YDROTECNICKÉ VÝPOČTY
Výpočet odtoku z povodí pomocí CN křivek Jedná se o model sloužící pro prognózování přímého odtoku způsobeného přívalovým deštěm z povodí o maximální ploše 10 km. Přímý odtok zahrnuje odtok povrchový a část odtoku hypodermického. Podíly těchto odtoků se stanovují pomocí čísel odtokových křivek - CN. CN je i ukazatelem pravděpodobnosti typu odtoku (čím větší CN, tím je pravděpodobnější, že se přímý odtok týká povrchového odtoku). Základním vstupem metody CN křivek je srážkový úhrn, za předpokladu jeho rovnoměrného rozdělení po ploše povodí. Objem srážek je transformován na objem odtoku pomocí čísel odtokových křivek CN. odnoty CN křivek jsou závislé na hydrologických vlastnostech půd (respektive infiltraci), obsahu vody v půdě, vegetačním pokryvu, retenci a povrchové akumulaci. Čísla odtokových křivek jsou tabelována podle: ydrologických vlastností půd rozdělených půd do 4 skupin A, B, C, D na základě minimálních rychlosti infiltrace vody do půdy bez pokryvu po dlouhodobém sycení, tyto hodnoty byly získány z BPEJ (bonitovaná půdně ekologická jednotka), kde byla zjištěna PJ (hlavní půdní jednotka), která určuje hydrologickou půdní skupinu (na zájmovém území převažuje skupina B). Vlhkosti půdy určené na základě 5 denního úhrnu předcházejících srážek Index předchozích srážek (IPS) ve třech stupních. Pro návrhové účely uvažujeme IPS II. Využití půdy, vegetačního pokryvu, způsobu obdělávání a uplatnění protierozních opatření. Odtok je určen množstvím srážek, infiltrací vody do půdy, vlhkostí půdy, porostem, nepropustnými plochami a retencí povrchu. Základním vstupem metody CN je srážkový úhrn o určitém časovém rozdělení, za předpokladu stejnoměrného rozdělení po ploše povodí. Objem je přeměněn na objem odtoku pomocí čísel odtokových křivek CN. Jejich hodnoty jsou závislé na hydrologických vlastnostech půd, vegetačním pokryvu, velikost nepropustných ploch, intercepci a povrchové akumulaci. BPEJ - bonitovaná půdně ekologická jednotka Bonitovaná půdně ekologická jednotka je pětimístný číselný kód související se zemědělskými pozemky. Vyjadřuje hlavní půdní a klimatické podmínky, které mají vliv na produkční schopnost zemědělské půdy a její ekonomické ohodnocení. Právním předpisem, kterým se stanovuje charakteristika bonitovaných půdně ekologických jednotek a postup pro jejich vedení a aktualizaci je Vyhláška Ministerstva zemědělství č. 37/1998 Sb. v platném znění (vyhláška 546/00 Sb). Bonitace zemědělské půdy byla prováděna v letech 1974 až 1980. První číslice kódu pětimístného kódu BPEJ značí příslušnost ke klimatickému regionu (označeny kódy 0-9). Klimatické regiony byly vyčleněny na základě podkladů Českého hydrometeorologického ústavu v Praze výhradně pro účely bonitace zemědělského půdního fondu (ZPF) a zahrnují území s přibližně shodnými klimatickými podmínkami pro růst a vývoj zemědělských plodin. V ČR bylo vymezeno celkem 10 klimatických regionů. Druhá a třetí číslice vymezuje příslušnost k určité hlavní půdní jednotce PJ (01-78). lavní půdní jednotka je účelové seskupení půdních forem, příbuzných ekologickými vlastnostmi, které jsou charakterizovány morfogenetickým půdním typem, subtypem, půdotvorným substrátem, zrnitostí a u některých hlavních půdních jednotek výraznou svažitostí, hloubkou půdního profilu, skeletovitostí a stupněm hydromorfismu. Čtvrtá číslice stanoví kombinaci svaživosti a expozice pozemku ke světovým stranám. Pátá číslice určuje kombinaci hloubky půdního profilu a jeho skeletovosti. Poznámka: Počáteční tři číslice pětimístného kódu označují na mapách a kartách tzv. hlavní půdně klimatickou jednotku (PKJ) klimatický region + hlavní půdní jednotka. Základní složky bonitace tvoří bonitační klasifikační soustava a ekonomická charakteristika všech jejích jednotek umožňující propojení BPEJ se soustavou ekonomických ukazatelů v jednotném bonitačním informačním systému.
