VODNÍ HOSPODÁŘSTVÍ KRAJINY II

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ FAKULTA STAVEBNÍ

ING. MIROSLAV DUMBROVSKÝ, CSC ING. RUDOLF MILERSKI, CSC

VODNÍ HOSPODÁŘSTVÍ KRAJINY II MODUL 01 BS05

STUDIJNÍ OPORY PRO STUDIJNÍ PROGRAMY S KOMBINOVANOU FORMOU STUDIA

Vodní hospodářství krajiny II

© Miroslav Dumbrovský, Rudolf Milerski, Brno 2005

- 2 (233) -

Obsah

OBSAH 1 Vstup..............................................................................................................9 1.1 Cíle ........................................................................................................9 1.2 Požadované znalosti ..............................................................................9 1.3 Doba potřebná ke studiu .......................................................................9 1.4 Klíčová slova.........................................................................................9 2 Úvod .............................................................................................................11 2.1 Historický vývoj..................................................................................11 2.1.1 Historie odvodnění u nás ......................................................13 2.2 Vliv odvodňovacích staveb na životní prostředí.................................14 3 Zamokření ...................................................................................................16 3.1 Posuzování zamokření ........................................................................16 3.2 Příčiny zamokření ...............................................................................18 3.2.1.1 Oblastní příčiny zamokření...................................................19 3.2.1.2 Místní příčiny zamokření......................................................19 3.2.1.3 Kombinované příčiny zamokření..........................................20 4 Teorie návrhu podzemního odvodnění .....................................................23 4.1 Proudění nasyceným nedeformujícím se porézním prostředím ..........24 4.2 Proudění nedeformující se nenasycenou zeminou ..............................25 5 Stanovení odtoku ........................................................................................27 5.1 Povrchový odtok .................................................................................27 5.1.1 Plošný povrchový odtok .......................................................28 5.1.2 Soustředěný povrchový odtok...............................................29 5.1.2.1 Srážky ...................................................................................30 5.1.2.2 Výběr srážky pro určení povrchového odtoku......................35 5.1.2.3 Stanovení doby koncentrace .................................................35 5.1.2.4 Nalezení součinitele odtoku..................................................36 5.1.2.5 Stanovení povrchového odtoku metodou analogií................38 5.1.2.6 Stanovení povrchového odtoku empirickými vzorci ............39 5.2 Podzemní odtok...................................................................................40 5.2.1 Hydrologické metody určování podzemního odtoku............41 5.2.2 Hydraulické metody určování podzemního odtoku..............45 6 Hlavní odvodňovací zařízení .....................................................................50 6.1 Kanály .................................................................................................50 6.1.1.1 Situační návrh sítě kanálů .....................................................50 6.1.1.2 Sklon nivelety dna odvodňovacích kanálů ...........................53 6.1.1.3 Příčný profil odvodňovacích kanálů .....................................55 6.2 Ochrana území před vnějšími vodami ................................................56 6.2.1.1 Záchytné kanály ....................................................................57 6.2.1.2 Odlehčovací kanály...............................................................59 6.2.1.3 Hydraulické výpočty ochranných kanálů..............................61 6.3 Nádrže .................................................................................................62

- 3 (233) -


6.4 6.5

Ochranné hráze................................................................................... 63 Odvodňovací čerpací stanice.............................................................. 68 6.5.1 Návrh odvodňovacích čerpacích stanic................................ 71 6.5.2 Stavební část čerpacích stanic .............................................. 76 6.5.2.1 Spodní stavba čerpací stanice a související objekty............. 76 6.5.2.2 Vrchní stavba čerpací stanice a související objekty ............. 77 6.5.2.3 Technologické zařízení čerpací stanice................................ 79 6.5.2.4 Pohony čerpadel ................................................................... 82 6.5.2.5 Potrubní soustava ................................................................. 82 6.6 Podrobné odvodňovací zařízení ......................................................... 84 6.6.1 Příkopové odvodnění............................................................ 85 6.7 Horizontální drenáž ............................................................................ 89 6.7.1 Základní pojmy .................................................................... 89 6.7.2 Navrhování horizontální drenáže ......................................... 90 6.7.2.1 Situační řešení ...................................................................... 90 6.7.2.2 Dimenzování trubkové drenáže............................................ 95 6.7.2.3 Průtok vody trubkovým drénem........................................... 96 6.7.2.4 Návrhové parametry trubkové drenáže ................................ 97 6.7.2.5 Zvláštní způsoby horizontálního odvodnění ...................... 104 7 Úvod do protierozní ochrany .................................................................. 105 8 Faktory ovlivňující erozní a odtokové poměry ..................................... 107 8.1 Klimatické a hydrologické poměry .................................................. 107 8.2 Geologické poměry .......................................................................... 108 8.3 Půdní poměry.................................................................................... 109 8.4 Vegetační faktory ............................................................................. 110 9 PODKLADY PRO NAVRHOVÁNÍ PEO ............................................. 112 9.1 Základní písemné podklady.............................................................. 112 9.1.1 Metodické podklady........................................................... 112 9.1.2 Ostatní písemné podklady .................................................. 112 9.2 Základní mapové podklady .............................................................. 113 9.3 Získání stanoviska dotčených organizací ......................................... 113 9.3.1 Seznam dotčených organizací ............................................ 113 10 PRŮZKUM ÚZEMÍ ................................................................................ 114 10.1 Doporučený postup průzkumných prací........................................... 115 10.2 Optimální doba průzkumu................................................................ 115 10.3 Stupně průzkumu.............................................................................. 115 10.4 Mapové podklady pro vlastní terénní šetření ................................... 115 10.5 Rozbor stanovištních poměrů ........................................................... 116 10.6 Klimatické podmínky ....................................................................... 118 10.7 Geologicko litologické poměry ........................................................ 119 10.8 Pedologické poměry ......................................................................... 120 11 POSOUZENÍ EROZNÍ OHROŽENOSTI POZEMKŮ - TRADIČNÍ METODY.................................................................................................. 120

- 4 (233) -

Obsah

12 POSOUZENÍ EROZNÍ OHROŽENOSTI POZEMKŮ UNIVERZÁLNÍ ROVNICE WISCHMEIER -SMITH -USLE ...........122 12.1 Faktor erozní účinnosti přívalového deště (R) ..................................123 12.2 Faktor erodovatelnosti půdy (K) .......................................................126 12.3 Topografický faktor - součin faktorů L a S.......................................128 12.4 Faktor ochranného vlivu vegetace (C) ..............................................131 12.5 Přípustný smyv..................................................................................137 13 HYDROLOGICKÉ PODKLADY PROTIEROZNÍCH OPATŘENÍ.138 13.1 Metoda čísel odtokových křivek CN ................................................139 13.1.1 Objem odtoku......................................................................139 Půdní subtyp ...............................................................................................141 Substrát .......................................................................................................141 HMg 142 Půdní subtyp ...............................................................................................142 Substrát .......................................................................................................142 HMig, IPg ...................................................................................................142 PG /OG 142 polygenetická hlína.....................................................................................142 A 143 B 143 C 143 D 143 A 144 B 144 C 144 D 144 13.1.2 Kulminační průtok ..............................................................145 13.1.3 Doba doběhu a doba koncentrace .......................................146 13.2 Metoda CN v modifikaci modelu DESQ - dle Hrádka ...................148 13.2.1 Maximální odtok ze savhu ..................................................149 13.2.1.1 Předpoklady řešení:.............................................................149 13.2.1.2 Přítok na svah......................................................................150 13.2.1.3 Výška odtoku ze svahu .......................................................150 13.2.1.4 Odvození charakteristik přítoku..........................................151 13.2.1.5 Řešení maximální intenzity odtoku ze svahu......................152 13.2.1.6 Porovnání variant řešení maximální intenzity odtoku ze svahu154 13.2.1.7 Maximální průtok ze svahu.................................................156 13.2.2 Maximální odtok z povodí ..................................................156 13.2.3 Charakteristika hydrologického modelu DesQ – verze 4.1 157 14 POSOUZENÍ EROZNÍ OHROŽENOSTI POZEMKU – MODELY .159 14.1 Příklady používaných simulačních modelů ......................................160 14.1.1 CREAMS (Chemicals, Runoff and Erosion from Agricultural Management Systems). .......................................................160 14.1.2 SWRRB (Simulator for Water Resources in Rural Basins).160

- 5 (233) -


14.1.3 14.1.4

EPIC (Erosion-Productivity Impact Calculator) ................ 161 ANSWERS (Areal Nonpoint Source Watershed Environment Response Simulation)......................................................... 161 14.1.5 AGNPS (AGricultural NonPoint Source). ......................... 161 14.1.6 SHE .................................................................................... 161 14.1.7 EUROSEM......................................................................... 162 15 DOPORUČENÁ OPATŘENÍ PROTI VODNÍ EROZI....................... 162 15.1 Organizační opatření ........................................................................ 162 15.1.1 Tvar a velikost pozemku .................................................... 162 15.1.2 Delimitace kultur................................................................ 164 15.1.2.1 Ochranné zatravnění........................................................... 164 15.1.2.2 Ochranné zalesnění ............................................................ 165 15.1.3 Protierozní rozmisťování plodin ........................................ 166 15.1.3.1 Protierozní osevní postupy ................................................. 166 15.1.3.2 Pásové střídání plodin ........................................................ 167 15.1.4 Protierozní směr výsadby ................................................... 168 15.2 Agrotechnická opatření .................................................................... 168 15.2.1 Protierozní agrotechnologie na orné půdě.......................... 168 8. 2.1.1. 168 15.2.1.1 Hrázkování a důlkování povrchu půdy .............................. 169 15.2.2 Agrotechnologie ve speciálních kulturách ......................... 170 8. 2.2.1. 170 15.2.2.1 Krátkodobé porosty v meziřadí .......................................... 170 15.2.2.2 Mulčování........................................................................... 171 15.2.2.3 Hrázkování a důlkování povrchu půdy v meziřadí ............ 172 15.3 Biotechnická protierozní opatření .................................................... 172 15.3.1 Protierozní meze................................................................. 174 15.3.2 Zasakovací pásy ................................................................. 176 15.3.3 Protierozní průlehy............................................................. 176 15.3.4 Stabilizace drah soustředěného povrchového odtoku ........ 178 15.3.5 Manipulační pásy ............................................................... 186 15.3.6 Protierozní příkopy............................................................. 187 15.3.7 Protierozní nádrže .............................................................. 188 15.3.8 Terasování .......................................................................... 188 15.3.9 Polní cesty s protierozní funkcí .......................................... 197 16 HYDROLOGICKÉ PODKLADY PRO DIMENZOVÁNÍ BIOTECHNICKÝCH A TECHNICKÝCH PRVKŮ PEO ................ 200 17 VLIV EROZE NA KOMPLEX PŮDNÍCH VLASTNOSTÍ................ 216 18 ŘEŠENÍ PEO NA ODVODNĚNÝCH POZEMCÍCH ......................... 218 19 ŘEŠENÍ PEO V KPÚ .............................................................................. 220 20 MOŽNOSTI ŘEŠENÍ PROTIEROZNÍ OCHRANY PŮDY V KPÚ 220 20.1 PROTIEROZNÍ OCHRANA V RÁMCI PLÁNU POLYFUNKČNÍ KOSTRY KPÚ ................................................................................. 221 21 ŘEŠENÍ PEO V NÁVAZNOSTI NA ÚSES .......................................... 222

- 6 (233) -

Obsah

22 OCHRANA VODNÍCH ZDROJŮ..........................................................224 23 ZÁKLADNÍ INFORMACE O OCHRANNÝCH PÁSMECH A PÁSMECH HYGIENICKÉ OCHRANY VODNÍCH ZDROJŮ .........225 23.1 Autotest .............................................................................................231 24 Závěr ..........................................................................................................233 24.1.1 Seznam použité literatury ...................................................233 24.2 Klíč....................................................................................................233

- 7 (233) -

Úvod

1

Vstup

Předkládaný vysokoškolský učební text „Vodní hospodářství krajiny II“ je skriptem určeným hlavně pro studenty oboru Vodní hospodářství a vodní stavby na stavební fakultě VUT v Brně. Obsah tohoto textu je plně svázán s náplní stejnojmenného předmětu studia ve čtvrtém ročníku studijního oboru a patří do specializace ústavu Vodní hospodářství krajiny. Tento předmět, jaká je jeho náplň v současné podobě v učebních plánech, je výsledkem mnohaletého vývoje studijní náplně předmětů, které seznamují studenty se základní problematikou oblasti nazývané obecně - meliorace. Předmět nahrazuje samostatné předměty v dřívějších učebních plánech, Odvodnění a Ochrana a organizace povodí. Předkládaný text je tedy jakýsi návrat k původní náplni předmětu Odvodňování půdy od Prof. Jůvy, který tvořil jeden ze základů výuky melioračních staveb ve druhé polovině minulého století.

1.1

Cíle

Na zaměření vodní hospodářství a zejmény v tomto předmětu jsou studenti připravováni k řešení úkolů souvisejících s hospodařením vodou v krajině. Předmět má za úkol naučit studenty základům odvodňovacích staveb, principům jejich použití a důsledkům této činnosti. Druhou součástí předmětu je výchova k optimálnímu hospodaření s vodou v krajině zaměřenou na ochranu povodí a jeho možností využití lidskou společností.

1.2

Požadované znalosti

Studující musí mít znalosti hydrauliky a hydrauliky podzemních vod, hydrologie, úprav toků, pedologie.

1.3

Doba potřebná ke studiu

Text je rozsahem určen k době studia okolo 100 hodin.

1.4

Klíčová slova

Odvodnění, zamokření, odtok, podzemní odtok, eroze, pozemkové úpravy, ochrana povodí

- 9 (233) -

Úvod

2

Úvod

Odvodňovací stavby jsou stavby, které změnou vodního režimu zasahují hluboce do vlastností krajiny, vrstvy půdy nebo zeminy. Abychom mohli hovořit o meliorační činnosti, tedy zlepšování stavu, je třeba přistupovat k návrhu odvodňovacích staveb s důkladnou znalostí jejich působení a výsledných změn. Odvodňovací stavby tvoří komplex opatření, které jsou navrhovány podle stavu potřebnosti odvodnění, jeho rozsahu a všech příčin vedoucích k vlastnímu návrhu stavby. Odvodnění není zdaleka jen disciplinou zabývající se odvodněním zemědělských půd drenáží, jak je mnohdy laiky posuzováno, ale zasahuje do velké většiny oblastí stavební činnosti, vztahuje se zásadně k ochraně životů a majetku za povodní, umožňuje zlepšení životního prostředí člověka a jím vytvořené společnosti. Odvodňovací stavby jsou velmi těsně spjaty s lidskou – „civilizovanou“ společností, s jejími potřebami a se zajištěním rozvoje této společnosti. Tyto potřeby představují zvýšené využívání krajiny, jejich zdrojů a na druhé straně ochrana vznikajícího hmotného majetku.

2.1

Historický vývoj

Historicky jsou odvodňovací stavby jedny z nejstarších lidských staveb. Setkáváme se s nimi všude tam, kde se rozvíjely nejstarší lidské civilizace. Nejstarší stavby prvků odvodnění známe z Babylónie ze 4. až 2. tisíciletí před naším letopočtem. Byly zde v údolích velkých řek Eufratu a Tigridu použity pro získání lepších krajinných podmínek pro rozvoj těchto společností. Tyto velké toky nejenže přinášely z vysokých hor ve své pramenné oblasti do osídlených údolí vodu a úrodné náplavy, ale v údolích vytvářely močály, periodicky zatápěná území a ohrožovaly lidská obydlí pravidelným vybřežováním. Z tohoto důvodu zde byly zbudovány meliorační stavby, které pomohly zabezpečit všestranný materiální i kulturní rozvoj civilizace Babyloňanů. V tomto prostoru byly od roku 4500 př. n. l. budovány ochranné protipovodňové hráze a za pomoci odvodňovacích kanálů byly vysoušeny močály. Tyto kanály složily v době such k přivádění závlahové vody. Jako další ochranný prvek zde vznikla i první velká retenční nádrž – okolo 6. století př. n. l., jejíž obvod měřil 72 km. Ve stejném období je zde zbudován taktéž víceúčelový kanál dlouhý 600 km, který sloužil zároveň k odvodňování močálů, závlahám a plavbě. Babyloňané taktéž začali využívat i prvky podrobného odvodnění v podobě drenáží. Jednalo se o svislé keramické děrované trouby, které odvodňovaly jak povrch tak půdní vrstvu. Tyto stavby byly využívány pro odvodnění pohřebišť již ve 2 tisíciletí př. n. l. Stavby melioračního charakteru zanikly postupně po zničení babylónské civilizace Římany a definitivně Mongoly. Ne jen říše Babyloňanů, ale samozřejmě i starý Egypt dosáhl značného rozvoje své civilizace za pomoci odvodňovacích staveb. Byly odvodňovány rozsáhlé močály v deltě Nilu, odvodňovací kanály sloužily plavbě až do Rudého moře, byly budovány retenční nádrže.

- 11 (233) -


Velká péče a zájem o odvodňovací stavby se projevil ve staré Číně – již okolo roku 2300 př. n. l. se regulovaly řeky ochrannými hrázemi, byly odvodňovány močály. Okolo roku 486 př. n. l. již začala plavba na části Císařského kanálu, který spojuje Peking s Chang čou a je dlouhý 1300 km. Tento kanál byl plně dokončen v 7. století našeho letopočtu. Evropské odvodňovací stavby jsou spojeny hlavně s rozvojem antických kultur ve středomoří. Jednou z velkých starořeckých inženýrských staveb bylo ve 4. století před n. l. vysoušení Kopaiského jezera o rozloze 25 000ha. Toto jezero mělo vzhledem ke vlévajícím se tokům malý odpad, tedy v době zvýšených přítoků v zimním a jarním období docházelo ke značnému zvětšení plochy jezera. Stoupající voda ohrožovala obydlí, vytvářela močály. Odpad z jezera byl zvýšen vybudováním odvodňovacích štol. Římané na svém území taktéž získávali plochy souše snižováním hladin jezer, popřípadě jejich vypuštěním. K tomu účelu byly budovány podzemní štoly o pozoruhodných délkách např. vypuštění Albanského jezera r. 396 štolou délky 1200 m a průřezu 1,5 x 2 až 3 m.

Obr. 2.1 Římské odvodňovací stavby , podle K. Jůvy Dále pokus Julia Césara o vypuštění jezera Fucino v Aquilii o rozloze 65 000 ha. K tomu byla vybudována štola dlouhá 5 653 m. Její průřez je na obr. 1. Stavba trvala 11 let a provádělo ji na 30 000 dělníků. Bohužel při slavnostním otevření byl proudem odtékající vody vtokový objekt zničen. Realizace záměru Julia Césara proběhla až v letech 1850 – 70, kdy byla vybudována nová odvodňovací štola, a jezero bylo vypuštěno. Pro ozdravění, z lidského pohledu, krajiny osídlované Římany bylo velmi významné vysušení pontických močálů v Latiu. Toto území o ploše 60 000 ha bylo vysušeno drenáží, tj. sítí podzemních kanálů obr. 2.1. Na dně těchto kanálů byly položeny kónické trubky zasunuté do sebe z pálené hlíny o průměru 430 mm, nebo střechovitě uložené hliněné destičky tvořící kanálek. Hlavní sběrač této soustavy sledoval silnici Via Appia. Ne jen na původním území římské říše byly prováděny vodohospodářské úpravy, ale byly prováděny a tím i rozšiřovány do římských provincií. V období válek s Germány máme informace o odvodňovacích – hrázových, stav-

- 12 (233) -

Úvod

bách na Labi. Holanďané začali s ochranou svého území hrázemi již před příchodem římanů, ve 13. století př. n. l. S úpadkem antických civilizací došlo i k úpadku vodohospodářských staveb v Evropě. Činnosti zaměřené na ochranu území a meliorační stavby byly rozvíjeny pouze na území Holandska a Španělska kde se do rozvoje a údržby melioračních staveb pustili Maurové. Větší stavby odvodňovací v 17. století prováděl Petr Veliký při stavbě Petrohradu. V tomto období jsou rovněž prováděny odvodňovací stavby v Británii. Nový rozvoj odvodňovacích staveb v Evropě nastává v 19. století v souvislosti z intenzifikací zemědělství a změnou hlavních plodin, které vyžadují odvodněné pozemky. Od poloviny 19. století je pak nástup podzemní trubkové drenáže.

2.1.1

Historie odvodnění u nás

Na území našeho státu jsou první práce s budováním prvků odvodnění spojeny s obdobím „vnitřní“ kolonizace v 10. století, tedy s osídlováním nížin a údolních niv toků. Odvodnění bažin a močálů vyúsťovalo velmi často ve stavbu rybníků, které vznikaly v nejnižším místě odvodněného území přehrazením odvodňovacích kanálů. Největší rozkvět této činnosti spadá do období vlády Karla IV., který vydal nařízení k budování takových to rybníků, k chovu ryb, využití močálovité půdy a ochrany před povodněmi. Druhé velké období budování odvodňovacích staveb ve spojení s výstavbou rybníků spadá do 16. století a hlavně území jižních Čech za stavitelů Jakuba Krčína z Jelčan – Rožmberk a Nová řeka a Štěpánkem Netolickým – hlavní rybniční soustavy a Zlatá stoka. Z pohledu odvodňovacích staveb se v této době postavilo velmi vyspělé dílo Nová řeka. Jedná se o odlehčovací kanál, převádějící část povodně na řece Lužnici do řeky Nežárky, bylo vypozorováno, že kulminace povodní na těchto tocích jsou časově posunuty, a snížení povodně na Lužnici pak chrání velký rybník Rožmberk před maximálním přítokem. Nová řeka je kanál dlouhý 13,48 km s maximální kapacitou 90 m3s-1. S ohledem na stáří díla je pokládána Nová řeka v současné době laiky za přírodní tok. Vývoj staveb rybníků byl spojen s rozvojem zemědělství a využíváním půdního fondu, atak v 19. století se zaváděním metod trubkové drenáže a pěstováním cukrové řepy, dochází k zániku mnoha rybníků a jejich přeměně na zemědělskou půdu. Soustavné odvodňování zemědělské půdy začalo v Polabí, na Roudnicku, v okolí Žamberka, Třeboně, Náchoda a Chocně. Znalosti o využití trubkové drenáže přišlo do Čech z Hannoverska a velmi brzy vznikají první odborné spisy – F. Václavík O rýhování, Meliorace. Stát tyto snahy začal podporovat a zajistil tuto odbornou činnost legislativně. Nejdříve umožněním vzniku vodních družstev – 1870 a následně 1884 Říšským melioračním zákonem, který již hovoří o státních podporách pro výstavbu meliorací. Největší rozvoj odvodňovacích staveb na zemědělské půdě byl u nás ve 20. století, zejména pak po 2. světové válce v období socialismu. Byly tehdy i realizovány stavby zemědělského odvodnění, které bohužel neměly žádné objektivní opodstatnění. Tyto stavby se stavěly aby se plnil plán - projekce, stavebních firem a takzvaně se zhodnocovaly pozemky, na ekonomiku a potřebnost

- 13 (233) -


těchto zařízení se nehledělo. Tento socialistický přístup pak vyvolal po změně režimu v laické veřejnosti odmítavý postoj k odvodňovacím stavbám a melioracím obecně.

Obr 2.2 Odlehčovací kanál Nová řeka a Zlatá stoka

2.2

Vliv odvodňovacích staveb na životní prostředí

Odvodňovací stavby většího rozsahu – odvodňovací soustavy, se budují za účelem zlepšení životního prostředí člověka na jistém stupni civilizace, dále pak umožňují intenzivnější ekonomické využívání krajiny. Odvodnění však - 14 (233) -

Úvod

sebou nese změnu vodního režimu. Protože vodní režim je základní podmínkou při utváření prostředí jak jeho organické tak anorganické součásti, tak jeho změna vede ke změně prostředí samotného. Rozsah změn je závislý na stupni intenzity odvodnění a jeho plošném rozsahu. Extrémní změna je např. vysušení původně vodního biotopu – vypuštění jezer, vysoušení moří. To se v současné době děje hlavně v Holandsku –vysušení Zuyderského jezera, Delta plán, kde vznikají z původních den vodních útvarů antropogenizovaná území. Změna vodního režimu sebou nese výrazné změny v kvalitě pokryvu půdy. Obsah vody v půdě velmi silně ovlivňuje metabolismus rostlin a jejich druhové složení. Se změnou vodního režimu půdy dochází ke změně tepelného režimu – půda se více prohřívá, a umožňuje dřívější a intenzivnější růst rostlin. Zároveň se mění rozpustnost některých látek v půdě – živin, stávají se více dostupné pro rostliny. Se vstupem vzduchu do půdy dochází k e změně anaerobních procesů na aerobní a následně ke změně ve vývoji a kvalitě humusu. Vodní režim se spolu se sluneční radiací se tedy projevuje jako rozhodující prvek ve vývoji rostlin a ve výběru druhů. Odvodňovací stavby velkého rozsahu mohou taktéž měnit mikroklima území což má na lidskou společnost ve většině případů positivní vliv. Krajina však na tento fakt v mnoha případech taktéž reaguje výměnou původních organismů, jak živočišných, tak rostlinných. Odvodňovací stavby mají i nepříznivý vliv na krajinu obecně. Jedním z těchto vlivů je zrychlení odtoku z odvodněného území. Tento vliv se negativně projevuje v oblastech s nerovnoměrným rozdělením srážek v průběhu roku, např. tam, kde jsou srážky soustředěny do jedné nebo dvou krátkých období. Zrychleným odvedením vody z území se může prodloužit doba sucha. Jiným negativním vlivem se projevují odvodňovací stavby v pramenných oblastech. Zde pak ještě záleží na propustnosti půd. Pokud se jedná o propustné území je vliv na pramennou oblast velký, při výskytu málo propustných půd vliv odvodnění na zdroj vody klesá. Cit. V územích s intenzivní zemědělskou výrobou však má drenážní odvodnění pozitivní vliv na kvalitu podzemních vod zachycením zemědělského znečištění a převedením do vod povrchových, které již mají samočisticí schopnost. Vliv odvodnění na životní prostředí, jak je uvedeno výše, je tedy značný a můžeme pozorovat vlivy kladné i záporné. Souhrn vlivů představuje tabulka 1. Vzhledem k tomu, že odvodnění má takový vliv na životní prostředí a zasahuje hluboce do společnosti člověka, mimo samozřejmě ekonomiku a techniku, ještě v oblasti sociální, kulturní, zdravotní a estetické, je třeba těmto stavbám a zařízením věnovat velmi pečlivé hodnocení i z těchto pohledů. A naprosto jednoznačně je potřeba při takovýchto stavbách provést v rámci projektové dokumentace hodnocení vlivu na životní prostředí.

- 15 (233) -


Tab. 2.1 Vliv odvodňování na životní prostředí Vliv odvodňovacích Pozitivní

Negativní

prací technický

odvodnění zamokřeného území

regionální

zlepšení vodního režimu zamokřených půd a změna mikroklimatu

lokální

zdravotní

sociální a kulturní

nebezpečí nežádoucího snížení hladiny podzemní vody

zajištění podmínek pro investiční výstavbu a provoz dohotovených investičních celků

nežádoucí poškození budov vlivem nestejnoměrného sedání půd po odvodnění

snížení nebezpečí výskytu nemocí, vázaných na vodní prostředí

rozšíření zárodků nemocí odvodňovacími kanály

zkulturnění území, zvýšení sociální a kulturní úrovně obyvatelstva

ochuzení rostlinných a živočišných ekosystémů a snížení jejich stability;

zlepšení vzhledu krajiny

odvodňovací stavba ruší vzhled krajiny

estetický

politický zvýšení soběstačnosti ve výrobě potravin, a tím snížení závislosti na dovozu

3

Zamokření

Zamokření půd a zemin je přirozený i antropogenní činností způsobený stav vodního režimu, který je představován nadbytkem vody v profilu půdy nebo zeminy, který omezuje využitelnost daného prostoru, nebo vrstvy člověkem.

3.1

Posuzování zamokření

Půda (zemina) je zamokřena, je-li povrchově zaplavena nebo nasycena vodou tak, že vzniká nepříznivé prostředí pro realizaci a následnou existenci technických staveb a využívání přírodního bohatství. Při realizaci technických staveb je nutno dbát, aby voda neohrožovala jejich základy. Nesmí trvale, v některých případech ani dočasně, vystoupit nad úroveň sklepů a suterénních místností obytných a průmyslových staveb, ohrožovat svým účinkem stabilitu komunikačních staveb, zejména železničních tratí a dálnic, ohrožovat rozjezdové a přistávací plochy letišť, rozmáčet povrch hřišť, být příčinou půdních sesuvů atd. Nevhodná kvalita podzemní vody s korozním účinkem na beton nebo kovy zesiluje účinek zamokření a to zejména u městských inženýrských sítí a ropovodů, kde se musí zamokření odstranit nebo použít vhodný způsob ochrany, aby byla zaručena jejich životnost. Při využívání přírodního bohatství, zejména nerostného, nesmí zamokření půdy bránit ekonomické těžbě, což znamená, že voda nesmí zaplavovat hlubinné ani povrchové doly a rozmáčet půdní povrch, po němž se pohybují těžké mechanismy.

- 16 (233) -

Úvod

Zamokření ve všech těchto případech se posuzuje podle polohy hladiny podzemní vody vzhledem k projektovaným stavbám, podle předpokládaného přímého vlivu srážkových i vnějších vod na stavby a přírodní prostředí a podle vlivu různého stupně nasycení půdního profilu vodou vzhledem k využívání povrchu půdy. Na zemědělsky využívaných půdách se posuzuje zamokření v závislosti na vlhkostním stavu půdy, na hloubce hladiny podzemní vody pod půdním povrchem a na době zaplavení území. K zajištění dostatečného provzdušení půdy, nutného pro vývoj, kořenového systému vegetace a příznivý rozklad organických látek, musí v půdě probíhat stálá výměna vzduchu. Dostatečný obsah vzduchu v půdě je zajištěný tehdy, jsou-li půdní póry vyplněny vodou u pěstovaných trávních porostů maximálně na 80 až 85 %, u obilovin na 70 až 80 %, u okopanin na 60 až 70 %, zbývající objem pórů půdní vrstvy vyplňuje vzduch. Nároky na vodní a vzdušný režim půdy při odvodňování vyjadřuje optimální úroveň hladiny podzemní vody, nebo tzv. norma sníženi hladiny podzemní vody, jež udává vhodnou hloubku hladiny podzemní vody pod povrchem terénu pro určitou plodinu v jednotlivých fázích jejího vývoje. Norma má být taková, aby zajistila potřebné provzdušení půdy, správný tepelný a živinný režim půdy, její dostatečnou vlhkost pro rostliny i možnost využití podzemní vody pro částečné nebo úplné krytí vláhové potřeby rostlin. Tab.3.1 Optimální vlhkost, půdy v procentech celkové pórovitosti pro různé, plodiny podle K. Jůvy Plodina pšenice ječmen ozimý kukuřice vojtěška oves brambory

Optimální vlhkost půdy (% pórovitosti) 55 55 55 60 60 60

Plodina

Optimální vlhkost půdy (% pórovitosti)

cukrová řepa mrkev cibule rajská jablíčka zelí

65 70 70 80 80-85

Vzhledem ke kapilárnímu doplňování vody v půdní vrstvě nad hladinou podzemní vody a tím udržování stálé vlhkosti, je pro optimální rozvoj rostlin stanovena optimální hladina podzemní vody. Výška kapilárního zdvihu je závislá na zrnitosti půdy, tedy i optimální hloubky podzemní vody jsou různé jak podle plodin, tak podle půdy. V tabulce 3.2 uvádím hodnoty podle Benetina. Tab. 3.2 Vhodné hloubky hladiny podzemní vody pro zásobování kořenové zóny

Půda

písčitá hlinitopísčitá písčitohlinitá hlinitá jílovitohlinitá

Střední výhodná hloubka hladiny podzemní vody pod povrchem území (m) traviny

obiloviny

0,6 0,9. 1,05 0,95 0,85

0,7 0,95 1,1 1,0 0,95

okopaniny průměr 0,75 0,95 1,2 1,1 1,05

- 17 (233) -

0,70 0,95 1,15 1,05 0,95

Potřebné rozpětí regulace (m) ±0,25 ±0,3 ±0,3 ±0,4 ±0,5


Ukrajinský výzkumný ústav NIIGIM stanovil na základě měření vztah pro určení vlhkosti w (v procentech plné vodní kapacity) v horizontu o výšce h (cm) nad úrovní hladiny podzemní vody ve tvaru: w = 100 - ahb

%

(3.1)

kde parametry a a b byly stanoveny přímým měřením. Protože vlhkost půdy závisí na úrovni hladiny podzemní vody jen v dosahu výšky kapilárního vzlínáni, omezili platnost rovnice (3.1) pro výšku uvažovaného horizontu nad úrovní hladiny podzemní vody h < 1,6 až 1,8 m. Pro písčitohlinité až hlinité půdy uvádějí autoři vztahu hodnotu parametru a = 46; b = 1,2. Z uvedeného vztahu je možno určit úroveň hladiny podzemní vody, při níž bude dosaženo požadované vlhkosti půdy nebo takové hloubky odvodnění, která odpovídá optimální vlhkosti půdy pro danou vegetaci. Podle rozdělení a velikosti srážek v dané oblasti pak při přebytku srážek odvádíme vodu, aby nedošlo ke zvýšení hladiny podzemních vod, v opačném případě se snažíme do profilu vodu přivézt a zastavit klesání horizontu podzemní vody. Nejjednodušším znakem zamokřené půdy je vegetační kryt. Existují rostliny, které mají vysokou toleranci k zamokřené půdě a jiné, které ji přímo vyhledávají. Z jejich přítomnosti můžeme tedy usuzovat na zamokření. O nadměrném zamokření půdy svědčí např. výskyt pýru (agropyrum), pryskyřníku prudkého (Rananculus acer), podbělu obecného (Tussilago farfara), upolínu evropského (Trollius europeus), totenu lékařského (Sanguisorba officinalis), vstavače (Orchis), pcháče zelinného (Circium oleraceum), ocúnu jedovatého (Colchicum), blatouchu (Caltha palustris), sítiny (Juncus), lesknice rákosovité (Phalaris arundinacea), rákosu (Phragmites), ostřice (Carex), přesličky (Equisetum), rašeliníku (Sphagnum), vřesu (Calluna), ze stromů zejména výskyt vrby, jívy, olše a břízy.

3.2

Příčiny zamokření

Příčiny zamokření jsou zpravidla způsobeny geologickými, orografickými, klimatickými, hydrologickými, hydrogeologickými, hydropedologickými a antropogenními podmínkami. Příčiny lze rozdělit na: 1/ oblastní (zonální), kterými jsou zpravidla klimatické podmínky oblasti, zpravidla nadbytek srážek při malé průměrné teplotě 2/ místní (lokální), které jsou místní poměry orografické, geologické, hydrologické, hydropedologické, antropogenní 3/ kombinované, které mají více příčin a jsou častější, s větším působením

- 18 (233) -

Úvod

3.2.1.1

Oblastní příčiny zamokření

Pro oblastní stanovení příčiny zamokření je rozhodující bilance ročního srážkového úhrnu a průměrné teploty, která ovlivňuje výpar. Na základě této bilance je možno stanovit zda je oblast v režimu suchém – aridním, nebo vlhkém – humidním. Pro toto hodnocení jsou rozhodující údaje HMÚ z dlouhodobých pozorování. Velmi jednoduchým zhodnocením tohoto stavu je použití dešťového faktoru Df podle Langa: Df = Sr / T

(3.2)

kde Sr je dlouhodobý průměrný roční úhrn srážek (mm) T je dlouhodobá průměrná roční teplota (oC) Aridní oblasti vykazují Df ≤ 40 a oblasti humidní Df ≥ 160 O oblasti s Df v rozmezí 60 až 100 můžeme říci, že je vláhově vyrovnanou. S ohledem, na průměrné roční srážky v ČR by odvodnění z příčin oblastních nebylo zapotřebí. 3.2.1.2

Místní příčiny zamokření

• orografické příčiny umožňující rychlý povrchový odtok při malém vsaku vody do půdy, tyto příčiny se projevují na svazích nedostatkem vláhy a zamokření paty svahu, • hydropedologické příčiny se projevují především neuspořádaným vodním režimem půdy; sucho bývá způsobeno velkou propustností a malým obsahem humusu u lehkých půd a malým obsahem fyziologicky účinné vody u těžkých půd; mokro způsobuje nízká filtrační schopnost těžkých půd a jejich zbahnění, • hydrogeologické příčiny se projevují při poklesu hladiny podzemní vody suchem, a naopak při zvýšené hladině podzemní vody zamokřením; tento jev může být vyvolán nevhodnými technickými zásahy, • hydrologické příčiny např. řídká hydrografická síť neumožňující rychlý odtok povrchové vody a způsobuje zamokření • agrobiologické a hospodářské příčiny spočívají především v nevhodných osevních postupech, degradujících půdu, které mohou způsobit špatné hospodaření s půdní vodou a půdní strukturou. Ve špatné agrotechnice, nevhodné volbě plodin a nízké intenzitě zemědělské výroby. • antropogenní příčiny zamokření vznikají zásahem člověka do přirozeného vodního režimu. Patří mezi ně zejména zvýšení hladiny podzemní vody v okolí umělých vodních nádrží, jezových zdrží a upravených vodních toků se zvýšenou niveletou dna a zamokření způsobené netěsností závlahových, zásobovacích, plavebních a energetických kanálů. Další častou příčinou zamokření bývají závlahy odpadními vodami s nepřiměřeně vysokými závlahovými dávkami, závlaha výtopou, zejména rýžovišť, vysoké dávky závlahové vody při závlaze brázdovým podmokem i postřikem, jež vedou k dočasnému nebo i trvalému zvýšení hladiny podzemní vody. V průběhu výstavby městských a průmyslových aglomerací dochází často k narušení přirozeného odtoku vody odstraněním vegetačního krytu půdy, neorganizovaným zřizováním výkopů bez odvodnění, nevhodným urovnáním povrchu území ve sklonu neumožňujícím odtok vody do recipientu, zřizováním násypů,za nimiž stagnuje voda, situová-

- 19 (233) -


ním základů budov kolmo na směr odtoku vody bez opatření k jejímu odvedení, vyhloubením rýh pro inženýrské sítě se sklonem dna umožňujícím přítok vody na staveniště atd. 3.2.1.3

Kombinované příčiny zamokření

Tyto příčiny jsou nejčastější a jsou kombinací oblastních příčin s místní příčinou a velmi často kombinací místních příčin. Na obrázku jsou představeny časté kombinované příčiny zamokření.

Obr. 3.1 Příčiny kombinovaného zamokření – podle Rýznara, 1 – bažina, 1´ močál, 2 – propustná vrstva, 3 – nepropustná vrstva a) neupravený vodní tok srážkové vody se hromadí na povrchu území, zejména pro nevhodnou konfiguraci, malou propustnost půdy pro vodu a nedostatečný odpad; b)

místní vody podzemní – blízkost nepropustné vrstvy,

c) vzduté vody povrchové jednak tekoucí, které zaplavují údolní nivu vybřežováním z vodního toku za povodní, jednak stojaté, které způsobují záplavu nad horní hranicí užitkového prostoru vodních nádrží při zadržení povodňových průtoků v těchto nádržích; d) vzduté vody podzemní, jejichž hladina je vzdutá umělou technickou překážkou v geologickém profilu zájmového území (povodí) nebo infiltrující vodou za zvýšených vodních stavů z vodních toků a nádrží nebo také jen prosakující vodou srážkovou, pokud není zabezpečen odpad; e) cizí vody povrchové, které přitékají na zájmové území z vyšších poloh do údolních poloh a nížin povodí, a které při nedostatečném povrchovém odpadu se hromadí a vyvolávají zpravidla dlouhodobé zamokření pozemků; f) cizí vody podzemní, které se dostávají podzemními cestami z vyšších poloh povodí do prostoru zájmového územi nebo prosakují do území z vodních toků za zvýšených vodních stavů zejména podél hrází těchto totů. Projevují se

- 20 (233) -

Úvod

zvýšenou intenzitou zamokření, vznikem napjaté hladiny ve vodonosné vrstvě a sufózními (vyplavovacími) účinky v pokryvné povrchové vrstvě zemin. Pro posouzení zda je území zamokřeno vhledem k místním i zonálním příčinám je výhodné použití stanovištního indexu. Hodnota stanovištního indexu SI se vypočte ze vztahu: SI = KI + B + C – D

(3.3)

kde KI je klimatický index, B - půdní číslo, C - přirážka na půdní vodu, D srážka na sklonitost terénu. Půdní číslo B se odečte z grafu na obr.3.2 v závislosti na obsahu zrn I kategorie a obsahu humusu. Obdobně se stanoví přirážka na půdní vodu C z grafu - obr. v závislosti na hloubce hladiny podzemní vody H. Srážka na sklonitost terénu D se vypočte ze vztahu D = k.i,

(3.4)

kde k je součinitel závislý na zrnitosti půdy, , i - průměrná sklonitost terénu Hodnoty k zpracované STEHLÍKEM –cit. ŠÁLEK (1993) jsou uvedené v tab.3.3 Tab. 3.3 Hodnoty součinitele K Obsah I.kat.% Písčitá 0 - 10 Hlinitopísčitá 10 - 20 Písčitohlinitá 20 - 30 Hlinitá 30 - 45 Jílovitohlinitá 45 - 60 Jílovitá 60 - 75 Jíl nad 75

K 0.20 0.35 0.50 0.70 0.90 1.25 1.50

Obr. 3.2 Půdní číslo B Hodnota klimatického indexu KI závisí na hodnotě potenciální evapotranspirace Ep v oblasti polních kultur, která se vyjádří vztahem Ep=Hs-K-n.Ss

(3.5)

kde Hs je úhrn srážek za sledované období, K - korekce na vzdušnou vlhkost, tuto je možné vypočíst ze vztahu K = 0,0133 n (80-er) ..

