Ten je dán plánem potřeby vody. Užitečný objem vodojemu je dán součtem vlastního akumulačního objemu, zásoby požární vody a rezervního objemu (účelná se jeví zhruba jednodenní poruchová zásoba). K němu je nutno přičíst mrtvý (nevyužitelný) objem, který je dán tvarem dna vodojemu a umístěním odběrného zařízení. V složitých soustavách zásobování vodou vodojemy (obecně umělé akumulační nádrže) mohou účelné přispívat k jejich dynamickým schopnostem. Tlaková funkce vodojemu vyplývá z požadovaných tlakových poměrů v rozvodné síti. U zásobovacích řadů (dimenzovaných na max. hodinovou potřebu nebo na průměrnou potřebu + požární odběr) se max. přípustný tlak uvádí 0,6 MPa, výjimečné (v krátkých úsecích) 0,8 MPa. Tam, kde jsou výškové rozdíly větší, je nutno zásobovanou oblast rozdělit na tlaková pásma se samostatnými vodojemy. V nejvýše položených místech sítě se požaduje minimální hydrodynamický tlak 0,15 MPa, na obvodu sídlišť z požárních důvodů 0,2 MPa. U ojedinělých výškových budov popř. vysoko položených malých skupin domů se tlakové poměry zajišťují zvláštními tlakovými stanicemi (vysokotlakovými čerpadly). V závislosti na místních podmínkách se vodojemy budují jednak jako podzemní jednak jako věžové. S ohledem na hospodárnost výstavby jsou jednoznačně výhodnější podzemní vodojemy, v rovinném terénu se však bez věžových vodojemů nemůžeme obejít. Aby při kolísání hladiny ve vodojemu nedocházelo k podstatným tlakovým změnám v řadech, volí se hloubka vody poměrně malá: u zemních vodojemů obvykle 3 až 5 m (pouze u velkých objektů více), u věžových 6 až 8 m. Součástí vodojemu je armaturní (manipulační) komora, zajištující řízení provozu a údržbu objektu. Podzemní vodojemy jsou budovány jako železobetonové kryté nádrže, nejčastěji s monolitickými stěnami a dnem a prefabrikovaným stropem, použivá se však i předpjatých popř. převážně montovaných konstrukcí. Nádrže se zapouštějí do poloviny až do dvou třetin výšky pod úroveň terénu. Z výkopu se budují ochranné boční nadzemní přísypy, popř. tepelné izolace stropu vrstvou o tloušťce až asi 70 cm. Podzemní vodojemy se navrhují jednak jako ploché kruhové válcové nádrže (popř. i trubní), jednak krabicového typu. Kruhové vodojemy jsou typizovány pro objemy 50 až 1000 m 3 a zpravidla se umísťují sdruženě ve dvojicích popř. ve trojicích (max. objem 3000 m 3 ). Krabicové vodojemy jsou v typové řadě od 250 m 3 do 6000 m 3 (ve dvojicích), byly však vybudovány objekty o podstatně větším objemu. Věžové vodojemy jsou akumulační nádrže umístěné v potřebné výšce nad terénem na nosné konstrukci. Vzhledem k tomu, že jejich cena na 1 m 3 objemu je pětkrát až desetkrát vyšší než u vodojemů podzemních, je nutno vytvořit v soustavě takové provozní podmínky, aby bylo možno vystačit s co nejmenším akumulačním objemem. Proto se zpravidla vylučuje požární a poruchová zásoba (řeší se jiným, hospodárnějším způsobem) a režim čerpání se co nejvíce přizpůsobuje průběhu odběru vody. Umístění se navrhuje co nejblíž k těžišti potřeby vody. 68

69 Z hlediska konstrukčního se věžové vodojemy skládají z vlastní nádrže (železobetonové popř. ocelové), ochranného a izolačního pláště kolem ní a z nosné konstrukce, která může mít popř. i další využití. U nás se v posledních letech v soustavách lokálních vodovodů pro zásobování obyvatelstva popř. i jiných odběratelů značné rozšířily malé věžové vodojemy kovové o objemech 50, 100 popř. 200 m 3. Nádrž je nesena kloubově uchyceným sloupem a stabilní poloha konstrukce je zajištěna obvykle soustavou šikmých zakotvených lan. Obr Kovový věžový vodojem (Opava-Vávrovice) Zdroj: VÚV TGM, 2013 U větších vodojemů přicházejí v úvahu převážně konstrukce ze železobetonu. Při zásobování vodou průmyslových závodů lze pro umístění vodojemů najít další vhodné umístění, např. v nejvyšších etážích výškových provozních objektů Hlavní řady V soustavě zásobování vodou zajišťují dopravu vody jednak hlavní resp. přiváděcí řady jednak rozvodné sítě, v rámci nichž je možno rovněž rozlišit jistou hierarchii. Do první skupiny patří např. přívody surové vody od zdroje k úpravně, přiváděcí řady od úpravny vody k hlavnímu vodojemu popř. další přiváděcí (spojovací) řady mezi vodojemy. Jejich kapacita je dána režimem zásobování 69

70 vodou v soustavě včetně nezbytných rezerv z hlediska spolehlivosti. Většinou se jedná o tlaková potrubí z oceli popř. ocelolitiny (někdy i z jiných materiálů - litiny, vyztuženého betonu, plastů). Ve velkých soustavách se používá též tlakových štol. Trasa je vedena pokud možno méně využívaným územím, s přihlédnutím k důsledkům případné poruchy na řadu. Hloubka uložení se volí minimálně 1,5 m pod terénem. Zvláštní pozornost je nutno věnovat křížení s komunikacemi, vodními toky popř. vlivu sousedních objektů a provozů, z nichž může hrozit poškození řadu (dynamické účinky dopravy, nahodilé výkopy atd.). Řady musí mít zajištěnu protirázovou ochranu (při náhlých změnách proudění - uzavření potrubí, začátek resp. konec čerpání aj.) a dále zařízení pro soustřeďování vyloučeného vzduchu ve vrcholových úsecích (vzdušníky) a zařízení pro vypouštění kalů v místech výškových depresí (kalosvody) Čištění odpadních vod Zachycování, odvádění, soustřeďování a čištění odpadních vod z území měst a obcí, průmyslových závodů, zemědělských provozů, komunikací atd., patří k základním úkonům zdravotně vodohospodářského inženýrství. Soubor objektů vybudovaných pro tuto potřebu se označuje souhrnným pojmem kanalizace. Jde hlavně o stokové sítě (popř. včetně objektů umožňujících ovlivňovat režim odvádění odpadních vod) a čistírny odpadních vod (včetně odvedení vyčištěných vod do říční sítě), popř. další objekty. V městech a obcích s hromadným zásobováním obyvatel pitnou vodou je nutno souborně řešit problematiku odpadních vod. Splaškové odpadní vody se odvádějí z domácností, restauraci, hotelů, škol, sociálních zařízení úřadů, závodů atd. pomocí vybudované stokové sítě. Do ní je možno vypouštět i některé průmyslové (popř. i zemědělské) odpadní vody buď přímo anebo po předčištění. Jiné druhy odpadních vod z průmyslu je nutno odvádět a čistit samostatně. Zvláštní místo patří dešťovým odpadním vodám, zejména pro jejich nárazové velké množství při výskytu přívalových dešťů. V současné době jejich míra znečištění ve městech při průchodu ovzduším a hlavně oplachem objektů, komunikací a povrchu území (smyvy) je značná, takže rovněž vyžaduje čištění. Při zaústění do stok splaškové sítě (tzv. jednotná stoková soustava) dochází k velkému ředění znečištění a k vyplachování stok. Taková odpadní voda má natolik jiné vlastnosti než splašková, že komplikuje technologií čištění. Proto zejména v minulosti bylo běžné navrhovat odlehčovací komory na stokách, které podstatnou část přívalového průtoku odváděly bez dalšího čištění do toku. Tímto opatřením se zároveň šetřilo na dimenzích hlavních (kmenových) stok. Dnes se na těchto objektech vyžaduje (i dodatečně) aspoň částečné čištění odváděné vody k zamezení transportu čerstvých odpadů do toku. Odvedení dešťových vod zvláštní stokovou sítí (oddílná stoková soustava) je nákladné a navíc čištění těchto vod je obtížné. Účelné může být tam, kde nedochází k závažnému znečištění přívalových vod, a kde dešťová stoková sít je jednoduchá, tj. např. ve venkovských střediskových obcích a menších městech. Východisko se dnes hledá v kombinaci jednotné soustavy s akumulací dešťových vod nejčastěji v podzemních nádržích, umožňujících opožděný řízený odtok stokovou sítí. Převážná většina dešťových odpadních vod pak projde čistírnou odpadních vod, aniž by nadměrně ředila splaškové 70

71 vody a nehospodárně zvětšovala dimenze stok. Množství dešťových vod je možno do značné míry redukovat též omezením nepropustných ploch v urbanizovaném území, vyloučením povrchového odtoku ze zelených ploch, zvýšením povrchové retence atd. Stokové sítě značně zatěžují podzemní vody (stoky tu přejímají funkci drénů), nevhodné je i v tomto případě ředění odpadních vod. Tomuto jevu je možno čelit dodržením požadavku vodotěsnosti stok. Přípustnost (popř. nepřípustnost) vypouštění odpadních vod do veřejné stokové sítě stanoví kanalizační řád vydaný správcem kanalizace. Vypouštěním odpadních vod do veřejné stokové sítě (za úplatu) se povinnost čistit odpadní vody a dodržovat stanovené limity při vypouštění do toku přenáší na správce kanalizace. Každý z druhů odpadních vod má charakteristické vlastnosti. V městech se setkáváme se směsnými odpadními vodami, obsahujícími glycidy, tuky, ropné produkty, mýdla, syntetické látky, minerální části a další (v nichž zvláštní význam má obsah dusíku a fosforu). Vlastnosti odpadních vod se popisují soustavou ukazatelů, z nichž některé mají hromadný charakter. Jde zejména o biochemickou spotřebu kyslíku za 5 dnů (BSK5), charakterizující zejména zatížení organickými látkami, koncentraci rozpuštěných (RL) a nerozpuštěných (NL) látek, dnes také o koncentraci těžkých kovů, dusíku, fosforu atd. Při dimenzování stokových sítí je nutno mít na zřeteli, že i v husté městské zástavbě odvádění dešťových vod vyžaduje řádově větší kapacitu stokové sítě než odvádění splaškových vod (bez regulace odtoku přívalových dešťů). Přitom dešťové stoky se zpravidla dimenzují na maximální odtok přívalového deště o pravděpodobné době překročení 1 až 2 roky (tj. zdaleka ne na katastrofální přívalové deště). Moderní koncepce odvádění odpadních vod v městské zástavbě vychází z denní potřeby vody v daném území a nerovnoměrnosti odtoku splaškových vod během dne. U průmyslových provozů se často používá normativů vztažených na jednotku výroby popř. smluvně sjednaných hodnot vypouštění odpadních vod. Při dimenzování stok se volí dvojnásobná výpočtová kapacita, tj. počítá se s 100% rezervou. Při opožděném řízeném vypouštění zadržených dešťových vod se pod záchytnou nádrží přičte návrhový vypouštěný průtok (nad nádrží se dimenzuje na dešťový odtok). Při čištění odpadních vod se používá a) mechanické čištění, při němž se z vody odstraní hlavně plovoucí, mechanicky zachytitelné a usaditelné látky; b) biologické čištění, při němž se využívá a podporuje činnost mikroorganismů ve vodě, zajištujících zejména odstranění znečištění organického původu (popř. i na něm vázaných dalších látek); c) chemické čištění, vhodné zejména u průmyslových odpadních vod, kde k dosažení čistícího efektu se do odpadní vody dávkují chemikálie. V praxi se uvedené typy vhodně kombinují, např. u převážně splaškových vod mechanický a biologický stupen čištění. Samotné mechanické čištění dnes vesměs nesplňuje požadavky na vlastnosti vod, které je možno vypouštět do vodního toku. 71