základní mapovací a oceňovací jednotkou stanovena BPEJ definována na základě agronomicky zvláště významných charakteristik klimatu, půdy a konfigurace terénu přiřadit údaje o produkčním potenciálu hlavních zemědělských a rovněž o ekonomickém efektu, který za daných vnějších podmínek a v určitém časovém úseku přinášejí soustava BPEJ zobrazuje všechny charakteristické kombinace základních a v krátkodobém až střednědobém časovém horizontu málo proměnlivých vlastností určitých úseků zemědělského území BPEJ byly vyčleněny na základě: klimatu morfogenetických vlastností půd charakteristických půdotvorných substrátů svažitosti pozemků a expozice skeletovitosti a hloubky půdního profilu. Metoda CN křivek vychází z předpokladu 0 S R a A 0 S Ra A výška přímého odtoku [mm] úhrn přívalové srážky [mm] aktuální retence povodí [mm] potenciální retence povodí [mm] Pro výpočet v zájmovém území odkališť byla uvažována tyto data: meteorologická stanice Straškov - Vodochody (vzdálenost od daného území cca 5 km) S 54,8 mm S 9,9 mm p 0,1 (1 x za 10 let) p 0,5 (1 x za roky) Plocha povodí k uzávěrovému profilu u vtoku do příkopu podél násypu dálničního tělesa Pp 0,33 km Plocha povodí k uzávěrovému profilu u vtoku do Ledčické strouhy Pp 0,38 km
Základní vztah pro výpočet přímého odtoku: 0 S A 0 ( 0, A) S S + 0,8 A výška přímého odtoku [mm] úhrn přívalové srážky [mm] potenciální retence povodí [mm] Vztah mezi potenciální retencí A a číslem CN udává vztah: 1000 A 5,4 10 CN
Doba koncentrace Doba doběhu (koncentrace) T C plošný povrchový (T ta ) + soustředěný o malé hloubce (T tb ) + soustředěný v otevřeném korytě (T tc ) T T + T + T C ta tb Plošný povrchový: T ta tc 0,8 n l 0,007 0,3048 Manningova kinematická rovnice 0,5 S 0,4 s 5,4 T ta doba doběhu plošného povrchového odtoku [h] n Manningův součinitel drsnosti (0,05) l délka proudění [m] (cca 100 m) S úhrn 4-hodinové srážky s dobou opakování roky [mm] s hydraulický sklon povrchu [tg α] Soustředěný odtok o malé hloubce: l T tb 3600 v T tb l v doba doběhu soudtředěného povrchového odtoku o malé hloubce [h] délka proudění [m] průměrná rychlost [m/s] průměrná rychlost nezpevněný povrch: zpevněný povrch: v 4,918 s v 6,196 s 0,5 0,5 v průměrná rychlost [m/s] s hydraulický sklon povrchu [tg α]
Soustředěný odtok v korytech l T tc 3600 v T tc doba doběhu soustředěného odtoku v korytě [h] l délka proudění [m] v průměrná rychlost [m/s] průměrná rychlost 1 1 6 R s v n n Manningův součinitel drsnosti R hydraulický poloměr [m]; RS/O S plocha příčného profilu [m ] O omočený obvod [m] s hydraulický sklon povrchu [tg α] Stanovení kulminačního průtoku z přívalové srážky Q p Q p 0,00043 q p P 0 f kulminační průtok [m 3 /s] q P jednotkový kulminační průtok (z nomogramu) P plocha povodí [km ] 0 výška přímého odtoku [mm] f opravný součinitel pro rybníky a mokřady Procento zaujímané vodní plochou 0 % 1,00 0, % 0,97 1,0 % 0,87 3,0 % 0,75 5,0 % 0,7 f