(mm)

(3.6)

er - relativní vlhkost vzduchu ve sledovaném období (%), n-počet dnů sledovaného (hodnoceného) období , Ss - specifická dešťová srážka v oblasti polních kultur (mm.d-1), která se vypočte ze vztahu:

- 21 (233) -


Ss = 0,0822 . e .T + 0,5753

(3.7)

kde T-průměrná teplota sledovaného období (°C) e je expoziční koeficient dosahující hodnoty u jižních svahů e=1,29 a u severních expozic e=0,91 při sklonu svahů 25°, podrobné údaje uvádějí LÁTAL a LÁTALOVÁ – cit. TLAPÁK et al. (1992),

Obr.3.3 Přirážka C na vodu v půdním profilu v závislosti na úrovni hladiny podzemní vody H (cm) a obsahu půdních částic I. kategorie v % Je-li hodnota potenciální evapotranspirace Ep kladná, klimatický index se vypočte z rovnice a); je-li záporná, použije se k výpočtu rovnice b).

a ) KI =

365 E p n e. T

b) KI =

3.65 e. T. E p n

(3.8)

kde n je počet dní sledovaného období, T- průměrná teplota ovzduší za sledované období (°C).

- 22 (233) -

Úvod

Tab.3.4 Klasifikační stupnice podle stanovištního indexu SI Stanovištní Hodnocení stanoviště index 15 až 28 mírně vlhká 29 až 42 vlhká 43 až 56 silně vlhká 57 až 70 70 a více

4

nejvlhčí Extrémně vlhká a zamokřená

Rozsah nebo potřeba hydromelioračních úprav potřeba pouze částečných odvodňovacích úprav, plošné odvodňovací úpravy jsou opodstatněné, úprava vodních poměrů plošnými odvodňovacími zařízeními nutná komplexní úprava vodních poměrů je nezbytná nutné komplexní vyřešení odvodnění plošnými odvodňovacími úpravami

Teorie návrhu podzemního odvodnění

Jestliže vyhodnotíme území jako zamokřené a vyžadující s ohledem na jeho využívání odvodnit, je potřeba navrhnout na základě příčin odvodňovací zařízení. Odvodňovací zařízení ovlivňuje přímo pouze volnou – gravitační vodu. Pohybem podzemní vody a jeho teorií se zabývají speciální discipliny a v tomto textu bude uveden pouhý jednoduchý základ. Na obrázku je uvedeno rozdělení vody v půdním profilu.

Obr.4.1 Rozdělení vlhkostních poměrů v půdním profilu Na relativně málo propustné vrstvě spočívá podzemní voda, jež vyplňuje všechny půdní póry. Tato zóna se nazývá zónou nasycenou. Ve všech bodech hladiny podzemní vody (volné) je tlak konstantnÍ. Podzemní voda ve skutečnosti vystupuje poněkud nad takto definovanou hladinu, a to vlivem kapilárních sil; v pórech je držena tlakem nižším, než je tlak atmosférický. Zóna, v níž jsou všechny půdní póry vyplněny kapilární vodou, se nazývá zóna kapilární vody. Kapilární voda vyskytující se nad touto zónou společně s pendulární vodou patří k nenasycené zóně nebo tzv. aerační zóně, v níž jsou půdní póry naplněny částečně vodou a částečně vzduchem.

- 23 (233) -


Z tohoto rozdělení je zřejmé, že je nutno studovat proudění vody nasyceným i nenasyceným pórovitým prostředím. Poněvadž stanovení zákonitostí těchto druhů proudění je zejména v přirozeném půdním prostředí velmi obtížné a často se používá modelů, uvádíme v této kapitole termín zemina, i když se v některých případech kryje s termínem půda.

4.1

Proudění nasyceným nedeformujícím se porézním prostředím

Zeminu považujeme z fyzikálního hlediska za soubor disperzně rozložených částic, jehož matematická definice je velmi obtížná. Popis proudění podzemní vody se může opírat o analýzu pohybu kapaliny v jednotlivých pórech nebo v limitovaných skupinách pórů. Jiný pohled se snaží o hodnocení vlastností celého proudu ve větších blocích nedeformujícího se materiálu. Obtíže definice podmínek, jejichž podrobná znalost je nutná při analýze prvním z citovaných postupů, se ve druhém případě poněkud oslabuje, neboť "makropohled" umožňuje sestavení ucelenější představy, resp. náhradního systému, který má z hydraulického hlediska ekvivalentní vlastnosti. Vznikla řada adekvátních modelů proudění vody zeminami. Nejznámější je tzv. kapilární model, který porovnává proudění vody zeminou s ekvivalentním prouděním systémem kapilárních trubic. V zeminách se částice vody pohybují po křivolakých drahách, a proto si náhradní soustavu představujeme jako svazek zkroucených kapilár. Částice kapaliny se tedy z jednoho profilu kapiláry do druhého nedostávají přímočaře po dráze s, nýbrž po zakřivené dráze, která má délku αt. Hodnota součinitele tortuozity αt se pohybuje v rozmezí 1;1 ≤ αt ≤1,6. Podle názoru opřeného o výsledky pokusů převzatých z literatury [] a vycházejícího i z laboratorních zkušeností je αt = P-1/4

(4.1)

kde αt je součinitel tortuozity, P - pórovitost. V kapilárách předpokládáme laminární proudění, jehož teoretický popis pro přímou trubici kruhového průřezu podal J. L. Poisseuille: vk =

g D2 i 32ν

m s-1

(4.2)

kde vk je střední profilová rychlost v kapiláře, D - průměr kapiláry, . g - tíhové zrychlení, i - hydraulický sklon, ν - kinematická viskozita, Za pomocí hydraulického radia, povrchu částic, tortuozity a tvarového součinitele můžeme přejít z pohybu vody v kapiláře na pohyb v zrnité vrstvě, vyjádřený zdánlivou rychlostí proudění pomocí Karmán-Kozenyho rovnice.

- 24 (233) -

Úvod

vk =

A g P3 i α t2 ν Pz2

m s-1

(4.3)

kde A je tvarový součinitel a Pz je plocha povrchu zrn v jednotce objemu zeminy Potom můžeme říci, že zlomek před i (sklonem) je vyjádřením vlastností zeminy a kapaliny v gravitačním poli a označujeme ho jako K – součinitel filtrace. Jestliže vytkneme z tohoto součinitele tíhové zrychlení a kinematickou viskozitu získáme charakteristiku zrnitého prostředí K0 – součinitel propustnosti. A g P3 K= 2 α t ν Pz2

A P3 s rozměrem fiktivní rychlosti ms a K 0 = 2 2 s rozměrem m2 α t Pz -1

U reálných zemin se využívá pro vyjádření Pz čísla pórovitosti κ , které vztáhneme k pórovitosti a ekvivalentnímu zrnu. Za pomocí makropohledu se problémem pohybu podzemní vody v 19. století zabýval Darcy. Zjistil, že při průtoku písčitou vrstvou dojde k vytvoření hydraulického spádu mezi vstupem a výstupem z vrstvy a zdánlivá filtrační rychlost je závislá lineárně na jakémsi koeficientu, který označil K. Darcyho pohybová rovnice, získaná z řady pokusů pak vypadá následovně: v=K.i

(4.4)

h1 − h2 , h1 je tlaková výška na vstupu do vrstvy, h2 je výška na výstuL pu z vrstvy a L je tloušťka vrstvy. kde i =

Darcyho zákon má omezenou platnost, ale v praxi nachází široké uplatnění. Další podrobnosti o proudění v nedeformujícím se zrnitém prostředí lze nalézt v učebnicích podzemní hydrauliky.

4.2

Proudění nedeformující se nenasycenou zeminou

Při tomto stavu nejsou všechny póry v zemině naplněny vodou a voda je ovlivňována ne jen gravitací, ale i tzv. sacím tlakem, který si můžeme představit částečně jako kapilární síly. Sací tlak zaniká, jestliže je zemina plně nasycená vodou. Je třeba tedy definovat vztah objemu vody v zemině k objemu pórů tj. vlhkost w.

w=

Vw V

%

(4.5)

Vw je objem kapaliny v pórech a V je objem zeminy V nasyceném prostředí je w rovno pórovitosti P. Nasycenost materiálu charakterizuje stupeň nasycení: Sw = w/P

(4.6)

Pro vysvětlení některých dalších pojmů, potřebných pro sestavení popisu pohybu v nenasycené zemině, uveďme příklad kapilárního výstupu vody v zemině nad souvislou hladinou v nasyceném materiálu. V kapilární zóně se mění

- 25 (233) -


vlhkost po vertikále. Čím výše nad hladinou, tím je nižší vlhkost, ale je přítomen vyšší sací tlak. Ve spodní části grafu na obrázku č. je znázorněno pásmo kapilární vody, které téměř úplně sytí zeminu. Nad ním je pásmo zeminy nenasycené kapilární vodou. Maximální výšku výstupu hk max definujeme v bodě, kde vlhkost w = w0 odpovídá obsahu hygroskopicky vázané vody (počáteční prahová vlhkost). V bodě určeném pořadnicí hk zjistíme tlakový rozdíl p = pk – p0 = ρg(hk - hk max)

Pa

(4.7)

kde p0 je atmosférický tlak, pk: - tlak v bodě s pořadnicí hk, která má. v daném případě význam geodetické výšky, ρ je hustota a g je gravitační zrychlení

Obr. 4.2 Sací tlak a rozdělení vlhkosti v kapilární zóně podle Holého Představme si, že uvedené rozdělení vlhkosti vznikalo postupně. Zcela na počátku existovala jenom volná hladina, omezující pásmo úplně nasycené zeminy. Těsně nad ní jsme konstatovali jenom počáteční vlhkost. Další vývoj ukázal, že jsme již na začátku procesu měli potenciální možnost zdvihu až do úrovně hk max. Tuto možnost charakterizuje sací tlak pw, který je v daném případě definován vzhledem k počáteční vlhkosti. Potenciální možnost zdvihu je v daném okamžiku charakterizována sacím tlakem pw, který přísluší dané okamžité vlhkosti. Na problematiku se můžeme dívat z jiné strany. Konstatujeme, že v daném okamžiku se v daném bodě nacházela voda s vlhkostí w. Její pohyb byl možný působením síly. Sací tlak si představujeme jako sílu, která je potřebná k tomu, abychom vodu uvedli při dané vlhkosti do pohybu. Uvedený příklad sloužil k vysvětlení základních pojmů. Sací tlak ovšem není vázán jenom na kapilární zónu a má širší význam. Uvažme např. blok zeminy, která má vlhkost w, a zaveďme do ní trubici tvaru U podle obr. b, která je na jednom konci volná a na druhém konci opatřená polopropustným elementem. - 26 (233) -

Úvod

Hned na začátku byla trubice zaplněna vodou až do čárkované úrovně. Později zjistíme, že hladina v rovném ramenu klesla o pw/ ρg. Tato výška charakterizuje sací tlak pw (pokud ovšem ji neovlivňuje obsah vody v trubici samé, což je pravda pouze u nekonečného objemu zeminy). Je samozřejmé, že pw/ ρg se časem mění v závislosti na postupném sycení zeminy v bloku, tedy podle toho, jakou momentální vlhkost bude mít zemina těsně u polopropustného elementu a v jeho okolí. Každé vlhkosti přísluší jistý sací tlak a naopak, každému sacímu tlaku přísluší jistá vlhkost. V nasycené zemině je sací tlak nulový, jak bylo již uvedeno výše. Pokusíme-li se vyjádřit sací tlak za pomocí kapilárních sil můžeme napsat podle Leveretta:

hk max =

4 c Pz ρ gaP

m

(4.8)

c je kapilární konstanta a a je násobná konstanta Za pomoci Karmán-Kozenyho rovnice získáme přesnější výraz ve tvaru: hk max =

c

αt ρ g

gP 2 Kν

m

(4.9)

Pro řešení konkrétních úloh je ovšem potřeba mít i pohybovou rovnici. Tuto vyjádřil Averjanov při představě kapilárního modelu, kdy s ohledem na přítomnost vzduchu v zrnité vrstvě, kapiláru částečně „ucpal“ koncentrickou vzduchovou trubicí a dospěl k vyjádření rovnice ve tvaru: m s-1

v = Kw . i

(4.10)

kde v je fiktivní rychlost vztažená k jednotce průřezu Kw je součinitel hydraulické vodivost při dané vlhkosti w m s-1

Kw = K (Sw – Swo)n

(4.11)

Hodnota koeficientu n byla stanovena v rozmezí 3≤n≤4 Další podrobnosti k problému pohybu vody v nenasycené zóně uvádí např. Kutílek. Problémy deformujícího se prostředí, anizotropie a přetoku se tento text nezabývá.

5

Stanovení odtoku

5.1

Povrchový odtok

Povrchový odtok je jev, který nastává, když při vodní srážce dojdeli k vyčerpání akumulační schopnosti povrchu a vsakovací rychlost (infiltrace) je nižší než intenzita srážky. Pak jestliže je povrch nakloněn, dojde k pohybu vody nashromážděné na něm ve směru jeho sklonu. Pokud je povrch rovinný, popřípadě porostlý rovnoměrně trávou nebo obilím, projevuje se odtok až po několik desítek metrů jako odtok plošný. Vlivem přírodní nerovinnosti povrchu přechází plošný odtok postupně v soustředěný odtok, který následně vytváří

- 27 (233) -


koryta a hydrografickou síť. Stanovení velikosti povrchového odtoku není s ohledem na množství faktorů, které ho ovlivňují jednoduché.

5.1.1

Plošný povrchový odtok

Povrchově stékající voda podléhá základním principům zachování hmoty a zachování hybnosti. Z těchto principů vyplývá možnost použití rovnice kontinuity a rovnice pohybové pro popis tohoto jevu. Plošný povrchový odtok probíhající v souvislé tenké vrstvě lze vyšetřovat v kartézském souřadnicovém systému.

Obr.5.1Schéma plošného povrchového odtoku po svahu – podle Holého kde x je osa souřadnic ve směru odtoku vody, y - osa souřadnic ve směru kolmém k půdnímu povrchu, na němž dochází k odtoku vody, α: - sklon půdního povrchu, h - výška povrchového odtoku; h = f(x, t), t je čas, u - průřezová rychlost povrchového odtoku ve směru osy x, r(t) - intenzita srážky vztažená. k jednotkové ploše půdního povrchu, i(t) - intenzita vsaku vztažená k jednotkové ploše půdního povrchu. Pro tento případ je možno, při zavedení střední průřezové rychlosti a akceptací rychlosti pouze ve směru osy x, nalézt diferenciální tvar rovnice kontinuity: ∂h h∂u ( x, t ) + ( x, t ) = r (t ) − i (t ) ∂x ∂t

(5.1)

A následně pro stacionární stav platí, že: u (x) . h(x) = (r – i).x

(5.2)

Pohybová rovnice plošného odtoku lze získat rozborem sil působících na element stékající vody a použití druhého Newtonova zákona. Jednodušší řešení - 28 (233) -

Úvod

nabízí P.S.Eagleson, který uvažoval, že jestliže přijmeme, že pohyb je rovnoměrný a ustálený pak je v tomto režimu udržován třením. Tedy existuje rovnováha mezi složkou tíhy kapaliny ve směru pohybu a třením této kapaliny o podložku. τ = ρgh sin α

(5.3)

Tečné napětí se základním způsobem vyjádřit jako: u2 τ = ft ρ 2

(5.4)

Průtok vody na svahu můžeme popsat takto: q= u h a po úpravách s využitím Chezyho součinitele můžeme dostat vztah: q = a hb

(5.5)

Tento vztah byl zkoumán na různých površích a ukázalo se, že podle R. E. Hortona je b rovno 2, V. P. Singh doporučil b = 1,5. V Praze se problémem zabýval J. Mls a stanovil na základě polních měření b = 1,679. Hodnota a je poměrně variabilní a dá se stanovit ze vztahu: a=

1,49 sin α nm

(5.6)

Kde nm je součinitel drsnosti podle Manninga Řešením rovnice ……. a …….můžeme získat obě neznámé funkce u a h a vytvořit matematický model povrchového odtoku. Takovéto rovnice prví autoři nazvali rovnicí kinematické vlny – vlnové chování odtoku je reprezentováno pouze rovnicí kontinuity. Mls upravil tyto rovnice do tvaru:

a b h b−1

∂h ∂h + =r −i ∂ x ∂t

(5.7)

A pro rychlost proudění vody do tvaru:

u = a h b−1

(5.8)

Rovnice kinematické vlny je v současné době užívána různými software pro stanovení plošného odtoku např. Mouse, GeoRas.

5.1.2

Soustředěný povrchový odtok

Soustředěný odtok vzniká přítokem plošného odtoku z povodí do jedné linie, kde dochází ke změně charakteru odtoku. Tento případ je řešen podobným způsobem jako u plošného odtoku a můžeme získat rovnici kontinuity a pohybovou rovnici soustředěného odtoku. Řešením obou můžeme taktéž nalézt rovnici kinematické vlny pro soustředěný odtok.

a b S b−1

∂ S ∂S + = q′ ∂ s ∂t

(5.9)

- 29 (233) -


Q = a Sb

(5.10)

Kde S je průřezová plocha koryta a čísla a, které je třeba určit za pomocí experimentálních dat. Číslo b bylo stanoveno jako poměrně stálé s hodnotou b = 1,5 Pro stanovení povrchového odtoku jsou nutné znalosti veličin, které jsou stanovovány pro jednotlivá povodí. Rozhodující jsou sklon, povrch, srážky a schopnost vsakování. Většina těchto údajů je náplní vodohospodářské disciplíny – hydrologie. V tomto textu bude uvedeno pouze minimum potřebné při navrhování odvodňovacích staveb. 5.1.2.1

Srážky

Srážky se na našem území vyskytují ve dvou skupenstvích – pevné a kapalné. Pevné srážky jsou představovány sněhem, kroupami, námrazou. Určení povrchového odtoku se sněhových zásob je značně problematické. Problém spočívá ve stanovení vodní hodnoty sněhové pokrývky, která dosahuje v našich podmínkách hodnot 0,2 až 0,3 na horách až 0,4. Vodní hodnota se mění a maximální hodnoty jsou dosahovány při tání v pozdních měsících. Dále dochází ke zpoždění tání v lesních oblastech oproti bezlesí. Rozdíl je 14 až 20 dnů. Odtok z lesů je taktéž vyrovnanější – odtávání sněhu za stabilnějších teplotních podmínek. Pro určení denního odtoku je třeba stále sledovat měnící se charakteristiky sněhové pokrývky a schopnosti vsakování. Pro výpočet denního odtoku se používá vztah:

q zi = ϕ

hoi 8,64

l s-1 ha-1

(5.11)

kde hoi je vodní hodnota roztáté vrstvy sněhu v den i v mm φ je odtokový součinitel. Stanovení odtokového součinitele je velmi problematické. Za určitých okolností může dosáhnout až hodnoty 1. Jinak běžně dosahuje hodnot od 0,5 do 0,8. Je třeba připomenout, že pod sněhovou pokrývkou bývá u nás půda zmrzlá zcela výjimečně. Zmrznutí půdy v nížinách bývá dosaženo většinou při holomrazech. Výpar ze sněhu se při bilančním hodnocení zásob vody ve sněhu zanedbává. Zajímavým jevem je odtok ze zmrzlé holé půdy. Tento případ nastává, když v jarním období po mrazivé noci nastane jasný slunečný den. Kondenzace vody na zmrzlé půdě může být tak velká, že při φ = 1 nastoupí povrchový odtok – podle Kasprzaka.

Kapalné srážky- se dělí na horizontální a vertikální. Horizontální srážky – rosa, mlha, se na tvorbě odtoku v podstatě nepodílí. Rozhodující jsou srážky vertikální ve formě deště. Deště charakterizujeme výškou srážky Hs v mm, délkou trvání t v min nebo hod a intenzitou i v mm s-1nebo mm min-1 i mm den-1. V inženýrské praxi se často používá charakteristika vydatnost deště qs která se udává v množství za sekundu na plochu. S ohledem na rozdílné důsledky pro odvodnění rozdělujeme srážky na regionální a přívalové. Přívalové srážky jsou velmi intenzivní srážky s krátkou dobou trvání. V našich podmínkách hovoříme o maximální době trvání 3 hodiny. Skutečné délky jsou

- 30 (233) -

Úvod

okolo 15 až 30 minut s výškou srážky od 10 do 80 mm. Pro určení jestli se jedná o přívalovou srážku je možno použít hodnocení podle Berga. Tab. 5.1 Minimální hodnoty přívalových dešťů podle L. S. Berga Doba trvání deště v min 5

10

15

20

25

30

40

50

Výška Hs v mm

3,8

5,0

6,0 7,0

8,0

9,6

11

Intenzita is v mm min

2,5 -1

0,50 0,38 0,33 0,3 0,27 0,27 0,24 0,22

Doba trvání deště v hod 1

2

3

4

5

Výška Hs v mm

18

27

45

60

Intenzita is v mm min

12 -1

0,20 0,15 0,11 0,06 0,04

V průběhu deště kolísá jeho intenzita; zpočátku je obvykle malá, rychle se zvětšuje do maxima, ke konci deště opět klesá. Zvětší-li se intenzita deště po dočasném poklesu, označuje se déšť jako dvojnásobný, trojnásobný atd. Přívalové deště bývají obvykle nejvýše trojnásobné. Při hodnocení přívalových dešťů z ombrografických záznamů je účelné určit náhradní deště konstantní intenzity s příslušnou dobou trvání. Podrobnější hodnocení vyžaduje získat zpracováním dešťových oddílů, např. podle F. Reinholda (cit. []) nebo M. Holého čáru náhradních intenzit dešťů. Při větším množství dešťů za delší období lze z těchto čar odvodit čáru maximálních náhradních intenzit přívalových dešťů pro uvažovanou srážkoměrnou stanici. Analyticky lze čáry náhradních intenzit dešťů vyjádřit jako funkci

is = kde

A (B + t)a

mm min-1

(5.12)

is je intenzita deště (mm min-1),

t - doba trvání deště (min), A, B, a - parametry srážkoměrné stanice. Pro povodí Labe, Odry a Moravy zpracoval údaje o přívalových deštích J. Trupl na základě měření z 98 stanic. Vztah mezi vydatností a výškou přívalových dešťů, dobou trvání a periodicitou podle J. Trupla je na obr.5.2

- 31 (233) -


Obr.5.2 Vztah mezi vydatností a dobou trvání přívalových dešťů pro povodí Labe a), pro povodí Odry a Moravy b) V tabulce jsou uvedeny průměrné hodnoty vydatností dešťů. Tab5.3. Průměrná vydatnost deště pro čs. povodí Labe podle J. Trupla ( l s-1ha ) Doba trvání deště (min)

Periodicita p 5

2

1

0,5

0,2

0,1

0,05

0,01

0,005

5

122

180

231

285

364

488

570

632

694

10

76,7

120

157

199

262

313

367

440

496

550

15

57,8

91,7

121

155

206

248

292

354

400

447

20

46,3

74,6

99,4

128

170

30

33,4

53,9

72,6

94,3

127

40

26,3

43,0

57,8

75,5

60

18,7

30,7

41,6

54,3

90

13,3

21,9

29,7

10,4

17,2

23,4

120

425

0,02

206

245

297

337

377

154

184

225

256

288

102

125

149

182

208

233

74,2

90,7

108

133

152

171

38,9

53,4

65,3

78,1

96,2

30,7

42,2

51,8

61,8

76,3

110 87,3

124 98,2

Tab.5.4. Průměrná vydatnost deště pro čs. povodí Odry a Moravy podle J. Trupla (lsha)

1

Doba trvání deště (min)

Periodicita p 5

2

1

0,5

0,2

0,1

0,00

0,02

0,01

0,005 0,002

5

123

178

223

272

337

387

439

508

560

612

681

10

80,8

121

157

194

244

JSI

318

36t

408

447

498

15

61,1

93,4

122

153

193

145

257

219

331

363

405

20

49,6

76,7

102

128

162

181

219

255

283

312

350

30

36,4

56,7

75,3

95,3

123

146

168

2oo

224

249

281

40

29,2

45,0

60,0

76,9

100

119

139

168

189

210

239

60

21,4

32,9

43,9

55,8

73,2

88,5

105

127

144

161

184

90

15,7

23,7

31,5

40,1

53,0

64,5

77,4

95,7

110

124

142

.89,5

101, 5

117, 5

120

12,5

18,9

25,1

32,2

42,9

52,1

62,6

77,8

- 32 (233) -

Úvod

Výšku přívalového deště vyjádřil Trupl vztahem: Hs = u´log t + v´ Kde

(5.13)

Hs je výška přívalové srážky v mm t je doba trvání deště v minutách u´ a v´ jsou konstanty závislé na periodicitě deště

Tab. 5.5 Hodnoty u´, v´

p

u'

V´

0,01

36,0

-6,2

0,02 0,05 0,10 0,20 0,50

31,1 24,4 19,9 15,7 11,4

-4,6 -2,8 -1,4 0 +0,4

1,00

8,4

+0,8

2,00

6,2

+0,9

Vztah mezi výškou přívalového deště, dobou jeho trvání a periodicitou představuje graf na obr. 5.3

Obr. 5.3 Vztah mezi výškou přívalového deště, dobou jeho trvání a periodicitou Přívalové srážky využíváme nejčastěji pro návrh odvodňovacích staveb souvisejících s povrchovým odtokem na malých a velmi malých povodích. Regionální srážky jsou srážky s menší intenzitou, zasahují však rozsáhlá území a mají dlouhé doby trvání. To způsobuje zvyšování odtokového součinitele a vznik vysokých odtoků na velkých povodích – odvodňovacích soustavách. Tyto srážky způsobují jak vysoké odtoky, tak zamokření. Pro naši republiku zpracoval mapu izolinií intenzit regionálních srážek v závislosti na periodicitě J. Trupl zpracováním hodnot z e srážkoměrných stanic. Vztahem mezi vydatností srážky a zasaženou plochou se zabýval J. Haueser a zpracoval tuto závislost do grafu.

- 33 (233) -


Obr. 5.4 Vztah mezi vydatností srážky a zasaženou plochou U nás se problematikou zabýval J. Horák a zpracoval tabulku nejmenších a největších intenzit srážek v závislosti na době trvání.

Tab. 5.6 Intenzity regionálních srážek v závislosti na trvání podle J. Horáka is min

ismax při ročních srážkách pod 700 mm

Trvání srážky t

nad 700 mm

mm h-1 6---9h 9--12

h

12--18

h

3,33

15,5-11,0

15,5--13,2

2,86

11,0- 8,7

13,2--11,9

2,33

8,7--6,3

11,9--10,3

1,95

6,3-- 5,1

10,3--9,1

1-2

d

1,04

5,1- 3,6

9,1--6,6

2-3

d

0,83

3,6--2,5

6,6--5,2

0,73

2,5--1,9

5,2--4,3

18-24h

3--4 4-5

d

d

0,67

1,9--1,7

4,3---3,5

5--6

d

0,63

1,7--1,63

3,5--2,9

6--7

d

0,59

1,63--1,25

2,9--2,5

Podobnou tabulku pro úhrnné hodnoty vydatnosti regionálních srážek v závislosti na periodicitě zpracoval J. Šoltéz. Statistické údaje dosud zpracované potvrdily i „normálnost“ povodní z roku 1997, které byly způsobeny regionálními srážkami.

- 34 (233) -

Úvod

5.1.2.2

Výběr srážky pro určení povrchového odtoku

Při návrhu odvodnění vycházíme vždy z maximální hodnoty povrchového odtoku, která je dána tzv. intenzitním vzorcem Qmax = φ is Sp kde

m3s-1

(5.14)

φ je součinitel odtoku is je intenzita návrhového deště Sp je plocha návrhového povodí

Tento jednoduchý vzorec je ovšem problematické naplnit správnými údaji. Přesná je většinou pouze plocha – povodí. Stanovení odtokového součinitele závisí, na jak velké ploše odtok určujeme, ve své podstatě je totiž po dobu cca 0,5 až 0,75 hodiny závislý na době trvání deště. Hodnotu intenzity srážky stanovujeme jako intenzitu náhradního deště – deště o rovnoměrné intenzitě, která nahrazuje skutečný průběh intenzity deště. Vzhledem k tomu, že intenzita deště s dobou trvání klesá, hledáme takzvanou kritickou dobu trvání deště tj. dobu, při které jí odpovídající náhradní intenzita způsobí v závěrném profilu největší průtok. Tato doba odpovídá obecně tzv. době koncentrace, tedy době, za níž doteče voda z hydraulicky nejvzdálenější části povodí do zkoumaného profilu.

5.1.2.3

Stanovení doby koncentrace

Pro stanovení kritické doby trvání deště (tdk), která je směrodatná pro určení jeho návrhové intenzity, je nutno stanovit dobu koncentrace tk. Ta závisí na řadě činitelů, jako je např. velikost, tvar, sklon povodí a ostatní činitele rozhodující o velikosti odtokového součinitele. Významnou úlohu má i hustota a kapacita říční nebo odvodňovací sítě, jež může výrazně ovlivnit dobu dobíhání vodních částic k vyšetřovanému profilu. Zkrácení doby dobíhání se nejvíce projeví v nížinných oblastech, v nichž se s hustší sítí kanálů podstatně zkracuje délka svahů, a tím se nahradí poměrně pomalý odtok po povrchu území rychlejším odtokem v kanálech. To znamená, že se doba koncentrace stanovená pro povodí před výstavbou odvodňovací sítě (i před úpravou toků) nemůže použít při hydro¬logických výpočtech budoucí sítě a že je nutno uvážit redukci těchto hodnot na podkladě analogie z jiných povodí podobných charakterem. Doba koncentrace [93] se získává obtížně, zejména ve velkých rovinných povodích, ale i ve středních a malých povodích, jsou-li tato povodí tvarově a výškově členitá. Doba koncentrace se určuje nejčastěji přibližně podle různých výpočtových vzorců, které přihlížejí k vlastnostem povodí (rozloze, délce, sklonu) vzhledem k rychlosti dobíhání. O. Dub určuje pravděpodobnou dobu koncentrace tk na malých tocích se značným sklonem a na málo zalesněných povodích ve funkční závislosti na délce toku: tk = 8,5(L – 1) + 20 až 30

h

(5.15)

kde L je délka toku v km Šoltéz navrhuje jiný vzorec pro výpočet doby koncentrace, ve kterém se objevuje rychlost postupu vody a plocha povodí.

- 35 (233) -


t k = 0,44

Sp

h

v

(5.16)

kde v je v ms-1 a Sp je v km2 Hodnoty získané tímto vzorcem můžeme zpřesnit zavedením tvarového součinitele pro vyšetřované povodí ß v závislosti na B/L. B je průměrná šířka, L délka povodí. Tab. 5.7 Opravný součinitel ß podle J. Šoltéze Poměr B/L 0,1 0,2 ß

2

0,3

0,4 0,5 0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

1,4 1,15 1,0 0,9 0,8 0,75 0,7 0,65 0,63

Hodnotou ß násobíme vypočítanou dobu koncentrace. Stanovováním doby koncentrace se zabývala řada autorů. Tab. 5.8 Doba koncentrace odtoku tk podle Q. C. Ayrese Ve1ikost povodí

Doba koncentrace tk

Velikost povodí

Doba koncentrace tk

(ha)

(min)

(ha)

(min)

0,4

1,4

120,0

29,0

2,0

3,5

202,5

41,0

4,0

4,0

320,0

60,0

12,0

8,0

405,0

75,0

40,5

17,0

Obr. 5.5 Graf pro určení doby koncentrace tk podle R. M. Cormacka Dobu koncentrace lze stanovit pomocí jednotkového hydrogramu, nebo se stanoví jako doba dotoku. Tato metoda se zdá býti nejjednodušší, bohužel zjišťování skutečných rychlostí pohybu vody je složitý problém. 5.1.2.4

Nalezení součinitele odtoku

Součinitel odtoku z povodí se dá vyjádřit v objemových hodnotách odteklé vody ku objemu srážek.

- 36 (233) -

Úvod

ϕ= kde

Vo H o = VS H S

(5.17)

Vo je celkový objem odtoku Ho je celková výška odtoku VS je celkový objem srážek HS je celková výška srážek

Objemový součinitel odtoku pak v sobě zahrnuje všechny ztráty odtoku, které v povodí vzniknou. Na velikost součinitele odtoku má vliv celá řada faktorů jako jsou sklonitost povodí a jeho členitost, velikost a pedologie, půdní pokryv a způsob obhospodařování. Mají na něj vliv i jiné antropogenní vlivy. Odtokový součinitel se určuje

• empirickým vzorcem • z bilanční rovnice • pomocí tzv. CN čísel • přímým měřením v povodí V současné praxi je nejčastějším způsobem užití CN čísel Empirických vzorců je velké množství, vycházejí však pouze z některých vlivů a jsou tedy spíše průměrné. Na malých povodích můžeme vyjít z doby trvání deště. Takové vzorce uvádějí např. V. V. Lebeděv, .W C. Hoad, O. Dub a další. Podle W. C. Hoada je

ϕ= kde

at b+t

(5.18)

t je doba trvání deště a, b jsou konstanty závislé na propustnosti půdy pro nepropustný terén

a = 1,0

b=8

pro středně propustný terén a = 0,5

b = 15

pro velmi propustný terén a = 0,3

b = 20

O. Härtel uvažuje celkovou hodnotu odtokového součinitele jako součin dílčích činitelů ve tvaru φ = n1 n2 n3 n4 kde

(5.19)

n1 - součinitel vyjadřující vliv délky údolí zasaženého deštěm, n2- součinitel vyjadřující vliv zalesnění území, n3 - součinitel vyjadřující vliv sklonitosti území, n4 - součinitel vyjadřující vliv propustnosti půdy.

Součinitel n1 až n4 podle O. Härtela jsou uvedeny v tab.5.9.

- 37 (233) -


Tab. 5.9 Součinitel n1 až n4 podle O. Härtela Při délce údolí (km) n1 Při stupni zalesnění (%) n2 Při sklonitosti území n3

0,2

0,3

0,9

0,85

100

75

0,6

Je-li půda

až 10

0,8

0,55

50

0,7

0,8

velmi strmé

hornaté

0,90

0,85 málo propustná

nepropustná

n4

0,4

0,90

0,80

25

0

0,9

0,95

pahorkaté 0,80 středně propustná

silně propustná

0,75

0,70

Další hodnoty součinitelů n uvádí Kostjakov, Wang, Hofmann a mnoho dalších. Pro naše podmínky zpracoval hodnoty součinitelů n M. Čermák: Tab. 5.10 Tabulky hodnot n1 až n4 zpracované M. Čermákem Sp/L2

1,0 0,60 0,26 0,24 0,10 0,05

n1

1,0 0,94 0,84 0,82 0,70 0,60

Lesy (%)

100

80

40

0

n2

0,5

0,6

0,8

1,0

20

30

0,80

1,0

Sklon(%)

5

n3

0,4

10 0,57

Půda

n4

velmi propustná (pískovce vnějšího flyše, hnědé půdy, zadrnované písky a štěrky, černozem s pískem) propustná (písky, písčité slínovce, vápnité černozemě, hnědé hlinitopísčité půdy) méně propustná (písky, písčité větrající horniny, písky a štěrky teras, váté písky, šedé lesní půdy, hlinité šedé půdy) nepropustná (rašeliny, slatiny, horské louky, horniny, krystalické jíly a spraše, zbahnělá půda a močály)

0,45 0,65 0,80 0,95

Stanovení odtokového součinitele φ pomocí CN čísel je uvedeno v části textu zabývající se ochranou a organizací povodí. Vyskytují li se v povodí součásti, které se silně odlišují a je na nich různý součinitel odtoku, lze vypočítat celkový součinitel odtoku jako vážený průměr dílčích součinitelů vzhledem k příslušným plochám. 5.1.2.5

Stanovení povrchového odtoku metodou analogií

Chceme li stanovit odtok přesněji než výpočtem intenzitním vzorcem, můžeme použít měřené hydrologické údaje. Na malých povodích však často nejsou k dispozici, a proto se často používá metoda hydrologické analogie, známe li hodnoty odtoku z povodí podobného. Potom využijeme vztah:

- 38 (233) -

Úvod

Qmax

kde

⎛ S = Qmax an ⎜ P ⎜ S P an ⎝

1− n

⎞ ⎟ ⎟ ⎠

m3 s-1

(5.20)

Qmax je maximální průtok ve zjišťovaném povodí Qmax an je maximální průtok v analogickém povodí SP plocha povodí SP an plocha analogického povodí

5.1.2.6

Stanovení povrchového odtoku empirickými vzorci

Často používanými vzorci pro výpočet odtoku z území malých povodí jsou nás vzorce Čerkašina: Q100 =

kde

24,7 ϕ 0 3 v s2

ψ L 3

2

SP

m3s-1

(5.21)

φ0 je objemový součinitel odtoku vs je střední rychlost dobíhání závislá na sklonu a % zalesnění povodí L délka povodí v km SP je plocha povodí v km2 ψ je tvarový součinitel povodí

Abychom mohli vyčíslit odtok, sestavil Čerkašin grafy na obr. 5.6

Obr. 5.6 Grafy pro vyčíslení vzorce podle Čerkašina a vzorec Sokolovského, který má tvar:

Qmax = kde

0,28 H S ϕ S P f t

m3s-1

(5.22)

HS je úhrn srážek za výpočtovou dobu trvání deště t(t + 1)-0,2 v mm t je postupový čas; t = L/3,6v, L je délka toku v km, v je průměrná rychlost stékání vody ms-1

- 39 (233) -


φ je objemový součinitel odtoku odvozený analogií SP plocha povodí v km2 f je součinitel tvaru hydrogramu, průměrná hodnota f = 0,6 Pro výpočet odtoku z povodí se používají jak stochastické tak deterministické matematické modely, jejichž studium je možné v příslušné hydrologické literatuře.

5.2

Podzemní odtok

Hodnota podzemního odtoku je základním kritériem pro návrh podzemního odvodnění. Hlavním zdrojem jsou srážkové vody infiltrované do půdního profilu, v některých případech přítok vnějších podzemních vod. Velikost podzemního odtoku z určitého území je tedy závislá na faktorech:

klimatických, hydrogeologických, orografických a půdních, vegetačních a zemědělsko výrobních, a antropogenních (technických) Tyto faktory ovlivňují výrazně infiltrační proces a podpovrchový i podzemní přítok vody. Podzemní odtok má tedy s ohledem na množství faktorů a jejich variabilitu v průběhu roku různý režim a velikost. Největší hodnota úhrnného podzemního odtoku se vytváří ve středoevropských podmínkách zpravidla koncem zimního a počátkem jarního období. Tehdy je půdní profil výrazně zásoben vodou z tajícího sněhu a většinou i ze současně se vyskytujících srážek. Podle údajů, které uvádí C. N. Škinkis [], může v některých klimatických oblastech tvořit tento odtok 40 až 50 % z celoročního podzemního odtoku. V letní části vegetačního období se vlivem zvýšeného výparu a transpirace půdní profil vysušuje a hladina podzemních vod klesá, čímž se podzemní odtok často velmi výrazně snižuje. V tomto období se vyskytuje obvykle pouze po větších přívalových, zvláště vícedenních srážkách, kdy se však vytváří zpravidla jen krátkodobý odtok, i když značné intenzity celkové hodnoty. V souladu s tím, např. při hodnocení denních bilančních intervalů, mohou i ve vegetačním období při velkých denních srážkových úhrnech vzniknout s určitým časovým opožděním (několik hodin) vysoké podzemní odtoky, jež mohou být rozhodující pro výpočet směrodatného podzemního odtoku. Podle hodnocení některých výsledků výzkumu [3] v klimatických podmínkách ČSSR mohou být pro určení směrodatného podzemního odtoku rozhodující srážkové úhrny za vegetační období. Uvedené faktory ovlivňují ve značné míře hydrogram podzemního odtoku. Při dlouhodobém a rovnoměrném působení zdroje zamokření je hydrogram po počátečním vzestupu poměrně vyrovnaný a bez výrazných vrcholů. Podobný charakter má hydrogram podzemního odtoku i při hlubokém uložení drenáže a ve středně těžkých půdách. Při mělké drenáži a v písčitých půdách má hydrogram prudce stoupající větev, která však na konci odtokového cyklu rychle - 40 (233) -

Úvod

klesá. Výrazně se to projevuje zejména při výskytu srážek opakujících se v krátkých intervalech, kdy již došlo ke značnému navlhčení půdy předcházejícími srážkami nebo závlahovou dávkou, popř. i ke zvýšení hladiny podzemní vody. Účinek předcházejících srážek na tvorbu podzemního odtoku, neexistujeli přímé měření půdní vlhkosti, lze vystihnout tzv. indexem předcházejících srážek. Za výhodných podmínek tvorby podzemního odtoku (srážkový úhrn, vlhkost půdy, hladina podzemní vody) mohou podle zkušeností dosáhnout kulminační podzemní odtoky hodnot 5 až 10 l s-1 ha-1. Maximální odtoky jsou však krátkodobé, o malé pravděpodobnosti výskytu. Vzhledem ke krátkodobému zatížení odvodňovacích zařízení nezpůsobují tyto odtoky zpravidla jejich poškození a nepoužívají se jako směrodatné hodnoty pro dimenzování odvodňovacích sítí. Pro stanovení hodnoty podzemního odtoku lze použít hydrologických nebo hydraulických metod.