72 Naopak někdy je nutno zařadit další stupeň čištění odpadních vod (např. za biologické čištění) k dosažení nejvýše přípustného zatížení toku. Například u toků, z nichž se odebírá voda pro zásobování vodou, je nutno provádět hygienické zabezpečení vypouštěných vyčištěných odpadních vod. Při navrhování čistíren odpadních vod (ČOV) je nutno vycházet z ustanovení příslušných norem Objekty mechanického čištění odpadních vod K zachycení a odstranění plovoucích látek (např. tuků a olejů) a plovoucích předmětů na hladině nebo vznášejících se ve vodním proudu a sunutých látek po dně (štěrku a písku, popř. jiných minerálních hmot) se užívají česle, popř. síta, lapáky tuků a olejů, lapáky štěrku a písku. Usaditelné látky, které postupně sedimentují, se zachytí v usazovacích nádržích. Česle (obr ) se provádějí z šikmo osazených ocelových tyčí s kruhovým nebo obdélníkovým průřezem. Hrubé česle mají světlost mezi jednotlivými tyčemi od 6 cm, jemné česle zpravidla od 2 do 4 cm. Voda má protékat česlemi (nejdříve hrubými a za nimi ještě jemnými) rychlostí 0,4 až 0,8 m.s -1 Nečistoty zachycené na česlích se ručně nebo u velkých čistíren strojně stírají. Síta se užívají méně často. Vhodná jsou zejména válcová síta. Odpadní vody proudí dovnitř rotujícího válce, z něhož jsou zachycené nečistoty splachovány ven. Shrabky z česli a zbytky na sítech se mělní a drtí a podle povahy je lze popř. spalovat. Obr Schéma česlí malé COV (ručně čištěných) Zdroj: Slavíčková, K., Slavíček, M.,

73 V lapácích tuků a olejů se zachycují a odstraňují z odpadní vody částice tuků, olejů, derivátů ropy apod. Tyto látky se ve zvláštní nádrži zachytí nornou clonou na hladině ve sběrném prostoru nádrže. Z něj se pak stahují, popř. odvádějí přepadem k dalšímu zpracování. Účinek lapáku se dá zvýšit provzdušňováním vody ode dna nádrže. Lapáky štěrku a písku jsou nádrže, v nichž při snížení rychlosti odpadní vody v průměru na 0,3 m.s -1 dochází k sedimentaci částic. Často se navrhují s více paralelními komorami (s ohledem na vyklízení) popř. jiné vhodné konstrukce. Podle směru průtoku vody mohou být horizontální (nejčastější případ), vertikální nebo tangenciální (s odstraňováním písku na principu odstředivé síly). Někdy se jako technologická jednotka vypouštějí, vzhledem k možnosti zahnívání organických látek. Usazovací nádrže zachycují všechny usaditelné látky, nejen minerální povahy (štěrk a písek). Jejich provoz je zpravidla kontinuální (nepřerušovaný); průtok vody může být podobně jako u lapáku horizontální, vertikální nebo radiální. Při větším průtoku odpadních vod se navrhují usazovací nádrže s horizontálním průtokem vody (obr ) nebo obvykle kruhové usazovací nádrže s radiálním průtokem vody, vybavené strojním zařízením ke stírání kalu ze dna. Kal se shromažďuje v kalových jímkách, z nichž se odvádí kalovým potrubím k dalšímu zpracování. Naopak při malém průtoku odpadních vod lze vhodně použít usazovací nádrž s vertikálním průtokem vody. Má jednoduchou konstrukci a k odstraňování kalu není třeba strojní zařízení. U velmi malých čisticích jednotek se může usazovací nádrž doplnit o možnost dlouhodobé akumulace usazených kalů (septiky, štěrbinové nádrže). Obr Usazovací nádrž s horizontálním průtok (podélný řez) Zdroj: Slavíčková, K., Slavíček, M., 2013 V septiku odpadní voda přichází do usazovacího a zároveň vyhnívacího prostoru, odkud přechází do další komory s částečným biologickým čištěním. Nečistoty plovoucí na hladině jsou trvale zachycovány, vznikající plyny se automaticky odvětrávají. Zachycený kal se vždy po delší době odčerpá fekálním vozem. Voda, odtékající ze septiku, má nedostatek kyslíku. Štěrbinová nádrž se skládá ze dvou prostorů nad sebou, oddělených štěrbinovým stropem. V horním prostoru dochází k sedimentaci látek, které procházejí štěrbinami do dolního kalového (vyhnívacího) prostoru. K rozkladu organických látek tu dochází bez přístupu vzduchu (anaerobně). Vyhnilý kal se periodicky odčerpává pomocí kalového potrubí. Kalové plyny je nutno uměle 73

74 odvětrávat. Nevýhodou štěrbinové nádrže je velká hloubka založení, je však výhodnější než septik z hlediska dosaženého čisticího účinku. Mechanickým čištěním je možno dosáhnout kolem 40 až 45% účinku čištění (měřeno BSK5), což je však s ohledem na vodnost našich toků (i z hlediska legislativy) nepostačující Objekty biologického čištění odpadních vod Obecně se při biologickém čištění odstraňují organické látky, které se ve vodě mohou rozložit působením mikroorganismů, jenž organické odpadní látky ve vodě vyživují. Biologické procesy probíhají zpravidla za příznivé teploty vody, vhodného chemického složení odpadní vody a při dostatku kyslíku. Jejich výsledkem je vznik vloček, na jejichž povrch se vážou i částice minerálních látek. Proto je možné počítat i s jejich částečným odstraněním. Vločkový kal se pak odvádí k dalšímu zpracování. Přitom je nutno trvale zajistit vhodné podmínky pro rozvoj mikroorganismů. Málo používané biologické čištění na filtračních polích a půdních filtrech je zpravidla spojeno se závlahou zemědělských pozemků odpadními vodami. Vhodné jsou městské splašky, popř. odpadní vody z vhodných zemědělských popř. průmyslových provozů (např. ze škrobáren). Rozkladné procesy jsou výhradně aerobní, za dostatečného přístupu kyslíku. Po určité době se jednotlivá zrna půdy obalí jemným filmovým povlakem, v němž žije velké množství půdních mikroorganismů, které k sobě nejprve poutají (adsorbují) a poté stravují (absorbují) organické látky a převádějí je na látky minerální. K průběhu biologického čisticího procesu s dostatečnou intenzitou dochází až po určité době, kterou označujeme jako zapracování filtru. Velmi důležité je udržování aerobního prostředí s přístupem vzduchu, popř. s udržováním správného poměru mezi množstvím vody a vzduchu v půdě, Při neúměrném zvýšení přítoku vody do půdy se zhoršují podmínky života aerobních mikroorganismů i případné vegetace a čisticí účinek se výrazné zmenšuje. Další způsobem je čištění odpadní vody v biologických rybnících, kde je ve srovnání s obyčejnými rybníky uměle zintenzivněn a podporován samočisticí proces (výhradně za aerobních podmínek). Přívod vzdušného kyslíku hladinou biologického rybníku (popř. včetně umělého provzdušňování) musí pokrýt jeho spotřebu při probíhajících biochemických procesech. Do rybníku se mohou přivádět pouze odpadní vody s jemnými rozptýlenými a rozpuštěnými organickými látkami; nesmí sloužit jako usazovací nádrž. Odpadní vody se mají přivádět takovým způsobem, aby celá plocha hladiny i objem rybníku byly rovnoměrně zatíženy. Z půdních filtrů se vyvinuly umělé biologické filtry, na nichž se napodobuje přirozené biologické čištění. Na jednotlivých zrnech výplně filtru (z provozních důvodů jsou vhodná velká ostrohranná minerální zrna - štěrk) se opět po určité době zapracování vytváří organický film s aerobními mikroorganismy. Filtr musí být rovnoměrné provzdušňován. Biologické filtry se navrhují jako pomalé (s nízkým zatížením), rychlé (rychlofiltry, schopné zvládnout při vhodné úpravě i vysoké zatížení BSK), uměle provzdušňované (aerofiltry) nebo ponořené. 74

75 Obr Kruhový biologický filtr (svislý řez) Zdroj: Slavíčková, K., Slavíček, M., 2013 Biologický filtr (obr ) se navrhuje zpravidla jako válcová nádrž se štěrkovou náplní na roštu, pod nímž jsou umístěny větrací průduchy, kterými proudí vzduch do náplně. Náplň má zrno o velikosti od 4 do 10 cm. Výška náplně filtru je zpravidla v rozmezí od 1,8 do 3,6 m. Odpadní voda se přivádí otáčivým skrápěcím zařízením (výhodně Segnerovým kolem). Kromě tříděného lomového vápence nebo žuly lze použít do náplně filtru lávový tuf, vysokopecní strusku a cihlovou drť z ostře pálených cihel nebo umělých hmot (plastů) s velkým specifickým povrchem. U pomalých filtrů bývá přítok odpadní vody přerušován, což může způsobit hygienické závady na jeho povrchu a v okolí. Biologický povlak na náplni filtru se při jeho rovnoměrném zatěžování udržuje v přibližně stálé tloušťce. U rychlofiltrů při nepřetržitém přivádění odpadní vody (popř. s přidáním oživeného kalu) povlak narůstá a při určité tloušťce jeho spodní část odumírá. Proudem odpadní vody je strháván a odplavován, aby nebránil dalšímu postupu biologického čištění. U rychlofiltrů se předpokládá 5-7x větší objemové zatíženi než u pomalých filtrů, které odpovídá asi 1 kg BSK5 na 1 m 3 za den. Za zvláštní typ rychlofiltrů lze považovat věžové filtry ze dvou až čtyř filtračních bloků asi po 2 m nad sebou. Ponořené biologické filtry mají náplň trvale pod vodou, popř. se přerušovaně plní a prázdní. Při vypuštění vniká do filtru potřebný vzduch a aerobní mikroorganismy dokončí mineralizační proces. U kontinuálních ponořených filtrů je nezbytné zajistit intenzivní provzdušňování. Používají se též tzv. diskové filtry, které jsou tvořeny soustavou disků na vodorovné ose, které se zvolna otáčejí. Zhruba do poloviny jsou ponořeny do čištěné vody, rotace přispívá k jejímu okysličení. V současné době jsou biologické filtry již málo používanou technologií čištění odpadních vod. K intenzifikaci samočisticího procesu ve vodě se užívá aktivace, která je v dnešní době nejpoužívanější čistírenskou technologií. Při aktivaci se do odpadní vody dodávají potřebné aerobní mikroorganismy již s oživeným (aktivovaným) kalem. Při tzv. úplné aktivaci se odstraňuje více než 90 % organického znečištění. V ostatních případech hovoříme o částečné aktivaci. Kromě přidávání vratného kalu do přiváděné odpadní vody k čištění se zajišťuje její velmi intenzivní provzdušňování. Čisticí proces probíhá v aktivační nádrži. Podmínky úspěšného průběhu biologického čištění jsou: 75