Stanovení průměrné hodnoty CN pro danou lokalitu je převzato z plánu společných zařízení Etapa a - "Komplexní pozemková úprava, katastrální území Ledčice, okres Mělník" zpracované společností GEOREAL spol. s r. o., álkova 1, Plzeň. Využití území orná půda hlavní půdní jednotka ydrologická skupina půdy ydrologické podmínky odnota CN křivky Procentuální zastoupení v zájmovém území PJ CN P [%] 6 D špatné 91,5 5 B špatné 81 37,5 1 A špatné 7 18,6 B špatné 81 4,8 3 B špatné 81 16,6 Potenciální retence povodí: 1000 1000 A 5,4 10 5,4 10 63,50 mm CN 80 Výška přímého odtoku: ( S 0, A) 0 ( 54,8 0, 63,50 ) S + 0,8 A Doba koncentrace: Doba doběhu plošného odtoku: T ta 0,8 54,8 + 0,8 63,50 n l 0,05 100 0,007 0,007 0,3048 0,3048 0,5 0,5 S 0,4 9,9 0,4 s 0,03 5,4 5,4 Doba doběhu soustředěného odtoku: T tb l 3600 v 830 3600 0,05 h 4,918 Doba doběhu soustředěného odtoku v korytě: T tc C l 0,00 h 3600 v T T + T + T 0,5 + 0,05 + 0,00 0,30 h ta Jednotkový kulminační průtok: tb s 54,8; CN 80 Kulminační průtok: SO 30 (příkop PŘ 1 N): Q tc I p p 0 a s 16,78 mm 0,8 0,5 h 0,3; Tc 0,3 q p 575 Průměrná hodnota CN křivky pro zájmovou lokalitu 79,58 80 0,00043 q P f 0,00043 575 0,33 16,78 1 1,37 m 3 s -1 SO 301 (úprava dálničního příkopu): Q p p 0 0,00043 q P f 0,00043 575 0,38 16,78 1 1,58 m 3 s -1
Dimenze odvodňovacího příkopu: odnota kulminačního průtoku po uzávěrový profil navrhovaného příkopu je 1,37 m 3 /s. Q S v S C R i Q C průtok [m3/s] Chézyho rychlostní součinitel [m 0,5 /s] 1 6 R C n R hydraulický poloměr [m] S R O S průtočná plocha [m ] O omočený obvod [m] n manningův drsnostní součinitel [-] i sklon nivelety [-] b šířka ve dně [m] B šířka v hladině [-] m poměr sklonu svahů [-] SO 301 - Úprava dálničního příkopu poměr sklonu svahů 1:m 1:,5 šířka ve dně b 0,4 m min. sklon nivelety dna i 0,4 % 4,0 0,004 drsnostní součinitel n 0,03 Šířka v Omočený Průtočná ydraulický Rychlostní Rychlost loubka hladině obvod plocha poloměr součinitel proudění Průtok B O S R C v Q Q [m] [m] [m] [m ] [m] [-] [m/s] [m 3 /s] [l/s] 0,1 0,90 0,939 0,065 0,069 1,361 0,356 0,03 3,11 0, 1,40 1,477 0,180 0,1 3,471 0,518 0,093 93,8 0,3 1,90,016 0,345 0,171 4,838 0,650 0,4 4, 0,4,40,554 0,560 0,19 5,884 0,767 0,49 49,7 0,5,90 3,093 0,85 0,67 6,744 0,874 0,71 70,75 0,6 3,40 3,631 1,140 0,314 7,480 0,974 1,110 1110,17 0,7 3,90 4,170 1,505 0,361 8,17 1,069 1,608 1608,44 0,8 4,40 4,708 1,90 0,408 8,705 1,159,6 5,93 0,9 4,90 5,47,385 0,455 9,9 1,46,973 97,59 1,0 5,40 5,785,900 0,501 9,709 1,330 3,858 3857,99 1,61 1,58 VYOVUJE Příkop bude hloubky 70 cm, šířka ve dně 40 cm, sklon svahu bude kopírovat sklon silničního násypu tělesa dálnice 1 :,5 a nejmenší spád dna příkopu bude 4.
SO 30 - Příkop PŔ 1 N poměr sklonu svahů 1:m 1:1,5 šířka ve dně b 0,6 m min. sklon nivelety dna i 0,5 % 5,0 0,005 drsnostní součinitel n 0,03 Šířka v Omočený Průtočná ydraulický Rychlostní Rychlost loubka hladině obvod plocha poloměr součinitel proudění Průtok B O S R C v Q Q [m] [m] [m] [m ] [m] [-] [m/s] [m 3 /s] [l/s] 0,1 0,90 0,961 0,075 0,078 1,79 0,431 0,03 3,9 0, 1,0 1,31 0,180 0,136 3,911 0,64 0,11 11,34 0,3 1,50 1,68 0,315 0,187 5,14 0,77 0,43 43,06 0,4 1,80,04 0,480 0,35 6,186 0,898 0,431 430,89 0,5,10,403 0,675 0,81 6,976 1,011 0,68 68,43 0,6,40,763 0,900 0,36 7,649 1,116 1,004 1004,18 0,7,70 3,14 1,155 0,370 8,40 1,14 1,40 140,39 0,8 3,00 3,484 1,440 0,413 8,768 1,308 1,883 1883,13 0,9 3,30 3,845 1,755 0,456 9,49 1,397,45 45,3 1,0 3,60 4,06,100 0,499 9,690 1,484 3,115 3115,40 1,40 1,37 VYOVUJE Příkop bude mít šířku ve dně 60 cm a hluboký bude minimálně 70 cm, sklony svahů budou 1:1,5 a minimální spád dna příkopu bude 0,5%.