5.2.1

Hydrologické metody určování podzemního odtoku

Hydrologické metody určování podzemního odtoku vycházejí z předpokladu, že zdrojem vody zásobující půdní profil, v němž dochází k odtoku, je infiltrovaná srážková voda. Bilanční rovnici, pro půdní vrstvu s aktivní výměnou vláhy za předpokladu zásobení vodou ze srážek lze vyjádřit vztahem:

Δ WV = S n ± Δ Vv + Vvk + Q pp − Q p − Qd − Eet − Ei

(5.23)

kde Δ WV je změna zásoby půdní vláhy za bilancované období (m),

Δ WV = WV1 - WV2 WV1 - zásoba půdní vláhy na počátku bilancovaného období v čase t1, Wv2 - zásoba půdní vláhy na konci bilancovaného období v čase t2, Sn - úhrn srážek za bilancované obdob(m),

Δ Vv - přírůstek nebo úbytek půdní vláhy.způsobený výměnou mezi bilancovaným půdním profilem a níže ležícími půdními vrstvami, vyvolaný např. vlhkostním gradientem, kapilárním přítokem z níže ležících vrstev apod. (m), Vvk - kondenzované vodní páry v půdním profilu (m), Qpp - povrchově přiteklá vnější voda (m), Qp - povrchově odteklá voda. ze srážek (m), Qd - podzemně odteklá voda (m), Eet - voda ztracená evapotranspirací (m), Ei - voda ztracená intercepcí (m). Řešením bilanční rovnice na základě jejich známých členů lze určit úhrnný podzemní odtok za 1 rok, podzemní odtok za zimní období, za vegetační období i za kratší období (měsíc, dekádu). Správné určení výpočtového podzemního odtoku je velmi důležité pro dimenzování efektivního a ekonomicky výhodného podzemního odvodnění. V praxi

- 41 (233) -


se obvykle počítá se specifickým podzemním odtokem, jehož zdrojem jsou srážkové vody. Při jeho určování se vychází z praktických teoreticky obtížně zdůvodnitelných předpokladů, založených na činitelích určujících podzemní odtok. Je-li půda nasycena vodou až po hranici maximální kapilární vodní kapacity (stav vyskytující se zpravidla na jaře), lze pro výpočet specifického podzemního odtoku použít vztah:

qd =

α i Sn

l s-1 ha-1

8,64 t

(5.24)

kde Q je celkově odtékající množství podpovrchové vody (m3), αi - součinitel vsaku (vyjádření infiltrované vody ze srážek v %) Sn - výška návrhových srážek (mm), t - návrhový čas odvodnění (d). A. N. Kostjakov [],doporučuje uvažovat součinitel vsaku αi podle strukturnosti půdy, ročního období a dalších faktorů hodnotou v rozpětí 0,4 až 0,9. Jeho hodnota v závislosti na sklonu odvodňovacího území. Tab. 5.11 Součinitel vsaku podle Kostjakova Sklon území (%)

0-2

2-8

8-14

14-20

Součinitel vsaku αi

0,5

0,45

0,40

0,35

20-27 27-35 0,30

0,25

V některých případech, např. při požadavku odvedení jednoměsíčních srážek, se součinitel vsaku uvažuje rovný až 1. Doba t, vyžadovaná k odvedení přebytečné podzemní vody, se volí zpravidla 14 až 15 dnů, výška srážek Sn je rovna úhrnu zimních srážek (prosinec až březen), nebo maximálním měsíčním srážkám. Uvedený výpočet specifického podzemního odtoku předpokládá, že veškerá voda infiltrovaná do půdy bude odvedena drenáží. Neuvažuje případnou retenční kapacitu půdy, jež je dána rozdílem mezi maximální kapilární vodní kapacitou (KMK) a momentální vlhkostí půdy Wm. Z toho vyplývá, že se při hloubce drénu H (m), při uvažovaných srážkách Sn a součiniteli vsaku αi může dostat do drénu pouze množství vody dané vztahem: 10 Sn αi - 100H(KMK - wm)

(5.25)

Uvažujeme li, že toto množství odteče za ß t dnů (ß součinitel závislý na rychlosti infiltrace a poklesu hladiny), tak v čase t odteče v průměru do drénu: qd =

S n α i − 10 H (KMK − wm ) 8,64 β t

l s-1 ha-1

(5.26)

Tento výraz lze upravit zavedením α ve tvaru

α =1−

10 H (KMK − wm ) Sn αi

(5.27)

Tím zjednodušíme výraz pro drenážní odtok na

- 42 (233) -

Úvod

qd =

Sn α i α 8,64 β t

l s-1 ha-1

(5.28)

kde Sn je vyjádřeno v mm, t ve dnech, α,αi v desetinných číslech. Součinitel α určuje vztah mezi množstvím vody spadlým na povrch půdy a množstvím, jež se dostává do drenáže. Tento součinitel je větší na jaře obr.5.7, kdy je půda. nasycena vodou a výpar je malý a kromě povrchového odtoku, který je značný, vsakuje zbylá voda do půdy. V létě je půda vyschlá, srážková voda se z větší části vypaří, zbytek srážkové vody je vázán v půdě. Hodnoty podzemního specifického odtoku v závislosti na ročním úhrnu srážek podle K. Jůvy jsou uvedeny v tab.5.12. Hodnoty uvedené v tabulce se vztahují především na středně těžké a lehké zemědělsky využívané půdy. V těžkých půdách lze uvažovat jejich snížení až o 30 %. V horských polohách je však třeba uvážit i vyšší hodnoty podzemního odtoku. Požadavek urychleného intenzivního odvedení podpovrchových vod

Obr. 5.7 Časový průběh součinitele podzemního odtoku Tab. 5.12 Specifický odtok podle K. Jůvy Roční srážky (mm) Podzemní specifický odtok (l s-1 ha-1)

< 600 0,65

0,80

(m d-I)

0,005 6

0,007

600--700

700--1 000 1 0,008 64

- 43 (233) -

>1000 1 0,008 65


vyžaduje rovněž zvýšení uvedených hodnot. Při použití krtčí drenáže se z bezpečnostních důvodů doporučuje volit specifický podzemní odtok jako 1,5násobek hodnot uvedených v tab.5.12 V souladu s nutností hospodárnosti návrhu drenážních sítí zavádí J. Fídler do určování hodnoty podzemního odtoku hledisko intenzity odvodnění. Definuje ji jako stupeň zabezpečení pěstovaných plodin proti déle trvajícímu škodlivému zamokření půdy. Na základě hrubé rostlinné výroby a ve vztahu k přírodnímu stanovišti rozlišuje čtyři třídy intenzity odvodnění. Stupeň zabezpečení intenzity odvodnění uvádí počtem roků N = 10 až 2 roky, za něž může být návrhový stav v průměru překročen, a dobou t = 2 až 10 dnů. Za tuto dobu má být zamokření půdního profilu odstraněno Tab. 5.13 Stupeň intenzity odvodnění podle Fídlera Stupeň intenzity odvodnění

t

N

(d)

(r)

2

10

II (kukuřice, pšenice)

3-4

10 – 5

III (jetel, brambory)

5–7

5–3

IV (louky, pastviny)

8 - 10

3-2

(příklad plodin) I (zelenina, vinná réva, kukuřice, cukrová řepa)

Doba t, v níž má být provedeno odvodněni, je závislá na stupni poškození rozhodujících plodin, v zájmové oblasti a na nutnosti zajištění přístupnosti pozemků pro mechanizační prostředky. Specifický podzemní odtok je s přihlédnutím k těmto hlediskům stanoven v závislosti na velikosti srážkových úhrnů Sv za vegetační období.

Obr. 5.8 Graf závislosti specifického drenážního odtoku na Sv na středně těžkých půdách podle Fídlera Uvedené hodnoty zjišťování velikosti specifického podzemního odtoku jsou vhodné převážně pro odvodnění zemědělských půd. K určení specifických podzemních odtoků pro jiné účely odvodnění (sídliště, průmyslové stavby, komunikační stavby atd.) jsou výhodnější hydraulické způsoby.

- 44 (233) -

Úvod

5.2.2

Hydraulické metody určování podzemního odtoku

Dojde-li vytvořením hydraulického propadu v půdě nasycené vodou částečně nebo zcela k porušení rovnovážného tlakového stavu, začne se část podzemní vody pohybovat směrem k odvodňovacímu zařízení, kterým pak odtéká. Přítok vody do kanálu, příkopu nebo drénu se děje podél celé omočené plochy odvodňovacího zařízení ve směru proudnic kolmých na ekvipotenciální plochy. Ekvipotenciální plochy jsou plochy uložené koncentricky kolem omočeného obvodu odvodňovacího zařízení, v jejichž každém bodě jsou vodní částice pod týmž piezometrickým tlakem. Tento tlak je největší u ploch nejvzdálenějších od odvodňovacího zařízení, směrem k němu se snižuje. To vysvětluje pohyb vody směrem k odvodňovacímu zařízení, který probíhá ve směru klesajícího piezometrického tlaku kolmo na ekvipotenciální plochy. Kromě tohoto základního činitele je odvodňovací účinek zařízení ovlivněn i rozdílem tlaků mezi půdním vzduchem uzavřeným ve vodonosné vrstvě a tlakem atmosférického vzduchu v odvodňovacím zařízení. Množství vody, které přitéká k odvodňovacímu zařízení, je do velké míry závislé na zvrstvení půdního profilu, na vlastnostech jednotlivých vrstev a zdroje zásobujícího podzemní vodu. Spolehlivých výsledků při výpočtu podzemního odtoku podle používaných metod lze dosáhnout pouze tehdy, jsou-li půdní poměry (zejména z hlediska propustnosti) homogenní a je-li známa hodnota součinitele hydraulické vodivosti půdy. Při určování přítoku podzemní vody k odvodňovacímu zařízení rozlišuje na.př. A. N. Kostjakov podle polohy nepropustné vrstvy vzhledem k odvodňovacímu zařízeni tyto případy; - dno odvodňovacího zařízení je uloženo na nepropustné vrstvě nebo leží velmi nízko pod ní, tj. Dp → 0, je-li Dp hloubka nepropustného podloží pode dnem odvodňovacího zařízení, - nepropustná vrstva je velmi hluboko pode dnem odvodňovacího zařízení, tj. Dp > L/4, je-Ji L rozchod odvodňovacích zařízení (kanálů, drénů), - uložení nepropustné vrstvy je mezilehlé, tj. Dp < L/4. Podle hlavního zdroje, který zásobuje podzemní vodu a způsobuje zamokření, rozlišuje - vnější zásobování, způsobené především přitékající podzemní vodou nebo vzdutím podzemní vody (např. přítokem vody z recipientu), - vnitřní zásobování, způsobené především infiltrací vody ze srážek, - kombinované zásobování, tj. z vnější a vnitřní složky.

- 45 (233) -


Obr. 5.9 Schéma drenážního proudění při uložení drénu na nepropustnou vrstvu Proudění vody k odvodňovacímu zařízeni může mít charakter ustáleného nebo neustáleného proudění. Při ustáleném proudění lze vyjádřit přítok vody q na jednotku délky odvodňovacího zařízení obecně vztahem m2 d-1

q=KSi kde

(5.29)

K je součinitel hydraulické vodivosti,

S - plocha povrchu jednotkového tlaku, připadající na jednotku délky odvodňovacího zařízení, i = dh/ds - gradient tlaku odpovídající hladině konstantního tlaku. Sahá li dno odvodňovacího zařízení na nepropustnou vrstvu, je ustálený podzemní přítok vody q ve vzdálenosti x od odvodňovacího zařízení z jedné strany na jednotku délky za předpokladu vnějšího zásobení půdního profilu vodou v libovolném místě podle vztahu 5.30 - viz obr.5.9 qx = K y

dy dx

m2 d-1

(5.30)

Po integraci a zanedbání malé hodnoty h0 získáme vztah pro jednostranný přítok do drénu na jednotku délky drénu q=K

h2 L

m2 d-1

(5.31)

Přítok oboustranný je dvojnásobný. Průtok drénem o délce Ld získáme ze vztahu Q = Ld q

m3 d-1

(5.32)

Jestliže je přítok podzemní vody z vnitřního zásobení – infiltrující srážky, a jedná se o stacionární stav, pak drenážní odtok je roven infiltraci.

- 46 (233) -

Úvod

Ky

dy ⎛L ⎞ = in ⎜ − x ⎟ dx ⎝2 ⎠

(5.33)

Potom po integraci a zanedbání hodnoty h0 dostaneme vztah h2 q = 2K L

m2 d-1

(5.34)

Přítok oboustranný je znovu dvojnásobný. Tvar depresní křivky lze získat z i ⎛L ⎞ h − y = n ⎜ − x⎟ K⎝2 ⎠ 2

2

2

(5.35)

Při poloze nepropustné vrstvy pode dnem odvodňovacího zařízení v hloubce Dp > L/4 se přítok vody z každé strany skládá z přítoku podzemní vody pod úrovní odvodňovacího zařízení qo a z přítoku vody nad touto úrovní q1 obr.5.10.

Obr. 5.10 Schéma drenážního proudění při hluboko položené nepropustné vrstvě Podle A. N. Kostjakova se qo určí za zjednodušujícího předpokladu, že ekvipotenciální plochy jsou přibližně válcovitého tvaru, což znamená, že plocha, jíž voda prosakuje v případě jednotkové šířky v řezu x, je αx, kde αx je délka oblouku kružnice v řezu x. Je-li nepropustná vrstva v hloubce Dp > 1/4L, je α = π/2 pak

π

x

dy dx

m2 d-1

(5.36)

q1 = K β 0 x

dy dx

m2 d-1

(5.37)

q0 = K

2

a podobně

kde ß0 = (π/2) (ß'/90), přičemž ß' se přibližně. Určí ze vztahu sinß' = y/x. Střední orientační hodnoty sin ß´ pro různé druhy půd podle A. N. Kostjakova jsou uvedeny v tab.5.14. Dosazením ß0 do součtu rovnic rovnic získáme při vnějším zásobování vodou vztah pro přítok z jedné strany: - 47 (233) -


π

β′⎞ ⎛ K ⎜1 + ⎟ (h − h0 ) 2 ⎝ 90 ⎠ q= L ln d

(5.38)

kde d je průměr drénu, nebo šířka dna odvodňovacího kanálu Tab. 5.14 Orientační hodnoty sin ß'podle A. N. Kostjakova Půdní druh hrubozrnný písek písek hlinitý písek písčitá hlína

sin ß' 0,003-,-0,006 0,006--0,020 0,02--0,05 0,05-0,10

Půdní druh h1ína těžká hlína rašelina

sin ß´ 0,10--0,15 0,15--0,20 0,02-0,12

Pro řešení přítoku infiltrované srážkové vody pak platí pro jednostranný přítok vztah

π

β′⎞ ⎛ K ⎜1 + ⎟ (h − h0 ) 2 ⎝ 90 ⎠ q= L ln − 1 d

(5.39)

Podobně lze získat i vztahy pro přítok podzemní vody při větší deformaci filtračního pole když Dp < L/4. kde αo = (π/2) (α'/90); úhel α' se určí přibližně ze vztahu sin α' = D/x, kde D je hloubka nepropustné vrstvy pod hladinou vody v odvodňovacím zařízení, pak pro vnější zásobení podzemní vodou platí pro jednostranný přítok

π

⎛ α′ + β′⎞ K ⎜1 + ⎟ (h − h0 ) 2 ⎝ 90 ⎠ q= L ln d

(5.40)

Pro vnitřní zásobení podzemní vodou platí obdobně pro jednostranný přítok

π

⎛ α′ + β′⎞ K ⎜1 + ⎟ (h − h0 ) 2 ⎝ 90 ⎠ q= L ln − 1 d

(5.41)

H. Y. Hammad udává obecně za zjednodušujících předpokladů ustálený oboustranný přítok na jednotkovou délku odvodňovacího zařízení vztah q=

2π K h ⎛ 2h L2 ⎞ ⎟⎟ + 2 ln⎜⎜ ⎝ d π Dd ⎠

(5.42)

Ve vodohospodářské praxi je často užíván vzorec Averjanova, který řeší přítok z obou stran do drénu za podmínek vnitřního zásobení vodou. 4 K (H 22 − H12 ) α q= L2

(5.43)

- 48 (233) -

Úvod

kde

α= 1+

1 4 Dp L

B ≈ 2,94 log

a B

2Dp

πd

K je součinitel hydraulické vodivosti (md-1) d je průměr drénu (m) L je rozchod drénů (m) Dp je vzdálenost drénu od nepropustného podloží (m) H1 = Dp + d

(m)

H2 úroveň hladiny mezi drény nad nepropustným podložím (m) Mnohem složitější je řešení neustáleného režimu proudění, tj. stavu, kdy dochází k poklesu depresní plochy v průběhu odvodnění. Ve skutečnosti dochází v praktických případech k obousměrnému pohybu depresní plochy a změnám průtoku drenážního odtoku. Tento skutečný stav by popisovalo drenážní proudění transientní. V běžné praxi není potřeba tento stav řešit. Zcela běžně se však řeší stav drenážního odtoku v režimu nestacionárním, kde je v našich podmínkách přijat do praxe vzorec I. Radčenka, který byl získán vyhodnocením měření na kuličkových modelech ve Slovenské akademii věd. Používání vzorce předepisuje naše norma. K h0′ α β q d = 97,8 L A

kde

⎛ Kt ⎞ ⎜⎜ ⎟⎟ ⎝ Pd A L ⎠

β −1

⎡ ⎛ K t ⎞β ⎤ ⎟⎟ ⎥ l s-1ha-1 (5.44) exp ⎢− α ⎜⎜ P A L ⎢⎣ ⎝ d ⎠ ⎥⎦

K je součinitel hydraulické vodivosti (md-1) Pd je drenážní pórovitost

h0´ je počáteční výška hladiny podzemní vody nad rovinou osy drénu v čase t = 0 (m) α, ß jsou parametry vyjadřující vliv hloubky nepropustné vrstvy f(D/L, h0/L) D je hloubka nepropustné vrstvy pod osou drénu (m) A parametr vlivu velikosti filtračně aktivního obvodu drénu ld, parametr je závislý na ld/L Radčenkův vzorec nelze řešit bez grafické možnosti získání některých parametrů. Příslušné grafy a tabulky jsou dále v textu v části zabývající se rozchodem drenáže.

- 49 (233) -


6

Hlavní odvodňovací zařízení

Hlavní odvodňovací zařízení je tvoří základ dobré činnosti celého odvodňovacího systému. Hlavní odvodňovací zařízení tvoří • odvodňovací kanály s příslušnými objekty • ochranné hráze • ochranné nádrže • čerpací stanice

6.1

Kanály

Hlavní a vedlejší odvodňovací kanály vytvářejí předpoklady pro vhodnou regulaci vodního režimu v půdě. Mají zajistit vyústění povrchové i podzemní odvodňovací sítě do recipientu. Návrh sítě kanálů se má řešit komplexně s ohledem na perspektivně stanovené vodohospodářské podle v příslušné oblasti. To znamená, že je třeba přihlížet ke směrnému vodohospodářskému plánu, vodohospodářským a melioračním studiím a územnímu plánu, plánu výstavby objektů a komunikací, plánovaným komplexním úpravám pozemků, návrhu na protierozní opatření a k požadavkům ochrany a tvorby životního prostředí. Podklady návrhu tvoří podle potřeby a rozsahu podklady geodetické, hydrologické, hydrogeologické, inženýrsko-geologické, hydropedologické, hospodářsko-výrobní aj. 6.1.1.1

Situační návrh sítě kanálů

K návrhu sítě kanálů je nezbytný výškopisný a polohopisný plán ve vhodném měřítku podle stupně dokumentace. Osu sítě kanálů tvoří hlavní odvodňovací kanál, který odvádí vodu z odvodňovací soustavy do recipientu obr.. Jeho trasa je zpravidla vedena středem oblasti v nejnižší části. Skládá se z přímých úseků, spojených kruhovými nebo parabolickými oblouky. Výhodné je využít při návrhu trasy stará koryta kanálů a toků. Je nutno vyhnout se málo stabilním zeminám (např. tekoucím pískům), aby nebyla porušena stabilita koryta. Hlavní odvodňovací kanály mají často značné rozměry, a proto návrh trasy i příčného profilu vyžaduje velkou pozornost, Je nutno přihlížet i k možnosti jejich využití pro jiné účely (přívod závlahové vody, zásobování vodou, plavba, energetické využití apod.). Důležitou úlohou je získat vhodný recipient, do něhož může vyúsťovat odvodňovací soustava trvale a bezpečně a podle možností i gravitačně

- 50 (233) -

Úvod

Obr. 5.11 Schéma sítě kanálů Hlavní požadavky kladené na recipient: - možnost odvedení potřebného množství vody z odvodňovací soustavy v žádoucím čase, - nepřipustit zpětné vzdutí vody v zaúsťujících kanálech - nezpůsobit zaplavení území a zvýšení hladiny podzemní vody v okolí recipientu při vyšších vodních stavech v recipientu. Recipientem bývá nejčastěji přirozený vodní tok nebo stojatá voda (nádrž, jezero, rybník, moře), ale mohou to být i podzemní prostory, opuštěné doly apod. Zaústění hlavního odvodňovacího kanálu do recipientu je účelné řešit tak, aby byl pokud možno zajištěn gravitační odtok vody z odvodňovací sítě. Závisí to na možnostech výškového vedení kanálu nad úrovní recipientu a jeho hydrologickém režimu. Situační zaústění kanálu má být provedeno tak, aby se kanál nezanášel. Je-li recipientem vodní tok, je vhodné zaústění v konkávním břehu toku tangenciálním směrem.

Obr 5.12 Gravitační zaústění odvodňovacího kanálu Gravitační vyústění menších odvodňovacích soustav do recipientu nedělá obvykle potíže, zejména je-li území výškově členité obr.. Obtížnější je řešit vyústění hlavních odvodňovacích kanálů při odvodňování rozsáhlých nížin, kde bývají výškové poměry pro gravitační vyústění nevýhodné. Zvlášť nevýhodné je zaústění hlavního odvodňovacího kanálu do ohrázovaného toku. Úprava vodních toků tak, aby je bylo možno použít jako recipientů vod z odvodňovacích soustav, je obvyklým předpokladem. Jejím cílem je snížení vodní hladiny na úroveň poskytující možnost gravitačního vyústění kanálu a před-

- 51 (233) -


cházení nebezpečí záplav následkem zvýšení vodních stavů v toku. Úpravami toků se podrobně zabývá příslušná vědní disciplína.

Obr. 5.13 Zaústění s využitím paralelního kanálu Není-li možno provést gravitační vyústění odvodňovacího kanálu v určitém úseku toku vzhledem k výškovým poměrům nebo ohrázování toku, lze navrhnout paralelní odpadní kanál, jímž se odvede voda z odvodňovaného území menším sklonem J2, než je sklon toku J1, do profilu toku, který umožňuje gravitační vyústění obr.5.13.

Obr. 5.14 Schéma zaústění s přečerpáváním Jestliže to výškové poměry nedovolí nebo jestliže tomu brání vysoké náklady (např. velká délka paralelního kanálu), volí se pro vyústění odvodňovacích kanálu kombinovaný odpad, u něhož odtéká voda při nižších vodních stavech v recipientu z odvodňovací soustavy do recipientu gravitačně, za vyšších vodních stavů. je nutno ji přečerpávat. Stavebně se kombinovaný odpad řeší dvěma objekty, výpustí (zpravidla stavidlovou) pro gravitační odtok a čerpací stanicí pro čerpání vody, což lze spojit v jeden objekt. Není-li možný kombinovaný odtok, je nutno vodu z odvodňovací soustavy v průběhu celého roku do recipientu přečerpávat obr.. Způsob odpadu kombinovaného s přečerpáváním se používá zejména při odvodňování nížinných území podél ohrázovaných toků. Do hlavního odvodňovacího kanálu zaúsťují vedlejší kanály prvního řádu, do nich kanály druhého řádu atd. obr. . Je žádoucí, aby se vedlejší kanály vedly v co nejvyrovnanější trase (v přímkách) kolmo na směr hlavního odvodňovacího kanálu. Je-li trasa kanálů složena z přímých úseků spojených kruhovými oblouky, doporučuje se navrhovat u hlavního odvodňovacího kanálu minimální poloměr zakřivení rmin = 6B (B je šířka hladiny vody v kanálu), u vedlejších - 52 (233) -

Úvod

kanálů i menší. Obvykle se poloměr zakřivení kanálů volí 10B. Délka přímého úseku trasy kanálu mezi oblouky se doporučuje 2B až 6B .• Slouží-li kanál i jinému účelu, je nutno trasu kanálu přizpůsobit. Při použití kanálu pro plavbu se doporučuje r = 6L (L je délka plavidla). U malých kanálů je výjimečně přípustný lom v trase kanálu bez obloukového přechodu. Zaústění vedlejších kanálů do hlavního, popř. vedlejšího kanálu do kanálu, vyššího řádu, se provádí pod úhlem 30 až 60°. Má být vždy řešeno tak, aby nedocházelo k porušení svahů kanálů a v místě zaústění k vymílání dna nebo ukládání splavenin. Z hlediska zakládání inženýrských sítí na odvodňovaném území a z hlediska zemědělského obdělávání půdy je nutné, aby odvodňovací síť vedlejších kanálů byla pokud možno řídká, aby vymezovala velké a pravidelné celky vhodné pro mechanizované obdělávání, aby umožňovala výstavbu vhodné cestní sítě s nejmenší potřebou křižování kanálů s komunikacemi a telekomunikačními, energetickými a jinými povrchovými a podpovrchovými vedeními. Při nezbytnosti křižování je nutno dbát na to, aby byla zajištěna nerušená funkce odvodňovacího kanálu a křižujícího zařízení. Je-li to možné, má se křižování provést kolmo v přímém úseku, šikmé křižování minimálně pod úhlem 600. Z provozních důvodů se navrhují na kanálech vzdouvací a regulační stavidla. Umožňují řízení průtokového režimu v odvodňovací soustavě v souladu s manipulačním řádem čerpací stanice, popř. podle speciálních požadavků, např. při využití soustavy pro přívod závlahové vody (regulace průtoků, vzdouvání vody pro odběr atd.). Provoz stavidel zajištěný servomotory umožňuje jejich dálkové nebo automatické ovládání na základě stanoveného průtokového režimu.

6.1.1.2

Sklon nivelety dna odvodňovacích kanálů

Při návrhu sklonu nivelety dna odvodňovacích kanálů je nutno vzít v úvahu rychlost, jíž bude určitý průtok (Qmax, Qstř, Qmin) protékat korytem. Velké rychlosti mohou porušit kanál vymíláním jeho břehů a dna, podemlít zpevnění apod. Horní hranice dovolených rychlostí vody závisí na charakteru a odolnosti materiálu dna a svahů kanálu. Podrobné údaje o dovolených a středních rychlostech pro různé zeminy a druhy opevnění kanálů jsou uvedeny v odborné literatuře z úprav toků. Jejich příklad je uveden v tab.. Menší rychlosti vody; než je příslušná minimální rychlost, způsobují zanášení kanálů uvolněnými půdními částicemi unášenými vodou, což má za následek snížení jejich průtočné kapacity. Dovolená minimální rychlost, při níž se ještě kanál nezanáší, závisí na charakteru splavenin tab.. Malé rychlosti vody přispívají kromě toho k rychlému zarůstání kanálu, což zhoršuje průtokové poměry. Sklon dna kanálů má být podle možnosti přirozený, tj. paralelní s terénem. Nedovoluje-li to sklon území, navrhne se sklon dna umělý. Vznikne-li při návrhu kanálu velký přirozený sklon, zmírní se zařazením stupňů, popř. skluzů nebo se dno kanálu opevní. V nížinách s velkými délkami kanálů někdy terén nedovoluje navrhnout ani minimální přípustný sklon trasy dna. V takovém případě je nutno vytvořit umělý sklon postupným prohlubováním kanálu nebo získat vhodnější průtokové poměry, např. snížením drsnosti v kanále.

- 53 (233) -


Vhodný sklon nivelety dna hlavních odvodňovacích kanálů je 0,5 až 1 %o, u vedlejších kanálů minimálně 0,2 až 0,3 %o, maximálně 3 až 5 %o, v horských oblastech i více. Sklon menší než 0,1 %o se nemá navrhovat ani v hlavních kanálech. Tab. 5.15 Doporučené maximální rychlosti podle druhu opevnění vmax (m s-1) při střední hloubce vody h (m) h = 0,4 h = 1,0 h = 2,0 h = 3,0

Druh opevnění zatrávnění (po zakořenění)

0,9

1,1.

1,3

1,4

drnování na plocho

0,9

1,2

1,3

1,4

drnování čelné (na stojato)

1,5

1,8

2,0

2,2

dlažba z lomového kamene 0,15 až 0,25 m do štěrkového lo~ 0,1 m, dlažba z cihel

2,5--3,5

3,0--4,0

3,5--4,5

dlažba z vybraných hrubě opracovaných kamenů 0,15 až 0,25 m (do 0,1 m štěrkového lože)

3,5--4,0

4,5--5,0

5,0--6,0

kamenné zdivo z vápence

3,0

3,5

4,0

kamenné zdivo z pevných hornin

6,5

. 8,0

10,0

meliorační tvárnice polovegetační tvárnice

4,0--5,0

5,5-6,0

4,5 12,0

2,5--3,2

3,0--4,0

3,2--4,5

-

2,5

3,0

3,5

-

betonové dlažby podle druhu betonu

5,~,5

6,0--8,0

7,0--9,0

7,5--10,0

betonová koryta s hladkým povrchem podle druhu betonu

10--13

12---16

13-19

15--20

Tab. 5.16 Orientační nezanášecí rychlosti Průměr frakcí (mm)

Sedimen.tační rychlost (mm s-1)

0,2---0,3

jemný

Druh nánosu

vmin (m s-1) při hloubce vody h h = 1,0 m

h = 2,0 m h = 3,0 m

21,6--32,4

0,25--0,40

0,31-0.46 0,33-0,50

0,3-0,4

32,4 – 43,2

0,36-0,55

0,46-0,62 0,50-0,67

jemný písčitý

0,4-0,5

43,2 -54,0

0,45-0,69

0,62-0,78 0,67-0,83

hrubý písčitý

0,5--1,0

54,0—94,4

0,69-0,90

0,78-1,34 0,83-1,46

velmi jemný

- 54 (233) -

Úvod

6.1.1.3

Příčný profil odvodňovacích kanálů

Velikost příčného profilu kanálu, jeho tvar a způsob a druh opevnění mají zajistit odvedení návrhového průtoku vody podle požadovaného stupně ochrany. Při návrhu profilu se přihlíží k účelu odvodnění, k potřebnému snížení hladiny podzemní vody, k půdně mechanickým poměrům, k hydraulickým poměrům v korytě, k poměrům v území, jímž kanál prochází (např. zastavěné území), a v neposlední míře ke způsobu výstavby a plánovanému provozu a údržbě kanálu. Průtočný profil odvodňovacích kanálů se navrhuje obvykle lichoběžníkový, při velkých a. hlubokých kanálech a značném kolísání průtoku se volí dvojitý lichoběžníkový průřez. Prochází-li kanál zastavěným územím, kde je třeba šetřit místem, nebo vyžadují-li to estetické důvody, lze navrhnout i jiný tvar kanálu, např. obdélníkový. Svislé břehy kanálu se vytvoří ze zděných nebo betonových opěrných zdí popř. z prefabrikátů. Hloubka odvodňovacích kanálů se navrhuje tak, aby se v celém odvodňovaném území zajistilo žádané odvedení povrchových vod a snížení hladiny podzemní vody na navrhovanou úroveň. Je třeba dbát na možnost vhodného zaústění příkopů a drenáže do odvodňovacích kanálů nižších řádů i těchto kanálů do kanálů vyšších řádů a do hlavního kanálu. Hloubka hlavního kanálu v dolní trati závisí na hladině vody v recipientu, do něhož kanál zaúsťuje. Orientační hloubky Vedlejších kanálů činí podle S. Belly 0,80 .až 1,50 m podle charakteru odvodnění. Této hloubce je nutno přizpůsobit i hloubku kanálů vyšších řádů, jejichž dno má být, dovolí-li to výškové poměry, o 0,1 až 0,2 m hlouběji, než je dno kanálů do nich ústících. V posledních letech se začíná klást velký důraz na ekologii staveb a meliorační kanály se navrhují ve tvaru přirozeného toku.

Obr. 5.15 Příčný přírodě podobný profil melioračním kanálem –Marchfeldkanal

Již provedené odvodňovací kanály spadají do úprav revitalizace toků.

- 55 (233) -


Tab. 5.17 Doporučené sklony svahů Druh zeminy, způsob opevnění

Sklon svahu 1: n

málo rozložená rašelina

1 : 0,25-0,50

soudržná hlína, rozložená rašelina

1:1

písčitohlinitá zemina

1 : 1,25-1,5

hlinitopísčitá zemina, rozložená rašelina silně nasycená vodou

1: 1,50

písčitá zemina

1: 2

písčitojílovitá zemina silně nasycená vodou

1: 3

zatrávněný svah (podle soudržnosti zeminy)

1 : 1,5-1 : 3

drnování na plocho

1 : 1,25-1 : 2

kamenná dlažba

1 : 1-1 : 1,5

betonová dlažba z prefabrikátů na sucho

1 : 1,5-1 : 2

betonová dlažba z prefabrikátů na cementovou maltu

1: 1,5

Při za ústění drenáže se požaduje, aby dno trubky drenážní výusti bylo minimálně 0,1 až 0,2 m nad hladinou 210denní vody, popř. nad středním vodním stavem v kanále (hrozí-li nebezpečí zanášení koryta, až 0,3 m). Není-li možno zajistit žádoucí výškové situování dna kanálu, je nutno řešit odtok vody z drenáže do kanálu přečerpáváním. Při větších hloubkách kanálu (> 4,0 m) se jeho svahy rozčlení lavičkou o minimální šířce 0,6 m. Při mechanizované údržbě kanálů musí šířka lavičky umožnit bezpečnou manipulaci příslušných mechanismů. Šířka dna kanálu se určí v závislosti na hodnotě návrhového průtoku v souladu s návrhem celkového profilu kanálu. Minimální šířka dna se uvažuje 0,8 až 1,2 m. Není vhodné navrhovat příliš široké dno, neboť kanály se při nízkých průtocích zanášejí. Svahy kanálů se opevňují podobně jako u úprav toků, většinou se však vystačí s osetím, nebo drnováním, protože většina kanálů má regulovaný průtok.

6.2

Ochrana území před vnějšími vodami

Kromě vnitřních vod, vznikajících přímo v zájmovém odvodňovaném území, mohou být příčinou zamokření vody vnější obr., přitékající z výše položeného území. Mohou to být i vody inundující z moře, jezer nebo řek, jejichž hladina převýší úroveň okolního terénu, nebo vody přívalové, přitékající při rychlém tání sněhu nebo při intenzivních a dlouhotrvajících deštích. Mezi vnější vody náležejí i průsakové vody, pronikající na zájmové území průsakem hrázemi nebo jejich podložím.

- 56 (233) -

Úvod

Prvořadou úlohou odvodnění je chránit území před vnějšími vodami ochrannými stavbami tak, aby vlastní odvodňovací síť, jež odvádí zpravidla pouze vnitřní vody, nebyla vnějšími vodami zatěžována. Stupeň ochrany území před vnějšími vodami závisí na jeho hodnotě a velikosti. Ochrana může být absolutní, nebo částečná. Absolutní ochranou území při nebezpečí záplav z toku rozumíme jeho ochranu i při 1000 letých průtocích a v případě vysoké náročnosti i vyšších průtocích (doba opakování N > 100 roků, p < 0,01), při parciální (částečné) ochraně se obvykle chrání území před průtoky odpovídajícími době opakování N < 50 let (p > 0,02), při větších průtocích se připouští inundace. První stupeň ochrany mají poskytovat zemědělská a lesnická opatření, jež sledují zvýšené zadržení odtoku vlivem retardace vegetačního krytu a retenční kapacity půdního povrchu, jeho zpomalení a infiltraci do půdy. Vyšším stupněm ochrany jsou technická opatření, např. nádrže, ochranné hráze, úpravy toků, záchytné kanály apod. Jsou nákladnější, ale účinnější, spolehlivější a jejich účinnost je dlouhodobá.

6.2.1.1

Záchytné kanály

Záchytné kanály se navrhují pro zachycení vnějších vod přitékajících na zájmové území z vyšších poloh ve formě plošného přítoku po svahu, přítoku koncentrovaného v řekách, potocích a bystřinách nebo ve formě podzemního přítoku. Mohou se uplatnit i k zachycování vnitřních vod přitékajících z vyšších poloh odvodňovaného území.

Obr. 6.1 Schéma záchytného a) a odlehčovacího kanálu b), podle Jůvy Záchytné kanály se navrhují především k zachycování povrchových vod; majíli zachytit i podzemní vody, je třeba je prohloubit do té míry, aby mohly plnit svou funkci (je-li to možné, až na nepropustnou vrstvu). K zachycování a odvádění podzemních a průsakových vod jsou však vhodnější záchytné drény, neboť založení kanálů ve větších hloubkách vyžaduje značné zemní práce a znamená velkou ztrátu půdy. Správná funkce záchytného kanálu vyžaduje, aby byl kanál směrově a výškově správně založen a jeho kapacita dimenzována podle hospodářského významu území. Velikost návrhového průtoku se určí podle zásad uvedených v kap.

- 57 (233) -


Příčný průřez záchytných kanálů bývá jednoduchý lichoběžník obr., často i dvojitý lichoběžník vytvořený kynetou, popř. i ohrázováním v dolním úseku kanálu, kde je již dosahován velký průtok. Při trasování se má postupovat tak, aby koryto kanálu bylo ve výkopu, což umožní zachytit i část svahově stékající

Obr. 6.2 Příčné profily záchytných kanálů podzemní vody. Z ekonomických důvodů má být kubatura výkopů a násypů vyrovnaná. Při určování hloubky a sklonu nivelety dna kanálu je třeba dbát na to, aby se následkem velké nebo malé průtokové rychlosti vody a tangenciálního napětí koryto neprohlubovalo nebo nezanášelo. Jestliže rychlost vody v korytě překračuje hodnotu dovolené rychlosti tab. . je nutno koryto zpevnit nebo volit širší a mělčí profil, popř. zmírnit sklon stupni nebo skluzy. Trvají-li velké průtoky, pro něž je nutno záchytné kanály dimenzovat, pouze krátký čas, navrhuje se obvykle jen vegetační zpevnění (zatrávnění, drnování) se sklony svahů 1 : 1,5 až 1 : 2 . Záchytný kanál je třeba do recipientu zaústit tak, aby se nezanášel. Ústí-li kanál do toku, má být zaústění situováno v konkávní části toku a kanál se má tangenciálně k němu přimknout. Poněvadž velké vody v recipientu způsobují často zpětné vzdutí v kanálu, úsek v jeho výusti se ohrázuje. Vyústění záchytných kanálů má být výškově řešeno tak, aby voda odtékala do recipientu gravitačně. Přečerpávání se ukazuje nehospodárné, neboť je nutno většinou čerpat velké množství vody v krátkém čase, což vyžaduje výstavbu čerpacích stanic značné kapacity s krátkodobým využitím. Často je účelné zachytit přitékající vnější vody již na svahu soustavou záchytných příkopů obr.. Jejich účinnost se projevuje nejen v odvodňovacím účinku na svahu, ale i příznivým vlivem na vodní režim svahů i jako významný prvek protierozní ochrany.

Obr. 6.3 Systém odvodňovacích příkopů Záchytné kanály se často zakládají na úpatí svahů a v případě potřeby mohou být použity i pro přívod závlahové vody pro území, jež výškově ovládají.

- 58 (233) -

Úvod

Při zahloubení do vodonosné vrstvy, popř. až na nepropustnou vrstvu, mohou kanály zachytit podzemní přitékající vodu. Průsakové vody z toku se vzdutou hladinou, ze zahrázovaných toků z nádrží, z kanálů vedených v násypu (energetické, závlahové a jiné kanály) se zachycují záchytnými, tzv. průsakovými kanály. Při větších hloubkách vodonosné vrstvy, kdy již není hospodárná odpovídající hloubka kanálu, lze navrhnout i vývěrové studně. Při větších hloubkách vodonosné vrstvy je však vhodnější zachytit průsakové vody záchytnými drény.