76 nepřetržité dodávání dostatečného množství kyslíku pro aerobní mikroorganismy, aby bylo ve vodě alespoň 1,5 mg.l -1, stálé promíchávání celého obsahu aktivační nádrže, aby se vločky kalu nemohly usazovat na jejím dně a stěnách a podléhat anaerobním hnilobným procesům, pokud možno rovnoměrný přítok odpadní vody bez většího kolísání míry jejího znečištění, zabránění přítoku toxických látek, které hubí aerobní mikroorganismy, nezbytné při čištění odpadní vody (zejména u průmyslových odpadních vod). Obecně platí, že čím větší je zatížení biologického stupně, tím je proces čištění citlivější na výkyvy v jakosti vody a provozní vlivy. Obr Aktivační nádrže s provzdušňováním: a) s přívodem vzduchu perforovaným potrubím; b) provzdušňování na hladině kartáči; c) provzdušňováni kombinované s intenzívním mícháním ("turbína") Zdroj: Slavíčková, K., Slavíček, M., 2013 Aktivační nádrže (obr ) mají hloubku asi od 3 do 5 m (u velkých čistíren). K provzdušňování a okysličování odpadní vody se užívá buď perforovaného potrubí nebo membránových areačních elementů (nejvíce používané řešení) na dně nádrže, do něhož se vhání turbokompresory stlačený vzduch, nebo mechanických provzdušňovacích zařízení, pracujících převážné na hladině (kartáčů, provzdušňovacích kol, "turbín" aj. zařízení). Požadavky na redukci dusíkatých látek si vynucují úpravy v klasické aktivaci zařazením reaerace, denitrifikace a nitrifikace (tzv. R-D-N systém), což se konkrétně projevuje v návrhových rozměrech, technologii a provozu aktivačních nádrží. Při zařazení simultánního srážení v kombinaci s biologickým čištěním lze dosáhnout i výrazné snížení fosforu. Tyto úpravy vedou k zvýšení investičních a provozních nákladů (ve srovnání s klasickými čistírnami) cca o 15 %. I při vysoké účinnosti biologického čištění odpadních vod je do toku transportováno značné množství živin, které mohou způsobit rozvoj řas a sinic (eutrofizace). Proto se zejména u menších ČOV zařazuje zdržení vyčištěné vody v biologickém rybníku Chemické čistění odpadních vod Tento způsob je do značné míry obdobou chemické úpravy vody. Do odpadní vody se dávkují vhodné koagulanty (v případě potřeby též neutralizační činidla), zajišťující vyvločkování nečistot. 76

77 Nevýhodou chemického čištění je zvýšená produkce kalu, jehož vlastnosti nejsou většinou vhodné pro další využití. K odvodnění kalů se často používá kalolisů. Chemické čištění se uplatňuje hlavně u průmyslových odpadních vod a je výhodné při převažujícím podílu anorganických suspendovaných látek. Z dalších způsobů chemického čištění je možno uvést flotaci (s aditivy vyvolávajícími pěnivé a smáčivé účinky, kdy působením pěny se vločky kalu vynášejí na hladinu) popř. elektrolýzu (fyzikálně-chemický účinek elektrického proudu) Koncepce a stavební uspořádaní čistíren odpadních vod Podle míry a charakteru znečištění vody a podle jejího průtoku se navrhuje technologie čištění, z níž vyplývá potřeba použití určitých čistírenských jednotek a jejich nutná velikost. Významnou roli hraje dále poměr průtoku vyčištěné a vypouštění odpadní vody a průtoku vody v recipientu a využívání recipientu v určité vzdálenosti pod zaústěním odpadu z čistírny. Návrhová kapacita čistírny se charakterizuje ekvivalentním počtem obyvatel, kterému odpovídá znečištění vody přivedené denně na čistírnu (vyjádřené v BSK5 za den). Vzhledem k tomu, že do sídlištní stokové sítě se zpravidla vypouštějí odpadní vody místního průmyslu, provozoven, služeb atd., převádí se celkové zatížení čistírny na jediný ukazatel, přičemž se uvažuje produkce znečištění 54 g BSK5 od jednoho obyvatele za den (populační ekvivalent). Např. prádelna o kapacitě 1 t prádla denně je ekvivalentní 1000 obyvatel, atd. Takto je třeba chápat označení např. čistírna pro ekvivalentních obyvatel apod. Potom lze navrhnout koncepci i stavební uspořádání čistírny odpadních vod podle konkrétních prostorových možností lokality. V každé čistírně je základní součástí hrubé mechanické předčištění popř. úplné mechanické čištění (obr ). Obr Schéma mechanického čištění Zdroj: Slavíčková, K., Slavíček, M., 2013 S úplným mechanickým a chemickým čištěním se setkáme zpravidla jen u průmyslových čistíren odpadních vod v objektech závodů; jejich koncepce se může případ od případu lišit. Chemické čištění bývá však i v těchto případech soustředěno do jedné technologické jednotky za lapák a před usazovací nádrže. Běžně se navrhuje biologické čištění, které navazuje na předčištění mechanické (v našich podmínkách při zvýšené péči o čistotu vod je pravidlem). Nelze spoléhat na samočisticí schopnost toku. Ta musí zůstat v záloze pro těžko kontrolovatelné plošné znečištění. 77

78 Schéma koncepce čistírny odpadních vod s mechanickým a biologickým čištěním je na obr Odlehčovací komora mezi mechanickou a biologickou částí naznačuje, že biologické procesy jsou citlivé vůči přetěžování. Takový typ čistírny odpadních vod má obvykle již stálou kvalifikovanou obsluhu a její provoz je podstatnou měrou automatizován. Obr Schéma COV s mechanickým a biologickým čištěním Zdroj: Slavíčková, K., Slavíček, M., 2013 Moderní koncepce výstavby čistíren odpadních vod na rozdíl od donedávna uplatňovaného rozptýleného uspořádání jednotlivých provozů, předpokládá jejich vhodné umístění a účelné prostorové navázání jednotlivých technologických jednotek do kompaktních konstrukčních bloků. Hledají se i další cesty racionalizace, vždy je však nutno zajistit požadovanou účinnost čištění. Každá současná koncepce čistírny musí umožnit její případnou přestavbu a rozšíření a posílení některých technologických jednotek. Z hlediska přípravy, výstavby a také provozu patří čistírny odpadních vod k nejnáročnějším vodohospodářským stavbám. I když dnes je uspořádání ČOV motivováno zejména požadavky stavební výroby, nelze je oddělit od návrhu příslušného strojně technologického zařízení, elektrotechnického a automatizačního vystrojení. V minulosti byly zejména dodávky strojně technologického zařízení limitujícím článkem při zajišťování investiční výstavby čistíren a příčinou prodlužování lhůt výstavby. V soustavě objektů vytvářejících čistírnu vody jsou umístěny čerpací jednotky resp. stanice s různou funkcí. Často je nutno již na vstupu do ČOV přečerpávat odpadní vody o několik metrů výše (obvykle pomocí šikmých žlabových šnekových čerpadel), někdy je čerpání zařazeno mezi mechanický a biologický stupeň. Dále je nutno přečerpávat vyloučené kaly, zajistit cirkulaci vratného kalu, čerpat stabilizovaný (vyhnilý) kal na kalová pole atd. Dalším technologickým prvkem jsou kompresory, zajišťující dodávku vzduchu pro aeraci. 78

79 Obr Schéma ústřední čistírny odpadních vod Ostrava Zdroj: OVaK, a.s., 2014 V praxi se často setkáváme s potřebou hospodárného návrhu malé čistírny odpadních vod. Její bezporuchový provoz má bezprostřední vliv na životní prostředí obce a jejího okolí. Jsou vypracovány typové projekty malých čistíren, kde vedle mechanického stupně je vždy zařazeno též biologické čištění. Vyrábějí se rovněž tzv. balené čistírny odpadních vod jako strojírenské výrobky Kalové hospodářství Při čištění odpadních vod v čistírnách se zachytí zejména v usazovacích nádržích poměrně značné množství kalu, který je třeba dále zpracovat. Zpracovaný kal lze dále použít, např. jako hnojivo, podmínkou je vyloučení některých škodlivých látek z odpadních vod. Kal se shromažďuje ve vyhnívacích nádržích, kde dále vyhnívá v anaerobním prostředí (bez přístupu kyslíku). Vyhnívací nádrž (obr ) je betonová válcová nádoba s kónickým dnem i zastřešením. V její horní části se shromažďuje kalový plyn. Topná tělesa jsou umístěna uvnitř vyhnívací nádrže. Vyhříváním se podporuje proces anaerobního vyhnívání. Vyvíjející se kalový plyn při vyhnívání kalu se často používá k vytápění čistírny, popř. jejích technologických jednotek. 79

80 U velkých čistíren slouží popř. i k výrobě elektrické energie. Jen výjimečně lze uplatnit aerobní stabilizaci kalů. Obr Vyhnívací nádrž (schematický svislý řez) Zdroj: Slavíčková, K., Slavíček, M., 2013 Vyhnilý kal, který zpravidla obsahuje až kolem 90 % vody, se dále vysušuje na kalových polích, popř. se na velkých čistírnách zpracovává v kalolisech nebo odstředivkách. Vysušený kal lze použít do kompostů (pokud neobsahuje nadměrné množství škodlivin). Kaly o nevhodném složení je nutno ukládat, obdobně jako jiné odpady, na skládkách. 80