Posouzení stávajícího propustku na silnici III/463 Propustek z betonových trub DN 800 ve spádu 1,15% Výpočet Q100 byl použit empirický vzorec podle Čerkašina (TP 83 - odvodnění podzemních komunikací). Q 100 4,7 β ϕ L 3 vs 3 F Q 100 kulminační průtok srážkových vod N100 (průměrná doba opakování) [m3/s] β objemový součinitel odtoku [-] v střední rychlost dobíhání vody z povodí [m/s] F plocha povodí [km ] L délka údolnice (od uzávěrového profilu po rozvodnici [km] L ϕ koeficient tvaru povodí ϕ f [-] F Při výpočtu bylo dbáno zásad: 1) Délka údolí se měří bez započtení drobných meandrů, postačuje mapa 1: 75 000 nebo 1: 5 000. ) Rozvětvuje-li se tok na dvě, případně více ramen, považuje se za délku toku rameno delší. Meandruje-li tok velkými záhyby po celé šířce povodí, jako je délka údolí se uvažuje spojnice profilu s nejvzdálenějším místem rozvodnice. 3) Jestliže tok v dlouhém svém úseku nemá zřetelně vyvinuté koryto, je třeba součinitel ϕ zvětšit 1,3 až 1,6 ti násobně podle délky nevyvinuté části. 4) Probíhá-li tok nápadně po jedné straně povodí, je nutno koeficient ϕ zvětšit podle míry vybočení ze středu 1,1 až 1,5 krát. 5) Jsou-li v povodí rybníky, započítává se jejich vliv tak, že se uvažuje menší koeficient β, než udává mapa izolinií uvažujeme1/ až 1/3 příslušné hodnoty. 6) Jestliže povodí má tvar hrušky obrácené k profilu úzkou částí, stoletý průtok počítáme jen ze široké části povodí. K takto vypočtené hodnotě přidáme přiměřený příspěvek průtoku pro zúženou část povodí. 7) Máme-li profil pod soutokem dvou nebo více toků, je nutné vypočítat stoletý specifický průtok pro část povodí s nejdelším tokem. 8) Plocha luk se uvažuje jako plocha lesů. 9) Při použití vzorce pro výpočet Q 100 na povodích flyšové oblasti, jejichž F je menší jak 5 km a průměrný erbstův sklon povodí převažuje 15%, musíme koeficient β zvětšit až o 5-30 % bez ohledu na stupeň zalesnění. 10) Někdy se vyskytuje povodí ve tvaru mísy (situačně i výškově) pak hodnotu ϕ vynásobíme 0,8-0,9.
β 0,0 v /3 1,5 m/s F 0,38 km ϕ 1,5 L 1,8 km dle mapy izolinií objemového součinitele β (viz mapa výše) dle grafu v závislosti na sklonu povodí a procentu zalesnění plocha povodí k uzávěrovému profilu dle grafu pro tvar povodí délka údolnice Q 100 4,7 β ϕ L 3 vs 3 F 4,7 0,0 1,5 0,38 1,5 1,5 1,7 m 3 s -1 y S O R v Q m m m m m/s m 3 /s 0,00 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,10 0,036 0,578 0,063 1,693 0,061 0,0 0,098 0,838 0,117,570 0,53 0,30 0,17 1,054 0,163 3,03 0,55 0,40 0,51 1,57 0,00 3,667 0,9 0,50 0,330 1,459 0,7 3,985 1,317 0,60 0,404 1,676 0,41 4,157 1,681 0,70 0,466 1,935 0,41 4,153 1,937 0,80 0,503,513 0,00 3,667 1,843
Současný propustek DN 800 převede průtok 1,98 m 3 /s. Vypočtený průtok propustkem je větší než vypočtený návrhový průtok dle Čekašina 1,7 m 3 /s a než je vypočtený průtok z 4-hodinové srážky opakující se jednou za deset let (N 10, p 0,1) 1,58 m 3 /s. Propustek je vyhovující. Propustky na SO 30 příkop PŘ 1 N: Propustky musí převést průtok dle výpočtu z 4-hodinového deště a to 1,37 m 3 /s. Propustky jsou navrženy z betonových trub DN 600 s minimálním sklonem,6 % (s ohledem na délku propustku, nutnost převedení navrhovaného průtoku a terénní konfiguraci (prostorové možnosti)) y S O R v Q m m m m m/s m 3 /s 0,00 0,00 0,000 0,000 0,000 0,000 0,10 0,031 0,505 0,061,509 0,078 0,0 0,083 0,739 0,11 3,740 0,309 0,30 0,141 0,94 0,150 4,55 0,644 0,40 0,00 1,146 0,175 5,039 1,009 0,50 0,5 1,380 0,18 5,186 1,306 0,60 0,83 1,885 0,150 4,55 1,87 Při naplnění profilu DN 600 do výšky y 0,56 m (zaplnění 94%) propustek převede průtok 1,39 m 3 /s > 1,37 m 3 /s