6.2.1.2

Odlehčovací kanály

Záchytné kanály se řadí mezi ochranné kanály. Do této skupiny kanálu patří i kanály odlehčovací a obvodové odlehčovací kanály. Odlehčovací kanály odvádějí ze zájmového území tu část přívalových vod soustředěných v povrchových tocích, která by způsobila vylití vody z koryta. Odlehčovací kanál odbočuje z odlehčovaného toku zpravidla nad odvodňovaným územím. Má podle možnosti malý sklon a vede nejkratším směrem do recipientu tak, aby bylo zaručeno gravitační vyústění za všech vodních stavů v recipientu. Tento způsob ochrany lze použít i při větších souběžných tocích obr. , spojí-li se tyto toky kanálem, který odvádí velké vody z jednoho toku do druhého. Předpokladem je, že velké vody nepřicházejí současně v obou tocích a rozvodnice není tak vysoko, aby příliš ztěžovala vyhloubení odlehčovacího kanálu. Při použití odlehčovacích kanálů se v odlehčeném toku ponechává maximálně přípustný průtok Qt, odpovídající kapacitě koryta. Průtok převyšující tuto hodnotu se odvádí odlehčovacím kanálem, dimenzovaným na průtok QK1. Velikost tohoto průtoku se určí ze vztahu QK1 = Qp - Qt

m3 s-1

(6.1)

kde QK1 je průtok vody v odlehčovacím kanálu, Qp._ odtok z povodí, odpovídající požadovanému stupni ochrany, Qt - průtok odpovídající průtočné kapacitě odlehčovaného toku Odbočení odlehčovacího kanálu z toku nesmí ohrozit bezpečné provedení příslušných průtoků v toku ani v kanálu. Nejjednodušší řešení spočívá v tom; že se dno odlehčovacího kanálu navrhne do úrovně hladiny vody v toku, jež odpovídá průtoku, při němž má započít odlehčení. Dokonalejšího odbočení se dosáhne, vybuduje-li se v místě odbočení pevný nebo pohyblivý jez s požadovanou úrovní . přepadové hrany. Technicky dokonalého řešení odlehčení a regulace průtoků je možno dosáhnout výpustným objektem, nejčastěji stavidlovou výpustí. Osadí-li se regulační objekty v toku i v kanálu, je zajištěna úplná regulace průtokového režimu v toku i v kanále.

- 59 (233) -


Obr. 6.4 Příklad odlehčovacího kanálu – Čachtický kanál Příkladem odlehčovacího kanálu je Čachtický kanál, který má chránit údolí Dudváhu na pravém břehu Váhu mezi Novým Městem nad Váhem a Piešťanami. Je navržen na průtok 110 m3 s-1 a odvádí část vysokých průtoků potoka Hrabutnice do Váhu. Jeho délka je 10 km.

Obr. 6.5 Příklad obvodového kanálu Historicky významný je odlehčovací kanál Nová řeka (výstavba v r. 15851590) k odlehčení řeky Lužnice do Nežárky. Jeho délka je 13,48 km, kapacita ca 90 m3 s-1 obr.2.2. Mezi ochranné kanály patří i obvodové odlehčovací kanály obr.6.5 k odlehčení určitého úseku toku. Používají se obvykle k ochraně zastavěných území, hospodářsky významných oblastí apod. Odbočují z toku nad chráněnou oblastí a vracejí se do původního koryta v takové vzdálenosti, aby je nemohlo zasáhnout zpětné vzdutí. Řeší se buď s trvalým, nebo s dočasným průtokem. Při dočasném průtoku se navrhuje na začátku a konci kanálu nátokový a výpustní objekt. Funkci obvodových odlehčovacích kanálů mohou plnit i odlehčovací

- 60 (233) -

Úvod

ramena toku (např. na řece Moravě v úseku Ostroh-Strážnice). Obvodový kanál dále chrání město Břeclav a nebo jižně od Brna byl vybudován v prostoru Rajhradu obvodový kanál chránící zemědělské pozemky. 6.2.1.3

Hydraulické výpočty ochranných kanálů

Přítoky do záchytných kanálů a drénů a z nádrží množství průsakových vod, lze určit přibližně podle Averjanova. Pro oboustranný přítok do drénu, nebo kanálu – ze zázemí a infiltrace od toku, navrhl výpočet jako součet přítoku zleva a zprava , q = q1 + q2. q=

K D1 (H − h0 ) ⎤ 2α1 ⎡ q2 + ⎢ ⎥ l 1+ α1 ⎣ ⎦

m2 d-1

(6.2)

m2 d-1

(6.3)

pro přítok infiltrací q1 =

2 α 1 K D1 (H − h0 ) 1 − α 1 − q2 l 1+ α1 1+ α1

kde platí že:

α1 =

1 h 1+ 0 A l

(6.4)

a 1

A =1,47 log sin

(6.5)

πd 2 h0

V těchto vzorcích označuje: q1 – přítok do odvodňovacího zařízení infiltrací z povrchového vodního útvaru (m3d-1)na běžný metr zřízení q2 – přítok ze zázemí (chráněné území) m3d-1 na běžný metr zřízení K – hydraulická vodivost zeminy (md-1) h0 – výška hladiny vody v odvodňovacím zařízení nad nepropustným podložím m D1- průměrná tloušťka vrstvy = 0,5(H + h0) (m) D2 - průměrná tloušťka vrstvy = 0,5(z + h0) (m) H – výška hladiny ve vodním útvaru nad nepropustným podložím (m) z - výška hladiny nad nepropustným podložím v zázemí (m) l – vzdálenost vodního útvaru od odvodňovacího zařízení. Pokud dno vodního útvaru nesahá až k nepropustnému podloží použije se ve výpočtu hodnota l1 = l + 0,44 h0 (m) d – průměr drénu v m, nebo pro kanál d ≈ hd + 0,5 B, kde hd je hloubka vody v kanále a B je šířka kanálu v hladině (m)

- 61 (233) -


Zjednodušený výpočet pro přítok do odvodňovacího zařízení z jedné strany – zdroje zásobení podzemní vody, navrhl na základě modelového výzkumu Chapman. h − h0 ⎞ K 2 ⎛ q1 = ⎜ 0,73 + 0,27 ( h − h02 ) ⎟ h ⎠ 2l ⎝

(6.6)

Pro toto řešení pak na chráněné straně odvodňovacího zařízení stanovíme výšku vody nad nepropustnou vrstvou hd na ⎛ 1,48 (h − h0 ) + 1⎞⎟ hd = h0 ⎜ ⎝ l ⎠

m

(6.7)

kde h je výška nesnížené vody nad nepropustným podložím m l – je dosah deprese (podle místních podmínek) l/h ≥ 3 m

6.3

Nádrže

Vhodnou ochranou území před vnějšími vodami je zachycení povodňové vlny v nádržích. Voda z nádrží se vypouští postupně v množství zaručujícím bezpečné snížení povodňového odtoku. Ochrana pomocí nádrží je velmi účinná, navrhuje-li se jako součást komplexního řešení vodohospodářských soustav. Takové řešení zpravidla vyžaduje výstavbu retenčních nádrží na hlavním toku i jeho přítocích obr.6.5.

Obr. 6.5 Systémy ochranných nádrží průtočných a) a bočních b) Dobrý ochranný účinek vykazují i nádrže s kombinovaným účinkem akumulačním a retenčním. Akumulační prostor může v souladu s vodohospodářským plánem nádrže přebrat částečně retenční funkci, je-li část prostoru vyprázdněna před příchodem povodně, předvídané prognózní službou nebo dispečinkem soustavy. Velké zásobní nádrže s víceletým řízením toku snižují povodňové průtoky už při plnění ve fázi vytváření akumulace vody zpravidla pro její víceúčelové využití. Podrobný rozbor problematiky nádrží je obsažen v odborné literatuře zaměřené na tuto problematiku. Ochranný účinek mají i malé vodní nádrže, jež jsou obvykle víceúčelové. Projevuje se zejména na jaře, kdy se při odtoku velkých vod zajišťuje naplnění nádrže, čímž se snižují průtoky v toku. I v případě snížení retenčního prostoru

- 62 (233) -

Úvod

malých vodních nádrží dochází při přechodu povodňové vlny nádrží ke snížení kulminace průtoků. Proto je účelné při návrhu malých vodních nádrží na tocích s malým povodím, kde mají povodňové vlny poměrně malý objem (velkou výšku, ale krátkou dobu trvání), počítat i s možností jejich ochranného využití. Pro ochranné účely se využívají i suché retenční nádrže, tzv. poldry, v nichž se občasně zachytí špičky povodňových vln. Pro poldry se vybírají území zpravidla při tocích (typ bočních nádrží), nejčastěji v bývalém inundačním území, do nichž je možno napouštět vodu při vysokých průtocích v toku a po poklesnutí povodňové vlny ji vypustit do toku. Území boční nádrže může být ohraničeno přirozeným zvýšením terénu nebo obvodovými hrázemi. Výhodou takového řešení je, že se území vybrané pro nádrž zaplavuje zpravidla jen při velkých povodních, vyskytujících se zřídka, a proto lze území hospodářsky využívat pro pěstování rostlin, jimž neškodí ani ve vegetačním období krátkodobé zaplaveni. Nevýhodou nádrží poldrového typu je, že výška jejich plnění je dána hladinou vody v toku, nejčastěji hladinou v mezihrázovém prostoru ochranných hrází, což umožňuje vytváření jen poměrně málo hlubokých nádrží; zabezpečení požadovaného objemu retence vyvolává potřebu značného plošného rozsahu poldru. Pro boční retenční nádrže lze využít i štěrkoviště, jež jsou vhodně umístěna v blízkosti toku a mají obvykle značný retenční objem. Jejich výhodou je, že se plní již od úrovně hladiny podzemní vody a nikoli od terénu, jak je to běžné při poldrech. Nevýhodou bočních nádrží je fakt, že když dojde k jejich naplnění ještě před kulminací toku, nejsou schopné dále jeho špičku ovlivnit. Ochranný účinek mají i přirozené retenční prostory, jimiž jsou např. neovladatelné retenční prostory jezer, uzavřená boční ramena toků apod.

6.4

Ochranné hráze

Ochranu zájmového území před inundacemi zejména z větších toků umožňují ochranné hráze obr.. Jsou vhodné zejména v nížinách, jak to vidíme na jižní Moravě.

Obr. 6.6 Příčný řez inundačním územím s ochrannou hrází Ochranné hráze se budují na absolutní nebo částečnou ochranu. Hráze na absolutní ochranu se navrhují na průtoky 50leté až 100leté, ve městech 200leté až 1000leté. Jsou to tzv. hlavní, zimní nebo nepřelévané hráze. Vyžadují značnou výšku anebo široké mezihrází, což je v užších údolích nehospodárné. Hráze na

- 63 (233) -


částečnou ochranu chrání území před průtoky nižší doby opakování. Jsou to tzv. vedlejší, letní nebo přelévané hráze. V některých případech byly navrhovány dvojité hrázové systémy (kombinované hráze), spočívající ve výstavbě vedlejší hráze v širokém předhrází souběžně s hlavní hrází, jež mají zachytit povodňové vody nižší doby opakování. Dosáhne se tím ochrany části předhrází, a to je pak možno zemědělsky využít. Podle polohového rozmístění hrází vzhledem k toku a k případným speciálním požadavkům ochrany se uvádějí v literatuře tyto typy hrází obr.6.7:

Obr. 6.7 Typy hrází - uzavřené hráze (a), jež se připojují oboustranně na vyšší území, čímž se vytvářejí uzavřená chráněná území, otevřené hráze (b), jež se napojují na vyšší území jednostranně, takže velké vody mohou zaplavit chráněné území zpětným vzdutím, - hráze proti zpětnému vzdutí (c), jež odbočují z hráze hlavního toku a sledují vedlejší tok do vzdálenosti dosahu zpětného vzdutí, - obvodové hráze (d), chránící osady nebo menší území, - břehové hráze, navazující bez předhrází na říční nebo jezerní břehy, - příčné hráze (e), spojující většinou podélné hráze s vyšším terénem; mají zamezit šíření záplav v případě protržení ochranné hráze Při projektování ochranných hrází se postupuje tak, že se určí průtok, proti němuž se navrhuje ochrana, trasa hrází, vzdálenost a výška hrází, materiál k výstavbě, příčný profil, způsob ochrany svahu hrází a jejich těsnění, způsob zakládání a výstavby a druh a počet hrázových objektů. Průtok, na který se mají hráze dimenzovat, se určí metodami uvedenými v hydrologických publikacích. Správné vedení trasy ochranných hrází je základním požadavkem na. jejich návrh. Převládá názor, že ochranné hráze jsou integrální součástí úprav toků a

- 64 (233) -

Úvod

tvoří základ jejich úpravy na velkou vodu, a proto má být úprava včetně návrhu ochranných hrází řešena komplexně. V souladu s tím je třeba co nejvíce respektovat při návrhu trasy hydraulické zákony pohybu vody. Odchylku od to ho to pravidla lze učinit jen tam, kde neupravené koryto pro střední vodu výrazně meandruje. V takovém případě se navrhuje plynulá trasa hráze s velkými poloměry zakřivení bez náhlých změn směru, které by vystavily hráze při velkých vodách značnému vodnímu tlaku a umožnily jejich protržení. Trasa hráze se má vyhýbat suchým ramenům, hlubokým výmolům a rašeliništím, které neposkytují pevný základ pro hráz. Hráze se většinou zřizují po obou stranách toku. V takovém případě mají být souběžné, aby následkem zúžení nevzniklo vzdutí, ledové zácpy ani příčné proudění, zpomalující odtok. Hráze podél jednoho břehu se navrhují pouze v případě výše položeného území na protilehlém břehu, kde se nejeví potřeba ochrany území hrází. Vzdálenost a výška hrází spolu úzce souvisí. Při návrhu výšky hráze se musí dbát i na to, zda se koryto toku, a zejména předhrází, bude po výstavbě hrází prohlubovat nebo zanášet. Prohlubování zvyšuje bezpečnost, zanášení ji snižuje a hráze se musí postupně zvyšovat. Zvýšení hrází si často vynucuje i požadavek vyššího stupně ochrany. Vzdálenost hrází se určuje podle velikosti průtoku, trasy a charakteru toku, zaústění přítoků, hodnoty okolního chráněného území apod. Přímo na břehu se hráze situují jen výjimečně, a to u malých toků, nebo jde-li o ochranu zvlášť důležitých území (zastavěné oblasti, průmyslové závody atd.). U toků střední velikosti nemá být vzdálenost hrází od koryta toku menší než 5 až 15 m, při velkých tocích může být i několik set metrů od koryta. Při uvážení uvedených okolností se určí nejprve vzdálenost• hrází, k níž se vypočte příslušná výška vodní hladiny pro žádanou ochranu. Vyžaduje-li tato výška příliš vysoké hráze, zvětší se jejich vzdálenost a výpočet se opakuje. Zvýšení hladiny v zahrázovaném toku lze určit za zjednodušujících podmínek podle vztahu ⎛⎛ C B ⎞2/3 ⎞ ⎟ − 1⎟ d h = h ⎜ ⎜⎜ ⎟ ⎜ ⎝ C1 b ⎟⎠ ⎠ ⎝

(6.8)

kde dh je zvýšení vodní hladiny v zahrázovaném toku (m), B - šířka inundace před zřízením hrází (m), b - šířka mezihrází (m), h - průměrná výška vody v inundaci před zahrázováním toku (m), C - rychlostní součinitel pro průtok s inundací v profilu, C1 - rychlostní součinitel pro průtok v zahrázovaném profilu. Součinitele C, C1 je možno určit ze vzorce N. N. Pavlovského nebo R. Manninga. Spolehlivější výsledek se získá rozdělením průtočného profilu před zahrázováním a po zahrázování na tři části (koryto, pravobřežní a levobřežní část) a výpočtem pro každou část zvlášť. Umožní to lepší vystižení základních - 65 (233) -


hydraulických charakteristik celého profilu, zejména rychlostních součinitelů a hloubek vody. Nedostatkem tohoto řešení je, že vychází z předpokladu neměnící se hodnoty kulminace povodňové vlny, neboť neuvažuje vliv vyloučení nebo omezení retence vody v inundačním území po výstavbě hráze. Vyloučením retence a vytvářením hydraulicky výhodnějšího průtočného profilu dochází k rychlejší kulminaci povodňové vlny a ke zvýšení kulminačního průtoku. Proto je účelné zhodnotit předpokládané změny kulminačního průtoku po výstavbě hrází a podle nich navrhovat průtočný profil i výšku hrází. Jiné metody návrhu ochranných hrází je třeba použít tam, kde je směrodatná. výška hladiny vody v mezihrázovém prostoru určena vzdutou hladinou z recipientu do něhož tok vyúsťuje. Při hrázování toků ústících do moře obr. je při návrhu výšky hrází nutno přihlédnout k výšce mořského přílivu, vlnobití a dalším faktorům ovlivňujícím režim hladin. Výška vln se však bere v úvahu i při ohrázování širších vodních toků ve vnitrozemí. Hydraulické posouzení průtočného profilu vytvořeného ohrázováním se provádí podle metod uvedených v hydraulických publikacích. Příčný průřez zemní ochranné hráze obr. je zpravidla lichoběžník nebo dvojitý lichoběžník, jehož sklon je přibližně týž na návodní i na vzdušní straně. Sklon závisí na fyzikálně mechanických vlastnostech zeminy hráze, způsobu opevnění svahu, výšce a rychlosti vody, intenzitě vlnobití atd. Pohybuje se v rozmezí 1 : 1,5 až 1 : 6, nejčastěji je 1 : 2 až 1 : 3. Mírnější sklon svahu se někdy navrhuje při chráněném území z hlediska ochrany před průsakem. U vysokých hrází se ke zvýšení stability hráze navrhují na chráněné straně lavičky. Provádějí se zpravidla s výškovým odstupňováním 2 až 2,5 m a se šířkou 2 až 4 m. Šířka koruny hráze je při nižších hrázích jen výjimečně menší než 2 m, při vyšších hrázích 3 až 6 m. Po každé hrázi má být možno pojíždět, což vyžaduje zpevnění koruny s 2 % až 3 % sklonem směrem k toku. Převýšení koruny hráze nad návrhovou hladinu vody má být u nízkých hrází 0,4 až 0,5 m, při vysokých hrázích 0,5 až 1,5 m, při nebezpečí vlnobití, přílivu apod. i více. Zejména u vyšších hrází je nutno prokázat jejich stabilitu. Řešení stability. má stanovit stupeň bezpečnosti hráze jako celku i jejích prvků (svahů, podloží aj.). Potřeba opevnění svahů hráze se posoudí podle zásad uvedených v kap.. Nejčastějším způsobem opevnění je zatrávnění. Obvykle se musí počítat s průsakem vody hrázemi a jejich podložím. Průsakové vody je nutno zachytit a odvést. Při jejich větším množství, kdy zvyšují průtok v odvodňovacích zařízeních, je nutno je uvážit při dimenzování nejen záchytných (pr1ůsakových) kanálů a drénů, ale i odvodňovacích kanálů. Velikost průsaku hrázemi i jejich podložím závisí nejen na fyzikálně mechanických vlastnostech zeminy hráze a podloží, ale - kromě jiného - na výšce a trvání vodních stavů v toku. Materiál, z něhož jsou hráze vybudovány, je většinou málo propustný nebo nepropustný, a tak se hlavní proud průsakových vod dostává do chráněného území propustnými vrstvami podloží. Velikost průsaku se určuje měřením a pozorováním nebo podle různých vzorců, jež stanoví s různou přesností hodnotu průsaku.

- 66 (233) -

Úvod

Průsak hrází založenou na propustném podloží lze přibližně vypočíst podle N. N. Pavlovského tak, že se celkový průsak se rozdělí na průsak tělesem hráze q1 a průsak podložím q2. Hodnota q1 se určí za předpokladu; že je podloží nepropustné, hodnota q2 za předpokladu, že nepropustné je těleso hráze. Průsak tělesem hráze q1 se v takovém případě vypočíst podle vztahu platných pro homogenní hráz na nepropustném podloží. Zanedbáme-li vodu na chráněné straně hráze, jež se při dobře provedených hrázích nemá vyskytnout, je q1 = K 1

H 2 − h02 2(L − m h0 )

m3s-1m-1

(6.9)

kde ho je výška výstupu depresní křivky nad základem hráze na vzdušní straně, přičemž h0 =

L L2 − H2 2 m m

m

(6.10)

L - vzdálenost vzdušní paty hráze od počátku náhradního průřezu L = n(εH + d) + b + m(H + d) ε - poměrné číslo určující svislou vzdálenost (εH) nejvyšší vodní hladiny (H) od průsečíku náhradního průřezu s návodní stranou hráze; ε = 0,24 až 0,3, K1 - součinitel hydraulické vodivosti zeminy tělesa hráze, H - uvažovaná výška vody před hrází, d - převýšení hráze nad hladinou vody (H), b - šířka koruny hráze, 1 : n - sklon návodního svahu hráze, 1 : m - sklon vzdušního svahu hráze. Hodnotu množství vody prosakující podložím lze vyčíslit takto: q2 = K 2

H D B N

(6.11)

Přičemž K2 – hydraulická vodivost podloží hráze md-1 D – hloubka nepropustného podloží B – šířka hráze v základové spáře N – součinitel závislý na B/D

- 67 (233) -


6.5

Odvodňovací čerpací stanice

Odvodňovací čerpací stanice navrhují se v případech, kdy se nemůže zajistit gravitační odvedení vody ze zájmové (chráněné) plochy. Je to nejčastěji v nížinných oblastech (nedostatečný sklon), při přečerpání vody z bezodtokých kotlin a území, z území chráněného hrázemi, z depresí po důlní činnosti a propadnutí terénu, při zakládání staveb pod úrovní hladiny podzemní vody apod. O umístění čerpací stanice rozhoduje množství vlivů a podmínek. Terénní poměry, hydrologické, hydrogeologické a základové poměry, druh odvodňovacího a přívodního zařízení, charakter recipientu, možnosti gravitačního odtoku, konstrukce a uspořádání čerpacího zařízení apod. S ohledem na polohu hlavního odvodňovacího kanálu se dělí čerpací stanice na čelní a boční, a dále na zařízení s gravitačním obtokem a bez gravitačního obtoku. Čerpaná voda se vypouští do uklidňovací nádrže oddělené od recipientu hrázovou výpustí, nebo se vyúsťuje přímo do recipientu. Při nemožnosti zásahu do konstrukce hrází se navrhuje převedení přes ochrannou hráz násoskou. Podle druhu čerpadel se rozeznávají čerpací stanice s vrtulovými, šnekovými, odstředivými aj. čerpadly. S nízkou, střední a vysokou výtlačnou výškou. Odvodňovací čerpací stanice jsou typicky nízkotlaké. Čerpadla se umísťují do krytých nebo otevřených čerpacích stanic, do speciálních sacích jímek, nebo přímo do odpadního potrubí (ponorná). Čerpadla v odvodňovací čerpací stanici jsou poháněny ve velké většině případů elektromotory. Kde je elektrická energie nedostupná pak spalovacími, parními i větrnými motory. Pro dimenzování kapacity čerpací stanice je důležité stanovení přítoku k čerpací stanici v době čerpání (Q). Pro výpočet množství čerpané vody platí vztah ⎛ 10 ϕ s ⎞ ⎟⎟ S + k h L Q = ⎜⎜ q p + qd + t 1 ⎝ ⎠

m3 s-1

(6.12)

kde qp je specifický povrchový odtok (m3 s-1 z 1 ha), qd-specifický podzemní odtok (m3 s-1 z 1 ha), t1-potřebná doba čerpání (s), s-dešťová srážka (mm) za období čerpání t1, φ-odtokový součinitel, L-délka ochranné hráze (m), h-přetlak vody v ohrázovaném toku (m), k-hydraulická vodivost hráze (m.s-1), S-odvodňovaná plocha (ha). Konstrukce odvodňovacích čerpacích stanic je značně rozmanitá; závisí nejen na čerpaném množství, dopravní výšce, době čerpání, druhu čerpacího zařízení, ale i na účelu a funkci čerpacího zařízení. Příklad uspořádání je uveden v obr.. Podle funkce se dělí odvodňovací čerpací stanice na zařízení: • na čerpání vody z podrobného odvodňovacího zařízení do kanálové sítě, • na čerpání vody do kanálové sítě vyššího řádu, • k čerpání vody z hlavních odvodňovacích kanálů do recipientu, • speciální, na čerpání vody z bezodtokých území, stavebních jímek apod.

- 68 (233) -

Úvod

Odvodňovací čerpací stanice jsou obvykle nejvýznačnějšími objekty odvodňovacích soustav, mají však také největší provozní náklady.

Obr.6.8 Šachtový typ čerpací stanice s ponorným čerpadlem Setkáváme se s nimi při plošném odvodňování zemědělské půdy obvykle povrchovou odvodňovací sítí, při odvodňování dolů, stavenišť, sídlišť, letišť atd. významem, objemovým výkonem a specifičností řešení se vyznačují zejména čerpací stanice k přečerpávání vody z odvodňovacích soustav do recipientu, ostatní čerpací stanice jsou obvykle běžně používanými studňovými (šachtovými) typy. Odvodňovací čerpací stanice se většinou navrhují na odvodňovacím zařízení jako stálé (stabilní) s pevně a trvale zabudovanou stavební i technologickou částí. Využívání polostabilních nebo mobilních čerpacích stanic je spojeno s občasnou potřebou čerpání nebo tam, kde mají dočasně zvýšit kapacitu stálé čerpací stanice, například v havarijních případech. Výkon odvodňovacích čerpacích stanic se podle účelu a podle velikosti odvodňovaného území a jeho hydrogeologických a hydrologických charakteristik pohybuje od několika l s-1 do desítek m3 s-1. Podle toho se rozlišují čerpací stanice malé (Q < 1 m3 s-1), středně velké (Q = 1 až5 m3 s-1) a velké (Q > 5 m3 s-1). Vzhledem k poměrně malé geodetické výšce (Zg < 10 m) se odvodňovací čerpací stanice obvykle klasifikují jako nízkotlaké.

- 69 (233) -


Obr. 6.9. Čerpací stanice rozčleněného typu s horizontálními čerpadly a,b, axiálním čerpadlem v horizontální poloze -c

Obr. 6.10 Čerpací stanice blokového typu s axiálním (vrtulovým) čerpadlem Podle vzájemného uspořádání stavebních a technologických prvků čerpací stanice, sací nádrže, strojovny a výtlačné nádrže včetně recipientu rozeznáváme tyto čerpací stanice: - rozčleněný typ, u něhož jsou součásti čerpací stanice, sací a výtlačná nádrž strojovna, odděleny a každá část tvoří samostatný blok a pro jejich spojení s čerpadlem je nutné sací a výtlačné potrubí (obr. 6.9)

- 70 (233) -

Úvod

- blokový typ, který je výhodný především u největších stanic, u něhož jsou sací nádrž, strojovna a výtlačná nádrž spojeny čerpadly tak, že není potřebné sací ani výtlačné potrubí. (obr. 6.10); - poloblokový typ, u něhož je sací nádrž spojena se strojovnou a čerpadlo je umístěno v této nádrži a je nutné pouze výtlačné potrubí na výtlak vody do oddělené výtlačné nádrže, popř. do recipientu (obr. 6.11). Použití jednotlivých typů závisí na možnosti vhodného situování čerpací stanice vzhledem k odvodňovacímu systému, recipientu a ochranným hrázím, na možnostech zakládání atd. U odvodňovacích čerpacích stanic se s ohledem na velká. čerpaná množství vody při poměrně malé měrné energie a obvykle použití vertikálních čerpadel navrhují především typy poloblokové a blokové. Vzhledem k umístění čerpadla, jež je ponořeno do vody sací nádrže, se tyto typy označují jako ponorné. U poloblokového typu zprostředkuje výtlačné potrubí výtlak vody do výtlačné nádrže, popř. recipientu, přes hrázové těleso. Rozčleněný typ čerpacích stanic přichází v úvahu především u malých čerpacích stanic.

Obr. 6.11 Čerpací stanice poloblokového typu s axiálním (vrtulovým) čerpadlem

6.5.1

Návrh odvodňovacích čerpacích stanic

Výběr vhodného situačního umístění čerpací stanice v odvodňovacím systému je rozhodující pro dobrou funkci a hospodárnost jejího provozu. Při požadovaném bodovém účinku čerpání se čerpací stanice umístí přímo v místě potřeby čerpání, při drenážním odvodnění v místě napojení drenážní sítě na odvodňovací kanál, tok apod., při povrchovém odvodnění při vyústění hlavního odvodňovacího kanálu do recipientu.

- 71 (233) -


Obr. 6.12 Situační řešení umístění čerpací stanice u ochranné hráze Objekt čerpací stanice je nutno umístit za těleso ochranné hráze na chráněné území tak, aby nedošlo k přerušení provozu čerpací stanice při průchodu povodně, ani při přelití hrází. Mezi budovou čerpací stanice a ochrannou hrází se doporučuje navrhnout výtlačnou nádrž. Do této nádrže vyúsťuje výtlačné potrubí čerpacích agregátů a obtoky pro gravitační odtok. Výtlačná. nádrž má i uklidňovací funkci, neboť tlumí kinetickou energii vody získanou čerpáním. Nádrž se navrhuje i pro možnost optimalizace čerpání. Nádrž je spojena s recipientem hrázovou výpustí, která zajišťuje jak odtok z nádrže, tak brání vzduté vodě v recipientu vstoupit do odvodňovacího zařízení. Vzhledem k hlavnímu odvodňovacímu kanálu může být čerpací stanice umístěna čelně nebo bočně. Při čelním umístění, kolmém na osu kanálu, směřuje přítok vody přímo do sací nádrže čerpací stanice. Pro vytvoření optimálních podmínek pro čerpání (provozní náklady) se často přívodní kanál rozšiřuje podle hydraulického posouzení. Jiné než čelní umístění, při němž je čerpací stanice na levé nebo pravé straně kanálu, se navrhuje pouze tehdy, je-li nutno ponechat volnou trasu kanálu, při velmi nízké potřebě přečerpávání, nebo při speciálních požadavcích (protipovodňová ochrana, víceúčelovost čerpací stanice, podmínky zakládání apod.).

- 72 (233) -

Úvod

Obr. 6.13 Situace čerpacích stanice a – pod hrází, b – ve hrázi, c - s uklidňovací nádrží a vzdálených hrází v - hlavní odvodňovací kanál, vtok o - obtoky pro gravitační výtok, H - hrázová výpusť, Při umístění čerpací stanice v tělese hráze se voda vede odpadním kanálem přímo do recipientu. Je-li čerpací stanice umístěna v blízkosti paty vzdušného svahu ochranné hráze, řeší se často napojení na recipient ( u menších čerpacích stanic ), výtlačným potrubím přecházejícím přes hrázové těleso. Z ohledem na čerpání při různých úrovních vody v recipientu je vhodné vézt potrubí až na úroveň průměrné výšky hladiny v recipientu. S ohledem na nutnost spolehlivého založení čerpací stanice je třeba v místě uvažovaného situování čerpací stanice provést podrobný geologický a hydrogeologický průzkum. V blízkosti toků se často nacházejí aluviální naplaveniny písků, štěrkopísků i jílovité zeminy a jejich různé kombinace, jež ztěžují zakládání. Je vhodné se vyhnout zejména zaneseným starým ramenům toků. Průzkumem se mají určit fyzikálně mechanické vlastnosti zemin, režim hladiny podzemní vody, směr jejího proudění, případný výskyt tekoucích písků apod. Účelné je založit trvalé sondy na pozorování hladiny a pohybu podzemní vody. V případě kombinovaného odpadu (volného výtoku při nízkých vodních stavech v recipientu a přečerpávání při vysokých stavech) je nutno řešit s výstavbou čerpací stanice současně i gravitační odtok vody. Tento odtok se provádí zvláštním odpadním kanálem, který obchází čerpací stanici, popř. vyúsťuje hrázovou výpustí do recipientu v jeho nízko položeném úseku, což umožňuje vzhledem k výškovým poměrům i delší dobu gravitačního odtoku.

- 73 (233) -


Obr. 6.14 Odvodňovací čerpací stanice Stretávka 1 - čerpací stanice, 2 - přívodní kanál, 3 - odpadní kanál do recipientu, 4 - hlavni odvodňovací kanál Čierna voda, 5 - rozvodna, trafostanice, 6 - přípojka elektrického vedení 22 KW, 7 - příjezdová cesta, 8 - gravitační výtok, uzávěr, vzpěrná vrata, 9 - dům strojníka, 10 - hospodářská budova Při bočním osazení čerpací stanice je účelné řešit gravitační odtok vody přímo hlavním odvodňovacím kanálem, hrázovou výpustí nebo jiným typem uzávěrového objektu. Při čelním umístění čerpací stanice je vhodné řešit výtok obtoky ve spodní stavbě čerpací stanice buď jako jednostraný, nebo oboustranný, podle velikosti možného gravitačního průtoku.V odvodňovaných rovinných územích, zejména při velké plošné výměře odvodňovacích soustav, se hlavní odvodňovací kanál navrhuje s velmi malým sklonem nivelety dna výjimečně až 0,10/00. V těchto hydraulických podmínkách je pak rozhodující pro rychlost pohybu vody v odvodňovacím kanále a jejím průtoku, snížení hladiny vytvářené čerpáním. Je třeba pečlivě zvážit návrh kanálu tak, aby svou kapacitou neovlivňoval pracovní režim vlastní čerpací stanice. V blízkosti stanice tj. v dosahu snížení hladiny je dosahován vyšší průtok než dále a voda je vyčerpávána na nižší úroveň (ze vzdálenější části kanálu nestačí přitékat) než předpokládal návrh čerpacího soustrojí. Dosahy snížení hladiny v takových to podmínkách jsou od 5 do 15 km.

- 74 (233) -

Úvod

Obr. 6.15 Půdorys spodní stavby odvodňovací čerpací stanice s obtoky a vertikálními axiálními (vrtulovými) čerpadly a s jedním agregátem na přečerpávání vody pro závlahy

Obr. 6.16 Čerpadlo pro čerpání vody při odvodňování a pro odběr závlahové vody

- 75 (233) -


V důsledku toho je žádoucí zkracovat délky hlavních odvodňovacích kanálů, přiměřeně zvětšovat jejich průtočný profil, vytvářet podmínky pro hlubší osazení sacího potrubí apod. Odvodňovací čerpací stanice se mohou využít i jako dvojúčelové, a to především na přečerpávání vody z recipientu zpět do odvodňovacího kanálu pro závlahy (kap. 6.1.6), nebo přímo do závlahového kanálu. Řešení se provádí úpravou stavebního návrhu a technologického vybavení čerpací stanice. Ve stavební části se to projeví především v návrhu možnosti oboustranného přítoku vody do sací nádrže (obr. 6.59), v technologické části osazením čerpadla s oboustrannými výtlačnými potrubími (obr. 6.60). Ta jsou vybavena uzávěry, jejichž manipulací se usměrňuje funkce čerpací stanice. V čerpací stanici lze osadit i čerpadla zajišťující pouze čerpání vody pro závlahové účely.

6.5.2

Stavební část čerpacích stanic

Odvodňovací čerpací stanice se většinou řeší jako stálé – stabilní. Čerpadla jsou umístěna v hale strojovny čerpací stanice. Čerpací stanici můžeme rozdělit jako stavební objekt na horní a spodní stavbu a související objekty, např. trafo stanice.

Obr. 6.17 Pohled na část spodní stavby ze strany výtlaku. Vpravo obtok

6.5.2.1

Spodní stavba čerpací stanice a související objekty

Spodní část čerpací stanice tvoří základy, stěny sací nádrže a obtoků, stavební konstrukce suterénu včetně stropu a stavební prvky uložení horní stavby čerpací stanice a osazení funkčních zařízení. Vzhledem k obvykle složitým základovým poměrům patří odvodňovací čerpací stanice mezi náročné stavby, jejichž zakládání je třeba řešit individuálně. Způ-

- 76 (233) -

Úvod

sob zakládání je závislý na geologických a hydrogeologických poměrech zvolené lokality. Při zakládání je nutno dbát, aby nedošlo k porušení filtrační stability prolomením základové půdy nebo sufozí, což vyžaduje injektování, popř. jiný způsob ochrany základové půdy. Základová spára budovy čerpací stanice i hrázové výpusti jsou zpravidla pod úrovní hladiny podzemní vody, proto se musí stavební jáma odvodnit. Při hlubokém zakládání lze použít zakládání na studních nebo pilotách. Půdorysné uspořádání spodní stavby je dáno dispozičním řešením a rozměry sacích nádrží a obtoků. Vtok do těchto prostorů, u běžně navrhovaného čelního umístění čerpací stanice tvoří symetricky nebo asymetricky upravené rozšíření koryta hlavního odvodňovacího kanálu. V této části se dno a svahy kanálu opevňují, nejlépe betonovým pláštěm. Rozměry a tvar sacích nádrží mají být v souladu s požadavky na umístění sacího potrubí, aby se vytvořily vhodné hydraulické předpoklady proudění vody k sacímu potrubí. Dno sací nádrže je pod úrovní dna odvodňovacího kanálu v souvislosti s požadavkem míry snížení hladiny vody pro získání dobré účinnosti dosahu čerpací stanice; jeho výškové umístění je závislé i na čerpadlech (vertikální, horizontální). K usměrnění vtoku a výtoku vody, zejména z obtoků, se navrhují pilíře. Ve vtokové části tvoří pilíře i nosnou konstrukci lávky, jež se umísťuje nad maximální hladinu vody v kanále. Lze na ni umístit i česle, čistící zařízení česlí, popř. vtokové uzávěry. Průtoková rychlost mezi česlemi se má obvykle pohybovat v rozmezí 0,3 až 1,0 m s-1. Obtok pro gravitační výtok vody tvoří obvykle krytý kanál čtvercového nebo obdélníkového průřezu, se dnem v niveletě vtokové části hlavního odvodňovacího kanálu. Je dimenzován na provedení malých průtoků kanálu při nízké hladině vody v recipientu. Při vysokých vodních stavech v recipientu se obtok na výtokové straně uzavírá tabulovým uzávěrem. K vybavení čerpacích stanic patří provizorní hrazení, jímž se dočasně uzavírají všechny prostory, v nichž mohou nastat poruchy mechanizmů a kde je nutno provádět údržbu. Hradidla se osazuji ve žlabech, vytvářených v rozdělovacích stěnách nebo v pilířích. K vyčerpání vody z uzavřených prostorů se používají přenosné čerpací agregáty (např. kalová ponorná čerpadla). Na, výtlačné straně tvoří spodní stavbu budovy čerpací stanice čelní vodotěsná betonová zeď, do níž jsou osazeny výtoky výtlačných potrubí. Výtlačné potrubí je ukončeno zpětnou klapkou (u výtlačné), nebo je napojeno přímo na recipient a ukončeno uzávěrem.

6.5.2.2

Vrchní stavba čerpací stanice a související objekty

Vrchní stavbu čerpací stanice tvoří strojovna, jež je základním dispozičním prvkem čerpací stanice, dále prostory pro elektrotechnické zařízení a provozní a skladovací účely. Strojovna čerpací stanice

Dispoziční návrh a velikost strojovny čerpací stanice závisí na počtu a umístění čerpacích agregátů na rozmístění potrubního systému a dalšího příslušenství. - 77 (233) -


Půdorysný tvar strojovny je obvykle obdélníkový, jinak, při malém počtu čerpacích agregátů. (1 až 2), bývá čtvercový, zřídka kruhový. Velikost půdorysu strojovny má umožnit přehledné a účelné rozmístění čerpacích agregátů aby byla. zajištěna jejich spolehlivá činnost, pohodlná a bezpečná obsluha a snadná montáž i demontáž agregátů. Agregáty v odvodňovací čerpací stanici se umísťují v jedné řadě vzhledem k obvykle malému počtu. Předností takového uspořádání je malá šířka budovy, a tím malé rozpětí stropní konstrukce. S ohledem na velikost půdorysu strojovny je výhodné použít vertikální čerpadla, která se napojí přímo na elektromotor. Při malé dopravní výšce je možno pro snížení hydraulických ztrát a zvýšení hospodárnosti provozu použít i čerpadla se šikmou osou. To však vyžaduje speciálně přizpůsobený návrh půdorysných a výškových rozměrů a konstrukce strojovny. Podobné požadavky na stavební řešení strojovny klade i použití šnekových čerpadel. Budova strojovny je řešena jako jednopodlažní nebo dvoupodlažní, a to podle rozmístění čerpacích agregátů a jejich příslušenství. Výškové umístění spodní podlahy strojovny se zpravidla navrhuje nad úroveň maximální vody v recipientu (úroveň koruny ochranné hráze), aby nedošlo k jejímu zatopení za havarijních stavů ani ze strany chráněného území. Není-li tento požadavek dodržen, je žádoucí realizovat ochranu strojovny přiměřenými úpravami. Výška strojovny se stanoví s ohledem na výšku montovaných částí čerpadla a na montáž pohonného stroje. Při jejím návrhu je třeba přihlížet i k potřebě a způsobu umístění zdvíhacího zařízení. Po stavební stránce může být budova strojovny řešena jako konstrukce monolitická, nověji se používají prefabrikované konstrukce (např. montovaná nosná konstrukce a obvodový plášť), u malých čerpacích stanic konstrukce s nosnými obvodovými zdmi. Stropní konstrukce může být monolitická nebo z prefabrikovaných nosných prvků. Nosnou konstrukci čerpací stanice je třeba posoudit nejen na stálé a nahodilé zatížení, ale i na dynamické účinky, vyvolané chvěním čerpacích agregátů při provozu. Je-li to možné, doporučuje se zejména při pohonu čerpadel spalovacími motory provést samostatné základy strojů., oddělené dilatačními spárami. V budově čerpací stanice, zpravidla vedle strojovny, se navrhuje místnost pro obsluhu, jež se používá též jako provozní kancelář. Instaluje se v ní ovládací, měřicí, signalizační a jiné zařízení. K vybavení čerpací stanice patří i telekomunikační, zpravidla telefonické spojení se správou provozní organizace, elektrárnou, popř. s protipovodňovou komisí. V budově čerpací stanice, zvláště u velkých stanic, má být zajištěn přívod elektrické energie ze dvou zdrojů; pokud tomu tak není, instaluje se náhradní zdroj elektrické energie - dieselagregát. O potřebě náhradního energetického zdroje rozhoduje přípustná doba přerušení čerpání vody, možnost a objem dočasné retence vody v síti kanálů, popř. v povodí, bez škodlivého účinku.