81 2. VODOHOSPODÁŘSKÉ SOUSTAVY Jedním z doprovodných jevů celkového rozvoje lidské společnosti je vznik rozsáhlých a složitých soustav, tj. velkých souborů prvků spojených četnými vazbami. Mezi ně patří i vodohospodářské soustavy, které jsou souborem vodohospodářských prvků spojených vzájemnými vazbami v účelový celek k využívání a ochraně vodních zdrojů. Vodní nádrže jsou významnými prvky vodohospodářských soustav. Vodohospodářské soustavy vesměs výrazně mění přirozený průtokový režim v tocích a vlastnosti vody. Míra ovlivnění je dána hlavně relativní velikostí a účelem nádrží, dále hydrologickým režimem průtoků na tocích, na nichž jsou nádrže vybudovány, podmínkami odběrů vody, vlastnostmi přitékající vody, vlivem okolí na nádrž a dalšími faktory. Vodohospodářské soustavy jsou zpravidla složité už svou strukturou. Tu udává počet prvků soustavy (např. nádrží, odběratelů a uživatelů vody) a vzájemné vazby mezi prvky (toky, kanály, štoly, potrubí a přenosové linky). Chování vodohospodářské soustavy, tj. vztah mezi výstupy a vstupy, má zpravidla pravděpodobnostní charakter, neboť plní svou funkci v prostředí s náhodnými vlivy, charakterizovaném jako podmínky stochastické neurčitosti. K nejvýznamnějším patří u nás vodohospodářské soustavy v povodí Odry a v povodí Ohře a Bíliny. Hlavním účelem těchto soustav je zajištění kvalitní vody pro obyvatelstvo, pro průmysl a ochrana před povodněmi. Jejich řízení klade vysoké nároky na provozovatele. Nádrže jako prostředek hospodaření s vodou Nádrže nejsou jediným prostředkem k hospodaření s vodou, avšak díky své schopnosti vodu zachycovat a účelně ji akumulovat pro pozdější využití jsou prostředkem nejvýhodnějším, přestože k jejich vybudování je třeba vynaložit zpravidla nemalé prostředky, vyřešit přitom řadu problémů vztahu k okolí (např. ekologických a sociálních) a dbát na jejich spolehlivý provoz Základní úkon nádrže Funkcí všech vodních nádrží je transformovat časový průběh přítoku do nádrže na časový průběh odtoku z nádrže (hospodařit s vodou) či vytvářet určité vodní prostředí (rekreační nádrž, rybník pro chov ryb, drůbeže apod.). Každá nádrž, v níž se s vodou hospodaří, mění přirozený, nebo již částečně ovlivněný režim přítoku do ní v určitý požadovaný režim odtoku Typologie vodních nádrží Pro rozdělení nádrží můžeme uplatnit čtyři charakteristická typologická hlediska: a) vznik, b) umístění, c) účel, d) cyklus nádrže. 81

82 a) Podle vzniku dělíme nádrže na přírodní, vzniklé bez zásahu člověka (zpravidla jezera tektonického, vulkanického, krasového nebo ledovcového původu), umělé, vzniklé záměrným a cílevědomým zásahem člověka do přirozených přírodních podmínek. V dalších textu je pozornost věnována pouze umělým vodním nádržím. b) Podle umístění mohou být nádrže protékané vodním tokem, neprotékané, tj. mimo vodní tok, s uměle vybudovaným přívodem vody. Protékané nádrže se zpravidla budují jako údolní nádrže a vznikají přehrazením údolí toku. Oddělením části údolí vedle toku obvodovou hrází vznikne boční nádrž. Boční nádrží je i polder, tj. omezený prostor přilehlý k toku, který se zemědělsky obdělává, neboť se plní vodou jen dočasně za větších povodní. Pokud přehradíme údolí postranního přítoku a do nádrže převádíme vodu z hlavního toku, hovoříme o nádržích postranních. Vyhloubené nádrže vznikají zpravidla částečným vyhloubením prostoru v terénu a částečným zvýšením terénu obvodovými hrázemi z materiálu výkopu tam, kde je nelze vybudovat jednodušeji. Vyhloubenými nádržemi jsou často horní akumulační nádrže přečerpávacích vodních elektráren. Vrcholové nádrže se budují při rozvodí dvou či více řek, chceme-li převádět vodu z jednoho povodí do druhého. Důvodem je obvykle dopravní spojení. Přehrazením propustných zemin v údolí vodotěsnou clonou vznikne pod terénem podzemní nádrž, vyžadující však zvlášť příznivé morfologické, geotechnické, geologické a půdní podmínky. Výstavbou řady údolních nádrží na témže toku s funkční souvislostí vzniká kaskáda nádrží. Soubor vzájemné spolupracujících nádrží na různých tocích vytváří soustavu nádrží c) Podle základního účelu (funkce) lze rozdělit nádrže na zásobní, zajišťující odběry vody, popř. zvýšení a vyrovnání, tzv. nalepšení průtoků v tocích, ochranné, snižující povodňové průtoky. Vedle těchto dvou základních účelů mají však nádrže i funkce další, a to vytvářejí vodní prostředí požadovaných vlastností, upravují vlastnosti vody, vesměs je zlepšují, zachycují těžké (sunuté) splaveniny a hromadí odpady. Plní-li nádrž pouze jeden z účelů, je jednoúčelová, plní-li více účelů, což je stále častější případ i u malých nádrží je víceúčelová. d) Podle cyklu nádrže, tzn. podle délky období, v němž proběhne Jedno naplnění a vyprázdnění zásobního objemu nádrže, rozlišujeme nádrže 82

83 s ročním (sezónním) cyklem, který proběhne vždy v sezóně v rámci jediného roku; jde o sezónní řízení odtoku, s víceletým cyklem, který přesahuje hranice jednoho roku; nádrž není běžné schopná znovu se naplnit po úplném nebo jen částečném vyprázdnění zásobního prostoru v témže roce, a má tedy víceleté řízení odtoku, s krátkodobým cyklem, který proběhne v rámci krátké doby, nejčastěji jednoho dne nebo týdne, jde o tzv. denní či týdenní řízení odtoku, s nepravidelným cyklem, který mají nádrže na příležitostný odběr. Obecné platí, že s délkou cyklu roste velikost zásobního objemu nádrže. Rozlišení délky cyklu zásobní nádrže a tedy i způsobu řízení je velmi důležité pro volbu hydrologického podkladu a metodiky řešení. Mezi složité způsoby řízení odtoku dále zahrnujeme: kompenzační řízení odtoku, kdy je mezi nádrží a odběrným profilem mezipovodí s neovládaným odtokem, řízení s převodem vody v nádrži, do které se přivádí voda z jiného povodí, řízení v kaskádě nádrží a v soustavě nádrží. Tab Seznam nejvýznamnějších vodních nádrží v Povodí Odry Rok Hráz Bezpečnostní přeliv Nádrž Plocha Prům. Stoletá Účel VD uvední Kóta Šířka Délka v Výška Zásobní Vymezený Celkový Max. zatop. Název vodního díla Obec Vodní tok povodí průtok voda Typ Typ Délka Kapacita Hrazení do koruny korun koruně hráze objem retenční objem plocha km 2 m 3.s -1 m 3.s -1 m.n.m m m m m m 3.s -1 mil.m 3 mil.m 3 mil.m 3 ha BAŠKA Baška Baštice 12,5 0,32 32 Z,O,R 1963 SZ 322,00 2, ,6 B 24,5 40 ano 0,58 0,1 1,08 33 KRUŽBERK Kružberk Moravice 566,7 6, V,E,O 1955 BT 434,60 9, ,5 K 55, ano 24,58 6,93 35,53 280,2 LOBNÍK Dvorce Lobník 50,2 0,49 35 V,O 1955 BT 434, K 40,6 122 ne 1,12 0,17 1, MORAVKA Morávka Morávka 63,3 1, V,O 1964 SZ 518,40 5, B 24,1 103 ne 4,96 6,51 11,95 77,9 OLEŠNÁ Frýdek-Míslek Olešná 33,6 0,57 87 Z,O,R 1964 SZ 305, Š ne 3 1,11 4,41 78,4 POCHEŇ Pocheň Čižina 64,85 0,26 53 O,R 1975 SZ 317,50 4, ,4 B 25,2 53 ne 0,236 0,352 0,817 16,6 SLEZSKÁ HARTA Bílčice Moravice 464,3 5, O,R,E 1997 SZ 500, B 31,4 189 ne 186,23 29,16 218,74 873,9 ŠANCE Slaré Hamry Ostravice 146,3 3, V,O,E 1970 SK 507, B 16,5 140 ne 40,97 14,73 57,16 304,7 TĚRLICKO Těrlicko Stonávka 81,6 1, Z,O,R 1963 SZ 279,1 6, B ne 22,01 4,74 27,39 251,2 VĚTŘKOVICE Lubina Svěcený p. 2,3 0,03 16 Z,O 1976 SZ 331, B 10 7 ne 1,001 0,57 1,09 19,3 ŽERMANICE Žermanice Lučina 45,4 1,99"' 80 Z,O,R 1958 BT 295, K ano 18,47 5,82 25,27 248,4 Zdroj: Povodí Odry, s.p Umístění nádrže do údolí Morfologické vlastnosti údolí a možnosti umístění nádrže vyjadřuje charakteristika nádrže, tj. čára zatopených ploch a čára objemů nádrže. Průběh čáry zatopených ploch se určí zaměřením. V různých úrovních nade dnem údolí se proloží vodorovná rovina, vyšetří se její průnik s topografickou plochou okolního terénu tvořícího břehy nádrže a zaměří se obsah vodorovné plochy omezené průsečnicí s břehy a s návodním lícem předpokládané vodní nádrže. Postupným integrováním vodorovných vrstev vody v nádrži podle hloubky dostaneme čáru objemů. Znalost charakteristiky nádrže je nezbytná pro umístění vyřešeného potřebného zásobního a ochranného objemu do údolí a tím pro určení parametrů přehrady. Rozdělení objemů v nádrži je patrné ze schématu na obr

84 V nejnižší části údolí je umístěn prostor stálého nadržení As, který se v provozu nádrže nevyužívá a vypouští se pouze v případě oprav a rekonstrukcí. Současně vytváří minimální provozní hladinu vody v nádrži na kótě M, která je potřebná např. pro provoz odběrného objektu, vodní elektrárny apod. Nad prostorem stálého nadržení je umístěn zásobní prostor Az (kóta Mz je zpravidla maximální provozní hladinou v nádrži při plnění její zásobní funkce) a ochranný prostor Ar určený k zachycení povodní. Jeho umístění do údolí určuje kótu maximální hladiny v nádrži Mmax, od níž lze volbou vhodného převýšení odvodit potřebnou kótu koruny přehrady Mk. Ochranný prostor lze rozdělit na ovladatelný Ar,o (až po kótu hrany přelivu přehrady Mp) a neovladatelný Ar,n (nad hranou přelivu přehrady). Obr Charakteristika nádrže Zdroj: Patera, A. a kol., Podklady pro řešení úloh hospodaření s vodou Pro návrh potřebných velikostí jednotlivých prostorů (objemů) nádrže je třeba mít k dispozici jak podklady, tzn. údaje o průtocích, odběrech vody, neškodných odtocích, ekonomických parametrech apod., tak i vhodné metody a prostředky k řešení. Zejména vodohospodářské soustavy jako specifické systémy se značnou složitostí vyžadují užití odpovídajících metod, které pocházejí z oblasti matematických, systémových a vodohospodářských věd Hydrologické podklady Hydrologlcký podklad pro návrh objemu zásobního prostoru musí obsahovat především údaje o průtocích v málovodných obdobích, abychom mohli určit zásobu vody nutnou k zajištění požadovaného odběru a odtoku. Údaje o průtocích poskytuje Český hydrometeorologický ústav. Reálné hydrologické řady vycházejí výhradně ze skutečných pozorování za minulé období určité 84