- 78 (233) -

Úvod

Obr. 6.18 Čerpací stanice se šikmými čerpadly V budově čerpací stanice má být dílna pro údržbářské práce a místnost pro uskladnění příslušného nářadí a náhradních součástí. Výhodné je spojení strojovny se suterénem. U elektrických čerpacích stanic je nutno navrhnout místnost nebo samostatný objekt pro rozvodnu a trafostanici, umístěnou v přiměřené vzdálenosti od strojovny. U čerpacích stanic s pohonem spalovacími motory se navrhují nádrže na uskladnění pohonných látek; k tomu se mohou použít i suterénní prostory čerpací stanice. Větší výška strojovny umožňuje při jejích stranách i dvoupodlažní umístění vedlejších místností. V celé čerpací stanici, zejména ve strojovně, je třeba zajistit dobré denní osvětlení velkou okenní plochou nebo skleněným výplňovým pláštěm, večerní elektrické osvětlení a účinné větrání. Při zimním provozu se nesmí opomenout možnost jejího vytápění. Součást čerpací stanice tvoří hygienické zařízení. Objekty související s čerpací stanicí

K návrhu stavební části čerpací stanice patří zejména u velkých čerpacích stanic návrh obytného domu pro strojníka, často i hospodářské budovy, garáže, dílny, sklady, přístřešky k uskladněni materiálu, součástí strojů atd. Součástí stavebních prací je výstavba příjezdové komunikace k čerpací stanici, jež má být vybudována tak, aby se dala využít již při stavbě čerpací stanice. 6.5.2.3

Technologické zařízení čerpací stanice

Hlavní část technologického zařízení čerpací stanice tvoří čerpadla a pohonné stroje. K technologickému vybavení patří potrubní systém, uzávěry různého typu, česle, zdvíhací zařízení, měřicí a signalizační zařízení, elektrické vybavení aj.

- 79 (233) -


Návrh technologického vybavení čerpací stanice je nutno řešit ve spolupráci se strojním a elektrotechnickým odborníkem a v úzkém kontaktu s příslušným dodavatelem. Čerpadla

Podle konstrukce rozlišujeme čerpadla: - hydrodynamická, k nimž patří především čerpadla odstředivá (radiální, diagonální) a axiální (vrtulová), - hydrostatická, k nimž patří např. rotační čerpadla a čerpadla s kmitavým pohybem (např. pístová), - ostatní, k nimž patří např. čerpadla šneková (závitová). U odvodňovacích čerpacích stanic se používají obvykle čerpadla hydrodynamická, především axiální (vrtulová). Jejich dobré účinnosti (η = 0,7 až 0,9) se dosahuje zejména při malé a střední hodnotě měrné energie (Y) a velkém a středním průtoku vody (Q). Dobré účinnosti axiálních čerpadel se dosahuje konstrukční úpravou oběžného kola s natáčením lopatek. Nastavení lopatek lze změnit za chodu čerpadla pomocí mechanismu, ovládaného ze strojovny. Natáčet postavení lopatek je možno automaticky, a tím se reguluje průtok čerpadly při měnící se měrné energii čerpadla, což vede k udržení jeho žádané účinnosti. Axiální čerpadla mají velký počet otáček, a proto je vhodné spojit je přímo s rychloběžným pohonným strojem, nejčastěji elektromotorem. Kromě axiálních čerpadel se v odvodňovacích čerpacích stanicích používají odstředivá čerpadla i další hydrodynamická čerpadla v různé úpravě., např. různé typy ponorných čerpadel. Vzhledem k malé dopravní výšce jsou někdy vhodná i čerpadla šneková. Návrh počtu a výkonu čerpadel závisí na velikosti a rozsahu proměnlivosti průtoku čerpadlem a na měrné energii čerpadla.

- 80 (233) -

Úvod

Obr. 6.19 Vertikální hydrodynamické čerpadlo axiální (vrtulové) Základní názvosloví a charakteristiky čerpadel. Průtok čerpadla Q (m3 s-1) je objem kapaliny dodané čerpadlem za jednotku času do výtlačného systému.

- 81 (233) -


Objemový průtok Q (m3 s-1, vedlejší jednotky m3 h-1, l s-1, l min-1) je objem kapaliny protékající daným průřezem za jednotku času. Jmenovitý průtok Qn (m3 s-1) je průtok čerpadlem, na který je čerpadlo konstruováno při jeho optimální účinnosti, jmenovitých otáčkách (nn), jmenovité energii (Y n), jmenovité hustotě kapaliny (ρn) a její jmenovité viskozitě (νn).

Obr. 6.20 Šnekové čerpadlo Měrná energie ěerpad1a Y (J kg-1) je energie dodaná čerpadlem jednomu kilogramu čerpané kapaliny; rovná se přírůstku měrné energie mezi vstupním a výstupním průřezem čerpadla. 6.5.2.4

Pohony čerpadel

Hospodárnost provozu čerpacího agregátu je úměrná nejen účinnosti čerpadla, ale i činnosti pohonného stroje. V odvodňovacích čerpacích stanicích se čerpadla pohánějí především elektromotory, popř. spalovacími motory. V oblasti s příznivými větrnými poměry i větrná kola a větrné turbíny - Holandsko. Z elektromotorů se téměř výhradně uplatňují asynchronní třífázové motory na střídavý proud. Jsou jednoduché, provozně bezpečné, nenáročné na obsluhu a údržbu. Umožňují okamžitou pohotovost s automatizací provozu čerpací stanice. Zajišťují vysokou kulturnost pracovního prostředí. Při správné volbě jejich velikosti a typu se vyznačují dobrou účinností (η = 0,8 až 0,9). Elektromotory se montují s čerpadlem na společné hřídeli, v odvodnění zpravidla vertikální, zřídka šikmé. V nově budovaných zařízeních se používají často elektronicky ovládané a regulované motory. 6.5.2.5

Potrubní soustava

Potrubní soustava se skládá ze sacího a výtlačného potrubí s příslušenstvím.

- 82 (233) -

Úvod

Návrh soustavy je závislý na způsobu vzájemného uspořádání a návaznosti základních stavebních a provozních prvků čerpací stanice. Potrubní soustava se

navrhuje

Obr. 6.21 Informativní minimální vzdálenosti pro umístění sacího potrubí tak, aby byla co nejjednodušší, krátká, s malým počtem tvarovek a přístupná pro opravy. Sací potrubí se má provézt jako vzduchotěsné a má být vedeno tak, aby při provozu nevznikaly prostory zaplněné vzduchem, jež by mohly způsobit nerovnoměrnost chodu čerpadla. Není-li sací potrubí vertikální, má mít plynulé stoupání k čerpadlu v minimálním sklonu 5 %. Průtoková rychlost se doporučuje podle průměru u sacího potrubí 1,0 až 1,5 m s-1, při malé sací výšce až 2,0 m s-1, u výtlačného potrubí 1,2 až 2,0 m s-1, výjimečně 3,0 m s-1. Vtok do sacího potrubí zajišťuje vtokový element, jímž je sací nebo vtokový koš, sací zvon apod. Vnikání vzduchu do sacího potrubí se zabraňuje tím, že je dolní okraj vtokového elementu ponořen pod nejnižší hladinou vody v sací nádrži (obr. 6.76a). Hloubka ponoření je podle průtokové rychlosti v sacím potrubí 0,5 až 1,0 m. Vzdálenost dolního okraje vtokového elementu ode dna sací nádrže je minimálně 0,3 m, jinak asi 0,3Dk, je-li Dk průměr sacího koše. V případě sacího zvonu (obr. 6.7Gb) je tato vzdálenost asi 0,5Dn, je-li Dn = 1,3 až 1,5D (kde Dn je průměr dolního okraje sacího zvonu, D je průměr sacího potrubí). V závislosti na průměru sacího potrubí je nutno zvolit i vzdálenost umístění potrubí od stěny sací nádrže, minimální vzdálenost je 1,5Dn(Dk). Při větších průměrech výtlačného hrdla čerpadla (nad DN 500) se doporučuje pro každé čerpadlo samostatné výtlačné potrubí. Při jeho menších průměrech je možno

- 83 (233) -


počítat výjimečně s paralelní činností čerpadel do společného výtlačného potrubí. Sací a výtlačné potrubí je sestaveno z přírubových nebo svařovaných kovových trub. Výjimečně lze použít i betonové a železobetonové potrubí. V takovém případě je nutno zvýšit u sacího potrubí vzduchotěsnost vnitřním těsněním. Při návrhu konstrukce potrubí je nutno posoudit i možnost nerovnoměrného sedání, potřebu vložení kloubů, opěr apod. Součástí potrubní soustavy jsou uzávěry, nejčastěji šoupátkové, umístěné především na výtlačném potrubí. Na výtoku výtlačného potrubí jsou zpravidla osazeny koncové zpětné klapky. Uzávěry jsou na ruční nebo mechanický pohon. Ztrátová měrná energie Yz (úměrná ztrátě výšky, resp. tlaku), potřebná k překonání hydraulických ztrát při průtoku potrubím, se vypočte jako součet ztrát třením po délce a místních ztrát. Více o čerpacích stanicích a jejich návrhu uvádí specializovaná literatura.

6.6

Podrobné odvodňovací zařízení

Na území, které je zamokřeno převážně povrchovou vodou, lze dosáhnout vyhovujícího odvodňovacího účinku již výstavbou hlavních odvodňovacích zařízení. Takového výsledku dosáhneme především v členitém území s propustnými půdami, kde povrchová a podpovrchová voda odtéká do odvodňovacích kanálů, jimiž je odváděna. Aby bylo odvodnění opravdu účinné, je však většinou nutno navrhnout podrobnou odvodňovací síť, jejímž úkolem je upravit vodní a vzdušný režim půdy na žádaný stav. Podrobná odvodňovací zařízení jsou určená k zachycení a odvedení vnějších a vnitřních povrchových a podpovrchových vod, které způsobují v zájmovém území zamokření. Zařízení podrobného odvodnění (odvodňovací detail) se dělí podle způsobu provedení a použité technologie do těchto skupin: • biologická, využívající příznivých vlastností vegetace ke snížení zamokření, stabilizaci krajiny apod., • technická, která pomocí technických prostředků, staveb a zařízení regulují vodní režim, • hydropedologická, zaměřená na vytvoření optimálních podmínek k intenzivnímu vsaku do půdy a převedení do hlubších horizontů. • kombinovaná opatření, využívající kombinace jednotlivých výše uvedených způsobů. Nejčastější odvodňovací zařízení v intenzivně využívané kulturní krajině jsou zařízení technická: • záchytné příkopy, záchytné drény, odvodňovací příkopy jednotlivé i plošné soustavy, • horizontální sporadická drenáž, pramenné jímky apod.,

- 84 (233) -

Úvod

• horizontální plošná (systematická) trubková drenáž, • vertikální drenáž různého uspořádání. 6.6.1

Příkopové odvodnění

Příkopové odvodnění se navrhuje s ojedinělými příkopy nebo soustavou sběrných a svodných příkopů: • pro rychlé odvedení povrchových vod, tuto funkci plní záchytné příkopy, • k odvodnění při nedostatečné hloubce recipientu a malém sklonu odvodňovaného území (do 0.1%), • v územích s výskytem podzemních vod s vysokým obsahem sloučenin železa, • při odvodňování lesních půd v inundacích řek (lužní lesy apod.) a při odvodnění svážných území, • při odvodňování dna rybochovných nádrží před odbahňováním, • jako dočasné zařízení na zachycení a rychlé odvedení vody. Sběrné i svodné příkopy se navrhují v příčném profilu lichoběžníkové. Minimální rozměry těchto příkopů jsou: min. šířka dna 0,4 m, sklony svahů 1:1 až 1:2, minimální hloubky 0,6, v minimálním sklonu u sběrných příkopů 0,1%, u svodných 0,6%. Rozchod sběrných příkopů se stanoví početně na základě všech potřebných podkladových vstupních údajů. V praxi se rozchody sběrných příkopů navrhují orientačně v rozsahu: u luk a pastvin v rozmezí od 30 do 60 m, u orné půdy v rozmezí 30 až 40m. Délka se pohybuje od 200 do 300m při sklonu nad 0,3%, při umělém sklonu max. 150 m. Délky svodných drénů mohou dosáhnout i řádu kilometrů. Rozchod příkopů Lp lze též navrhnout podle různých empirických vzorců. Podle Kostjakova můžeme stanovit rozchod příkopového odvodnění takto: LP =

(

0,5 C t 2 q 0, 75 + 4 vi1 q

)

m

(6.12)

kde C - součinitel závislý na drsnosti a sklonu

C= m I

m – stupeň drsnosti území, m = 87/γ, nebo podle Čerkesova I - sklon odvodňovaného území, t -požadovaná doba trvání povrchového odtoku po ukončení deště (h), q povrchový odtok (mm h-1), určený jako q = (is - vi) is je intenzita deště (mm h-1), vi - průměrná rychlost infiltrace deště (mm h-1)

- 85 (233) -


vi1 - průměrná rychlost infiltrace po ukončení deště (mm h-1). Tab. 6.1. Hodnoty stupně drsnosti (n, γ, m) podle A. A. Čerkasova n

γ

m

obdělávané pole s brázdami po spádnici

0,05

1,0-1,5

87,0-58,0

rovný urovnaný povrch bez travniho porostu

0,08

1,5--2,0

58,0--43,5

oranice (dobře obdělaná) bez brázd

0,125

2,5--3,5

34,8-24,85

pole zarostlé rákosím

0,2

3,0--4,0

29,0-21,75

pole zarostlé mechem

0,5--0,8

5,0-6,0

17,4-14,5

přir. louky, pastviny s nízkou pokosenou trávou

0,8-0,9

6,0-8,0

14,5-10,88

0,3

4,5

19,33

Charakteristika povrchu půdy při pohybu vody v tenké vrstvě

vysévané trávy a zemědělské plodiny přirozené louky a pastviny

0,9-1,0

hrbolatá půda

1,0-2,0

8,0-10,0 10,88-8,7 10,0-15,0

8,7-5,8

Při vhodných odtokových poměrech lze hodnotu Lp zvětšit o 20 až 40 %. Při odvádění příkopy i podzemní vody lze v případě ustáleného proudění vypočítat rozchod odvodňovacích příkopů za předpokladu, že zásobení půdního profilu srážkovou vodou je konstantní, odtok vody se rovná tomuto zásobování a že dno příkopu je na nepropustném podloží, podle S. B. Hooghoudta.

Obr. 6.22. Schéma pro výpočet rozchodu odvodňovacích příkopů podle S. B. Hooghoudta - dno příkopu na nepropustném podloží

LP =

(

4 K h 2 − h02 q

)

m

(6.12)

kde K je součinitel hydraulické vodivosti (m d-1), h, ho - vyplývá z obr. 6.21 (m), q - odtok = infiltrace (m d-1). V případě hluboko ležícího nepropustného podloží (obr. 6.23) lze určit rozchod příkopů ze zjednodušeného vzorce S. B. Hooghoudta

- 86 (233) -

Úvod

LP =

8 K De (h − h0 ) q

m

(6.13)

kde De je mocnost tzv. ekvivalentní (aktivní) půdní vrstvy (m), De = f(Dp, Lp, ro), Dp je vzdálenost dna příkopu od nepropustného podloží (m), ro - poloměr drénu (m).

Obr. 6.23 Schéma pro výpočet rozchodu odvodňovacích příkopů podle S. B. Hooghoudta nepropustné podloží pod úrovní dna příkopů Příčný profil odvodňovacího příkopu lze vyjádřit jako ekvivalentní hodnotu profilu drénu o poloměru ro vztahem ro = 0,318B - 0,394ho nebo ro = 0,318b + 0,880ho Uvedené vztahy platí za předpokladu, že sklon svahů je 1 : 2, b je šířka. dna odvodňovacího příkopu, B je šířka hladiny vody v příkopu při hloubce ho. Hodnoty De se určí z tabulek nebo grafů. Poněvadž je při velké hustotě odvodňovacích příkopů značně omezována mechanizace, doporučuje se nahradit trvalé otevřené příkopy otevřenými dočasnými příkopy, zakrytými příkopy nebo mělkými osetými příkopy s mírným sklonem svahů. Délka sběrných příkopů je určena rozchodem svodných příkopů. Pohybuje se zpravidla v rozpětí 100 až 300 m; kratší sběrné příkopy se navrhují zejména. v nížinných oblastech, kde je někdy nutno použít umělý sklon.

- 87 (233) -


Obr. 6.24 Krytý příkop Kryté odvodňovací příkopy k odvedení povrchových vod se navrhují jako drenážní rýhy, hluboké 0,6 až 1,0 m. Na dno rýhy se uloží drenážní trubky (obr. 6.24) a zasypou se vrstvou štěrku, na níž se vytvoří hrubý štěrkový filtr, a povrch se pokryje zeminou. Klasické filtrační materiály lze nahradit např. geotextílií. Délka krytého příkopu se navrhuje 100 až 300 m; sklon 1 až 20/00 Rozchod se řídí sklonem a napojeným odvodňovacím zařízením; pohybuje se od 20 do 200 m. Odvodnění otevřenými příkopy je výhodné pro rychlé odvedení povrchové vody, pro přehlednost, přístupnost a nižší stavební náklady ve srovnání s drenáží. Lze je navrhnout i při malém sklonu území. V suchých obdobích je lze využít i jako závlahové zařízení. Odvodňování příkopy má však i značné nedostatky. Největší spočívají v tom, že příkopy zabírají mnoho obdělávatelné půdy, rozdrobují pozemky, čímž ztěžují obdělávání a dopravu. Příkopy je nutno soustavně udržovat a čistit. Vyžadují zřízení velkého počtu přejezdných objektů a propustků. Návrh odvodnění otevřenými příkopy je možno proto doporučit pouze tam, kde je nutno rychle odvést povrchovou vodu, v území s malým sklonem, především na lukách a v lesích, při odvodňování málo hodnotných půd, rašelinišť a jako protierozní opatření. - 88 (233) -

Úvod

6.7

Horizontální drenáž

6.7.1

Základní pojmy

Horizontální drenáž je nejpoužívanějším způsobem podzemního odvodnění. Skládá se z drénů, jež jsou položeny přibližně rovnoběžně s povrchem odvodňovaného území nebo v umělém sklonu. Pro odvodnění souvisle za.mokřené plochy se používá drenáž plošná (systematická), pro odvodnění menších, ojediněle zamokřených ploch a pro odvedení vody z pramenních vývěrů. a terénních depresí drenáž ojedinělá (sporadická), jež může tvořit i nepravidelnou drenážní síť . Základním odvodňovacím prvkem horizontální drenáže je drén, sbírající a odvádějící vodu ze zamokřeného prostředí. Působí buď ojediněle, nebo je součástí plošné drenáže. Zpravidla je vytvořen z trubek vyrobených převážně z pálené hlíny nebo plastů (trubkový drén). V menší míře se používá drén krtčí, vytvořený drenérem krtčího pluhu. Jeho stěny jsou zhutněny a zpevněny rozšiřovačem (krtčí drén nezpevněný) nebo jsou vyztuženy plastovou fólií (krtčí drén fóliový). Trubkové a krtčí drény tvoří drenáž trubkovou a krtčí. Výjimečně se používá drén kamenný, dřevěný, zemní a rašelinný. Hlavní hydraulickou funkci v drenážní síti plní sběrný drén, sbírající přebytečnou vodu z okolního zamokřeného prostředí. Je vyústěn do svodného drénu, do otevřených odvodňovacích zařízení nebo přímo do recipientu. Svodný drén odvádí vodu z drenážní skupiny do dalšího svodného drénu nebo přímo do odvodňovacího kanálu nebo recipientu. Sběrné a svodné drény s drenážními objekty patřícími k jedné drenážní výusti nebo k jednomu zaústění do trubního odvodňovacího kanálu tvoří drenážní skupinu. Nejmenší vodorovná vzdálenost dvou sousedních trubkových drénů se nazývá rozchod drenáže L. Vzhledem k největšímu sklonu odvodňovaného území může být sběrný drén veden napříč (drén příčný) nebo podélně (drén podélný), popř. v rovinných územích v umělém sklonu. Vzniká tak drenáž příčná a drenáž podélná. Pro odvodňování velmi sklonitých zamokřených pozemků se používá drenáž protisměrná; střídá-li se směr svodného drénu pod ostrým úhlem a. sběrné drény jsou do něho zaústěny protisměrně, nazývá se drenáž blesková. Pro ochranu plošné drenáže před zarůstáním se zřizuje ochranný drén, vedený podél stromořadí, keřů apod. Záchytný drén slouží k zachycení vnějších vod nebo liniového pramenního vývěru podzemní vody. Je-li veden po obvodě odvodňovaného území nebo jeho části, jde o drén obvodový. K zajištění odvodňovací funkce horizontální drenáže slouží drenážní objekty. Patří mezi ně drenážní šachtice, drenážní výusti a pramenní jímky. Drenážní šachtice umožňují soutok několika svodných drénů, kontrolu funkce drenáže, překonání výškových terénních rozdílů, údržbu drenáže, provzdušování, popř. i regulaci hladiny podzemní vody. Drenážní výusť zajišťuje vyústění horizontální drenáže do povrchových odvodňovacích zařízení nebo přímo do povrchového recipientu. K zachycení bodového pramenního vývěru slouží pramenní jímka.

- 89 (233) -


Obr. 6.25 Pramenné jímky, kótováno v cm podle Jůvy Horizontální trubkovou drenáž lze mechanizovaně provádět bud výkopovou technologií hloubením drenážní rýhy se současným nebo dodatečným kladením drenážních trubek, nebo bezvýkopovou technologií bez hloubení otevřené drenážní rýhy. K zvýšení hydraulické účinnosti drenážního potrubí a k jeho ochraně před zanášením zeminnými částicemi a sloučeninami železa je třeba provádět zvláštní opatření, zejména drenážní filtry.

6.7.2 6.7.2.1

Navrhování horizontální drenáže Situační řešení

Obtížnost situačního návrhu systematické horizontální drenáže závisí na orografických poměrech odvodňovaného území. Při odvodňování rovinných území by měla být drenážní síť pravidelná, ortogonální, se směrovou návazností sběrných i svodných drénů. Ve sklonitých územích je třeba respektovat konfiguraci terénu a svodné drény vést nejnižšími místy území. Voda z odvodňovaného území musí být odvedena drenážní sítí nejkratším směrem k drenážní výusti. Přechodů svodných drénů přes silnice, železnice, polní cesty, vodní toky, kanály, vodovody, plynovody, ropovody, kanalizaci, kabelová vedení apod. má být navrženo co nejméně. Uvedená zařízení mohou křižovat jen svodné drény.

- 90 (233) -

Úvod

Obr. 6.26 Drenáž a) příčná, b) podélná. c) blesková

Při situačním řešení horizontální systematické trubkové drenáže je nutno, vzhledem k vysoké hydraulické účinnosti, dávat přednost návrhu příčné drenáže. Pouze při sklonu povrchu odvodňovaného území v rozmezí 3 až 100/00 je možno navrhnout drenáž podélnou. V rovinných územích o sklonu menším než 3°/00 je nutno uvažovat trubkovou drenáž o umělém sklonu drenážního potrubí. Proti8měrná drenáž přichází v úvahu při sklonech odvodňovaného území nad 100 °/00' Velikost drenážních skupin je dána orografickými poměry odvodňovaného území, . maximální hloubkou drenážní rýhy podle použitého drenážního stroje a kapacitní možností použitého drenážního potrubí, kterou je možno zvýšit - 91 (233) -


souběžným vedením dvou svodných drénů ve vzdálenosti rozchodu drenáže (do jedné drenážní rýhy nelze pokládat dvě drenážní potrubí).

Obr. 6.27 Situační řešení drenáže v rovinatém terénu Návrh situace drenáže musí respektovat územní celky stejného hydropedologického charakteru (vymezené vyhodnocením podrobného hydrogeologického a hydropedologického průzkumu) a oblasti stejného hydraulického režimu proudění vody v pórovitém prostředí, vyžadujícím odvodňovací zásah. Z hlediska mechanizovaného provádění systematické trubkové drenáže je třeba navrhovat jednostranné zaústění sběrných drénů, do drénu svodného a v nevyhnutelných případech uvažovat dva svodné drény souběžné. V odůvodněných případech je možno zaúsťovat sběrné drény do svodného drénu i oboustranně. Trubkový drén působí hydraulicky do 1/2 rozchodu L, konec drénu do vzdálenosti 1/4L (obr. 7.4). Je-li drén veden souběžně s otevřeným odvodňovacím kanálem nebo odvodňovacím příkopem o hloubce rovné nejméně hloubce drénu, uloží se ve vzdálenosti rozchodu L od přilehlé břehové čáry . Při souběžném vedení trubkového drénu a krytého trubního odvodňovacího kanálu se navrhuje vzdálenost jejich os 1/2L. Podél stromořadí se vede ochranný trubkový drén ve vzdá.lenosti asi 20 in, podél křovin ve vzdálenosti 15 m. Zásyp jeho drenážní rýhy se provádí ze štěrkopísku, granulované škváry apod. Při použití drenážního potrubí z pálené hlíny se provádí tzv. páskování spár mezi drenážními trubkami pruhem dehtované lepenky o šířce 100 mm, namočeným v cementovém mléce.

- 92 (233) -

Úvod

Zaústění sběrných drénů do drénu svodného je v rovinných územích ortogonální, ve sklonitých terénech je minimální přípustný úhel zaústění 300. Napojení sběrného a svodného drénu závisí na druhu drenážního potrubí a případném použití tvarovek . Vyústění drenážní skupiny do odvodňovacího kanálu se provádí v drenážní výusti. Dno vyústění drenážní trubky musí být minimálně 0,20 m nade dnem otevřeného odvodňovacího kanálu nebo recipientu (0,30 m při výrazném usazovacím procesu v korytě), avšak vždy nad hladinou 210denní vody. Vyústění drenážní skupiny do trubního odvodňovacího kanálu se vždy provádí v šachtách.

Obr. 6.28 Drenážní výletě, kótováno v cm podle Jůvy Svodné drény

Trasa svodných drénů se navrhuje v co nejdelších přímkách. Při odvodňování rovinných území tvoří svodné drény pravidelný ortogonální systém se směrovou návazností. Ve sklonitém území je třeba respektovat konfiguraci terénu a svodné drény vést nejnižšími místy v přímkovém polygonu. Délka svodných drénů je limitována maximální hloubkou provádění trubkové drenáže v závislosti na typu použitého drenážního stroje a kapacitní možnosti příslušného drenážního potrubí. Tento kapacitní limit je možno zvýšit vedením souběžného svodného drénu ve vzdálenosti rozchodu drenáže L. V trasách svodných drénů je třeba navrhnout drenážní šachtice, sloužící hlavně pro kontrolu, údržbu a napojování jednotlivých drenážních skupin. V zásadě má být každá drenážní šachtice umístěna tak, aby splňovala co nejvíce požadovaných účelů. Svodné drény o větších délkách musí být rozděleny drenážními šachticemi na úseky maximální délky 400 m a v půdách, v nichž je nebezpečí zanášení drenáže, na úseky maximální délky 200 m. Při použití tlakového drenážního hydročističe pro údržbu drenážního potrubí je třeba navrhnout drenážní šachtice v maximální vzdálenosti 200 m. Drenážní šachtice by měly být v drenážní skupině navrženy rovnoměrně. Umístění speciálních druhů drenážních šachtic je dáno jejich účelem (šachtice spadištní, provzdušovací, regulační apod.). Hloubka svodného drénu je dána hloubkou zaústěných sběrných drénů (napojení vrchní nebo úrovňové) a je ovlivněna orografickým charakterem odvodňo-

- 93 (233) -


vaného území, zejména při nutnosti návrhu minimálního umělého podélného sklonu v rovinných územích, a výškovými ztrátami v drenážních šachticích. Minimální krytí svodného drénu, jež přichází v úvahu v úseku před drenážní výustí, činí 0,70m. Nejmenší průměr svodného trubkového drénu se určí na jeho konci zpravidla podle průměru sběrných drénů jako nejblíže vyšší vyráběný průměr. Nejmenší průměrná průřezová rychlost vody ve svodných trubkových drénech při výpočtovém drenážním odtoku nesmí při odvodňování málo propustného pórovitého prostředí klesnout pod 0,2 m s-1, v ostatních případech a v podmínkách nebezpečí zanášení sloučeninami železa pod 0,3 m s-1. Největší průřezová rychlost činí u drenážního potrubí z pálené hlíny 1,5 m s-1, v případě použití plastového drenážního potrubí (PVC, PE) 2,0 m s-1. Při překročení uvedených maximálních rychlostí je třeba zajistit stabilitu drenážního potrubí (příčné prahy, ochranné filtry apod.). Minimální podélný sklon svodných trubkových drénů činí pouze ve výjimečných případech může klesnout pod tuto hodnotu (např. při odvodňování málo propustného prostředí při průměru drenážního potrubí nad 100 mm může klesnout až na 1 0/00). Křížení a souběhy svodného trubkového drénu s komunikacemi a, podzemními vedeními (vodovody, plynovody, ropovody, kanalizace, kabely apod.) je přípustné. Sběrné drény

Délka příčných sběrných trubkových drénů nemá přesáhnout 150 m, ojediněle (zpravidla v nepravidelných rozích odvodňovaného území) 200 m, délka podélných sběrných drénů nemá být větší než 120 m, ojediněle 150 m. Maximální délka sběrných trubkových drénů v umělém podélném sklonu činí 100 m, stejně jako při nebezpečí zanášení drenážního potrubí sloučeninami železa. Sběrné trubkové drény musí být rovnoběžné a ve vzdálenosti rozchodu drenáže L, který nemusí být v drenážní skupině jednotný. Rozchody a hloubky sběrných trubkových drénů se určují výpočtem, nebo z grafů. Minimální hloubka sběrného trubkového dránu činí na jeho konci 0,7 m (v případech umělého podélného sklonu v rovinných územích). Průměr trubek sběrných drénů zpravidla odpovídá nejmenším vyráběným průměrům (u drenážních trubek z pálené hlíny je světlost 50 mm, u flexibilního drenážního potrubí z PVC je vnější průměr 50 mm a u hladkého potrubí z PVC je vnější průměr 40 mm). Při zvýšeném nebezpečí zanášení drenážního potrubí se uvedené průměry obvykle zvětšují na nejbližší vyšší vyráběný průměr. Optimálni podélný sklon sběrných trubkových dránů se pohybuje v rozmezí 10 až 200/00. Minimální sklon podélných sběrných trubkových drénů činí 3°/00, v ostatních případech (včetně nebezpečí zanášení) 5 0/00. Materiály, druhy a konstrukce drénů. Podle použitého materiálu rozeznáváme drény z pálené hlíny, plastů (PVC, PE), betonu, dřevěné, kamenné apod. Dřevěné a kamené drény netvoří na rozdíl od ostatních materiálů kruhové trubky. Trubky se vyrábí v různých délkách a celé škále průměrů. V současné době jsou nejpoužívanějším materiálem plast. Drenážní trubky z plastů se vyznačují řadou významných vlastností. Lehkostí, hladkostí, pružností, dobrým odvodňovacím účinkem a možností mechanizace ukládání. K výrobě se používá po-

- 94 (233) -

Úvod

lyvinylchlorid (PVC), polyetylén (PE) aj. Nejužívanější jsou trubky z PVC. Vyrábějí se trubky hladké, vlnité - flexibilní tab.2.6 a fóliové. Tab. 6.2 Základní parametry flexibilních drenážních trubek z plastů Vnější průměr D (mm) 50 65 80 100 125 140 160 200 Dovolená tolerance D (mm) + 0.5 až -1.5 + 0.5 až - 2.0 Délka spojky (mm) 70 90 90 120 150 150 200 200 Záchytné drény

Hlavním hydraulickým účelem záchytného, zpravidla obvodového trubkového drénu je zachycení a odvedení vnější podzemní vody, přitékající do odvodňovaného území obvykle z přilehlého sklonitého území. Hydraulická účinnost záchytného drénu závisí především na hloubce nepropustné vrstvy. Nepřesahuje-li hloubka nepropustné vrstvy 2,5 m, je možno založit záchytný drén až na její povrch. Minimální světlost drenážního potrubí činí u záchytného drénu 80 mm, minimální šířka dna drenážní rýhy se uvažuje 400 mm. Při intenzívním přítoku vnějších podzemních vod je vhodné zřídit na boku drenážní rýhy, přilehlém k odvodňovanému území, jílovou nepropustnou clonu nebo použít nepropustnou fólii z plastu. Drenážní rýhu je třeba zasypat vhodným stabilním propustným materiálem, nejlépe až k povrchu území, aby záchytný drén zachytil i vnější povrchové vody. Mezní rychlosti vody a minimální podélné sklony drenážního potrubí se uvažují stejné jako u svodných trubkových drénů. 6.7.2.2

Dimenzování trubkové drenáže

Cílem dimenzování drenážní sítě je určení míst změn průměrů vyráběného drenážního potrubí. Dimenzovat se začíná od konce trubkového drénu, kde se zpravidla vychází z minimálního průměru vyráběného drenážního potrubí příslušného druhu. Dimenzování horizontální trubkové drenáže se provádí za předpokladu průtoku vody v trubkových drénech o volné hladině, i když drenáž může být v mimořádných případech krátkodobě pod tlakem podzemní vody. Systematická trubková drenáž se dimenzuje na návrhový specifický drenážní odtok qd, ojedinělé drény se dimenzují na množství odváděné vody v závislosti na vydatnosti pramenního vývěru. Plošnou jednotkou pro dimenzování systematické trubkové drenáže je drenážní skupina, v níž se dimenzují jen svodné drény. Sběrné drény mají v celé délce jednotný průměr a, není třeba je dimenzovat. Hledaná místa změn průměrů použitého drenážního potrubí odpovídají naplnění celého kruhového průtočného profilu vodou o volné hladině. Je to místo, v němž končí kapacitní možnosti použitého průměru trubkového drénu pro odvedení příslušného množství vody v daných podmínkách a je třeba nahradit tento průměr nejblíže vyšším vyráběným průměrem. Při dimenzování trubkové drenáže je třeba respektovat návrhová kritéria, zejména extrémy průřezových rychlostí vody v trubkových drénech a limity podélných sklonů drenážního potrubí.

- 95 (233) -


6.7.2.3

Průtok vody trubkovým drénem

Hydraulické řešení drenážního potrubí je komplikováno řadou zvláštností drenážních potrubí, k nimž patří zejména druh a materiál drenážních trubek a způsob jejich spojování, složitý hydraulický charakter vstupu vody spárami nebo vtokovými perforačními otvory do drénu, zanášení drenážních trubek vyplavenými částicemi a sloučeninami železa. Fyzikálně velmi složitá je oblast pro vstup vody do drenážního potrubí, jejíž hydraulický účinek závisí na použité technologii provádění trubkové drenáže, drenážních filtrech apod. V drenážním potrubí dochází k nestacionárnímu proudění vody, jež se doposud nepodařilo pro praxi uspokojivě vyřešit. Z uvedených důvodů se při dimenzování drenážního potrubí vychází z předpokladu ustáleného rovnoměrného průtoku vody v infinitezimálně krátkém úseku trubkového drénu, v němž dojde k průtoku plným kruhovým průřezem a v němž tedy končí schopnost daného potrubí odvodňovat a je třeba nahradit tento průměr drenážním potrubím o větším vyráběném průměru. Základní průtoková rovnice má v uvedeném infinitezimálně krátkém úseku drénu známý tvar. Q=S v=

π D2 4

C R a ieb

m3 s-1

(6.13)

S – průtočná plocha průřezu drénu v – střední průřezová rychlost D – vnitřní průměr drénu C – rychlostní součinitel R – hydraulický poloměr ie – sklon hladiny, pro ustálené proudění roven sklonu dna drénu a,b – parametry závislé na druhu potrubí J. Říha z ČVUT doporučuje pro potrubí z pálené hlíny na základě experimentálního výzkumu vztah pro rychlost v = 40,566 D 0,74 ie0,505

m s-1

(6.14)

Podle P. Kabiny a V. Tlapáka pro flexibilní a hladké potrubí z PVC platí hodnoty: Flexibilní drén

v = 75 R 2 / 3 ie1 / 2

m s-1

(6.15)

m s-1

(6.16)

Hladké potrubí z PVC v =110 R 2 / 3 ie1 / 2

Prakticky se však při dimenzování svodného drénu – hledání místa v němž dojde k vyčerpání kapacity potrubí vychází z drenážního odtoku qd a odvodňované plochy. Q = Sp qd

m3 s-1

(6.17)

K tomuto průtokovému množství je nalezen příslušný průměr drénu. Za tímto účelem bylo sestrojeno mnoho pomůcek jako jsou nomogramy a grafy.

- 96 (233) -

Úvod

6.7.2.4 Návrhové parametry trubkové drenáže V nasyceném pórovitém prostředí, ve kterém je vytvořen systém pravidelných hydraulických propadů – drénů, kterými odtéká voda proudící k těmto drénům, lze tento jev popsat jako drenážní proudění. Toto proudění může být teoreticky ustálené – stabilní depresní plochy a průtok, nebo neustálené, při kterém dochází ke změně polohy depresních ploch – snižování, a průtoku. Ve skutečnosti se v reálném prostředí jedná většinou o transientní proudění, při kterém dochází k obousměrnému pohybu depresních ploch a přírůstku a úbytku průtoku. V běžné odvodňovací praxi vystačíme s výpočtem pro ustálený a neustálený stav. Důležitou okrajovou podmínkou pro výpočty je stanovení propustnosti vrstvy a její porovnání s okolními. O propustných vrstvách hovoříme při hodnotě hydraulické vodivosti K = 0,1 m d-1 a efektivní drenážní pórovitosti Pd = 2% obj. Jestliže odvodňované prostředí je zvrstvené použijeme pro posouzení nepropustnosti transmisibilitu a Van Hoornovo kritérium. Transmisibilita se vyjádří jako součin mocnosti vrstvy a její hydraulické vodivosti. Van Hoornovo kritérium říká, že vrstva je nepropustná, jestliže má 10x menší transmisibilitu než vrstva sousední. Ustálené drenážní proudění umožňuje řešit rozchod a hloubku drenáže za použití základních podmínek potenciálního proudění – Laplaceovy rovnice.

V praxi se však používají k výpočtu mnohé modelové metody vycházející z laboratorních pokusů a zjednodušujících předpokladů.

Obr. 6.28 Schéma pro určení rozchodu drenáže při ustáleném drenážním proudění

- 97 (233) -


Základním předpokladem pro řešení modelů je stanovení směru proudění a její převládající složky – horizontální, vertikální a radiální. Toto stanovení vychází z polohy nepropustné vrstvy vzhledem k drénu. 1. Drenáž je založena v blízkosti nepropustné vrstvy a převládá horizontální složka proudění, depresní plocha je eliptická. 2. Nepropustná vrstva je nepříliš hluboko l ≤ ¼ L a převládají horizontální a vertikální složky proudění. Tento případ se řeší převedením na případ jednoduchý 1., tak že se stanoví ekvivalentní hloubka vrstvy l , při které je stejný odtok a proudění pouze horizontální. 3. Nepropustná vrstva je ve velké hloubce l ≥ ¼ L a převládá složka radiální a ostatní je možno zanedbat. Obecně je ekvivalentní hloubka l závislá na rozchodu L, vnitřním průměru drénu r0 a tloušťce vrstvy l. Podle W. T. Moodyho je možno ji stanovit jako ⎡ l ⎛8 l ⎞⎤ l = l ⎢1 + ⎜⎜ ln − C ⎟⎟⎥ ⎠⎦ ⎣ L ⎝ π r0

−1

m

(6.18)

kde Tab. 6.3 Stanovení parametru C l/L

C

0,0

3,561

0,1

3,401

0,2

3,308

0,3

3,234

Pro l/L > 0,3 pak platí ⎡ 8⎛ L ⎞⎤ l = L ⎢ ⎜⎜ ln − 1,15 ⎟⎟⎥ ⎠⎦ ⎣ π ⎝ r0

−1

m

(6.19)

V literatuře je uváděno mnoho dalších možností pro stanovení ekvivalentní hloubky vrstvy. Nejjednodušeji můžeme stanovit rozchod drénů L pro odvodnění zemědělských půd, při ustáleném režimu proudění podle normy, pro semi- a hydromorfní půdy se sklonem terénu do 2% a ročním srážkovým úhrnem do 600 mm, podle jednoduché rovnice s využitím tabulek a grafů: L = L´ . kpr . ksl

m

(6.20)

kde rozchod L´se stanoví podle ČSN 75 4200 z grafu uvedeném na obr.6.27 kpr - vliv prachových částeček, ksl - vliv slídnatosti.

- 98 (233) -

Úvod

Graf platí pro sklon terénu i < 2%, roční úhrn srážekHs < 600mm a ornou půdu.