85 omezené délky. Na významnějších tocích jsou k dispozici pozorování průtoků o délce většinou několika desetiletí, na menších a malých tocích však velmi často údaje o soustavném pozorování průtoků chybí a pro řešení úloh o hospodaření s vodou je nutno použít hydrologickou analogii. Podle podoby použitého hydrologického podkladu dělíme metody vodohospodářských řešení na řešení: v reálných hydrologických údajích, tj. v naměřených průtokových řadách, v reálných čarách překročení průtoku nebo v reálných povodňových vlnách, ve statisticky zpracovaných hydrologických údajích, tj. zpracovaných do popisných statistik průtoků nebo do syntetických řad. Podobě hydrologického podkladu odpovídá postup řešení: postupně bilanční v chronologických či pseudochronologických řadách, s použitím statistik průtoků. Nejobecnější platnost a použitelnost i pro složité případy řízení odtoku mají metody používající modelovaných syntetických řad Údaje o odběrech a odtocích Vedle údajů o průtocích jsou pro řešení nádrže nezbytné i údaje o odběrech a o odtocích vody do koryta pod hrází. Jejich základní vlastností je, že jsou procesy řízenými. Odběr vody je dán potřebou vody, tj. součtem nároků uživatelů na dodávku vody s jejím časovým rozdělením a mírou zabezpečení. Odtok z nádrže je řízen požadavkem na zajištění minimálního zaručeného průtoku Qzar pod přehradou a rovněž požadavkem na nepřekročení tzv. neškodného průtoku Qne, při jehož provedení v korytě pod přehradou ještě nedojde ke škodám. Odběr vody může být spotřebován (spotřeba vody) a je nenávratný, nebo může být voda pouze použita a vrácena zpět do toku (potřeba). Vedle řízených odtoků jsou však i odtoky a úniky vody z nádrže neřízené. Mezi ně patří např. přepady vody přes nehrazený přeliv, ztráty vody z nádrže výparem, průsakem, či v důsledku tvoření ledové pokrývky. Prvořadým úkolem našeho vodního hospodářství je zásobení obyvatelstva pitnou vodou. Vodárenské nádrže jsou klíčovými zdroji pro oblastní vodovody a vodárenské soustavy. Dalšími uživateli a spotřebiteli vody jsou průmysl, energetika, zemědělství, plavba. Rovněž rekreace u vody a vodní sporty kladou nároky na manipulaci s hladinou a na jakost vody. Specifickým nárokům chovu ryb a vodní drůbeže lze zcela vyhovět v nádržích (rybnících) pro tento účel Zabezpečenost odběru (nalepšeného odtoku) Jedním z nezbytných ekonomických parametrů vodního díla je míra zabezpečení (zabezpečenost) dodávky vody. Lze ji vyjádřit podílem bezporuchového zásobení vodou vzhledem k délce vyšetřovaného období či vzhledem k celkovému požadovanému množství vody. Návrhová zabezpečenost dodávky vody by měla v budoucnu vycházet z technicko-ekonomických popř. i ekologických a sociálních rozborů důsledků nedodávky vody za poruch nádrže. Ekonomická optimalizace návrhové zabezpečenosti vody je dosud obtížná hlavně proto, že chybějí statisticko- 85

86 hospodářské údaje pro hodnocení ekonomických důsledků omezené dodávky vody. Proto se udává míra spolehlivosti plné dodávky vody normativem návrhové zabezpečenosti. Při řešení ochrany před povodněmi vyjadřuje pojem zabezpečenosti průměrnou dobu (počet roků), po kterou není překročena návrhová hodnota neškodného průtoku v korytě pod nádrží (tzv. doba opakování povodně). Stanovit míru ochrany před povodněmi je však rovněž obtížné, neboť vychází z těžko dostupných technicko-ekonomických rozborů důsledků povodní. Proto se zpravidla i návrhová zabezpečenost ochrany před povodněmi udává normativně. Navrhování nádrží a vodohospodářských soustav Každá větší údolní nádrž je náročná investice, vyžadující značné pořizovací i provozní prostředky a mnohdy nevratně ovlivňující přírodu a objekty v dlouhém úseku říčního údolí. Je proto nezbytné při řešení problematiky zásobování vodou či ochrany před povodněmi zvážit všechna ekonomická i mimoekonomická hlediska a dobrat se optimálního řešení s využitím víceúčelových nádrží začleněných do vodohospodářských soustav. Návrhu nádrží a vodohospodářských soustav musí předcházet co nejpřesnější prognóza poptávky po vodě, jakož i zcela objektivní posouzení interakce nádrží a prostředí Zásobní funkce nádrže Vlastní řešení zásobní funkce nádrže lze formulovat jako: a) stanovení velikosti zásobního objemu nádrže Vz pro daný odběr Op a zabezpečenost p při daném přítoku P(t), b) stanovení velikosti zabezpečeného odběru Op pro daný zásobní objem Vz a zabezpečenost při daném přítoku do nádrže P(t) Ochranná funkce nádrže Stejně jako v případě zásobní nádrže můžeme formulovat dva typy úloh: a) pro danou návrhovou povodeň, tj. pro přítok P(t) a neškodný odtok One nalézt potřebný ochranný objem nádrže Vr, b) pro danou návrhovou povodeň a daný Vr vyšetřit odtok vody z nádrže a porovnat ho s neškodným odtokem One Nejjednodušším způsobem povodňového řízení odtoku by bylo zadržet celý objem povodně nad neškodným průtokem v ochranném prostoru nádrže Vr, který by se po opadnutí povodně opět vyprázdnil. Objem N-letých povodní je však při velkém N (může být N = 100 i více roků) tak velký, že by bylo nehospodárné až nemožné tak velké prostory pro zachycení povodní rezervovat. Obecně tedy nezajišťujeme absolutní ochranu údolí toku před povodněmi, ale pouze ochranu na určitý, ekonomicky zdůvodněný N-letý maximální průtok. Ochrana se často zajišťuje v kombinaci ochranné nádrže, úpravy toku či např. převedením části povodňových průtoků do sousedního povodí. K účinnějšímu zachycení povodní lze rovněž využít hydrologických předpovědí. 86

87 Při průchodu povodňové vlny neovladatelným ochranným prostorem dochází k jejímu přetvoření a snížení kulminačního průtoku. Tento jev nazýváme transformačním účinkem nádrže. Provozování a řízení nadrží a vodohospodářských soustav Výsledkem vodohospodářského řešení, provedeného za určitých předpokladů o řízení odtoku nádrží, je stanovení velikostí nádržních prostorů popř. nalepšeného či neškodného odtoku s danou zabezpečeností. Vodohospodářský provoz nádrže musí dodržet výchozí předpoklady vodohospodářského řešení a zároveň umožnit reálnou manipulaci s vodou ve všech situacích. Dále se za provozu soustavně prověřuje, jak nádrž plní plánovanou funkci a podle potřeby se zpřesňují manipulační pravidla. Způsob manipulace s nádrží ve všech podmínkách stanoví manipulační řád vodního díla. Obsahuje pokyny pro hospodaření s vodou za normálního provozu, pro manipulaci se stálým nadržením, pro plnění a vypouštění nádrže, pro manipulaci s ochranným prostorem a za velkých vod, pro spolupráci s dalšími vodními díly, pro hospodaření s vodou z hlediska řízení kvality vody v nádrži a v toku pod ní, pro zimní režim nádrže a jiné mimořádné situace. Za základní prostředek hospodaření s vodou, který je součástí manipulačního řádu, se považuje pro sezónní nádrž dispečerský graf. Vyjadřuje závislosti požadovaných objemů vody v nádrži na chronologickém čase v průběhu roku. Současné dispečerské řízení má charakter operativního řízení v reálném čase, je-li doplněno prognózou přítoků do nádrže. Řízení probíhá v podmínkách stochastické neurčitosti, což v praxi znamená, že dopředu neznáme vstupy, které budou řízení v budoucnu ovlivňovat. U nádrží a vodohospodářských soustav si můžeme řízení v reálném čase představit jako manipulační zásahy (ovládání spodních výpustí, uzávěrů odběrných a přelivných zařízení) v krátkém časovém intervalu. Vývoj situace, tj. zejména přítoku do nádrže v následujícím časovém intervalu, který bude zpravidla současně krokem řízení (intervalem manipulačních zásahů), můžeme tedy popsat jen pravděpodobnostně. Zavádění řízení nádrží a vodohospodářských soustav v reálném čase do vodohospodářské praxe je v současné době aktuálním problémem. Je realizováno komplexními vodohospodářskými dispečinky, které využívají zásad dispečerského řízení odtoku, prognóz a všech dostupných podkladů a disponují matematickými modely pro zvládnutí určitých provozních situací, zejména výrazných málovodných období, povodní, nepříznivých ledových jevů apod. Matematické modely umožňují v časovém předstihu simulovat průběh a důsledky těchto situací a podle toho volit vhodný způsob operativního řízení soustavy. Interakce nádrží a vodohospodářských soustav s prostředím Budováním vodních nádrží ovlivňujeme vodní zdroje. Jde o ovlivňování záměrné, účelné a cílevědomé, které však musí být racionální a hospodárné. Kromě pozitivních účinků nádrží pro společnost, životní a přírodní prostředí, jimiž rozhodně je např. zabezpečení dostatku kvalitní pitné vody, vznikají také negativní účinky. Pozitivní účinky je třeba maximalizovat, negativní naopak minimalizovat. K tomu je třeba porozumět jejich charakteru a příčinám, které je vyvolávají. Účinky nádrží na životní a přírodní prostředí můžeme rozdělit podle druhu působení na fyzikální účinky, chemické a biologické účinky a účinky na člověka. 87

88 Mezi fyzikální účinky zahrnujeme vliv nádrže na hydrologický režim toku pod ní, vliv nádrže na režim podzemních vod v okolí nádrže, vliv nádrže na splaveninový režim toku pod ni, zanášení nádrží, abraze a sesuvy břehů nádrže, vliv na klimatické podmínky okolí, teplotní režim v nádrži a v toku pod ní, ledový režim nádrže a toku pod ní, seismicita v souvislosti s výstavbou nádrží. Biologické a chemické účinky nádrží se projevují především změnami kyslíkového režimu vody v nádrži, tvorby biomasy v nádrži, života vyšších živočichů ve vodě (ryb). Jednotlivé funkce nádrže přinášejí člověku nesporný prospěch. Nádrže však mají pro člověka i některé nepříznivé důsledky projevující se za stavby nádrže (v blízkosti staveniště), při nutnosti přemístění obyvatelstva a průmyslu ze zátopy, za provozu nádrže (zejména v údolí pod ní). Míra působení nádrže na okolí je zpravidla úměrná její velikosti a závisí na typu nádrže, jejím umístění v přírodním prostředí, na charakteru její funkce, způsobu řízení odtoku, účelech, koncepci a stavebním uspořádání objektů nádrže. Při optimalizování vztahu vodního díla a prostředí hraje důležitou roli i informovanost veřejnosti. Zhodnotit vzájemný vztah nádrže a okolí není tedy možné bez současného posuzování problému z fyzikálního, biologického, ekologického a sociálního, popř. i politického hlediska. Vodohospodářská soustava povodí Odry Priority a pravidla řízení vodního hospodářství v regionu povodí Odry stanovuje Manipulační řád vodohospodářské soustavy povodí Odry (dále jen Manipulační řád). Základním principem tohoto řízení je vytvoření žebříčku důležitosti nakládání s vodou o pěti stupních - třídách významnosti. Nejdůležitější jsou vodárenské odběry a základní minimální průtoky pod nádržemi v první třídě, dále průmyslové odběry a základní minimální průtoky na tocích ve druhé třídě, zvýšené minimální průtoky ve třetí třídě, rekreace na nádržích Slezská Harta, Olešná, Těrlicko a Žermanice ve třídě čtvrté a konečně výroba elektrické energie ve vodních elektrárnách ve třídě páté. Při řízení soustavy musí být nejprve uspokojeny požadavky vyšší třídy a teprve potom požadavky tříd nižších. V případě, kdy je nutné nějaký odběr vody krátit, musí být nejprve využito možnosti 88