Obr.6.29 Stanovení rozchodu drénů v minerálních půdách Pro obecné stanovení rozchodu drenáže hydraulickými metodami je velmi mnoho vzorců, které však nedávají stejné výsledky. Jednoduché řešení uvádí J. Roth: L = 2( hd − hn )

K qd

m

(6.21)

hd – hloubka drenáže(m) hn – hloubka hladiny podzemní vody uprostřed mezi drény (m) K – hydraulická vodivost (m d-1) qd – ustálený drenážní odtok (m d-1) Toto řešení předpokládá horizontální proudění ve vrstvě a eliptický tvar depresní plochy. Vzorec, který uvádí norma je Hooghoudtovo řešení. Tento vzorec předpokládá ideální drén – zemina neporušena výkopem tedy proveden bezvýkopovou technologií. L2 =

8 K 2 l H 0′ 4 K 1 H 0′ 2 + qd qd

(6.22)

kde K1 – hydraulická vodivost vrstvy nad drénem (m d-1) K2 - hydraulická vodivost vrstvy pod drénem (m d-1) l - ekvivalentní hloubka nepropustné vrstvy (m)

- 99 (233) -


qd – ustálený drenážní odtok – infiltrace ze srážky (m d-1) H 0′ - vzepětí depresní plochy nad úrovní drénů uprostřed mezi drény (m)

Rovnice platí i pro K1 = K2 = K, i pro K1 mnohem větší než K2. V případě, že K2 je mnohem větší než K1, zanedbá se druhý člen rovnice. Norma dále uvádí řešení podle L. F. Ernsta, který předpokládá rýhovou technologii provádění a zahrnuje do výpočtu vliv dna rýhy. Neustálené drenážní proudění je nejčastěji řešená problematika v odvodnění.

Obr. 6.30 Schéma pro určení rozchodu drenáže při neustáleném drenážním proudění Při tomto režimu zjišťujeme, jaký musí být rozchod drenáže, aby v určitém čase t poklesla hladina vody z úrovně h0 na úroveň ht. K popisu proudění v homogenní vrstvě lze použít parciální diferenciální rovnici ve tvaru: Ky

∂y ∂2 y = Pd 2 ∂t ∂x

(6.23)

kde K – součinitel nasycené hydraulické vodivosti (m d-1) Pd – efektivní drenážní pórovitost t – čas ve dnech Ky – transmisibilita prostředí (m2 d-1)

- 100 (233) -

Úvod

Pro možnost linearizace této rovnice a její jednodušší řešení se zavede místo proměnné transmisibility prostředí konstantní průměrná hodnota K H . Pak má rovnice tvar : KH

∂y ∂2 y = Pd 2 ∂t ∂x

(6.24)

Zavedení této podmínky je umožněno velmi plochými depresními křivkami, které v odvodňovací praxi vznikají a průměrná tloušťka vrstvy je pro přesnost dostačující. Vytvářením vzorců pro výpočet rozchodu drenáže na základě předchozí rovnice se zabývala řada autorů. Podle zkušeností s praxí se u nás doporučují řešení Gloverovo, Radčenka a US Bureau of Reclamation. Řešení Gloverovo předpokládá uložení drénu na nepropustné vrstvě a parabolický tvar depresní plochy před zahájením odvodnění. ⎡ ⎤ ⎢ ⎥ 4,46 K h0 t ⎥ ⎢ L= ⎢ ⎛h ⎞⎥ ⎢ Pd ⎜⎜ 0 − 1⎟⎟ ⎥ ⎠ ⎦⎥ ⎣⎢ ⎝ ht

1/ 2

m

(6.25)

Řešení US Bureau of Reclamation umožňuje řešit problematiku rozchodu drenáže a výšky vody v čase t, jestliže drény neleží na nepropustném podloží, ale mají od něho vzdálenost l > 0. ⎡ ⎢ 10 K H t L=⎢ ⎢ ⎛ h ⎢ Pd ln ⎜⎜1,16 0 ht ⎝ ⎣⎢

⎤ ⎥ ⎥ ⎞⎥ ⎟⎟ ⎥ ⎠ ⎦⎥

1/ 2

m

(6.26)

m

(6.27)

Jestliže l ≤ ¼ L pak: H =l +

h0 + ht 4

Jestliže l > ¼ L pak je druhý člen rovnice

zanedbatelně malý a platí H = l

Dále je odvozen vztah pro výpočet úrovně hladin v čase t odvodňování ve tvaru: ⎛ π2 KHt⎞ ⎟⎟ ht = h0 1,16 exp ⎜⎜ − 2 P L d ⎠ ⎝

m

(6.28)

Radčenkovo řešení vychází z modelového výzkumu na štěrbinových kuličkových modelech za použití glycerínu. Pro vyčíslení tohoto vzorce je však třeba použít grafy a iteračního postupu. L=

Kt ⎛1 h A Pd ⎜⎜ ln 0 ⎝ α ht

⎞ ⎟⎟ ⎠

1/ β

m

kde - 101 (233) -

(6.29)


α,β – koeficienty z grafu A - -parametr závislý na obvodu drénu ld a rozchodu drenáže L t – doba odvodnění ve dnech Aby vzorec dával dobré výsledky musí být splněna podmínka ht / h0 ≥ 0,25 Tab. 6.4 Součinitel A podle Radčenka ld/L

A

ld/L

A

ld/L

A

0,0314

1,000

0,0215

1,116

0,0115

1,373

0,0310

1,004

0,0210

1,125

0,0110

1,373

0,0305

1,007

0,0205

1, 134

0,0105

1,394

0,3000

1,011

0,0200

1,142

0,0100

1,415,

0,0295

1,015

0,0195

1,151

0,0095

1,440

0,0290

1 020

0,0190

1,160

0,0090

1,466

0,0285

1,026

0,0185

1,170

0,0085

1,494

0,0280

1,031

0,0180

1,180

0,0080

1,529

0,0275

1,036

0,0175

1,190

0,0075

1, 515

0,0270

lt041

0,0170

1,200

0,0070

1,624

0,0265

1,047

0,0165

1,211

0,0065

1,678

0,0260

1,053

0,0160

1,222

0,0060

1,745

0,0255

1 ,060

0,0155

1, 234

0,0055

1,838

0,0250

1,067

0,0150

1,248

0,0050

2,000

0,0245

1,073

0,0145

1,260

0,0045

2,410

0,0240

1,080

0,0140

1,274

0,0040

2,850

0,0235

1,087

0,0135

1,288

0,0035

3,066

0,0230

1,094

0,0130

1,302

0,0030

3,282

0,0225

1,101

0,0125

1,319

0,0025

3,518

0,0220

1 108

0,0120

1,335

0,0000

∞

- 102 (233) -

Úvod

Obr. 6.31 Graf koeficientů α,β v závislosti na D/L a h0/L

- 103 (233) -


6.7.2.5 Zvláštní způsoby horizontálního odvodnění Do skupiny zvláštních druhů a způsobů odvodnění drenáží můžeme zařadit některé způsoby odvodnění zemědělských půd: krtčí a křížovou drenáž, regulační víceúčelovou drenáž Krtčí drény jsou zvláštním případem zemních drénů; zhotovují se strojně krtčím drenážním pluhem. O použití krtčí drenáže rozhodují především půdní vlastnosti. Krtčí drény se používají většinou jako sběrné drény; jejich délka nemá přesáhnout 100 m. Krtčí drény se vyúsťují do svodných příkopů a do svodných drénů. Konec krtčího drénu se stabilizuje drenážními trubkami, případně se k svodným drénům připojí přímo přes filtrační vrstvu tloušťky 0,3 až 0,4 m. Sklony krtčích drénů se navrhují po celé délce stejné, minimální sklon činí 0,4%, největší sklon nemá přesáhnout 1%. Krtčí drenáž se různým způsobem zpevňuje fóliemi a trubkami z PH (fóliovou a flexibilní drenáží). Pokusně se provádí zpevňování krtčích drénů cementací, vypalováním a nástřiky tekutými PH. Křížová drenáž se používá především k odvodnění těžkých půd v oblastech s nadbytkem dešťových srážek a málo propustnou spodinou, kde odvodnění běžnou trubkovou drenáží, zvláště po delší době provozu, nedává uspokojující výsledky. Křížová drenáž se skládá z řídké sítě trubkové drenáže uložené v hloubce 0,9 až 1,1 m s rozchodem 3 až 5x větším, než je normální rozchod. Napříč (křížem) této drenáže v hloubce 0,6 až 0,8 m se zřídí krtčí drenáž. Regulační drenáž. Úkolem regulačních odvodňovacích zařízení je optimální regulace hladiny podzemní vody, vodního a vzdušného režimu půd, částečná retardace odtoku drenážních vod. Regulační drenáž umožňuje svou konstrukcí až úplnou automatizaci provozu a optimální hospodaření s vodou. V době nadbytku vody plní funkci odvodňovací, v době nedostatku vody se využívá k závlaze. Délka sběrných (zavlažovacích) drénů nemá být větší než 120 m, optimální sklon 0,06 až 0,1%, minimální 0,05%, maximální 0,3%. Menší sklon je přípustný pouze tehdy, zabezpečí-li se u těžkých půd minimální rychlost v zavlažovacích drénech vmin = 0,20 m.s-1, u ostatních půd vmin = 0,25 m.s-1. K výstavbě se používají drény z PVC hladké a flexibilní a speciálně perforované trouby; velké profily se navrhují z železobetonu a laminátů. Pro vybudování regulační drenáže jsou nutné podmínky – rovinaté území, přiměřená propustnost půdy, kolísání hladiny podzemních vod do 2 m.

Obr. 6.32 Regulace hladiny podzemní vody drenáží se spodním napouštěním

- 104 (233) -

Úvod

7

Úvod do protierozní ochrany

Podmínky pro výskyt erozních procesů v naší republice jsou specifické. Problém zvýšené eroze půdy, způsobený z velké části velkovýrobním způsobem hospodaření byl u nás dříve značně podceněn a následky zrychlené eroze zemědělských půd vážně ohrožují jejich úrodnost. Dochází ke škodám v intravilánech obcí a zhoršení kvality povrchových vod způsobeným povrchovým odtokem a smyvem půdy. V současné době při provádění komplexních pozemkových úprav je třeba věnovat protierozní ochraně náležitou pozornost a začít napravovat škody způsobené dřívější formou hospodaření.

- 105 (233) -

Název kap. č. 2

8

Faktory ovlivňující erozní a odtokové poměry

8.1

Klimatické a hydrologické poměry

Klimatické a hydrologické poměry jsou charakterizovány : zeměpisnou polohou, nadmořskou výškou, teplotou ovzduší, ovzdušnými srážkami, výparem, vlhkostí a tlakem vzduchu, směrem a silou větru, povrchovým odtokem i průtokem vody. Obecně zhodnoceno, nestačí pouze hodnoty průměrně - důležité jsou e x t r e m n í údaje - maxima a minima a časový výskyt. K erozi jsou náchylnější území kontinentální s občasnými prudkými dešti a delšími obdobími sucha, např. Ukrajina, Turkestán, prérijní oblasti USA, u nás jižní část Moravy a Slovenska. Přívalové deště jsou charakteristické pro tropy, např. ve sprašové oblasti Číny dosahuje vodní eroze často mimořádně ničivých účinků. • Vliv nadmořské výšky se uplatňuje tím, že vyšší polohy, tj.podhorské a horské oblasti mají větší srážkové a teplotní výkyvy. To je spojeno i s větrnou expozicí a typickými polohami, kde se častěji vyskytují srážky a naopak svahy dešťových stínů. Příkladem jsou česká pohoří: Šumava, Krušné hory, Českomoravská vrchovina, Beskydy, Bílé a Malé Karpaty. • Výpar, teplotu a tlak vzduchu možno zhodnotit společně. Půdní voda a vzduch nejsou ve stále stejném poměru, naopak se mění s teplotou a tlakem vzduchu. S tím pak souvisí i schopnost vsaku. Jak uvádí J.CABLÍK a K. JUVA je za bouřky povrchový odtok podstatně větší než za normálních poměrů. Je to způsobeno náhlým poklesem atmosférického tlaku při přechodu bouřky. Půdní vzduch se snaží uniknout z půdy, takže voda nemůže vsáknout do hlubších průlin. Teplota vzduchu i půdy má vliv na průběh tání sněhu. • Z klimatických podmínek se uplatňují hlavně ovzdušné srážky - déšť, sníh, kroupy. Celkovou charakteristiku území nám dává celoroční průměr, ten však není vždy rozhodující. Na erozní činnost mají především vliv krátkodobé p ř í v a l o v é deště, případně náhlé tání sněhu. Směrodatná je pak intenzita, tj.množství srážky za čas. Krátkodobý mimořádně prudký déšť má pak podstatně horší důsledky než několikadenní srážka celkově stejné vydatnosti. Vý-

- 107 (233) -

Název předmětu · Modul #

znamně se uplatňuje p ř í m ý vliv dopadu vodních kapek na půdu, kterou tím bezprostředně narušují. • Z hydrologických poměrů se uplatňuje p o v r c h o v ý o d t o k, který se vytváří různě podle srážek, terénu, půdy, vegetace, způsobu užívání pozemků a technických zařízení. Velké odtoky nastávají zejména při náhlém tání sněhu, kdy na zamrzlé půdě je až stoprocentní odtok. Krátkodobé přívalové deště zasahují relativně malou plochu, vyvolávají přímo na zasaženém území velké, erozně nebezpečné odtoky, ničí během několika minut i vzrostlou úrodu smyvem, nánosy půdy a současně i záplavou vody. Tyto bezprostřední následky na zasažených plochách mají druhotný vliv v místech soustředěného p r ů t o k u v potocích, řekách a nádržích. Náhlé odtoky vyvolávají povodňové vlny a ohrožují i srážkou nezasažené území. Smytý půdní materiál ve formě splavenin zanáší koryta toků a nádrží a poškozuje přilehlé stavby. Území zachvácené erozí současně trpí suchem z důvodu zvýšeného povrchového odtoku. Protierozní ochrana má být proto i vláhovou ochranou. •

Časový vliv klimatických faktorů se uplatňuje především takto :

vodní eroze působí intenzivněji na jaře a v létě, v důsledku působení kombinace dvou faktorů - srážek a vegetace. Na jaře při tání sněhu na ještě holých polích, v létě při přívalových srážkách na již sklizených plochách, větrná eroze působí intenzivněji na jaře po suché zimě na vegetací nechráněných pozemcích. Specifickým jevem je zimní deflace sněhu.

8.2

Geologické poměry

Působení geologických poměrů na vznik a průběh eroze se uplatňuje přímo, a to odolností obnaženého geologického podkladu vystaveného styku s tekoucí vodou a ovzduším, a nepřímo působením na povahu půdního substrátu, jehož vlastnosti jsou dány druhem geologického podkladu. Přímý vliv geologického podkladu se projevuje zejména v místech, v nichž snadno větrající podložní hornina vystupuje těsně k povrchu území a je obnažena různými formami výmolné vodní eroze nebo větrnou erozí. Potom obvykle dochází k rychlému rozrušování této horniny a ke vzniku rýh, výmolů a strží, jež se postupně rozšiřují a prohlubují. Jev je zvlášť výrazný na snadno větrajících slepencích, pískovcích, břidlicích aj. M. Holý uvádí jako příčinu intenzívní výmolné eroze na Rakovnicku časté obnažení značně navětralých, vrstevnatě se rozpadajících algonkických břidlic v erozních rýhách a výmolech, a to v nevelké hloubce pod půdním povrchem. Nepřímý vliv geologického podkladu se projevuje ve vlastnostech půdotvorného substrátu, který podmiňuje význačné vlastnosti půd, zejména strukturu a obsah minerálních a chemických látek, jež spolu s organickými substan-

- 108 (233) -

Název kap. č. 2

cemi usměrňují půdotvorné procesy. Vzniklé půdy se vyznačují různou odolností vůči působení povrchově tekoucí vody a větru. V. Kozlík dospěl při zkoumání v ČSSR k názoru, že poměrně příznivé podmínky pro tvorbu půd vzhledem k protierozní odolnosti nacházíme v územích vápencových a dolomitických, méně příznivé v územích vyvřelin, zejména starších, a nejméně příznivé na různých sedimentech, zejména na písčitých, hlinitých, jílovitých a křídových slínech. Velmi nepříznivé podmínky vytváří flyš, mimořádně nepříznivé jsou sprašové usazeniny. Posuzujeme-li vliv geologických poměrů na vznik a intenzitu erozních procesů, musíme uvážit pedogenezi půd, neboť některé pedogenetické činitele mohou výrazně setřít vliv matečního substrátu na půdní vlastnosti. Projevilo se to v ČR s klimatogenními půdami, u nichž se výrazný vliv půdotvorného substrátu na vodní erozi ukázal pouze u půd karpatského flyšového pásma, zatímco vliv ostatních geologických útvarů nebyl prokázán. Proto je nutno posuzovat vliv geologických poměrů na vodní erozi podle místních podmínek a přisoudit těmto poměrům v komplexu působení erozních faktorů takový význam, který jim náleží.

8.3

Půdní poměry

Půdní poměry, jež jsou souhrnem jednotlivých vlastností půdy, se projevují působením na velikost a časový průběh infiltrace srážkové vody do půdy a působením na odolnost půdy vůči destrukčnímu účinku dešťových kapek, povrchově stékající vody a působením větru. Při zkoumání vlivu půdní textury na erozní procesy se prokázalo, že k erozi jsou nejméně náchylné písčité půdy, jež se vyznačují - ve srovnání s ostatními druhy půd - velkou propustností při malé soudržnosti vzdoruje převažující podíl těžších půdních částic nejdéle kinetické energii větru. Na druhé místo lze řadit jílovité půdy, jež jsou sice málo propustné, vyznačují se však vzhledem ke značnému obsahu koloidních částic v mírně vlhkém stavu vysokým stupněm soudržnosti. Následují hlinité půdy, jež se vyznačují střední propustností a značnou nesoudržností, způsobenou velkým podílem prachových částic. Nejméně příznivé vlastnosti mají nehumózní spraše a sprašové hlíny s nedostatkem tmelících koloidních částic. Jejich disperzita se zvětšuje vyluhováním, jímž se ztrácí poslední složka vazby, zejména CaCO3 a humus. Vliv obsahu částic různé velikosti na odolnost půd vůči vodní erozi pokládají někteří autoři za tak významný, že jím vyjadřují náchylnost půdy k erozi, tzv. erodovatelnost. Při zjišťování vlivu půdního druhu na vodní erozi je nutno vyšetřit celý půdní profil. Při střídání vrstev různého složení rozhoduje o odolnosti vyšetřované lokality seskupení vrstev, při mělkém půdním profilu rozhodují vlastnosti podloží. Je-li propustná vrstva vystřídána nepropustnou vrstvou, může dojít při značném množství vsakující vody k přesycení vrchní vrstvy vodou, kterou níže položená vrstva nestačí přijmout, což vede k intenzivnímu smyvu propustné vrstvy. Uvedený jev se vyskytuje zejména u podzolů, u nichž propustnější horizont A leží na ulehlém horizontu B. - 109 (233) -


Posuzujeme-li vliv textury půdy na utváření procesů, musíme uvážit i vliv skeletu. Skeletové půdy, které obsahují poměrně malé procento koloidní frakce, se vyznačují obvykle poměrně velkou propustností. Propustnost půd a snížená pohyblivost půdních částic zmenšuje intenzitu vodní i větrné eroze. Odolnost půdy vůči erozi lze posoudit též podle agregátových zkoušek. Textura a struktura půdy jsou charakteristické pro půdní typy, jež mohou být určitým ukazatelem náchylnosti půd k erozi ta se však nedá podle nich bez uvážení dalších erozních faktorů určit. Šetření ukazují, že za stejných ostatních podmínek vzdorují erozi nejlépe černozemě, charakterizované příznivou drobtovitou strukturou a značnou soudržností, méně hnědozemě, obvykle s nedostatečně vyvinutou strukturou a malou soudržností a nejméně podzoly s charakteristickou prašnou strukturou a nesoudržností půdních částic. Intenzita vodní i větrné eroze závisí na vlhkosti půdy, která má vliv na hodnotu odtokového součinitele a současně působí výrazně na soudržnost půdy. Přílišná půdní vlhkost zmenšuje infiltraci srážkové vody do půdy, čímž se zvětšuje povrchový odtok a rozplavují půdní agregáty malá půdní vlhkost zmenšuje odolnost půd zejména vůči větrné erozi. Šetření prokázalo, že optimální odolnost půdních agregátů je při vlhkosti, při níž se tvoří nejpříznivější struktura. M. Kutílek zjistil, že při zmenšení vlhkosti půdy na nižší než číslo hydroskopicity se podstatně zmenšuje odolnost agregátů vůči rozplavování ve vodě, zatímco kolísání vlhkosti nad číslem hydroskopicity nemá stabilitu agregátů ve vodě vliv.

8.4

Vegetační faktory

Působení vegetačního faktoru na průběh a intenzitu erozních procesů se projevuje ochranou půdního povrchu před přímým dopadem dešťových kapek a před působením větru, podporou vsaku srážkové vody do půdy, zpomalováním povrchového odtoku a zlepšením fyzikálních, chemických a biologických vlastností půdy. Významné je zpevnění půdy kořenovým systémem vegetace. V zimním období způsobuje vegetace pravidelné rozložení sněhové pokrývky a podle míry vývoje zmenšuje nebezpečí zamrzání půdy. Ochrana půdního povrchu před přímým dopadem dešťových kapek spočívá v jejich zachycení nadzemními částmi vegetace. Dochází k útlumu energie vodních kapek, která dosahuje značných hodnot zejména při přívalových deštích o velké intenzitě, tím se zmenšuje nebezpečí rozrušování půdních agregátů. Odrazem dešťových kapek od nadzemních orgánů vegetace a jejich postupným stékáním na půdní povrch dochází k prodloužení doby dopadu srážkové vody na půdu. Toto časové zdržení společně se zmenšením rychlosti povrchově stékající vody, způsobené zvětšením drsnosti půdního povrchu nadzemními orgány vegetace podporuje vsak vody do půdy, což zmenšuje celkový povrchový odtok. Zvětšení vsaku je způsobeno i zlepšením půdních vlastností vegetací, neboť vegetace obohacuje půdu o organické látky a dusík, způsobuje pohyb některých látek (CaCO3) důležitých pro příznivé vlastnosti půd z hlubších neúčinných vrstev k povrchu půdy provzdušuje půdu, vyvolává zvýšenou

- 110 (233) -

Název kap. č. 2

mikrobiální činnost atd. To vše má vliv na vytváření půdní struktury a tím na soudržnost půdy. Příznivý vliv vegetace na průběh a intenzitu erozních procesů se projevuje různě podle druhu a stavu vegetace. Pozorování a měření v přírodě umožnila sestavit jednotlivé kultury podle protierozní účinnosti do pořadí: les, travní porost, obiloviny, okopaniny. Lesní porost s hustým korunovým zápojem, dobrým stavem podrostu a neporušenou vrstvou hrabanky vykazuje nejvýraznější vliv na utváření povrchového odtoku a tím i na intenzitu a průběh eroze. Povrchový odtok ze zalesněné půdy nepřesahuje podle J. Cablíka a K. Jůvy zpravidla 10% srážkového množství vody. Z toho důvodu netrpí lesní půdy kryté dobrým lesním porostem vodní erozí. C. R. Hursch zjistil, že po odlesnění pokusné plochy a založení pastviny se po sedmi letech zvýšil maximální odtok vody na pokusné ploše z 0,33 na 20,0 m3s-1km-2, smyv půdy v průměru 24krát, po zvlášť intenzívních přívalových deštích až 500krát. B. Mařan naměřil při pokusech s postřikem o intenzitě 100 mm h-1 na lesní půdě smyv 148,4 kg h-1 za jednu hodinu, což byla čtvrtina proti nepodmítnutému strništi, 17,5krát méně než na pozemku s obilovinami a 163,8krát méně než na poli s bramborami, obdělávaném kolmo na vrstevnice. Lesní porost má výrazný vliv na utváření odtoku z povodí, v němž se infiltrací srážkové vody a retardací povrchově stékající vody zmenšují maximální odtoky, což snižuje intenzitu erozních procesů v povodí a zejména v korytech toků. Travní porost s dobře vyvinutým drnem má podobný příznivý vliv na velikost a průběh povrchového odtoku a na ochranu půdního povrchu jako lesní porost. H. H. Bennet zjistil, že povrchový odtok z pozemků chráněných dobrým travním krytem činil 0,3 až 5,5 % srážkového množství a smyv 0,029 až 0,132 t h-1 , zatímco ze zalesněné plochy za stejných podmínek naměřil odtok v hodnotě 0,1 až 3,6% srážkového množství a smyv 0,005 až 0,193 t h-1. Neprojevil se tedy velký rozdíl mezi účinností lesního a travního krytu. Srovnání odtoků z pozemku bez vegetace a ze zatravněné plochy prováděli M. Holý a J. Váška na výzkumném protierozním objektu ve Velkých Žernosekách u Litoměřic. Zjistili výrazný vliv travního porostu na povrchový odtok. Za pozorovací období 1960 - 1969 odteklo povrchově ze zatravněné plochy o sklonu 44,5 % a o velikosti 20 x 6 m o 96 % srážkové vody méně než ze stejně velké plochy bez vegetace. Nízký stupeň protierozní ochrany poskytují polní kultury, což je způsobeno poměrně malou listovou plochou připadající na plošnou jednotku půdy, obvykle menším vzrůstem nadzemních částí v převážné části roku (jsou to většinou kultury jednoleté) a menším rozsahem kořenového systému. Protierozní účinek polních plodin podle velikosti jejich listové plochy na 1 m2 půdního povrchu je podle Wernera v tabulce. Tab. č.1 Listová plocha vegetace na 1 m2 půdního povrchu podle Wernera

- 111 (233) -


____________________________________________________________ Cukrovka

1,6 m2

Jetel zvrhlý

Řepka

1,7 m2

Jetel luční

22,7 m2 26,4 m2

Kukuřice

11,7 m2

Seradela

34,0 m2

Ječmen

14,4 m2

Vičenec (ligrus)

38,4 m2

Žito

15,6 m2

Vojtěška

85,6 m2

Jetel plazivý

19,6 m2

____________________________________________________________

9

PODKLADY PRO NAVRHOVÁNÍ PEO

Nezbytný soubor základních písemných a mapových podkladů představuje zdroj vstupních informací pro návrh komplexní ochrana a organizace povodí.

9.1

Základní písemné podklady

9.1.1

Metodické podklady

- Ochrana zemědělské půdy před erozí (Metodika č. 5/1992) - Typizační směrnice "Protierozní ochrana zemědělských pozemků" (Hydroprojekt 1985) - Protierozní osevní postupy (Metodika ÚVTIZ č. 16/1989) - Atlas podnebí ČHMÚ

9.1.2

Ostatní písemné podklady

- vymezení PHO - územně plánovací dokumentace - generel sítě ekologické stability - soupis významných krajinných prvků - soubor popisných a geodetických informací katastru nemovitostí - programy obnovy vesnice - vodohospodářské programy a koprogramy

- 112 (233) -

Název kap. č. 2

9.2

Základní mapové podklady

- základní mapa 1:10 000 - základní mapa odvozená 1:5 000 - otisk katastrální mapy doplněný zákresem vlastnických hranic parcel (1:2 880) - mapy scelovací (1:2 500, 1:2 880) - mapy grafického přídělového plánu - mapy BPEJ 1:5 000 - mapy KPZP 1:10 000 - základní vodohospodářská mapa 1:50 000 - letecké snímky - digitální mapy (GIS) - revitalizační studie povodí. Základní podkladové materiály pro řešení PEO je nutno po doplnění přesným výškopisným a polohopisným zaměřením navržených tras odtokových liniových prvků PEO upřesnit. Doplnění přesných výškopisných a polohopisných podkladů je zejména třeba ve vertikálně a horizontálně členitých územích, kde na přesném vymezení trasy závisí funkčnost liniových prvků PEO. Vynechání či opomenutí tohoto důležitého podkladu by mohlo mít závažné následky při realizaci.

9.3

Získání stanoviska dotčených organizací

Bezprostředně po zahájení řešení projektant jako první bod postupu řešení zahájí zjišťování stanovisek dotčených organizací (nejčastěji formou písemného či osobního kontaktu) pro analýzu a zjištění celospolečenských zájmů. Dotčené organizaci zpracovatel projektu předloží mapový podklad (nejčastěji 1 : 25 000), na kterém vyznačí vedle obvodu pozemkových úprav také povodí či dílčí povodí z nichž předpokládá povrchový odtok. V případě, že v obvodu pozemkových úprav je třeba řešit protierozní ochranu, vyznačí na mapě lokality ohrožené erozí a uvede opatření, která navrhuje k zabezpečení protierozní ochrany.

9.3.1

Seznam dotčených organizací

a) Organizace vždy dotčené (musí obsahovat každý návrh PEO bez ohledu na to, zda tyto orgány a organizace v současnosti v daném území svá zařízení mají či nikoliv). - Obecní úřad

- 113 (233) -


- Krajský úřad a obce s rozšířenou působností, jejichž referáty (odděl.) se vyjadřují z hlediska: - vodního hospodářství - odpadového hospodářství - ochrany ovzduší - ochrany přírody - ochrany zemědělského a lesního půdního fondu - výstavby a územního plánování - dopravy - kultury - Správa dálkových kabelů Praha, Oblastní správa dálkových kabelů - Tranzitní plynovod - Chemopetrol, k.p. Benzina Praha - Vodovody a kanalizace - Povodí (Moravy, Odry atd.) - Zemědělská vodohospodářská správa, příslušné územní pracoviště - Obvodní báňský úřad - Energetické závody - Plynárny - Správa silničního fondu ČR - Oblastní správa telekomunikací - Pozemkový fond České republiky - Hygienik. b) Organizace dotčené dle konkrétní situace Dle řešení PEO v konkrétním území si projektant zajistí kontakt s dalšími organizacemi.

10

PRŮZKUM ÚZEMÍ

Účelem průzkumu řešeného území je zejména ověření podkladů, jejich porovnání s aktuálním stavem, jejich doplnění podle výsledků průzkumu a získání dalších potřebných údajů a podkladů pro řešení PEO. Výsledky průzkumu se doporučuje bezprostředně konzultovat s místními znalci. Účast místního znalce v průběhu průzkumných prací je velmi cenná. Proto pro práci v terénu se doporučuje přizvat místního znalce, nejlépe člena sboru zástupců. Podle složitosti a náročnosti se průzkum provádí v postupných krocích několikrát po sobě. Poprvé při generálním průzkumu celého území, na který podle potřeby po zpracování nebo v průběhu zpracování navazují další šetření. V

- 114 (233) -

Název kap. č. 2

průběhu průzkumu musí zpracovatel zejména ověřit získané mapové podklady a zjistit jejich odchylky od skutečnosti v terénu a tyto opravit. Cílem průzkumu je tedy doplnit údaje získané z podkladů o nejnovější poznatky na základě šetření přímo v terénu (nové hydrolinie, změny druhů pozemků, bodové pole aj.).

10.1 Doporučený postup průzkumných prací a) Před zahájením průzkumu se do pracovní mapy vyznačí všechny důležité údaje z podkladů, jakož i údaje získané v průběhu zjišťování celospolečenských zájmů. b) Veškeré poznatky získané v průběhu průzkumu se podle značkového klíče postupně zakreslují do mapy průzkumu a zapisují do zápisníku. Ideální je použití videokamery, která umožní opakovaný pohled na řešené území. c) Pro přehlednost je dobré, když údaje průzkumu jsou očíslovány tak, aby údaje zakreslené v mapách korespondovaly s údaji vedenými v zápisníku.

10.2 Optimální doba průzkumu Průzkum se doporučuje provádět v období od srpna do dubna, tedy (u většiny území) v období vegetačního klidu bez vzrostlých kultur, což umožňuje dobrou orientaci a přehlednost v terénu.

10.3 Stupně průzkumu - Předběžný průzkum - Podrobný průzkum - Doplňkový průzkum - Odborný posudek.

10.4 Mapové podklady pro vlastní terénní šetření Jako mapu průzkumu je vhodné použít mapy 1:10 000, 1:5 000, jakož i otisk KM a letecké snímky. Do průzkumných pracovních map se zakreslí veškeré známé skutečnosti, zjištěné jak v rámci získávání stanovisek dotčených organizací (zejména podzemní vedení komunikační a energovody - kabely a produktovody), tak z vlastního terénního průzkumu. - 115 (233) -


Výsledky průzkumu se přenášejí z pracovních map do výsledných map průzkumu za použití speciálních značek uvedených v příloze č. 1. Doporučuje se přenést údaje v co nejkratším čase průběžně, nejpozději po ukončení průzkumu.

10.5 Rozbor stanovištních poměrů Základní podmínkou kvalifikovaného posouzení území je analýza stanovištních poměrů. Analýzu vlhkostních poměrů stanoviště umožňuje metoda vláhového indexu. Metoda vychází z předpokladu, že vodní režim povodí je závislý především na klimatických a půdních faktorech. Výraz pro výpočet vláhového indexu (stanovený pro vegetační období plodiny nebo osevního postupu) EI zní : EI = SI - 0,05 (V´c - 350) kde V´c je průměrná vláhová potřeba pěstované plodiny nebo osevního postupu za celé vegetační období [mm] SI stanovištní index pro sledované období (měsíc, rok, vegetační období), vypočte se dle vztahu: SI = KI + B + C - D KI klimatický index, jehož velikost se vypočte podle níže uváděných rovnic v závislosti na hodnotě ukazatele efektivních srážek oblasti polních kultur Ep daného výrazem: Ep = HS - K - n. s HS

úhrn srážek za sledované období [mm]

K

korekce na vzdušnou vlhkost, vypočte se podle vztahu: K = 0,0133 .n .(80 - a)

[mm]

[mm]

n

počet dnů sledovaného období

a

průměrná relativní vlhkost vzduchu ve sled. období [%]

s

specifická srážka oblasti polních kultur [mm.d-1], získaná ze vztahu: s = 0,0822 .e .t + 0,553

[mm.d-

1] e expoziční koeficient, jehož hodnoty v závislosti na sklonu terénu a expozici ke světovým stranám jsou uvedeny v tab.2 t

průměrná teplota ovzduší za sledované období [oC]

- 116 (233) -

Název kap. č. 2

Pro Ep > 0 je Pro Ep < 0 je B

půdní číslo závislé na obsahu humusu a zrnitosti půdy

C přirážka na půdní vodu se kterou se počítá pouze, je-li hladina podzemní vody trvale výše než 2 m pod úrovní terénu D

srážka na sklonitost terénu, vypočte se dle vztahu: D = k .Jt

k

součinitel závislý na zrnitosti půdy

Jt

sklonitost terénu [%]

Tab. č. 2 Hodnoty expozičních koeficientů e podle A. LÁTALA a B. LÁTALOVÉ Období

Celoroční

Vegetační období

Sklon terénu [%]

8,7

17,4

8,7

17,4

Expozice: J

1,08

1,14

1,04

1,09

JJV – JJZ

1,07

1,14

1,05

1,09

JV – JJZ

1,07

1,13

1,05

1,09

VJV – ZJZ

1,05

1,1

1,04

1,08

V–Z

1,04

1,07

1,04

1,07

VSV – ZSZ

1,03

1,04

1,03

1,05

SV – SZ

1,01

1,02

1,02

1,02

SSV – SSZ

1

1

1

1

J–S

1

0,99

1

0,99

Rozdělením zájmového území do dílčích oblastí podle klimatického nebo vláhového indexu, lze získat kvalitní podklad pro výběr optimální varianty řešení PEO. Tab. č. 3 Klasifikační stupnice podnebních oblastí nebo období podle klimatického indexu KI

- 117 (233) -


Hodnota klimatického

Charakteristika podnební oblasti nebo období

indexu Pod (-21) (-20) až (-7) (-7) až 0

Katastrofálně suchá oblast, katastrofálně suché období extrémně suchá oblast, extrémně suché období nejsušší oblast, nejsušší období

1 až 7

silně suchá oblast, silně suché období

8 až 14

středně až mírně suchá oblast, středně až mírně suché období

15 až 21

přechodná podnební oblast, vláhově vyrovnané období

22 až 35

mírně až středně vlhká oblast, mírně až středně vlhké období

36 a více

vlhká a nejvlhčí podnební oblast, vlhké a nejvlhčí období

Tab. č. 4 Zhodnocení stanoviště z hlediska vlhkostních poměrů Vláhový index EI Pod (-42)

Slovní hodnocení stanoviště Nejsušší

(-41) až (-28)

silně suché

(-27) až (-14)

Suché

(-13) až 0

středně až mírně suché

1 až 14

vláhově vyrovnané

15 až 28

mírně vlhké

29 až 42

vlhké

43 až 56

silně vlhké

57 až 70

nejvlhčí

nad 70

extrémně vlhké

10.6 Klimatické podmínky Klimatické podmínky jsou determinovány zeměpisnou polohou a nadmořskou výškou a na základě těchto poměrů je nutno vyhodnotit a charakterizovat:

- 118 (233) -

Název kap. č. 2

-

srážkové poměry,

-

teplotu ovzduší,

-

směr a sílu větru.

Při charakteristice výše uvedených poměrů se hodnotí vedle hodnot průměrných rovněž hodnoty minimální a maximální a jejich časový výskyt. Klimatické podmínky se stanoví z Atlasu podnebí a vyhodnocením údajů místně příslušných meteorologických stanic. Hodnotí se zejména tyto údaje: Srážkové poměry -

roční průměrný úhrn srážek [mm],

-

průměrný úhrn srážek za vegetační období [mm],

-

průměrný počet dnů s bouřkou (přívalovou srážkou) [dny, mm.s-1],

-

průměrné roční rozdělení srážek [měsíce, mm].

Teplotní poměry -

průměrné roční rozdělení teplot [měsíc, 0C],

-

roční průměrná teplota vzduchu [0C],

-

průměrná teplota vzduchu ve vegetačním období [0C]. Směr a síla větru

-

relativní četnost směrů a síly větrů: - v létě (stupně Beauf), - v zimě (stupně Beauf), - v roce (stupně Beauf).

10.7 Geologicko litologické poměry Pro hodnocení geologických poměrů se využívají především geologické mapy, které jsou zpracovány v měřítku 1:75 000 -1:5 000. Jedná se o mapy: -

geologicko - stratigrafické,

-

geologicko - petrografické,

-

mapy pokryvních útvarů,

-

mapy hydrogeologické, vyjadřující režim podzemních vod. Geologické mapy vydává a zpracovává Geologický ústav.

- 119 (233) -


10.8 Pedologické poměry Stanoví se na základě podkladů KPZP podle údajů jednotlivých map - grafické části, jakož i na základě textového zpracování výsledků KPZP. Důležitým podkladem k vyhodnocení pedologických poměrů jsou údaje na základě aktualizace a přebonitace BPEJ

11

POSOUZENÍ EROZNÍ OHROŽENOSTI POZEMKŮ - TRADIČNÍ METODY

Za první empirický model erozního procesu se považuje vztah odvozený Zinggem ( 1940 ) pro odhad průměrné roční ztráty půdy vodní erozí na základě rozsáhlého výzkumu vlivu sklonu a délky svahu : G = G . S1,4 . L0,6 kde: G – průměrná roční ztráta půdy S – sklon svahu L – délka svahu C – konstanta, která zahrnovala ostatní faktory ovlivňující erozi Níže uvedené vztahy pro odhad intenzity vodní eroze ukazují historický vývoj předpovědních metod v USA, který vyplýval z prohlubování teorie vodní eroze, založené na dlouhodobém terénním i laboratorním výzkumu eroze . Smith ( 1941 ) rozšířil v r. 1941 Zinggovu rovnici: G = G.S7/5 . L3/5 . P Kde: P – faktor protierozních opatření C – faktor zahrnující vliv klimatu, půdy a vegetačního pokryvu Browning et al. ( 1947 ) upravil rovnici Smitha pro použití ve státě Iowa, která doznala rozšíření jako tzv. „Frevertova rovnice“: G = 10 . K . O . L . S . C . P Kde G – průměrná roční ztráta půdy

- 120 (233) -

Název kap. č. 2

K – faktor erodovatelnosti půdy O – faktor geologického podkladu S – faktor sklonu svahu L – faktor délky svahu C – faktor vegetačního pokryvu P – faktor druhu protierozních opatření 10 – součinitel vyjadřující vliv klimatu ( srážek ) ve státě Iowa na erozní proces

V roce 1946 začala v rámci SCS *) pracovat výzkumná skupina pod vedením Musgrava. Výsledkem práce tohoto týmu byla „rovnice Musgrava“: G = K.G.S1,35 L0,35 . R301,35 Kde G – roční ztráta půdy ( in***) ) K – faktor erodovatelnosti půdy S – sklonu svahu ( % ) L – délka svahu ( ft **)) C – faktor účinku vegetačního krytu R – úhrn 30 min. deště s periodicitou p = 0,5 ( in***) ) V roce 1948 uveřejnil Smith, Whitt rovnici pro odhad velikosti ztrát půdy ve státě Missouri: G=A.S.L.K.P Kde A – průměrná roční ztráta půdy na pozemku se sklonem 3%. Délkou 27,43m a jílovitohlinitými půdami K – faktor druhu půdy S – faktor sklonu L – faktor délky P – faktor protierozních opatření Pro vyhodnocení erozní ohroženosti a k posuzování ekonomických vlivů protierozních opatření v našich podmínkách upravil Zdražil ( 1965 ) Frevertovu rovnici a doplnil ji o vliv organického hnojení :

- 121 (233) -


X = 0,63 . G . P . S . D . H . O . PO Kde X – průměrná ztráta půdy ( mm za rok ) G – součinitel geologického podkladu P – součinitel druhu půdy O – součinitel osevního postupu S – součinitel sklonu pozemku D – součinitel nepřerušené délky pozemku po svahu H – součinitel dodávání organické hmoty PO – součinitel druhu protierozní ochrany Zatím nejdokonaleji vyjadřuje kvantitativní účinek hlavních faktorů ovlivňujících vodní erOzi způsobovanou přívalovými dešti tzv. Univerzální rovnice pro výpočet průměrné dlouhodobé ztráty půdy z pozemků dle Wischmeiera a Smítne ( 1978 ).