89 jeho přemístění na jiný zdroj. Teprve když již přesunutí není možné, krátí se všechna dotčená nakládání s vodou ve stejné třídě o stejný procentuální díl. Aby nedocházelo k zastarávání Manipulačního řádu, byly meze pro řízení zásobní funkce stanoveny pružně na základě aktuálních odběrů a ten je každoročně upřesňován novou krátkou přílohou s nově platnými dispečerskými grafy. Rozhodující části Manipulační řádu pro řízení nádrží jsou upraveny do podoby programu, který znázorňuje stav a prognózu vývoje objemu vody v nádrži. Významnou součástí Manipulačního řádu je také povodňové řízení. Manipulační řád obsahuje dva druhy manipulací za povodní, tzv. základní povodňové řízení, které provádějí obsluhy vodních děl, a tzv. operativní povodňové řízení, které využívá vodohospodářský dispečink. Operativní povodňové řízení je prováděno s podrobnou znalostí meteorologické a hydrologické situace včetně prognózy srážek a s využitím srážkoodtokového modelu HYDROG, který umožňuje prognózu průtoků a navrhuje optimalizaci povodňového řízení k rozhodujícím profilům na tocích, kde hrozí největší povodňové škody. Na Manipulační řád vodohospodářské soustavy povodí Odry navazují manipulační řády jednotlivých nádrží a jezů, které upravují podrobnější pravidla pro řízení těchto vodních staveb. Obr Schéma vodohospodářské soustavy povodí Odry Zdroj: Povodí Odry, s.p. 89

90 Obr Schéma zásobování vodou v povodí Odry Zdroj: Povodí Odry, s.p. 90

91 3. STÁTNÍ SPRÁVA VE VODNÍM HOSPODÁŘSTVÍ Státní správa je označením pro tu část veřejné správy, jejímž nositelem je stát vykonávající ji přímo prostřednictvím svých orgánů a úřadů nebo nepřímo prostřednictvím právnických osob. Úkolem státní správy ve vodním hospodářství je výkon správní agendy ve vztahu k požadavkům a potřebám veřejnosti ohledně vody. Základními zákonnými normami na úseku vodního hospodářství jsou zákon o vodách (Vodní zákon - zákon č. 254/2001 Sb.), zákon o vodovodech a kanalizacích pro veřejnou potřebu (zákon č. 274/2001 Sb.) a související právní předpisy. Státní správa je na úseku vodního hospodářství organizována jako třístupňová. Výkon státní správy na úseku vodního hospodářství je zákonem svěřen vodoprávním úřadům na úrovni obecní (obecní úřady, pověřené obecní úřady a obecní úřady obcí s rozšířenou působností), krajské (krajské úřady) a ústřední (ministerstva). Působnost ústředního správního orgánu na úseku vodního hospodářství je sdílena mezi pěti ministerstvy. Působnost Ministerstva zemědělství jako ústředního vodoprávního úřadu je vodním zákonem stanovena pro všechny úkony státní správy, u kterých není působnost ústředního vodoprávního úřadu taxativně stanovena pro Ministerstvo životního prostředí, Ministerstvo zdravotnictví, Ministerstvo dopravy nebo Ministerstvo obrany. Specifická situace je spojena se správou na úseku vodního hospodářství ve vojenských újezdech, kterou v těchto územních správních jednotkách vykonávají újezdní úřady. Postup vodoprávních úřadů Státní správa ve vodním hospodářství zahrnuje především postup vodoprávních úřadů. Jeho účelem je vydávání rozhodnutí, jimiž v určité věci zakládají, mění nebo ruší práva anebo povinnosti jmenovitě určené osoby nebo jimiž se v určité věci prohlašuje, že taková osoba práva nebo povinnosti má anebo nemá, a dále postup směrující k nucenému výkonu povinností vyplývajících ze správních aktů, případně jiných forem správní činnosti. Tento postup se obecně označuje pojmem správní řízení, resp. v případě rozhodování o věcech upravených vodním zákonem pojmem vodoprávní řízení. Výkon státní správy na úseku vodního hospodářství dále pokrývá celou řadu zákonných evidencí vedených vodoprávními úřady, jejichž aktualizace je předpokladem dalšího bezvadného rozvoje vodního hospodářství v České republice, dále realizaci zjišťování a hodnocení stavu povrchových a podzemních vod a navazující vodohospodářské bilancování a plánování v oblasti vod. Úkoly státní správy Jedním z nejvýznamnějších celospolečenských úkolů státní správy ve vodním hospodářství je garance efektivní správy vodních toků, které jsou významnými přírodními fenomény a jejichž kvalita i dostatečně využitelná kvantita jsou předpokladem dalšího rozvoje společnosti. Správa významných vodních toků a některé další činnosti spojené se zjišťováním a hodnocením stavu 91

92 povrchových a podzemních vod je institucionálně svěřena státním podnikům Povodí (Povodí Vltavy, Povodí Labe, Povodí Ohře, Povodí Moravy, Povodí Odry). Z hlediska předcházení a zamezení škod při povodních na majetku občanů a společnosti, na životním prostředí a především na životech občanů se jako důležitá součást státní správy ve vodním hospodářství jeví systematická ochrana před povodněmi, ať již má charakter preventivní či souvisí přímo s ovlivňováním průběhu aktuálních povodní. Správa vodních toků Podle zákona o vodách jsou vodní toky předmětem správy. Člení se na významné vodní toky a drobné vodní toky. Seznam významných vodních toků stanoví Ministerstvo zemědělství ve spolupráci s Ministerstvem životního prostředí vyhláškou. Rozhodujícími správci vodních toků jsou - státní podniky Povodí a Lesy ČR, s.p. v působnosti Ministerstva zemědělství, kteří zajišťují správu asi 94 % délky vodních toků v ČR. Státní podniky Povodí spravují významné vodní toky a asi polovinu určených drobných vodních toků s následujícími povinnostmi a právy: Výkon funkce správce povodí, správce významných a určených drobných vodních toků v oblasti povodí, provoz a údržba vodních děl ve vlastnictví státu, s nimiž má podnik právo hospodařit. Výkon dalších práv, povinností a činností svěřených státnímu podniku. Výkon práva hospodařit s nemovitým a movitým majetkem, který je ve vlastnictví státu a je státnímu podniku svěřen k plnění jeho úkolů a k podnikatelské činnosti. Nakládání s vodami z hlediska množství a jakosti v rámci soustavy vodních toků a vodních děl, které spravuje, nebo s nimiž má právo hospodařit podle podmínek, stanovených vodohospodářskými orgány nebo vodoprávními úřady. Státní podnik Lesy ČR je správcem drobných vodních toků, zejména bystřinného charakteru, v zalesněné krajině. Přibližně šesti procenty se dále na správě vodních toků podílejí obce, újezdní úřady vojenských újezdů a správy národních parků. Správou vodních toků se rozumí povinnost: sledovat stav koryt vodních toků a pobřežních pozemků z hlediska funkcí vodního toku, pečovat o koryta vodních toků, zejména udržovat koryta vodních toků ve stavu, který zabezpečuje při odváděni vod z území dostatečnou průtočnost a hloubku vody a přitom se co nejvíce blíží přírodním podmínkám, udržovat břehové porosty na pozemcích koryt vodních toků nebo na pozemcích sousedících s korytem vodního toku tak, aby se nestaly překážkou odtoku vody při povodňových situacích, popřípadě břehové porosty na pozemcích koryt vodních toků nebo na pozemcích sousedících s korytem vodního toku vysazovat s přihlédnutím k tomu, aby jejich druhová skladba co nejvíce odpovídala původnímu přírodnímu stavu, pokud takové povinnosti nemají vlastníci pozemků sousedících s koryty vodních toků, 92

93 provozovat a udržovat v řádném stavu vodní díla v korytech vodních toků nezbytná k zabezpečení funkcí vodního toku, popřípadě vodnímu toku převážně sloužící, která správci toků vlastní, případně je užívají z jiného právního důvodu, připravovat a zajišťovat úpravy koryt vodních toků, pokud slouží k zajištění funkcí vodního toku, vytvářet podmínky umožňující oprávněná nakládání s vodami související s vodním tokem, při mimořádných situacích na vodním toku jen pokud to umožňují hydrologické podmínky a stav vodního toku. 93

94 4. PLÁNOVÁNÍ V OBLASTI VOD Plánování v oblasti vod je ustanoveno v zákoně o vodách, který byl naposledy významně novelizován zákonem č. 150/2010 Sb. Ustavením institutu plánování v oblasti vod ve vodním zákoně byly implementovány požadavky Směrnice Evropského parlamentu a Rady 2000/60/ES, ustavující rámec pro činnost Společenství v oblasti vodní politiky. Směrnice 2000/60/ES Evropského parlamentu a Rady Evropy z 23. října 2000 vychází ze strategického záměru zachování vodního bohatství, které je pro veškerý život nenahraditelným přírodním zdrojem. Plánování v oblasti vod je soustavná koncepční činnost, kterou zajišťuje stát, a jeho účelem je vymezit a vzájemně harmonizovat veřejné zájmy: ochrany vod jako složky životního prostředí, tzn. nejenom vod jako takových, ale i vodních a na vodu vázaných ekosystémů snížení nepříznivých účinků povodní a sucha udržitelného užívání vodních zdrojů, zejména pro účely zásobování pitnou vodou Nedílnou součástí plánování v oblasti vod je i zajištění informovanosti a zapojení veřejnosti včetně uživatelů vody do celého procesu pořizování příslušných plánů. V prvním plánovacím období do roku 2009 byl v České republice zpracován Plán hlavních povodí ČR a 8 plánů oblastí povodí. Proces připomínek a projednání s veřejností i s příslušnými orgány byl pro jednotlivé plány oblasti povodí završen v prosinci 2009 a tyto plány by měly usměrňovat dění v oblasti vod do roku V reakci na připomínky Evropské komise k implementaci rámcové směrnice 2000/60/ES byla pro další plánovací období, úpravou stávající legislativy, stanovena nová struktura zpracování plánů povodí. Uvedené změny představují zejména zavedení plánů povodí a plánů pro zvládání povodňových rizik namísto plánu hlavních povodí a dále plánů dílčích povodí namísto plánů oblastí povodí. Tyto plány jsou podkladem pro výkon veřejné správy, zejména pro územní plánování, vodoprávní řízení a k dosažení cílů ochrany vod jako složky životního prostředí definovaných v 23a vodního zákona. Plány povodí Plány povodí se zpracovávají ve třech úrovních pro mezinárodní oblasti povodí ("mezinárodní plány povodí"), části mezinárodních oblastí povodí na území České republiky ("národní plány povodí") a dílčí povodí. Na zpracování mezinárodních plánů povodí spolupracují Ministerstvo životního prostředí a Ministerstvo zemědělství v rámci mezinárodních komisí. Území České republiky náleží do třech mezinárodních oblastí povodí, a to: mezinárodní oblasti povodí Labe mezinárodní oblasti povodí Odry mezinárodní oblasti povodí Dunaje. 94

95 Národní plány povodí v 2. plánovacím období zastupují koncepční dokument "Plán hlavních povodí ČR" využívaný v 1. plánovacím období. Národní plány povodí stanoví cíle: pro ochranu a zlepšování stavu povrchových a podzemních vod a vodních ekosystémů ke snížení nepříznivých účinků povodní a sucha pro hospodaření s povrchovými a podzemními vodami a udržitelné užívání těchto vod pro zajištění vodohospodářských služeb pro zlepšování vodních poměrů a pro ochranu ekologické stability krajiny. Dále obsahují souhrny programů opatření k dosažení uvedených cílů a stanoví strategii jejich financování. Národní plány povodí pořizuje Ministerstvo zemědělství a Ministerstvo životního prostředí ve spolupráci s příslušnými správci povodí a místně příslušnými krajskými úřady. Národní plán povodí schvaluje vláda. Národní plány povodí vydává Ministerstvo zemědělství jako opatření obecné povahy. Tři národní plány povodí jsou doplněny celkem deseti plány dílčích povodí, a to následovně: Národní plán povodí Labe Plán dílčího povodí Horního a středního Labe Plán dílčího povodí Horní Vltavy Plán dílčího povodí Berounky Plán dílčího povodí Dolní Vltavy Plán dílčího povodí Ohře, Dolního Labe a ostatních přítoků Labe Národní plán povodí Odry Plán dílčího povodí Horní Odry Plán dílčího povodí Lužické Nisy a ostatních přítoků Odry Národní plán povodí Dunaje Plán dílčího povodí Moravy a přítoků Váhu Plán dílčího povodí Dyje Plán dílčího povodí ostatních přítoků Dunaje Plány dílčích povodí stanoví návrhy programů opatření, které jsou nutné k dosažení cílů pro dané dílčí povodí na základě zjištěného stavu povrchových a podzemních vod, hodnocení povodňových rizik, potřeb užívání vodních zdrojů, a časový plán jejich uskutečnění. Plány dílčích povodí pořizují správci povodí podle své působnosti ve spolupráci s příslušnými krajskými úřady a ve spolupráci s ústředními vodoprávními úřady. Plány dílčích povodí schvalují podle své územní působnosti kraje. 95

96 Plány pro zvládání povodňových rizik Plány pro zvládání povodňových rizik zohledňují důležitá hlediska, jako jsou náklady a přínosy, rozsah a průběh povodní, retenční schopnosti záplavových území, cíle ochrany vod, hospodaření s půdou a s vodními zdroji, územní plánování, využití území, ochranu přírody, lodní dopravu a přístavní infrastrukturu. Plány pro zvládání povodňových rizik se zabývají všemi aspekty zvládání povodňových rizik, přičemž se soustřeďují na prevenci, ochranu, připravenost, včetně povodňových předpovědí a systémů včasného varování, a zohledňují charakteristiky konkrétního povodí nebo dílčího povodí. Plány pro zvládání povodňových rizik mohou zahrnovat rovněž podporu udržitelného využívání území, zlepšení schopnosti půdy zadržovat vodu a kontrolované zaplavení určitých oblastí v případě výskytu povodně. Plány pro zvládání povodňových rizik pořizuje Ministerstvo životního prostředí a Ministerstvo zemědělství ve spolupráci s příslušnými správci povodí a místně příslušnými krajskými úřady. Plány pro zvládání povodňových rizik schvaluje vláda. Plány pro zvládání povodňových rizik vydává Ministerstvo životního prostředí jako opatření obecné povahy. Ministerstvo životního prostředí a Ministerstvo zemědělství spolupracují v rámci činnosti mezinárodních komisí na zpracování mezinárodních plánů nebo souboru plánů pro zvládání povodňových rizik koordinovaných na úrovni mezinárodní oblasti povodí. Plány povodí a plány pro zvládání povodňových rizik se přezkoumávají a aktualizují každých 6 let ode dne jejich schválení. 96

97 5. INFORMAČNÍ SYSTÉMY VE VODNÍM HOSPODÁŘSTVÍ Informační systém VODA české republiky Informační systém VODA České republiky byl oficiálně zahájen v roce 2005, a to společným schválením základních dokumentů (projektový záměr, základní pravidla komunikace, společné cíle, grafický manuál a harmonogram realizace projektových úloh). Hlavním impulzem vedoucím k zahájení realizace tohoto informačního systému bylo ustanovení 22 odst. 3 a 4 vodního zákona, které ukládá Ministerstvu zemědělství a Ministerstvu životního prostředí povinnost spravovat příslušné informační systémy veřejné správy pro vedení jednotlivých evidencí podle ustanovení 21 odst. 2 písm. c) vodního zákona. Hlavním cílem Informačního systému VODA České republiky je jednotná prezentace informací z oblasti vod v gesci všech ústředních vodoprávních úřadů České republiky. Poskytuje odborné i laické veřejnosti dostatek věrohodných a relevantních informací o vodách, slouží k podpoře rozhodování, vzdělávání i obecné informovanosti. Informace jsou poskytovány unifikovaně, efektivně a z jednoho místa. K zveřejňování jednotlivých aplikací dochází postupně na Vodohospodářském informačním portálu VODA ( Hlavní členění internetových stránek Vodohospodářského informačního portálu VODA vychází ze čtyř hlavních záložek. Jedná se o následující záložky: Aktuální informace Evidence Informačního systému VODA České republiky Plánování v oblasti vod Informace o projektu Prostřednictvím jednotných, přehledných a snadno dostupných aplikací zde lze najít jak aktuální informace o stavech vody ve vodních tocích a nádržích, kvalitě vody v našich nádržích nebo aktuálním přehledu srážkových úhrnu ve vybraných stanicích, tak i přehledy o jednotlivých souborech údajů z oblasti vodního hospodářství České republiky, které jsou zahrnuty do tzv. Informačního systému veřejné správy. Jedná se o otevřený systém, do kterého jsou průběžně přidávány nové aplikace. Vodohospodářský informační portál je, co do přehlednosti a prezentace jednotlivých informací, systémem unikátním, a to dokonce i v celoevropském meřítku. 97

98 Obr Ukázka úvodní internetové stránky Vodohospodářského informačního portálu VODA Zdroj: Obr Ukázka internetové stránky s údaji o vodních stavech v povodí Odry Zdroj: 98

99 Obr Ukázka internetové stránky s údaji o srážkách v povodí Odry Zdroj: Další informační systémy ve vodním hospodářství Dalšími informačními systémy ve vodním hospodářství jsou například Hydroekologický informační systém (HEIS), Digitální báze vodohospodářských dat (DIBAVOD) a Povodňový informační systém (POVIS). HEIS ( a DIBAVOD ( slouží ke shromažďování, vyhodnocování a prezentaci dat s vodní tématikou. Geografická databáze je vyvíjena a spravována pro tvorbu kartografických výstupů, analýzy dat v prostředí GIS a jejich vizualizaci. Oba systémy jsou spravovány Výzkumným ústavem vodohospodářským TGM, v.v.i. POVIS ( slouží jako podpora pro komunikační, koordinační a rozhodovací činnosti na všech organizačních úrovních, které jsou ze zákona povinny řešit povodňovou situaci. Cílem systému je zabezpečit v průběhu povodně i mimo ní základní platformu pro kvalitní komunikaci mezi všemi odpovědnými subjekty, zjednodušit a zrychlit přenos informací a v neposlední řadě zajistit jednotné formáty předávaných informací. 99

100 Obr Ukázka úvodní internetové stránky Hydro-ekologického informačního systému Zdroj: VÚV TGM, 2014 Obr Ukázka úvodní internetové stránky Digitální báze vodohospodářských dat Zdroj: VÚV TGM,

101 Obr Ukázka úvodní internetové stránky Povodňového informačního systému Zdroj: 101

102 6. LITERATURA Brosch, O. a kol.: Povodí Odry. Povodí Odry s.p., Ostrava, 2005, 323 s. Broža, V. a kol.: Přehrady Čech, Moravy a Slezska. Liberec, 2009, 251 s. Broža, V. a kol.: Přehrady. STNL, Bratislava, 1987, 548 s. Broža, V. a kol.: Využití vodní energie. ČVUT, Praha, 1990, 251 s. Hlavínek, P., Mičín, J., Prax, P.: Příručka stokování a čištění. NOEL 2000 s.r.o., Brno, 2001, 251 s. Králová, H.: Řeky pro život. Veronika, Brno, 2001, 439 s. Mareš, K. a kol.: Úpravy toků, ČVUT, 1997, 210 s. Medřický, V. : Hydrotechnické stavby 1: navrhování jezů, ČVUT, Praha, 2009, 151 s. Medřický, V. : Hydrotechnické stavby 2: vodní cesty, ČVUT, Praha, 2006, 100 s. Milerski, R. a kol.: Vodohospodářské stavby. Akademické nakladatelství CERM s.r.o., Brno, 2011, 164 s. Novák, J. a kol.: Příručka pro provozovatele vodovodní sítě. SOVAK, Praha, 2003, 151 s. Patera, A. a kol.: Nádrže a vodohospodářské soustavy, ČVUT, Praha 2002, 217 s. Pokorný, D. a kol: Informační systém VODA České republiky. MZe ČR, Praha, 2008, 97 s. Pytl, V. a kol.: Příručka pro provozovatele čistírny odpadních vod, SOVAK, Praha, 2004, 209 s. Raplík, M. a kol.: Úprava tokov, Alfa, Bratislava, 1989, 640 s. Rýznar, J.: Odvodňovací stavby. FAST VUT, Brno, 1986, 158 s. Slavíčková, K., Slavíček, M.: Vodní hospodářství obcí 1, Úprava a čištění vody. ČVUT, Praha, 2013, 199 s. Šálek, J. Závlahové stavby. FAST VUT, Brno, 1993, 202 s. Šálek, J., Hlavínek, P., Mičín, J. a kol.: Vodní stavitelství. Akademické nakladatelství CERM, s.r.o., Brno, 2002, 144 s. Šálek, J.: Malé vodní nádrže v životním prostředí. Ostrava: Phare, 1996, 141 s. Šálek, J.: Rybníky a účelové nádrže. VUTIUM, Brno, 2001, 125 s. 102