12

POSOUZENÍ EROZNÍ OHROŽENOSTI POZEMKŮ - UNIVERZÁLNÍ ROVNICE WISCHMEIER -SMITH -USLE

Při posouzení míry ohroženosti pozemků je třeba vycházet nejen ze stavu obhospodařování půdy na jednotlivých pozemcích, ale i z posouzení většího územního celku (týkající se zejména reliéfu terénu), kam vyšetřované pozemky patří, tzn. celého povodí, příp. dílčího povodí. Vychází se z univerzální rovnice Wischmeier -Smith,(USLE) jejíž faktory se stanoví pomocí těchto podkladů: -

mapy s vyznačením izohyet faktoru erozní účinnosti deště R,

ze zjištěného stavu střídání plodin na jednotlivých pozemcích a agrotechnických termínů pro stanovení faktoru C, -

Státních map 1:5 000 odvozených pro zjištění L a S faktorů,

-

Map KPZP 1:10 000 a BPEJ 1:5 000 pro určení faktoru K,

-

terénních pochůzek.

Univerzální rovnice Wischmeier - Smith má tvar: G=R.K.L.S.C.P

[t.ha-1.rok-1]

kde: G je průměrná roční ztráta půdy [ t .ha-1.rok-1], - 122 (233) -

Název kap. č. 2

R - faktor erozní účinnosti deště [-], K - faktor náchylnosti půdy k erozi [-], L - faktor délky svahu [-], S - faktor sklonu svahu [-], C - faktor ochranného vlivu vegetace [-], P - faktor vlivu protierozních opatření [-]. Dosazením odpovídajících hodnot faktorů šetřeného pozemku do univerzální rovnice se určí dlouhodobá průměrná ztráta půdy vodní erozí v t.ha1.rok-1 z tohoto pozemku při uvažovaném způsobu jeho využívání. Porovnává se s přípustnou ztrátou půdy dle metodiky. Porovnání slouží jako výchozí podklad pro návrh druhu protierozního opatření. V našich klimatických podmínkách přicházejí přívalové deště, vyvolávající povrchový odtok a smyv půdy od dubna do října při tomto rozdělení průměrné roční hodnoty faktoru R :

12.1 Faktor erozní účinnosti přívalového deště (R) Tento faktor definovali W.H. WISCHMEIER, D.D. SMITH (1958) vztahem: R = E . i30/100 kde R - faktor erozní účinnosti deště (MJ.ha-1.cm.h-1) E - celková kinetická energie deště (J.m-2) I30 - max. 30minutová intenzita deště (cm.h-1). Celková kinetická energie deště E je: E =

Ei

i=1 kde Ei = kinetická energie i-tého úseku deště n = počet úseků deště Ei = (206 + 87 log isi/. H si kde isi = intenzita deště i-tého úseku H si = úhrn deště v i-tém úseku (cm). - 123 (233) -


Deště o vydatnosti do 12,5 mm, oddělené od předchozích a následných dešťů šestihodinovou či delší přestávkou a deště, pokud jejich maximální intenzita nepřekročí 24 mm.h-1, se nepočítají (Wischmeier, Smith, 1978) a předpokládá se, že při nich nedochází k odtoku vody po povrchu pozemku. Hodnoty faktoru R jednotlivých dešťů lze buď třídit podle četnosti jejich výskytu nebo sčítat a průměrovat pro stanovení průměrné roční (měsíční) hodnoty faktoru R. Pro získání reprezentativních údajů o průměrné roční hodnotě faktoru R pro jednotlivá místa je třeba zpracovat úplné údaje, nejlépe za období alespoň 50 let. Pokud nelze z ombrografů stanovit průměrnou roční hodnotu faktoru R pro místní podmínky, lze počítat pro české kraje s průměrnou hodnotou 20. K výpočtu průměrné roční hodnoty faktoru R byly pro území Čech použity výsledky srážkoměrných (ombrografických) pozorování ze tří stanic ČHMÚ za období 50 let. Vyhodnocovány byly jen deště, jejichž úhrn překračoval 12,5 mm a intenzita 24 mm . h-1. Rozdělení průměrné roční hodnoty R faktoru, např. pro území středních Čech, do jednotlivých měsíců je následující: Tab. č. 5 Měsíc

duben

květen

červen

červenec srpen

září

říjen

%

0,5

7,0

26,8

32,2

2,0

0,4

31,1

Průměrná roční hodnota faktoru R je v našich podmínkách vlastně hodnotou faktoru R za vegetační období, neboť přívalové deště, vyvolávající na poli smyv půdy se vyskytují pouze od konce dubna do počátku října. Tab. č. 6 Průměrné hodnoty R-faktorů Stanice

R-Faktor

N-let

Stanice

R-Faktor

N-let

Albrechtice - Žáry

20,62

20

Matěnín

12

15

Aš

6,6

23

Bedřichov

23

17

Milíčeves - Slat.

22

16

Bohdaneč

13,7

21

Mšeno

13,7

24

Borkovice

22,19

18

Nalžovské Hory

2,5

17

Bílá Třemešná

15,6

65

Náměšť nad Oslavou

24,57

28

Brandýs

15,7

23

Nepomuk

21,3

18

Bráník

16,2

28

Olomouc - Slavonín

16,04

19

Brno - Tuřany

25,45

40

Orlík nad Vltavou

8,85

21

- 124 (233) -

Morávka - Přehrada 19,48

20

Název kap. č. 2

Brumov

25,07

35

Opava

9,17

18

Čachrov

12,1

25

Ostrava - Poruba

12,03

20

Čechtice

21,9

21

Paseka

16,14

20

Černovice

15,9

26

Pohořelice

23,4

20

Česká Lípa

11,5

19

Plzeň

17,8

21

České Budějovice

14,82

20

Praděd

10,31

29

Český Dub

17

32

Přibyslav

20,7

24

Dačice

13,5

17

Pohořelice

23,4

29

Deštné v Or.h.

26,2

19

Rejvíz - Zlaté Hory

25,21

19

Dosky

10,9

28

Rokytnice

19,5

26

Doksany

14,1

28

Roudné

13,11

17

Hamry

17,2

47

Seč - Přehrada

21

38

Havlíčkův Brod

10,8

17

Semčice

12,1

29

Hejnice

18,7

20

Strakonice

12,05

18

Holovousy

22,8

16

Strání

21,45

28

Huslenky - Kychová

21,77

20

Stříbro

6,8

28

Husinec

28,35

42

Světlá Hora

12,03

18

Hradec Králové

24,5

26

Svratouch

15,5

25

Chřibská

20,8

34

Šumperk

13,75

18

Jablonné v Podj.

19,5

28

Tábor

16,39

68

Jánské Lázně

17,3

15

Telč

22,23

76

Jihlava

15,21

36

Teplice

9,2

24

Jindřichův Hradec

7,69

16

Tišnov

23,15

47

Jivno - Rudolfov

25,01

40

Třeboň

26,16

43

Kamenice nad Lipou

10,63

18

Tušimice

7,4

18

Kaplice

14,37

18

Ústí nad Labem

9,1

26

Karlovy Vary

8,6

28

Ústí nad Orlicí

14,5

28

Katovice

13,16

28

Varnsdorf

11,4

28

Kestřany

12,7

15

Valašské Meziříčí

14,91

20

Kladno

20,4

15

Velké Meziříčí

18,72

59

Klatovy

7,1

45

Vimperk

23,13

31

Klementinum

14,7

31

Vír

23,7

39

Kralovice

20,7

28

Vizovice

20,2

29

- 125 (233) -


Konstantinovy Lázně

3,6

18

Vodňany

19,66

41

Kroměříž

19,07

27

Vranov nad Dyjí

28,1

29

Křivoklát

10,4

23

Vsetín

18,33

20

Kuchařovice - Zno26,14 jmo

47

Vysoké nad Jizerou

7

15

Lenora

15,35

19

Vyškov

17,55

52

Lipno nad Vltavou

18,8

16

Vyšší Brod

36,34

15

Luhačovice

19,6

74

Zbiroh

13,8

25

Lysá Hora

14,89

20

Zlín

25,92

51

Malonty

15,83

16

Žatec - Velemyšleves

10,2

18

12.2 Faktor erodovatelnosti půdy (K) Vlastnosti půdy ovlivňují infiltrační schopnost půdy a odolnost půdních agregátů proti rozrušujícímu účinku dopadajících kapek deště a transportu povrchově odtékající vodou. Faktor erodovatelnosti půdy resp. náchylnosti půdy k erozi je v univerzální rovnici definován jako odnos půdy v t . ha-1 na jednotku dešťového faktoru R ze standardního pozemku o délce 22,13 m (na svahu o sklonu 9 %), který je udržován jako kypřený černý úhor kultivací ve směru sklonu. Pokud obsah prachu a práškového písku (0,002 - 0,1 mm) nepřekročí 70 % , lze faktor K určit ve vztahu: 100 K = 2,1M1.1410-4 (12-a) + 3,25 (b-2) + 2,5 (c-3) kde M = součin (% prachu + % práškového písku) x (100 - % jílu) a = % organické hmoty b = třída struktury ornice c = třída propustnosti půdního profilu. Hodnoty faktoru K lze také přímo odečíst z nomogramu /Wischmeier, Johnson, Cross, 1971). Třídy propustnosti c se vztahují na půdní profil, ostatní vstupní hodnoty platí pro ornici. Třída struktury ornice: - zrnitá

-1

- drobtovitá

-2

- hrudkovitá

-3

- 126 (233) -

Název kap. č. 2

- deskovitá, slitá

- 4.

Odečtenou hodnotu K faktoru z nomogramu je nutno převést ne SI jednotky vynásobením součinitelem 1,31. Pro půdy se zrnitou a drobtovitou strukturou ornice a střední propustností půdního profilu stačí k určení K faktoru použít levou polovinu nomogramu. K přibližnému určení K faktoru podle jednotek ekologicko-půdních map slouží hodnoty uvedené v tab. č.7. V tabulce jsou jejich hodnoty uvedeny v SI jednotkách. Tab. č.7 Hodnoty faktoru náchylnosti půdy k erozi K podle BPEJ Druhé a třetí místo pětimístného kódu BPEJ 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19-s-t 20 21 22 23 24-s-t 25 26 27

Faktor ornice

K Druhé a třetí místo pětimístného kódu BPEJ 28 0,41 29 0,46 30 0,39 31 0,17 32 0,40 33-s-t 0,30 34 0,29 35 0,65 a) 36 0,53 37 - 39 c) 0,52 40 - 41 d) 0,55 42 0,48 43 0,55 b) 44 0,66 45 0,60 46 0,30 47 0,29 48 0,42 0,49 - 0,42 49 50 0,34 51 0,16 52 0,20 53 0,18 0,52 - 0,43 54 55 - 63 e) 0,49 64 - 76 f) 0,49 77 - 78 g) 0,30

Faktor ornice

K

0,35 0,34 0,26 0,21 0,30 0,45 - 0,30 0,26 0,24 0,22

0,52 0,61 0,57 0,48 0,55 0,50 0,39 0,49 0,33 0,20 0,34 0,36 0,35

Poznámky k tabulce č.7 - veškeré uvedené hodnoty jsou střední (průměrné) hodnoty pro danou jednotku,

- 127 (233) -


- při velké šíři vymezení některých jednotek jsou uvedeny průměrné hodnoty krajních mezí (s - střední, t - těžké), - nivní, lužní - černicové a půdní společenstva se zastoupením hydromorfních půd vyžadují vyhledání faktoru K z nomogramu uvedeného v metodice [132] na obr. 2 : a) velká variabilita - odvodit z nomogramu, b) obvykle na překryvech teras, ne na svazích, c) použít údaje z půd 18 - 36, v jejichž areálu se nacházejí, d) použít údajů z ostatních půd, v jejichž areálu se nacházejí, e) pokud jsou na agradačních valech či jiných svažitých prvcích nivy, použít nomogram, f) u svahových půd mozaik a katén hydromorfismu použít nomogram (velká variabilita, zejména v obsahu humusu), g) vyčlenit ze ZPF.

12.3 Topografický faktor - součin faktorů L a S Vliv sklonu a délky svahu na velikost půdního smyvu vyjádřili Wischmeier a Smith (1965) topografickým faktorem LS, který představuje poměr ztrát půdy na jednotku plochy svahu ke ztrátě půdy na jednotkovém pozemku o délce 22,13 se sklonem 9 %. Hodnota topografického faktoru LS pro přímé svahy se vypočítává ze vztahu: LS = ld0,5 ( 0,0138 + 0,0097 s + 0,00138 s2) kde ld = nepřerušená délka svahu (%) s = sklon svahu (%). Samostatně lze stanovit hodnoty faktoru délky svahu výpočtem ze vztahu: L = (

ld )p 22,13

kde ld = nepřerušená délka svahu (m) p = exponent zahrnující vliv sklonu svahu. Sklon v %

5

3-5

1-3

1

P

0,5

0,4

0,3

0,2

- 128 (233) -

Název kap. č. 2

Za účinné přerušení délky pozemku po spádnici nelze považovat mez, ale pouze sběrný či záchytný průleh nebo příkop zamezující přetékání vody na níže ležící plochu. Hodnoty faktoru svahu S lze vypočítat ze vztahu: S = 0,43 + 0,30s + 0,043s2 6,613 kde s = sklon svahu (%). Přímo lze hodnoty faktorů L a S odečíst z tabulky IV a V a topografického faktoru LS z nomogramu na obr. č. . Přírodní svahy jsou však zpravidla nepravidelné a proto je určení topografického faktoru LS uvedeným způsobem nepřesné. Rozdíly mezi výpočty topografického faktoru LS pro konkávní, přímé, kombinované a konvexní svahy byly využity Castrem, Zobeckem (1986) k sestavení tabulek opravných součinitelů. Tyto hodnoty mohou být použity k zohlednění tvaru svahu vynásobením hodnoty LS faktoru pro přímý svah. Např. hodnota LS pro stejnorodý svah o délce 15,2 m a 2 % sklon byla 0,15, pro svah konkávní (0,15 . 0,9) = 0,135. Analýza prokázala, že k získání dostatečně přesných hodnot LS stačí rozdělení svahu o nepravidelném sklonu do 3 úseků. Pro konkávní svahy jsou hodnoty součinu faktorů L a S nižší než pro přímé. Kombinované a konvexní svahy mají hodnotu LS vyšší než přímé svahy resp. faktor LS za předpokladu přímého sklonu dává na konkávních svazích hodnoty vyšší, na konvexních a kombinovaných svazích nižší. Vliv délky a sklonu svahu na smyv půdy se posuzuje v předpokládaných trasách soustředěného povrchového odtoku na pozemku. Pro pozemek je reprezentativní trasa s nejvyšší hodnotou součinu LS. Délky a sklony pozemků se určují z vrstevnicových a hospodářských map a aktualizují se terénní pochůzkou. Tab.č. 8 Vliv vzdálenosti části svahu od horního okraje pozemku na faktor S nebo K 1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

0,03

0,06

0,07

0,09

0,10

0,11

0,12

0,13

0,14

0,15

Příklad použití: Nepřerušený svah v horní polovině sklon 6 %, v další pětině 10 % a ve zbývající části 18 %. Určete hodnoty faktoru S. Pro 1. až 5. část o sklonu 6 % 0,57 x 0,35 = 0,1995

- 129 (233) -


Pro 6. až 7. část o sklonu 10 % 1,17 x 0,23 = 0,2691 Pro 8. až 10. část o sklonu 18 % 2,99 x 0,42 = 1,2558 S

= 1,7244

na rozdíl od pouhého váženého průměru, kdy S = 1,41. Tab. č. 9 Hodnoty faktoru délky svahu L v závislosti na nepřerušené délce svahu ld

ld [m] L [-] ld [m] L [-] ld [m] L [-]

5

10

15

20

30

40

50

60

80

100

150

0,48 200

0,68 250

0,82 300

0,95 350

1,17 400

1,35 450

1,52 500

1,66 600

1,91 700

2,13 800

2,61 900

3,02 3,38 3,69 3,99 4,27 4,52 4,77 1 000 1 100 1 200 1 300 1 400 1 500

5,22

5,62

6,04

6,39

6,75

7,07

7,39

7,69

7,98

8,26

Tab. č. 10 Hodnoty faktoru sklonu svahu S v závislosti na jeho sklonu s s [%] S s [%] S s [%] S s [%] S

2 0,18 11 1,35 20 3,57 29 6,85

3 0,26 12 1,55 21 3,89 30 7,28

4 0,35 13 1,75 22 4,21

5 0,45 14 1,97 23 4,55

6 0,57 15 2,21 24 4,9

7 0,70 16 2,46 25 5,26

8 0,84 17 2,72 26 5,64

9 1,0 18 2,99 27 6,03

10 1,17 19 3,27 28 6,43

Nejzávažnější, nejefektivnější a nejsnáze realizovatelná protierozní opatření jsou opatření agronomická. Spočívají především v rozmístění vhodných plodin na pozemku s ohledem na míru erozní ohroženosti pozemku. Zásadou je nepřipustit, aby ohrožená orná půda zůstala bez dostatečného vegetačního krytu nebo krytu z posklizňových zbytků. U vodní eroze je to v době častého výskytu přívalových dešťů, tj. od poloviny května do počátku září. U větrné eroze je to především na jaře, kdy nastává rychlé vysychání půdy silnými výsušnými větry. Hodnoty faktoru ochranného vlivu vegetace C jsou uvedeny v tabulce č. 12.

- 130 (233) -

Název kap. č. 2

12.4 Faktor ochranného vlivu vegetace (C) Vliv vegetačního pokryvu ba smyv půdy se projevuje jednak přímo ochranou povrchu půdy před destruktivním působením dopadajících dešťových kapek a zpomalováním rychlosti povrchového odtoku a jednak nepřímo působením vegetace na půdní vlastnosti, zejména pórovitost a propustnost včetně omezení možnosti zanášení pórů rozplavenými půdními částicemi a mechanickým zpevněním půdy kořenovým systémem. Ochranný vliv vegetace je přímo úměrný pokryvnosti a hustotě porostu v době přívalového deště (IV-IX). Proto dokonalou protierozní ochranu představují porosty trav a jetelovin, zatím co běžným způsobem pěstované širokořádkové plodiny (kukuřice, okopaniny, ovocné výsadby a vinice) chrání půdu nedostatečně. Stupeň ochranného účinku plodin a jejich posklizňových zbytků rozdělili Wischmeier a Smith (1978) do 5 období: 1. období podmítky a hrubé brázdy 2. období od přípravy pozemku k setí do jednoho měsíce po zasetí nebo zasázení 3. období po dobu druhého měsíce od jarního nebo letního setí či sázení, u ozimů do 30. 4. 4. období od konce 3. období do sklizně 5. období strniště. Hodnoty faktoru C vegetačního krytu a agrotechniky pro hlavní plodiny, představující poměr smyvu na pozemku s pěstovanými plodinami ke ztrátě půdy na kypřeném černém úhoru, jsou uvedeny dle Wischmeiera a Smitha (1978) v tab. č. Váhu hodnot C faktoru v jednotlivých pěstebních obdobích, které jsou podle oblastí různé, je nutné korigovat procentickým rozdělením R faktoru v průběhu roku. Jako příklad použití této korelace je uveden výpočet C faktoru pro ozimou řepku (jako obilnina) v mírně teplé /bramborářské) oblasti, vyseté po jarním ječmeni do zorané půdy: Tab.č. 11 Přehled výpočtu „C“ faktoru Období vývoje plodiny

Období kalendářní

C.R

od 1.8. do 20.9.

0,65 . 0,208 = 0,135

od 21.8. do 30.9.

0,70 . 0,123 = 0,086

1. období podmítky a hrubé brázdy 2. období od přípravy pozemku k setí do 1. měsíce po zasetí 3. období od konce 2. období

- 131 (233) -


do 30.4.

od 1.10. do 30.4.

0,45 . 0,009 = 0,004

od 1.5. do 20.7.

0,08 . 0,552 = 0,044

od 21.7. do 31.7.

0,25 . 0,108 = 0,027

4. období od konce 3. období do sklizně 5. období strniště

Roční hodnota faktoru C ozimé řepky ...............................= 0,30 Při posuzování dlouhodobé erozní ohroženosti pozemku je nutno určit faktor C pro celý osevní postup včetně období mezi střídáním plodin při zohlednění nástupu a způsobu agrotechnických prací.

- 132 (233) -

Název kap. č. 2

- 133 (233) -

Název kap. č. 2

Tab.č.12 Hodnoty faktoru vegetačního krytu a agrotechniky C podle WISCHMEIER D.D., (1978)

Plodina

Zařazení v osevním postupu v 1. roce po jetelovinách

Použitá agrotech- Výnos nika (q/ha) OP St OP

Obilniny

po obilninách St po okopaninách a kukuřici

Kukuřice

OP St OP

sláma předplodiny sklizena

St

sláma předplo-

OP

Hodnoty faktoru vegetačního krytu a agrotechniky C podle pěste období

1 2 3 0,5 0,55 0,3 0,55 0,6 0,35 0,02 0,02 0,02 0,6 0,65 0,4 0,65 0,7 0,45 0,2 0,2 0,15 0,25 0,2 0,25 0,65 0,75 0,45 0,7 0,8 0,5 0,65 0,65 0,4 0,7 0,7 0,45 0,65 0,8 0,6 0,7 0,9 0,7 O - K O - K O - K 40-60 0,25-0,60 0,25-0,60 0,20-0,55 20-40 0,25-0,70 0,25-0,65 0,25-0,60 40-60 0,6 0,75 0,55 40-60 20-40 40-60 20-40 40-60 20-40 40-60 20-40 40-60 20-40 40-60 20-40

- 135 (233) -

W.H., SMITH

4 0,05 0,05 0,02 0,06 0,08 0,06 0,08 0,06 0,08 0,06 0,08 0,3 0,35

5s 0,2 0,25 0,02 0,2 0,25 0,2 0,25 0,2 0,25 0,2 0,25 0,6 0,7

0,25 0,3 0,25

0,6 0,7 0,6

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0


20-40 St

40-60 20-40 do herbicidem Setí do víceletých 40-60 20-40 pícnin umrtveného Setí do jílku jako 40-60 drnu 20-40 ozimé meziplodiny Brambory, cukrovka - po spádnici Vojtěška Jetel červený dvousečný Víceletá tráva, louky

Vysvětlivky k tab. č. 4 :

5s - sláma sklizena

5p - sláma ponechána O - po obilovině K - po kukuřici OP - setí do zorané půdy St - setí do strniště

- 136 (233) -

0,65 0,8 0,6 0,3 0,7 O - K O - K O - K O - K O - K O 0,04-0,03 0,04-0,25 0,04-0,20 0,05-0,20 0,25-0,40 0,15 0,04-0,40 0,04-0,30 0,04-0,25 0,10-0,25 0,30-0,50 0,20 0,02 0,02 0,03 0,03 0,05 0 0,02 0,02 0,03 0,03 0,05 0 0,05 0,05 0,05 0,05 0,15 0,05 0,05 0,05 0,05 0,15 0,65 0,8 0,65 0,3 0,7 0,02 C-faktor je celoroční 0,015 0,005

Doporučená opatření proti vodní erozi

12.5 Přípustný smyv Jestliže vypočtená průměrná ztráta půdy přesáhne přípustnou hodnotu, je nutno ochranu pozemku zajistit protierozními opatřeními. Z hlediska úrodnosti půdy byla dlouhodobá průměrná přípustná ztráta půdy stanovena uzančně podle hloubky půdy: - u mělkých půd s hloubkou do 30 cm na l t.ha-l.rok-l - u středně hlubokých půd s hloubkou od 30 do 60 cm na 4 t.ha-l.rok-l - u hlubokých půd s hloubkou přes 60 cm na l0 t.ha-l.rok-l Stanovení limitů smyvu půdy z hlediska kvality vody ve vodárenských tocích a nádržích je složitým problémem. Musí vycházet z normativů požadované kvality vody v toku, z posouzení zatížení toku jednotlivými zdroji znečištění a z průběhu předpokládaných transportních procesů v povodí. V typizační směrnici "Protierozní ochrana zemědělských pozemků" vydané MZVž ČSR a Hydroprojektem v roce l985 byla stanovena přípustná roční ztráta půdy v pásmech hygienické ochrany vodních zdrojů max. 4 t.ha-l. Někteří experti doporučují v pásmech hygienické ochrany vodních zdrojů používat přísnější limity pro přípustnou ztrátu půdy: - v 1.stupni ZDO OP2 a ve 2.a stupni PHO na l t.ha-l.rok-l - ve 2. stupni ZDO OP2 a v 2.b a 3. stupni PHO na 3 t.ha-l.rok-l Přesnější hodnotu přípustné ztráty půdy PZP lze získat z posouzení intenzity zanášení nádrže Iz podle vztahu: [t.ha-1.rok-l] kde o je objemová hmotnost zeminy sedimentu zjištěná ze vzorku sedimentu [t.m-3], orientační hodnota o je 1,6 t.m-3 Oz objem zanášení nádrže [m3.rok-1], který se rovná součinu intenzity zanášení nádrže Iz a plochy nádrže Pn [m2]: Oz = Iz .Pn

[m3.rok-l]

Iz přípustná intenzita zanášení nádrže [m3.m-2.rok-1], projektant protierozních opatření si musí tuto hodnotu od uživatele (vlastníka) nádrže vyžádat DR podíl odnosu splavenin, lze jej zjistit jen velmi např.použitím

přibližně

empirické rovnice pro předpověď podílu odnosu splavenin na základě

- 137 (233) -


charakteristik povodí - čísla odtokové křivky CN, poměru převýšení k délce povodí ZL [m.km-l] a plochy povodí Pp [km2]: DR = 1,366.10-11.(Pp)-0,0998.(ZL)0,3629.(CN)5,444

[-]

CN čísla odtokových křivek, stanoví se pomocí tabulky XII uvedené v metodice ÚVTIZ č. 5/l992 Pop

plocha orné půdy v povodí [km2]

Má-li projektant možnost odebrat vzorky sedimentu z nádrže a z půdy povodí pak je možné na podíl odnosu splavenin DR usuzovat z obráceného poměru obohacení: [-] ojp obsah jílu v půdě [%] ojs ER půdě [-]

obsah jílu v sedimentu nádrže [%] podíl látek obsažených v produktu eroze k obsahu látek v původní

Přípustná ztráta půdy se počítá jak pro celé povodí nádrže tak i pro dílčí povodí jednotlivých nádrží příp. rybníků v povodí hlavní nádrže. Tím lze odlišit erozně odlišné části povodí a ovlivnit tak způsoby hospodaření na půdě v částech hlavního povodí.

13

HYDROLOGICKÉ PODKLADY PROTIEROZNÍCH OPATŘENÍ

Na základě zjištění, že je pozemek erozně ohrožen a jakým stupněm se přistoupí k návrhu protierozních opatření. Základními údaji pro návrh protierozních opatření ( zejména technických ) jsou hodnoty objemu přímého odtoku a kulminačního průtoku. Kulminační průtok Qm a objem přímého odtoku OpH je nutno znát pro posuzování a navrhování příčného profilu povrchových hydrolinií. Pro povodí o ploše větší než 10 km2 je nutno si údaj o Qm a OpH vyžádat od ČHMÚ. Hydrologické studie určující základní parametry odtoku by měly vycházet z dlouhodobě sledovaných průtoků v uzavřených profilech povodí. Takové údaje jsou však zejména v malých povodích zřídka k dispozici. Tam kde jsou nemusí být směrodatné, pokud došlo ke změně způsobu využívání půd. Potřebné návrhové parametry jako je objem odtoku charakteristik povodí na transformaci povrchového odtoku.

- 138 (233) -


13.1 Metoda čísel odtokových křivek CN Postihnout tento složitý srážkoodtokový vztah se snažila a snaží řada autorů. Služba na ochranu půdy ( SCS ) v USA zavedla v této souvislosti tzv. metodu čísel odtokových křivek - CN. Jedná se o model s poměrně snadno dosažitelnými vstupy a při tom dostatečně přesný, použitelný pro prognozování povrchového, správněji přímého odtoku způsobeného přívalovým deštěm z povodí o ploše od 5 do 10 km2 Přímý odtok zahrnuje odtok povrchový a část odtoku hypodermického. Podíly těchto odtoků se oceňují právě pomoci čísel odtokových křivek - CN. K hypodermickému odtoku, podílejícímu se na přímém odtoku, dochází tehdy, když do půdy infiltrovaná voda stéká po mělce uložené, málo propustné vrstvě a vyvěrá opět na povrch. Na rozdíl od základního odtoku, na jehož tvorbě se podílí voda, která infiltruje až k hladině podzemní vody a vtéká do koryt toků. Tento základní odtok se objevuje zřídka natolik brzo po přívalovém dešti, aby měl vliv na velikost povodňové vlny z přívalu. CN je tedy současně i ukazatelem pravděpodobnosti typu odtoku. Čím větší CN, tím je pravděpodobnější, že se přímý odtok týká povrchového odtoku. V projekční praxi může být metoda CN - křivek použita v navrhování a posuzování technických protierozních opatření, jako jsou dráhy soustředěného povrchového odtoku - zatravněné údolnice, průlehy, záchytné příkopy, zasakovací pásy a malé vodní nádrže, ale pouze v souladu s ČSN 75 1300. "Hydrologické údaje povrchových vod". Metodu nelze použít pro výpočet odtoku z tání sněhu. Odtok je především určen množstvím srážek, infiltrací vody do půdy, vlhkostí půdy, porostem, nepropustnými plochami a retencí povrchu. Základním vstupem metody CN - křivek je srážkový úhrn o určitém časovém rozdělení, za předpokladu jeho stejnoměrného rozdělení po ploše povodí. Objem srážek je přeměněn na objem odtoku pomocí čísel odtokových křivek - CN. Jejich hodnoty jsou závislé na hydrologických vlastnostech půd, vegetačním pokryvu, velikosti nepropustných ploch, intercepci a povrchové akumulaci.

13.1.1 Objem odtoku K odhadu návrhového objemu přímého odtoku z malých povodí na našem území lze využít N-leté jednodenní srážkové úhrny (Šamaj, Valovič, Brázdil, 1985) nebo zpracování N-letých jednodenních srážkových úhrnů pro Čechy a Moravu - viz Typizační směrnice "Návrhové průtoky pro velmi malá povodí" HDP Praha ( 1989). Metoda CN - křivek vychází z předpokladu, že poměr objemu odtoku k úhrnu přívalové srážky se rovná poměru objemu vody zadržené při odtoku k

- 139 (233) -


potenciálnímu objemu, který může být zadržen. Odtok zpravidla začíná až po určité akumulaci srážek, tedy po určité počáteční ztrátě, která je součtem intercepce, infiltrace a povrchové akumulace, jež byla odhadnuta na základě experimentálních měření na 20% potenciální retence ( Ia = 0,2 A ). Z uvedených souvislostí byl odvozen základní vztah :

Kde H0 = přímý odtok (mm ) Hs = úhrn přívalové ( návrhové ) srážky (mm) A = potenciální retence ( mm ), vyjádřená pomocí křivek Jako A = 25,4 ( 1000/CN - 10 )

Z toho objem přímého odtoku : Kde OpH = 1000 . Pp . H0 ( m3 ) Pp je plocha povodí

( km2).

Čísla odtokových křivek - CN jsou tabelována podle a) hydrologických vlastností půd rozdělených do 4 skupin : A, B, C, D na základě minimálních rychlostí infiltrace vody bez pokryvu po dlouhodobém sycení - viz tab. č b) využití půdy, vegetačního pokryvu, způsobu obdělávání a uplatnění protierozních opatření - viz tab. Dobré nebo špatné hydrologické podmínky na zemědělské půdě závisí předevšém na hustotě zapojení povrchu během roku, procentickém zastoupení jetelotrav v osevním postupu, množství posklizňových zbytků na povrchu půdy ( 20% Db ) a na drsnosti povrchu. V lesích špatné hydrologické podmínky znamenají, že lesní hrabanka, stromy a keře jsou nedostatečně zastoupeny nebo poškozeny; dobré, že hrabanka nebo bylinné patro kryje půdu. Tab. č. 13 Hydrologické skupiny půd Skupina

A

B

Charakteristika hydrologických vlastností

Půdy s vysokou rychlostí infiltrace ( > 0,12mm . min-1 ) i při úplném nasycení, zahrnující převážně hluboké, dobře až nadměrně odvodněné písky nebo štěrky

Půdy se střední rychlostí infiltrace ( 0,06 - 0,12 mm . min-1) i při úplném nasycení, zahrnující převážně půdy středně hluboké až hluboké, středně

- 140 (233) -


až dobře odvodněné, hlinitopísčité až jílovitohlinité C

D

Půdy s nízkou rychlostí infiltrace ( 0,02 - 0,06 mm . min-1) při úplném nasycení, zahrnující převážně půdy s málo propustnou vrstvou v půdním profilu a půdy jílovitohlinité až jílovité Půdy s velmi nízkou rychlostí infiltrace ( < 0,02 mm . min-1 ) i při úplném nasycení, zahrnující převážně jíly s vysokou bobtnatostí, půdy s trvale vysokou hladinou podzemní vody, půdy s vrstvou jílu na povrchu nebo těsně pod ním a mělké půdy nad téměř nepropustným podložím.

Tab. č. 14 Zařazení ekologicko-půdních jednotek ČR do kategorií hydrologických skupin půd Kateg. Půdní subtyp v mapě

Substrát

Hydrolog. půdní

BPEJ

skupina

01

ČMn, ČMk /ČM, ČMk/

spraš

B

02

ČMi /ČMd/

spraš

B

03

ČMč /ČMl/

spraš, spraš-slín

04

ČMr /ČM/

lehké substr.

A

05

ČM

spraš/písek

B

06

ČMp, ČMpc /ČM/

slín/vylehčení Ap/

07

ČMp, ČMpc, SMm /ČM, ČMsm/ slín, slínitý jíl

08

ČM, HM smyté

sprašové mat., /slín/

09

ŠMm /ČMi/

spraš

B

10

HMm, HMč, HMg´/HM/

spraš

B

11

HMm, HMg /HM/

spraš. hlína

B

12

HMm, HMg /HM/

polygenetická hlína

B

13

HM, IP

hlína-lehký mat.

B

14

IP, HMi /g/

sprašová n. polygenetická hlína

B

15

IP, HMi, HP-HPi /g/


B /C/

16

IP

zahliněné /štěrko/písky

B /A/

17

IP, /IP/

písky/hlinité proplástky/

A /B/

18

RA, RAh

svahoviny vápenců, terrae

B–C

19

PR, PRh /RA, R th/

opuky, slínovce

B–C

20

PS, PSk /HP, RA/

slíny

D

21

HP, RGmPR /DA/

písky

A

22

HP, PR /HP, RA/

zahliněné /štěrko/písky

- 141 (233) -

B /C/

C–D D B /C/

A–B


23

HPg´

písek/jíl

A–B

24

HP, HPa, HPp /g/

svahoviny flyš S – tS

B–C

25

HP, HPa /g/

svahoviny opuky S - /tS/

B /C/

26

HP, HPa /g/

svahoviny břidlic S - /TS/

B /C/

27

HP, HPa

svahoviny břidlic, drob, flyš lS

B

28

HP /g/

svahoviny bázik S

B

29

HP, HPa /g/

svahoviny eruptiv, metamorfik lS-S

B

30

HP, HPa /g/

svahovitý, permokarbon, lS-S

B

31

HP, HPa

svahoviny pískovců lS-L

A /B/

32

HP, HPa

svahoviny eruptiv, metamorfik lS-L

/B/ A

33

HP, HPa /g/

svahoviny, permokarbon, S-tS

BC

34

HPao, RZ

svahoviny, eruptiv, metamorfik

B

35

HPao, RZ

svahoviny, sediment, hor.

36

RZ, HPao

svahoviny

37

mělké lehké

rozpad hornin, svahoviny

B /A/

38

mělké střední až těžké

rozpad hornin, svahoviny

CD

39

rankry

rozpad hornin

40

svažité 12°

lehké až l S

41

svažité 12°

střední až těžké

CD

42

sprašová hlína

C

43

HMg HMig, IPg

sprašová hlína

C

44

PG /OG/

sprašová hlína

C

45

HMg


C

Kateg. Půdní subtyp v mapě

Substrát

47 48 49 50 51 52 53

B

B

Hydrolog. půdní

BPEJ 46

B /A/

skupina HMig, IPg PG /OG HPg, PG /OG/

polygenetická hlína polygenetická hlína

C

svahoviny břidlic S

HPg, PG /OG/

C

svahoviny těžké tS-T

HPg, PG /OG/

D

svahoviny eruptiv a metemorf. S-lS

HPg, PG /OG/

C

zahliněné štěrkopísky

PH, HPg /OG/

C

limnický terciér lS

PG, HPg, /OG/

C /D/

terciérní substrát S/T

PG, HPpg /OG/

C /D/

jíly

54

- 142 (233) -

C

D


55

NP

lehké nivní sedimenty

A

56

NP

střední nivní sedimenty

B

57

NPp

těžké nivní sedimenty

C–D

58

NPG

střední nivní sedimenty

B–C

59

NPG

těžké nivní sedimenty

D

60

ČA /LP/

nivní, sprašové sedimenty S

B

61

ČA /LP/

slíny, nivní sedimenty

C /D/

62

ČAG /LPG/

nivní sedimenty aj. S

C

63

ČAG /LPG/

slíny, nivní sedimenty

D

hydromorfní půdy s výjimkou

64 - 76

zkulturněných 64 a 65 a části katén 73-76, nutnost individuálního řešení

C

Poznámka : -

v závorce symboly map KPP, jinak symboly nové klasifikace,

pokud jsou u hydrologických skupin uvedeny dva symboly, znamenají rozpětí variability (např. C-D, při menší četnosti výskytu je alternativa v závorce: B /C/, dané heterogenitou jednotky v zrnitosti či ulehlosti, eventuálně ve vodním režimu. Tab. č. 15 Průměrná čísla odtokových křivek – CN půdy

Způsob ob- Hydrolog. Čísla odtok. křivek – CN hydrolog. skupiny půd dělávání podmínky A B C D

Úhor

čerstvě zkypřený

77

86

91

94

Pz

Šp

76

85

90

93

Pz

Db

74

83

88

90

Širokořádkové Př plodiny Př /okopaniny/ Př + Pz

Šp

72

81

88

91

Db

67

78

85

89

Šp

71

80

87

90

Př + Pz

Db

64

75

82

85

Vř

Šp

70

79

84

88

Vř

Db

65

75

82

86

Vř + Pz

Šp

69

78

83

87

Vř + Pz

Db

64

74

81

85

Vř + Pr

Šp

66

74

80

82

Využití

- 143 (233) -


Vř + Pr

Db

62

71

78

81

Vř + Pr + Pz Šp

65

73

79

81

Vř + Pr + Pz Db

61

70

77

80

Úzkořádkové

Př

Šp

65

76

84

88

plodiny

Př

Db

63

75

83

87

/obilniny/

Př + Pz

Šp

64

75

83

86

Př + Pz

Db

60

72

80

84

Vř

Šp

63

74

82

85

Vř

Db

61

73

81

84

Vř + Pz

Šp

62

73

81

84

Vř + Pz

Db

60

72

80

83

Vř + Pr

Šp

61

72

79

82

Vř + Pr

Db

59

70

78

81

Vř + Pr + Pz Šp

60

71

78

81

Vř + Pr + Pz Db

58

69

77

81

Víceleté pícni- Př ny, Př luštěniny Vř

Šp

6

77

85

89

Db

58

72

81

85

Šp

64

75

83

85

Vř

Db

55

69

78

83

Vř + Pz

Šp

63

73

80

83

Vř + Pz

Db

51

67

76

80

Pastviny

< 50 %

-

68

79

86

89

s pokryvem

50 – 75 %

-

49

69

79

84

> 75 %

-

39

61

74

80

Louky

sklízené

-

30

58

71

78

Využití půdy

Způsob ob- Hydrolog. Čísla odtok. křivek – CN hydrolog. skupiny půd dělávání podmínky A B C D

Křoviny

< 50 %

-

48

67

77

83

s pokryvem

50 – 75 %

-

65

56

70

77

> 75 %

-

30

48

65

73

Sady se

Šp

57

73

82

86

zatravněným

Stř.

43

65

76

82

meziřadím

Db

32

58

72

79

Lesy

Šp

45

66

77

83

- 144 (233) -


Zemědělské dvory

Stř.

36

60

73

79

Db

30

55

70

77

-

59

74

82

86

Komunikace

dlážděné, živičné

83

89

92

93

s příkopy

makadamové, štěrkové

76

85

89

91

nezpevněné, hliněné

72

82

87

89

98

98

98

98

Nepropustné plochy Pozn.:

Pz – posklizňové zbytky nejméně na 5 % povrchu po celý rok, Př – přímé řádky vedené bez ohledu na sklon pozemku, tedy i po spádnici, Vř – vrstevnicové řádky vedené přesně ve směru vrstevnic – konturově, Pr – pásově pěstované plodiny a příčně průlehované pozemky, Šp – špatné hydrologické podmínky omezující infiltraci vody do půdy a zvyšující odtok, Db – dobré hydrologické podmínky zvyšující infiltraci a snižující odtok, Stř – střední hydrologické podmínky.