103 ČÁST B Pracovní aktivity pro studenty a žáky 7. PRACOVNÍ AKTIVITY PRO 1. STUPEŇ ZÁKLADNÍCH ŠKOL Tato aktivita je vhodná pro 3. a 4. třídy základních škol. 7.1 VODNÍ HOSPODÁŘSTVÍ Každý člověk je každodenně nějakým způsobem spojen s vodou a jejím užíváním. Získání znalostí o fungování systémů, které tvoří sektor vodního hospodářství je potřebné pro následné pochopení procesů jako je šetření s vodou a vodními zdroji, jejich ochrana a udržitelné využívání vod a to zejména vzhledem k možným potřebám budoucích generací. Vodní stavby jsou díla, která vytvořil člověk pro zajištění výše uvedených požadavků a potřeb. V rámci této pracovní aktivity se také seznámíš s nejdůležitějšími vodohospodářskými stavbami v regionu Moravskoslezského kraje a povodí řeky Odry. Držíme ti palce a přejeme řadu úspěchů! Motivace A/ Vodní nádrže a vodní stavby ČR Seřaď vodní nádrže Vranov, Olešná, Lipno, Orlík a Žermanice podle velikosti vodní plochy od nejmenší po největší. Úkol Přiřaď správné názvy k objektům na obrázcích. (vodojem, přehradní hráz, spádový stupeň rybím přechodem). Úkol 103

104 Uveď alespoň tři funkce přehrad. Úkol 104

105 B/ Cesta vody Popiš cestu vody, která odtéká z vaší domácnosti. Úkol 105

106 C/ Křížovka Vylušti tajenku. Úkol dětská loutková postavička 2. vánoční ryba 3. druhé největší město České republiky 4. mladá žába 5. český prezident Tajenka: beskydská údolní nádrž D/ Příklad pro výpočet Kolik litrů pitné vody si můžeš koupit za 400 Kč, když jeden metr krychlový pitné vody stojí 80 Kč? (1 metr krychlový = 1000 litrů)? Úkol 106

107 E/ Povodeň Popiš svými slovy, co je to povodeň? Úkol F/ Úprava vody K čemu slouží úpravna vody? Úkol G/ Závěr Hodnotící komise pedagog a vybraní dva spolužáci vyhodnotí jednotlivé odpovědi a vyberou vítěze (v pořadí 1. 3.), vítězové obdrží odměnu. Úkol s učitelem 107

108 8. PRACOVNÍ AKTIVITY PRO 2. STUPEŇ ZÁKLADNÍCH ŠKOL Hydrotechnické stavby I. K hlavním úkolům hydrotechnického stavitelství jsou úpravy vodních toků z důvodů protipovodňové ochrany pozemků a objektů, úprava odtokových poměrů a splaveninového režimu, stabilizace břehů a dna, umožnění odběru vody, plavebního, energetického a rybářského využití, umožnění zaústění, úprava hladiny podzemní vody v přilehlém území, zvýšení účinků samočisticích procesů ve vodním toku, zvýšení estetické funkce vodního toku v krajině aj. Úprava toků se netýká jen vlastního koryta, ale celého přilehlého území, jehož vodní poměry souvisejí s tokem. Společně se stavebně technickou úpravou je třeba řešit biologické, resp. ekologické změny, které se úpravou vyvolají. Tyto změny je třeba předvídat a úpravy navrhnout a provést tak, aby se zlepšily celkové vodní i krajinné poměry. Při řešení úkolů v pracovních listech získáte znalosti o vodních dílech a stavbách, které souvisejí s protipovodňovou ochranou obyvatel a majetku. Dále stavbami pro energetické využití vody a rovněž se stavbami, které jsou nutné pro přirozenou migraci vodních živočichů. Přejeme mnoho štěstí a úspěchů při plněné této aktivity. Motivace A/ Nádrže na řekách v ČR Na kterých řekách leží vodní nádrže Slezská Harta, Dalešice, Seč, Šance a Vranov? K řešení můžeš použít mapu i internet. Úkol 108

109 B/ Vodohospodářské stavby Pojmenuj vodohospodářskou stavbu na obrázku. Dovedeš určit, kde se tato stavba nachází? Úkol Co je to jezová zdrž? Úkol C/ Voda jako zdroj energie Popiš, jak pracuje přečerpávací vodní elektrárna. Úkol 109

110 D/ Křížovka Vylušti tajenku. Úkol levostranný přítok Odry 2. bradavický ředitel 3. planeta 4. surovina pro výrobu nafty a benzínu 5. jméno českého krále, který zahynul roku 1526 v bitvě u Mohače. 6. evropské pohoří Tajenka: česká řeka E/ Příklad pro výpočet Jaký je průtok vody (m 3 /s) v otevřeném kanále obdélníkového průřezu o šířce 12 m, při hloubce vody 2 m a její rychlosti 0,5 m.s -1? Úkol 110

111 F/ Vltavská kaskáda Na mapě vyhledej nádrže vltavské kaskády a seřaď je podle jejich umístění na toku od pramene po ústí. Úkol G/ Migrace vodních živočichů Co je to rybí přechod? Popiš svými slovy jeho funkci. Úkol H/ Závěr Hodnotící komise pedagog a vybraní dva spolužáci vyhodnotí jednotlivé odpovědi a vyberou vítěze (v pořadí 1. 3.), vítězové obdrží odměnu. Úkol s učitelem 111

112 Hydromeliorační stavby I. Hydromeliorace jsou specifickou částí vodního hospodářství, která jako typický hraniční obor spojuje vodní hospodářství a vodní stavitelství se zemědělstvím. Svým obsahem mají meliorace velmi blízko k agrotechnickému hospodaření s půdou a půdními zdroji. Jejich náplní je péče o zemědělsky využívanou půdu. Hydromeliorace mají vést k dosažení optimálního vodního režimu v půdě. Problematika hydromeliorací tedy velmi těsné souvisí nejen s péčí o půdu, ale také se snahami o její maximální a účelné využití. S vodním hospodářstvím souvisí také zájmem o režim využití půdní vody, zajišťováním zdrojů povrchové vody na závlahy z nádrží a ochranou území před nepříznivými účinky vodní eroze. V této pracovní aktivitě se podrobněji seznámíte s některými typy hydromelioračních staveb a jejich účelem. Přejeme hodně štěstí při plnění následujících zajímavých úkolů. Motivace A/ Rybniční soustavy v ČR V kterém kraji leží největší rybniční soustavy v České republice? Jak se jmenuje největší rybník v ČR? Úkol 112

113 B/ Využití vody k zavlažování Pojmenuj zařízení na obrázku. Úkol K čemu slouží trubková drenáž? Úkol Jak se nazývá vodohospodářský objekt sloužící k čerpání vody z vodního toku pro účely závlahy zemědělských pozemků? Úkol 113

114 C/ Správa vodních toků v ČR Z uvedené tabulky zjisti: a. Na jaké kategorie z hlediska jejich správy se dělí vodní toky? b. Který podnik povodí spravuje největší délku vodních toků? c. Jaká je celková délka vodních toků ve správě státních podniků povodí? Úkol Kategorie Správce Významné vodní toky Drobné vodní toky Délka vodních toků v km Povodí Labe, s. p Povodí Vltavy, s. p Povodí Ohře, s. p Povodí Odry, s. p Povodí Moravy, s. p Celkem Lesy ČR, s. p s. p. Povodí celkem Ostatní správci 5961 Ostatní 444 Celkem Vodní toky celkem

115 D/ Křížovka Vylušti tajenku. Úkol český hudební skladatel 2. hlavní město Polska 3. luštěnina 4. Rumcajsův syn 5. anglický fyzik a matematik, autor pohybových zákonů Tajenka: známý český stavitel rybníků:. E/ Příklad pro výpočet Za kolik dní vypustí rybáři rybník o objemu m 3, když udržují průměrný denní průtok vody na odtoku z rybníku na úrovni 0,6 m 3.s -1 a přítok do rybníka je zastaven? K výpočtu můžeš použít kalkulačku. Úkol 115

116 F/ Odběry a využití povrchových vod v ČR Z uvedeného grafu, který znázorňuje odběry povrchových vod v ČR v letech urči: a) Ve kterém roce byly největší odběry pro zemědělství? b) Jak se v posledních 20 letech měnilo množství odebrané vody pro vodovody pro veřejnou spotřebu? c) Jaké roční hodnoty dosahovaly v roce 2001 odběry vody pro průmysl? Úkol G/ Závěr Hodnotící komise pedagog a vybraní dva spolužáci vyhodnotí jednotlivé odpovědi a vyberou vítěze (v pořadí 1. 3.), vítězové obdrží odměnu. Úkol s učitelem 116

117 Zdravotně-technické stavby I. Soustavy objektů zajištujících zásobování obyvatelstva, průmyslu a dalších uživatelů vodou, zachycování, soustřeďování a čištění odpadních vod souhrnné označujeme jako zdravotně technické stavby. Významnou součástí těchto soustav jsou vodovodní rozvodné resp. stokové sítě. Ty lze chápat jako součást řešení inženýrských síti v urbanizovaném území (i mimo ně). V rámci této pracovní aktivity si žáci osvojí znalosti o různých typech a druzích zdravotně-technických staveb ve vodním hospodářství úpravny vody, čistírny odpadních vod, vodojemy, kanalizační sítě apod. Přejeme mnoho štěstí a úspěchů při vyplňování zadaných úkolů. Motivace A/ Odběry vody pro pitné účely Která z uvedených nádrží v povodí Odry neslouží k odběru pitné vody? (Kružberk, Těrlicko, Morávka) Úkol B/ Čištění odpadních vod Jaké čistírenské zařízení je na obrázku? Úkol 117

118 C/ Distribuce pitné vody Jaké jsou základní funkce vodojemu a k čemu slouží? Úkol Jaké znáš základní rozdělení zdrojů pitné vody? Úkol D/ Křížovka Vylušti tajenku. Úkol české pohoří 2. Jedno z japonských měst, kde byla za druhé světové války použita atomová bomba. 3. anglicky řeka 4. jihoamerická řeka 5. název nejznámějšího díla spisovatelky Boženy Němcové Tajenka: zkratka vodárenské společnosti působící na území povodí Odry 118

119 E/ Kanalizační sítě a čištění odpadních vod Z uvedené mapky, která ukazuje podíl obyvatel napojených na kanalizaci v jednotlivých krajích ČR v roce 2013, urči kraj, kde je tento podíl nejmenší? Úkol Co je to septik? (zakroužkuj správnou odpověď) Úkol a) chemický přípravek k čištění odpadních vod b) vícekomorová nádrž pro předčištění odpadních vod používaná u velmi malých čistírenských jednotek c) zařízení k hubení hlodavců ve stokové síti K čemu slouží aktivační nádrž? (zakroužkuj správnou odpověď). Úkol a) k biologickému čištění odpadních vod b) k dezinfekci pitné vody c) k ochraně stokové sítě před ucpáním 119