13.1.2 Kulminační průtok Určení kulminačního (vrcholového) průtoku QpH je obtížnou částí nepřímých hydrologických metod. Povodí s podstatně rozdílnými čísly CN, či dobami koncentrace v důsledkku různých svahů, půd a způsobů jejich využití, je nutné rozdělit na dílčí podpovodí. Při výpočtu kulminačního průtoku se v metodě CN - křivek používá poměru počáteční akumulace k 24 hod. srážkovému úhrnu Ia/Hs – poměr Ia/Hs se podle doby koncentrace z nomogramu na obr. …určí jednotkový kulminační průtok qpH. Kulminační průtok se pak stanoví ze vztahu: kde

qpH je jednotkový kulminační průtok Pp - plocha v povodí v km čtverečních Ho - výška odtoku v mm f - opravný součinitel pro rybníky a mokřady

Faktory rybníků a mokřadů (f) se používá tehdy, vyskytují-li se v povodí rybníky a mokřady mimo hydraulickou dráhu povrchového odtoku, takže s nimi není počítáno při určování dob doběhu, resp. doby koncentrace.

- 145 (233) -


13.1.3 Doba doběhu a doba koncentrace Doba doběhu (Tt) je čas, který potřebuje voda k přemístění z jednoho místa povodí na jiné, je to část doby koncentrace (Tc), jež je časem, který je potřebný pro odtok hydraulicky nejvzdálenější bodu v povodí do uzávěrového profilu povodí°, počítá se jako součet všech dob doběhu. Doba koncentrace ovlivňuje tvar a vrchol hydrogramu odtoku. Intenzifikace zemědělského využití pozemků v krajině obvykle zkracuje Tc, čímž se zvyšuje vrcholový průtok. Voda z povodí stéká z horních částí jako plošný povrchový odtok, přechází v souistředěný odtok o malé hloubce a končí soustředěným odtokem v otevřeném korytě. Počítá se jako součet všech dob doběhu. Tc = Tta + Ttb + Ttc

[h]

Doba doběhu Tt(a;b;c) je čas, který potřebuje voda k přemístění z jednoho místa povodí na jiné. Doba koncentrace ovlivňuje tvar a vrchol hydrogramu odtoku. Intenzifikace zemědělského využití pozemků v krajině obvykle zkracuje Tc, čímž se zvyšuje vrcholový průtok.Voda z povodí stéká z horních částí jako plošný povrchový odtok, přechází v Soustředěný odtok o malé hloubce a končí soustředěným odtokem v otevřeném korytě. Plošný povrchový odtok Tta Plošný povrchový odtok kratší než 100 m doporučují Overton, Meadows (1976) pro výpočet doby doběhu Tta používat Manningovu kinematickou rovnici. [h] kde:

Tta

- doba doběhu [h]

n

- Manningův součinitel drsnosti dle tab. č. 11

l

- délka proudění [m]

Hs2

- dvouletý 24 hodinový déšť [mm]

s

- hydraulický sklon povrchu [tg

]

Tento zjednodušený tvar Manningova kinematického řešení je založený na předpokladu mělkého ustáleného stejnoměrného proudění, konstantní intenzitě efektivní srážky, 24 hodinovém trvání deště a malém vlivu rychlosti infiltrace

- 146 (233) -


na dobu doběhu. Tyto hodnoty nejvíce ovlivňující výpočet je třeba určovat s rozvahou a velkou přesností. Tab. č. 16 : hodnoty Manningova součinitele drsnosti pro plošný odtok Popis povrchu

n

Hladký povrch (beton,asfalt,štěrk,holá půda)

0,011

Úhor bez posklizňových zbytků

0,05

Obděláváná půda s posklizňovými zbytky pokrývajícími

<20%povrchu

0,06

>20% povrchu

0,1

nízký

0,15

střední

0,24

vysoký, hustý

0,41

slabý

0,40

hustý

0,80

Travní porost

Les s bylinným porostem do 0,03 m

Tabulka udává hodnoty Manningova součinitele drsnosti pro plošný odtok o maximální hloubce do 0,03 m pro různé druhy povrchu, včetně vlivu dopadu dešťových kapek, odporu povrchu (překážek v podobě posklizňových řádků) a transportu sedimentů. Soustředěný odtok o malé hloubce Ttb Po cca 100m se zpravidla plošný odtok mění na soustředěný odtok o malé hloubce a doba doběhu Ttb a je podílem délky proudění k jeho rychlosti: [h] kde : Ttb

- doba doběhu [h]

l

- délka proudění [m]

v

- průměrná rychlost [m.s–1]

Pro sklony menší než 0,005 lze užít vztahy založené na řešení Manningovy rovnice pro nedlážděné plochy n = 0,05 a hydraulický poměr R = 0,12 m, pro dlážděné plochy n = 0,025 a R = 0,06 m. Výpočet rychlosti je pak pro : dlážděný povrch:

nedlážděný povrch:

v = 6,196 . s0,5

- 147 (233) -

v = 4,9178 . s0,5


kde : v s

- průměrná rychlost [m.s-1] - sklon vodního toku [tg

]

Soustředěný odtok v otevřeném korytě Ttc Otevřená koryta začínají tam, kde lze zaměřit profil nebo kde jsou zakreslena na mapách apod. Průměrná rychlost proudění se obvykle stanoví pro průtok plným korytem dle Manninga: [m.s-1]

kde : v

- průměrná rychlost [m.s–1]

R

- hydraulický poloměr [m], R = F/O

F

- plocha příčného profilu [m2]

O

- omočený obvod [m]

s

- sklon koryta toku [tg

n tab. č. 12

]

- Manningův drsnostní součinitel pro průtok otevřeným korytem

Doba doběhu (Ttc) se pak vypočte podle již uvedeného vztahu: [h]

13.2 Metoda CN v modifikaci modelu DESQ - dle Hrádka Pro návrh opatření, omezujících vodní erozi jsou základním hydrologickým podkladem maximální N-leté průtoky QN, vyvolané na svazích a povodích drobných vodních toků převážně přívalovými dešti. Maximální průtoky QN jsou ovlivňovány příčinnými srážkami a charakteristikami povodí: - geometrické charakteristiky - sklonové poměry - geologické a půdní poměry - způsob využívání pozemků v povodí - 148 (233) -


- vegetační kryt povodí - agrotechnické zásahy - protierozní opatření Maximální průtok v údolnici je odezvou na maximální přítok ze svahů, který je ovlivňován výše uvedenými charakteristikami svahů povodí. Pro povodí, která jsou předmětem pozemkových úprav a na nichž se navrhují protierozní opatření máme jen výjimečně k dispozici přímá hydrometrická pozorování pro odvození maximálních (návrhových) průtoků QN. Metodika výpočtu QN v nepozorovaných profilech povodí dle ČSN 751400 je založena na odvození hodnot QN z hydrometrických pozorování ve vodoměrných stanicích, na základě regresních vztahů k fyzicko-geografickým charakteristikám povodí, s vyrovnáním v síti vodních toků. Povodí příslušná k vodoměrným stanicím, jsou většinou řádově větší než zájmová povodí zemědělsky a lesnicky využívaná ( někdy o 1-3 řády) a vyznačují se mnohem členitější hydrografickou síti. Vliv specifických charakteristik velmi malých a malých povodí není dle této metodiky odvozování QN v potřebné míře zohledňován. Vhodnější metodikou pro výpočet maximálních průtoků QN v nepozorovaných profilech malých povodí jsou výpočtová schémata a hydrologické modely, zohledňující specifické charakteristiky malých povodí. V praxi ještě někdy užívané empirické vzorce (vzorce Čerkašina, Sokolovského, intenzitního typu nebo vzorce oblastní) , jsou velmi hrubými výpočtovými schématy a lze je nahradit vhodnějšími hydrologickými modely. Pro výběr vhodného modelu pro praktickou aplikaci je rozhodující jeho struktura a dostupnost vstupních dat. V předloženém příspěvku je naznačena metodika výpočtu maximálních průtoků v nepozorovaných profilech malých povodí, hydrologickým modelem DesQ Hrádek (1990), (1998). Model DesQ umožňuje výpočet návrhových průtoků QN , vyvolaných přívalovými dešti, kritické doby trvání a příslušné intenzity, i výpočet maximálních průtoků Qmax , vyvolaných přívalovými dešti zvolené doby trvání a intenzity. Při zvolených scénářích výpočtu je možné zohlednit vliv změny charakteristik povodí na hodnoty maximálních průtoků, což je potřebné např. při posuzování účinnosti navrhovaných opatření v povodí (změna způsobu využívání pozemků v povodí, protierozní opatření, aj.)

13.2.1 Maximální odtok ze savhu 13.2.1.1

Předpoklady řešení:

• svah je zasažen „výpočtovým „ deštěm konstantní intenzity v době jeho trvání • přírodní svah je schematizován rovinnou plochou, obecně ve tvaru rovnoběžníka /kosodélník, kosočtverec, obdélník, čtverec/, sklon dráhy svahového odtoku je průměrný sklon přírodního svahu

- 149 (233) -


13.2.1.2

Přítok na svah

Pro zjednodušení analytického řešení odtoku ze svahu je uvažován přítok na svah ve formě „efektivního “ deště, jehož objem Se je rovný objemu odtoku O. Se = S - Z = O

... (1)

kde: S ... objem deště

... /m3/

Se ... objem efektivního deště

... /m3/

Z ... celkové ztráty na povodí ... /m3/ O ... objem odtoku

... /m3/

Celkové „ztráty“ na povodí zahrnují: -

intercepci

akumulaci vody v povodí (v depresích, nádržích, v pokryvové vrstvě půdy a v půdním profilu) -

infiltraci

-

evapotranspiraci

13.2.1.3

Výška odtoku ze svahu ... (2)

kde: k ... rozměrový součinitel, k = 10-3 Hse ... výška efektivního deště

... /mm/

Hso ... výška odtoku

... /mm/

Fs ... plocha svahu výšky odtoku Hso:

... /km2/Odvození

a) Dle metodiky SCS ... SCS(1972)

...(3)

kde: Hs ... výška výpočtového deště

... /mm/

Rp ... potenciální retence povodí

.../mm/

CN ... číslo odtokové křivky

.../ - /

R1 ... retence povodí v bezodtokové fázi

.../mm/

/odhad dle metodiky SCS: R1 = 0,2Rp/ b) Bilancí celkových ztrát, vyjádřenou objemovým součinitelem odtoku ...Hrádek(1981)

... (4a)

kde:

- 150 (233) -

:


... objemový součinitel odtoku,

=

... / - /

Vi ... velikost infiltrace (uvažuje se v době trvání deště)

... /mm/

Ra ... aktuální retence povodí (celkové ztráty bez infiltrace) ... /mm/ Hso =

. Hs

13.2.1.4

...(4b)

Odvození charakteristik přítoku

Výška přítoku na svah Hsp Hsp = Hse

... (5)

Doba trvání přítoku na svah tsp tsp = td - t1

... (6)

kde: td ... doba trvání výpočtového deště

... /min/

t1 ... délka bezodtokové fáze

... /min/ ... (7)

R1 ... celkové ztráty v bezodtokové fázi ... /mm/ id ... intenzita výpočtového deště

... /mm.min-1/

Intenzita přítoku na svah isp ... (8) Přítoková křivka D* vyjadřuje závislost isp = f(tsp) ... viz obr. 1 Doba koncentrace na svahu tsk je doba, potřebná k ustálení hladiny vody na celé délce svahu. V této době dochází k soustředění odtoku z celé plochy svahu v jeho patě (uzavírajícím profilu), kde se vytvoří maximální výška vrstvy vody a jí odpovídá maximální (největší možný) odtok ze svahu. Doba koncentrace na svahu závisí na intenzitě přítoku na svah, délce svahu, průměrném sklonu svahu Is a drsnostní charakteristice povrchu svahu m. tsk = f(isp, As)

... (9)

kde: tsk ... doba koncentrace

... /min/

isp ... intenzita přítoku

... /mm . min-1/

As ... hydraulická charakteristika svahu

... /mm . min/

As = a-1 . Ls

...(10)

Ls ... půdorysný průmět dráhy svahového odtoku ... /km/ a=m.I Is ... průměrný sklon svahu

...(11) ... / - /

- 151 (233) -


m ... drsnostní charakteristika - dle Bazina:

.../s-1/

- dle Manninga:

.../ /

Vzorec pro výpočet doby koncentrace na svahu byl odvozen na základě analýzy svahového odtoku dle Eaglesona - HRÁDEK (1990): ...(12) kde: b = 2 ... při vyjádření drsnostní charakteristiky svahu dle Bazina b = ... při vyjádření drsnostní charakteristiky svahu dle Manninga Intenzita odtoku v době koncentrace isk ...(13) V době koncentrace platí : isk = isp Křivka koncentrace Ks: vyjadřuje závislost isk = f(tsk) ... viz obr. 1 13.2.1.5

Řešení maximální intenzity odtoku ze svahu

Rozlišují se 3 varianty řešení: VARIANTA S1: Výpočet maximální největší možné intenzity odtoku ze svahu, zvolené doby opakování. Předpokládá se, že maximální odtok je vyvolán přívalovým deštěm „kritické doby trvání“ tdk. Kritická doba trvání přítoku na svah tspk je doba trvání „efektivního deště“ v odtokové fázi. Podmínkou vzniku maximální intenzity odtoku ze svahu je rovnost doby trvání přítoku a doby koncentrace na svahu: tsp = tspk = tsk ...(14) Řešení Kritická doba trvání přítoku tspk = tsk a odpovídající maximální intenzita odtoku max iso = isk se vypočtou řešením soustavy rovnic, vyjadřujících závislosti isp = f(tsp) a isk = f(tsk). Závislost isp = f(tsp) lze odvodit např. metodou redukce maximálních 1denních srážkových úhrnů - HRÁDEK (1994), závislost isk = f(tsk) je vyjádřena rov. (13). Uvedené závislosti jsou na obr. 1 znázorněny „přítokovou křivkou“ D* a „křivkou koncentrace“ Ks. Řešením soustavy rovnic je průsečík obou křivek, označený D*K, o souřadnicích . Hydrogram odtoku ze svahu je označený HG1.

- 152 (233) -


Maximální intenzita odtoku nastává v době ukončení přítoku tsp = tspk =tsk. VARIANTA S2: Výpočet maximální intenzity odtoku ze svahu při zadané době trvání deště: td

tdk

kdy přítok na svah tsp

tsk

Maximální intenzita otoku max iso nastává v době koncentrace tsk, trvá až do ukončení přítoku tsp. max iso = isp

...(15)

Řešení je znázorněno na obr. 2 VARIANTA S3: Výpočet maximální intenzity odtoku ze svahu při zadané době trvání deště: td

tdk

kdy přítok na svah tsp

tsk

Maximální intenzita odtoku nastává v době ukončení přítoku tsp, maximální intenzita odtoku max iso isp. max iso = A

...(16)

Řešení je znázorněno na obr. 3

Obr. 1: Řešení maximální intenzity odtoku ze svahu – VARIANTA S1

- 153 (233) -


Obr. 2: Řešení maximální intenzity odtoku ze svahu - VARIANTA 2

Obr. 3: Řešení maximální intenzity odtoku ze svahu - VARIANTA 3

13.2.1.6

Porovnání variant řešení maximální intenzity odtoku ze svahu

Varianty řešení jsou znázorněny na obr. 4, odvozené hydrogramy jsou označeny HG1, HG2 a HG3.

- 154 (233) -


Obr. 4 Porovnání variant řešení maximální intenzity odtoku ze svahu Hydrogram HG1 je výsledkem řešení dle VARIANTY S1, kdy je maximální intenzita odtoku ze svahu vyvolána přívalovým deštěm kritické doby trvání, td = tdk, tsp = tspk Hydrogramy HG2 jsou výsledkem řešení dle VARIANTY S2, kdy je maximální intenzita odtoku vyvolána přívalovými dešti doby trvání td tdk, tsp2 tspk Hydrogramy HG3 jsou výsledkem řešení dle VARIANTY S3, kdy je maximální intenzita odtoku ze svahu vyvolána přívalovými dešti doby trvání td tdk, tsp3 tspk Maximální intenzita odtoku max iso1, vypočtená dle VARIANTY S1 je největší možnou intenzitou odtoku z daného svahu, která je vyvolána přívalovým deštěm zvolené doby opakování. Maximální intenzita odtoku max iso2, vypočtená dle VARIANTY S2 je vždy menší než maximální intenzita odtoku max iso1. Kulminace hydrogramů HG2 leží na křivce koncentrace Ks, konce kulminačních „plato“ leží na přítokové křivce D* - HRÁDEK (1990). S rostoucí dobou trvání výpočtového deště (přítoku na svah) maximální intenzita přítoku klesá. Maximální intenzita odtoku max iso3, vypočtená dle VARIANTY S3 je vždy menší než maximální intenzita odtoku max iso1. Kulminace hydrogramů HG3 nenastávají v době koncentrace na svahu tsk, ale dříve, v době ukončení přítoku. Kulminace hydrogramů leží na „redukční křivce“ RD, vyjádřené rovnicí (17) - HRÁDEK (1990): ...(17) kde:

- 155 (233) -


isor ... redukovaná maximální intenzita odtoku ... /mm . min-1/ VARIANTA S1 umožňuje výpočet maximálního návrhového průtoku QN, zvolené doby opakování, vyvolaného přívalovými dešti. V případech, kdy odvozená kritická doba trvání deště tdk je větší než reálná maximální doba trvání přívalového deště tdMAX, použije se pro výpočet maximálních návrhových průtoků QN VARIANTA S2, při zadané době trvání deště tdMAX. V našich klimatických podmínkách lze doporučit tdMAX = 300 min - HRÁDEK (1989).

13.2.1.7

Maximální průtok ze svahu

QN = k . max iso . FS

... (18)

kde: QN

... N-letý maximální průtok

k

... rozměrový součinitel, k = 16,67

FS

... plocha svahu

... /m3.s-1/ ... /km2/

max iso….maximální intenzita odtoku příslušné doby opakování N /mm.min-1/ Pro výpočet maximálního průtoku ze svahu byl odvozen hydrologický model Des Q (Design Q), jehož verze 4.1 umožňuje kromě uvedených variant výpočtu maximálního odtoku ze svahu i výpočet maximálního odtoku z povodí, tvořeného dvěma svahy.

13.2.2 Maximální odtok z povodí Metodika výpočtu maximálních průtoků v uzavírajícím profilu povodí předpokládá schematizaci přírodního povodí, které se nahrazuje jedním nebo více modelovými povodími (MP). Modelové povodí má tvar otevřené knihy s rovinnými svahy. „Kritická“ doba trvání deště, vyvolávající maximální odtok z jednotlivých svahů MP se odvozuje dle metodiky, uvedené v odst.6.2.2. Vzhledem k tomu, že nelze předpokládat zasažení každého svahu MP příslušným deštěm „kritické“ doby trvání, je potřebné odvodit „kritickou“ dobu trvání deště pro celé povodí. Tato doba se označuje jako „výpočtová“ doba trvání deště. Odvození „výpočtové doby trvání deště pro modelové povodí a výpočet maximálního průtoku. „Výpočtová“ doba trvání deště tdkMP je obecně v intervalu tdkL tdkP . Může být rovná kritické době trvání deště, odvozené pro levý svah tdkL nebo pravý svah tdkP, případně může ležet uvnitř uvedeného intervalu, viz obr. 5.

- 156 (233) -


Obr. 5: Odvození výpočtové doby trvání deště td pro modelové povodí Čára na Obr. 5, označená L znázorňuje průtoky z levého svahu, při volbě výpočtových dešťů pro levý svah v intervalu tdkL, tdkP . Podobně čára, označená P platí pro pravý svah. Součet vypočtených průtoků je znázorněn křivkou označenou MP. Maximální pořadnice křivky MP představuje maximální odtok z povodí max QMP, který byl vyvolán příslušným výpočtovým deštěm doby trvání tdkMP. Naznačená metodika výpočtu maximálního (návrhového) průtoku z povodí je zpracována v programech systému hydrologického modelu DesQ-verze 4.1, Hrádek,F. (1998) a Zezulák,J. (1998).

13.2.3 Charakteristika hydrologického modelu DesQ – verze 4.1 a)

Využití modelu

Pro výpočet maximálních průtoků v nepozorovaných profilech malých povodí, vyvolaných přívalovými dešti: • maximální N-letý průtok (návrhový), vyvolaný deštěm kritické doby trvání • maximální N-letý průtok, vyvolaný deštěm zvolené doby trvání a příslušné náhradní intenzity •

maximální průtok, vyvolaný deštěm zvolené doby trvání a intenzity

•

výpočtový objem a tvar povodňové vlny - 157 (233) -


• N-letý objem a tvar povodňové vlny, vyvolaný maximálním N-letým jednodenním srážkovým úhrnem • vliv změny charakteristik povodí na maximální průtok (zohlednění agrotechnických a technických opatření v povodí, urbanizace, aj.) b)

Přehled vstupních a výstupních veličin modelu

Vstupní veličiny DesQ ID F Fs Is gammaS CN_type CN Hs_1d_N t_dMAX Lu Iu

Popis plocha povodí plocha svahu průměrný sklon svahu drsnostní charakteristika typ odtokové křivky číslo odtokové křivky 1-denní max. srážkový úhrn max. reálná doba trvání deště délka údolnice průměrný sklon údolnice

Jednotka [km2] [km2] [%] [sec] [...] [...] [mm] [min] [km] [%]

Výstupní veličiny DesQ ID CNpr Rp Ls Lso As t_d i_d Hd t_sp i_sp Hsp Os DesQ ID maxi_so Qs_max Qs_maxtot t_vh t_ph t_kh t_ch WpvN WpvN_tot

Popis přepočtené číslo CN potenciální retence povodí střední délka svahu délka dráhy svahového odtoku hydraulická charakteristika doba trvání výpočtového deště intenzita výpočtového deště výška výpočtového deště doba trvání přítoku na svah intenzita přítoku na svah výška přítoku na svah objem hydrogramu odtoku pokračování tabulky ze strany 22 Popis max. intenzita odtoku ze svahu max. odtok ze svahu max. odtok z povodí doba vzestupu hydrogramu doba poklesu hydrogramu doba trvání kulminace celková doba trvání odtoku návrhový objem povodňové vlny ze svahu návrhový objem povodňové vlny z povodí

- 158 (233) -

Jednotka [...] [mm] [km] [km] [mm.min] [min] [mm.min] [mm] [min] [mm.min] [mm] [m3] Jednotka [mm/min] [m3/sec] [m3/sec] [min] [min] [min] [min] [m3] [m3]


c)

Programy systému DesQ WDS Q1

WDS Q2

výpočtový program pro povodí, jehož geometrickou konfiguraci lze schematicky vyjádřit jednou odtokovou plochou - samostatný svah výpočtový program pro povodí, jehož geometrickou konfiguraci lze schematicky vyjádřit dvěma odtokovými plochami - modelové povodí s údolnicí

WDS Q1: umožňuje 3 scénáře výpočtu: Qmax - max

max. N-letý průtok, vyvolaný deštěm kritické doby trvání

Qmax - varianta I

max. N-letý průtok, při zadané době trvání deště td a době opakování N, id = f(td)

Qmax - varianta II

max. průtok při zadané td, id

WDS Q2: umožňuje 4 scénáře výpočtu:

d)

Qmax - max

odvození kritické doby trvání deště pro jednotlivé svahy povodí

Qmax - varianta I

max N-letý průtok, při zadané době trvání deště td a době opakování N, id = f(td)

Qmax - varianta II

max průtok při zadané td, id

Qmax - varianta III

max N-letý průtok, vyvolaný odvozeným "výpočtovým" deštěm pro povodí

Dokumentace modelu a požadavky na HW a SW

Hrádek, F.: Výpočet maximálních průtoků na malých povodích. Model DesQ – ver.4.1 – Teorie modelu, Aqualogic Praha, 1997 Zezulák, J.: Výpočet maximálních průtoků na malých povodích. Program DesQ- ver. 4.1. – Příručka uživatele, Aqualogic Praha, 1997 Požadavky na HW a SW: -

IBM kompatibil., procesor 386 DX a vyšší

-

Místo na HD min. 4 MB

-

Operační paměť 8 MB

14

POSOUZENÍ EROZNÍ OHROŽENOSTI POZEMKU – MODELY

V současné době je snaha empirický základ hodnocení intenzity erozních procesů (Universální rovnici), nahradit kvalitativně vyššími metodami. Je to dáno zejména současnou úrovní znalostí v oborech, které zkoumají vztahy způsobující erozi, rozvojem výpočetní techniky včetně GIS, ale zejména změnou v prioritách protierozní ochrany, kdy je třeba posuzovat erozi nejen ve vztahu k

- 159 (233) -


ochraně půdy, ale i k ostatním ekologickým dopadům. Vznikají proto simulační modely erozních procesů, které řeší erozní jevy na základě fyzikálních popisů jednotlivých procesů. Při metodě simulačního modelování se složitý erozní proces rozděluje na základní, snadněji definovatelné procesy, kterými jsou : - uvolnění půdních částic deštěm - přemístění půdních částic deštěm - uvolnění půdních částic povrchovým odtokem - transport půdních částic povrchovým odtokem. Základními rovnicemi simulačních modelů erozního procesu jsou rovnice kontinuity pohybu vody a rovnice kontinuity pohybu půdních částic (splavenin). V simulačních modelech erozního procesu se na vyšetřované ploše definují a matematicky vyjadřují jednotlivé dílčí erozní procesy, které se liší podle formy erozního procesu, dané především formou povrchového odtoku. Na výše uvedených principech byla v zahraničí (a především v USA) sestrojena celá řada simulačních modelů hydrologických, erozních a transportních procesů.

14.1 Příklady používaných simulačních modelů 14.1.1 CREAMS (Chemicals, Runoff and Erosion from Agricultural Management Systems). Model byl odvozen v USA jako první komplexní model řešení hydrologických a erozních procesů a transportu vybraných chemických látek (N, P, pesticidy) na plochách s homogenními půdními podmínkami, jednotným využitím a rovnoměrným zasažením plochy srážkou. Umožňuje vyhodnotit vliv jednotlivého deště na transport látek, nebo řeší pohyb látek v delším časovém období.

14.1.2 SWRRB (Simulator for Water Resources in Rural Basins). Model byl sestaven pro simulaci hydrologických procesů a transportu splavenin v zemědělsky využívaných povodích do velikosti cca 100 km2 bez přímých pozorování a pro vyhodnocení vlivu změny systému hospodaření na tyto procesy. Hydrologická část vychází z hodnoty denního srážkového úhrnu a využívá pro stanovení charakteristik povrchového odtoku metodu čísel odtokových křivek CN a erozní část využívá princip Universální rovnice ztráty půdy.

- 160 (233) -


14.1.3 EPIC (Erosion-Productivity Impact Calculator) je určen pro vyhodnocení vlivu erozních procesů (ztráty půdy) na změnu půdních vlastností a na úrodnost půdy. Model podrobně simuluje vývoj plodiny v závislosti na klimatických a hydrologických podmínkách a na probíhajících erozních procesech; je zahrnut rovněž režim dusíku a fosforu (EPIC-WQ) a pesticidů (EPIC-PST) a podzemního drenážního systému (EPIC-WT). Vyšetřované území je charakterizováno prvkem plošného a soustředěného odtoku. Model je určen pro homogenní plochy do velikosti cca 1,0 ha. Hydrologická část vychází z hodnoty denního srážkového úhrnu a využívá pro stanovení charakteristik povrchového odtoku metodu čísel odtokových křivek CN a pro erozní část různé modifikace Universální rovnice ztráty půdy. Model jako jediný uvažuje také vliv větrné eroze na úrodnost půdy.

14.1.4 ANSWERS (Areal Nonpoint Source Watershed Environment Response Simulation) je dynamický model, který řeší hydrologické procesy a transport splavenin z nehomogenních povodí o velikosti do cca 100 km2. Model je určen pro řešení odezvy povodí na jednotlivou návrhovou srážku s časově proměnnou intenzitou. Charakteristiky povrchového odtoku jsou řešeny hydrologickým modelem sestaveným na fyzikálním základě a erozní část modelu využívá jednoduché empirické závislosti pro definování uvolňování a transportu půdních částic procesy plošné eroze.

14.1.5 AGNPS (AGricultural NonPoint Source). Model je určen pro řešení odtoku, eroze a transportu chemických látek (N, P) z jednotlivé srážky v povodí o velikosti do cca 200 km2. Hydrologická část modelu je založena na využití metody čísel odtokových křivek CN, erozní část používá Universální rovnici ztráty půdy. Simulace transportu chemických látek se provádí pro jejich formy rozpuštěné v povrchovém odtoku a adsorbované na povrchu půdních částic; chemická část modelu využívá postupu použitého v modelu CREAMS. Vývoj v evropském měřítku směřuje k vytvoření modelu EUROSEM (EUROpean Soil Erosion Model), který by se stal modulem hydrologického modelu SHE (Systeme Hydrologique Européen).

14.1.6 SHE je komplexní hydrologický model, jehož výstupy v oblasti povrchového (plošného a soustředěného odtoku) a podzemního odtoku umožňují navázání dalších modulů pro řešení vodohospodářské problematiky a ekologických dopadů transportu látek odtokem (šíření znečištění povrchovým a podzemním odtokem, erozní procesy, atd.).

- 161 (233) -


14.1.7 EUROSEM Model EUROSEM zahrnuje procesy uvolnění půdních částic deštěm (jako funkce energetických parametrů deště), transport povrchovým odtokem v tenké vrstvě a dále procesy plošné rýžkové eroze a rýhové eroze, která je simulována na základě mechanismu tvorby erozní rýhy. Příkladem pro možné užítí v podmínkách ČR je model EPIC, který ve VÚMOP Praha se v současné době upravuje a ověřuje na naše podmínky. Dalším výsledkem vývoje simulačního modelu na fyzikálních principech pro podmínky České republiky je simulační model povrchového odtoku a erozního procesu SMODERP, který byl sestaven na katedře hydromeliorací FSv ČVUT v Praze.

15

DOPORUČENÁ OPATŘENÍ PROTI VODNÍ EROZI

15.1 Organizační opatření K nejjednodušším protierozním opatřením se řadí zásahy organizačního charakteru. Vycházejí především ze znalostí příčin erozních jevů a zákonitostí jejich rozvoje a vyúsťují v obecné protierozní zásady: -

včasný termín výsevu plodin

-

výsev víceletých pícnin do krycí plodiny

-

posun podmítky do období s nižším výskytem přívalových dešťů, tzn. na září

-

zařazování bezorebně setých meziplodin

-

rozmístění plodin podle svažitosti pozemku.

Důležitou roli v protierozní ochraně půdy sehrává vegetační pokryv, který působí proti erozi několika směry: -

chrání půdu před přímým dopadem kapek

-

podporuje vsak dešťové vody do půdy

-

svými kořeny zvyšuje soudržnost půdy, která se tak stává odolnější vůči účinkům stékající vody.

Těchto vlastností, které se různí podle typu plodiny, lze využít při výběru organizačních opatření s protierozním účinkem.

15.1.1 Tvar a velikost pozemku Základní popis

Účelné přerozdělení a nové uspořádání pozemků zemědělské půdy je podstatou každých pozemkových úprav - bez ohledu na to, o jaký stupeň jejich vývoje se jedná a bez ohledu na stát, ve kterém se provádějí. Jedná-li se o vý-

- 162 (233) -


vojový stupeň, který naší terminologii označujeme jako komplexní pozemkové úpravy, pak nové rozdělení pozemků je jedním z celé řady dalších opatření; jedná-li se v našem slova smyslu o jednoduché pozemkové úpravy je nové vyčlenění pozemků v podstatě jejich jedinou náplní. V našich podmínkách se při jednoduchých pozemkových úpravách nové pozemky navrhují většinou v rámci stávajících ucelených bloků zemědělské půdy. V případě komplexních pozemkových úprav budou bloky zemědělské půdy připadající k rozdělení na nové pozemky v řadě případů nově vytvořeny. To proto, že dojde k reorganizaci cestní sítě; vytvoří se nový systém protierozní ochrany, ekologické stability atd. O každém takto vymezeném bloku se předpokládá, že bude dopravně přístupný, erozně chráněný a ekologicky únosný. Vyplývá z toho, že v různých podmínkách budou mít tyto bloky různou velikost a podle okolností se může celý blok stát jedním samostatným pozemkem nebo bude rozdělen na několik pozemků vlastnických. Zásady pro navrhování

Je zřejmé, že dříve než dojde k vymezování jednotlivých vlastnických zemědělských pozemků, musí být rozhodnuto o opatřeních, která ohraničují bloky zemědělské půdy určené k parcelaci (výše zmíněná cestní síť, systém protierozní ochrany, ekologické prvky apod.). Musí se tedy v prvé řadě navrhnout generel PÚ. Takový elaborát musí vypracovat každý projekční subjekt, ať jej pak nazývá generelem nebo jakkoliv jinak a ať jej jako oficiální přílohu vyžaduje nebo nevyžaduje příslušná metodika. Je však žádoucí, aby generel byl vyžadován jako oficiální příloha a aby byl i předmětem schvalování. Při detailním rozpracování námětů schváleného generelu by pak ze strany účastníků pozemkových úprav (včetně těch, kteří jsou vyjmenováni v šestém odstavci § 6 zákona o PÚ) nemohly být vznášeny dodatečné požadavky na změny. Při umísťování nových pozemků v jednotlivých blocích přijde na pořad rozhodování o jejich velikosti a tvaru. Problém velikosti a tvaru pozemku je nastolován většinou jen v případě pozemků orné půdy, neboť jejich obdělávání je obecně náročnější než u ostatních běžných druhů zemědělské půdy (louky, pastviny) a při umisťování pozemků speciálních kultur, kde je třeba se řídit zvláštními požadavky. Vhodná velikost pozemků je závislá na několika faktorech a v konkrétních případech je kompromisním výsledkem dvou navzájem protichůdně působících skupin faktorů : a to faktory, které je možno shrnout pod pojem přírodní, působící ve směru vytváření menších půdních celků a ekonomický faktor, který naopak upřednostňuje tvorbu pozemků dostatečně velkých. Pokud se týká zmíněných přírodních faktorů, jde v prvé řadě o ty, které ovlivňují rozvoj erozních jevů. Dále je potřeba vzít v úvahu skutečnost, že každý nově vytvářený pozemek by měl být přiměřeně homogenní po stránce půdního pokryvu, sklonitosti terénu a expozice vůči světovým stranám. Velikost pozemků je rovněž limitována nutností zabezpečit potřebnou míru ekologické stability. Je třeba si ale uvědomit, že lokalizace zeleně v terénu a lokalizace protierozních opatření musí být řešena již v rámci vytváření jednotlivých bloků zemědělské půdy. Při vlastní parcelaci na jednotlivé pozemky je pak nutno zvažovat jen půdní homogennost, sklonitost a příp. expozici a přirozeně hledisko ekonomické.

- 163 (233) -


Z toho, co bylo uvedeno vyplývá, že stanovit nějakou nejvhodnější obecnou velikost pozemku není možné, protože v každém konkrétním případě ta bude výsledkem zohlednění všech možných vlivů místních podmínek a kromě jiného bude svoji roli hrát i skutečnost, jak velké bude hospodářství, kterému se pozemky budou přidělovat. Faktem ale je, že ve všech případech, kdy to místní podmínky dovolí, je potřeba v co největší míře uplatňovat ekonomické nároky na parametry nově vytvářených pozemků.

15.1.2 Delimitace kultur Základní popis

Delimitace kultur se chápe jako prostorová a funkční optimalizace pozemku sloužící k pěstování jednotlivých kultur. Představuje členění kultur v rámci organizace půdního fondu na ornou půdu, zahrady, louky, pastviny, vinice, sady a chmelnice. Podkladem pro návrh delimitace je vedle specifikace erozního ohrožení také vymezení geomorfologických zón a indexu trvalých kultur . Zásady pro navrhování

V procesu KPÚ pojem delimitace kultur představuje především optimální rozmístění trvalých travních porostů. V rámci této optimalizace je nutno především vymezit funkční zaměření, které je lokalitách ohrožených erozí protierozní a vodoochranné. 15.1.2.1

Ochranné zatravnění

Základní popis

Ochranné zatravnění se aplikuje na orné půdě větších sklonů. Optimálně zapojený travní porost je nejlepší ochranou jak pro plošné zatravnění, tak pro vegetační zpevnění liniových prvků. Kvalitní vegetační kryt s odpovídajícími parametry, který je pěstován a ošetřován na erozně ohrožených lokalitách, je nejdůležitější část tohoto opatření, přičemž jsou preferovány trávy výběžkaté tvořící pevný drn (zejména u protierozních opatření liniového charakteru). Zásady pro navrhování

Pro převod orné půdy do trvalých travních porostů jsou vhodné půdy podle kategorizace BPEJ. Plošný převod bez ohledu na geomorfologické zóny

Za základ pro delimitaci kultur byla vzata Bonitace čs.zemědělských půd a směry jejich využití 1-5. díl z roku 1988. Vzhledem k tomu, že toto vymezení bylo děláno především pro ohodnocení jejich bonity-produkční schopnosti je nutné přistoupit k přehodnocení kategorií. Ve výše vymezených územích musí platit náročnější kritéria. Základní kategorizace BPEJ je provedena na orné půdy - O, podmíněně orné půdy a trvalé travní porosty - OT, a trvalé travní porosty - T. Tento převod zahrnuje kategorii T, tak jak byla navržena v Bonitaci z roku 1988. Kritéria podle kterých byly v roce 1988 zahrnuty půdy do travních porostů jsou tyto: půdy na svazích nad 12°, mělké ( 30-10 cm), středně skeletovité půdy na pevných substrátech a svazích 7°-12°, zamokřené glejové (GL),

- 164 (233) -


glejové rašelinové (GLrš) a zasolené půdy (Sc,SK) a jíly, nemeliorované oglejené půdy (OG) v klimatických regionech MCH a CH, severní expozice svahů 7°-12° v chladném klimatickém regionu (CH), katény půd s nepříznivými vlastnostmi, půdy v nadmořské výšce nad 800-850 m. Geomorfologické hledisko

Uplatnění tohoto hlediska v praxi vyžaduje znát velmi podrobně geomorfologii daného terénu a mělo by být zvažováno především v oblastech se zvláštním režimem hospodaření PHO, CHOPAV, CHKO, NP. Geomorfologické hledisko lze uplatnit především při ochraně půdy a vody. Zatravňovány by měly být údolnice, údolí, sedla, kotliny. Jedná se o zpevnění drah soustředěného odtoku po přívalových srážkách a po jarním tání. Rozsah zatravnění závisí na velikosti kulminačního průtoku nebo přítoku (určuje se zpravidla pro četnost výskytu jednou za 10 let), na sklonu údolnice, a na návrhové rychlosti proudění (hustota travního porostu). Podrobný postup navrhování je uveden v Metodice ÚVTIZ č. 5/1992. Účinnost opatření

Účinnost opatření se projeví snížením faktoru"C" na hodnotu 0,02. 15.1.2.2

Ochranné zalesnění

Základní popis

Zalesnění slouží v prvé řadě pro ochranu půdy před erozí (zalesnění účelové) používáme nejčastěji ve dvojí formě a to jako plošné zalesnění a ochranné lesní pásy. Zásady pro navrhování Převod půd do lesního fondu

Do lesního půdního fondu je třeba převést půdně - ekologické jednotky na svazích větších jak 17°. Dále půdy glejové zrašeliněné, různé hydromorfní a semihydromorfní půdy. Tyto půdy jsou z hlediska porušení vodního režimu, z hlediska obhospodařování nevhodné pro zemědělské využití. Jedná se o mělké strže, půdy znehodnocené dřevinným náletem, pozemky, které nelze připojit k pozemkům okolním, ale s dostatečnou výměrou a tvarem umožňujícím obhospodařování a ochranu nově vzniklých porostů, půdy s nevyvinutým půdním profilem . U všech převodů z kategorie luk a pastvin do lesního fondu musí být dle zákona 114/92 provedeno vyhodnocení botanického složení porostu příslušným odborným pracovištěm, které rozhodne, zda převod je z hlediska ochrany přírody možný. Účinnost opatření

Dobře zapojený hustý les (optimální je les smíšený) s bohatými patry, s půdou krytou mocnou vrstvou hrabanky, zajistí vysokou účinnost jako prvek ochrany půdy.

- 165 (233) -


15.1.3 Protierozní rozmisťování plodin Základní popis

Protierozní rozmísťování plodin je třeba chápat jako využití přirozené ochrany plodin proti erozi při tradičním způsobu pěstování vybraných plodin na svažitých pozemcích. Zásady pro navrhování

Protierozní rozmístění plodin na svazích patří k obecným zásadám protierozní ochrany půdy. Vychází z protierozního účinku plodin, který je dán charakteristikou vzrůstu, olistěním, rychlostí vývinu a typem pěstování (úzkořádkové a širokořádkové). Jednotlivé plodiny lze na základě protierozní ochrany při tradičním pěstování sestavit do řady se stoupající erozní ohrožeností: travní porost - vojtěška - jetel - obilovina ozimá - obilovina jarní - hrách - řepka ozimá - slunečnice brambory - cukrovka - kukuřice. Uvedené skutečnosti se využívají při protierozním rozmístění na svazích, kdy se doporučuje pěstovat: -

na pozemek mírně ohrožený erozí, tj. do 3°: širokořádkové plodiny, především okopaniny a kukuřici, k nimž u svahů delších než 300 m se používá protierozní agrotechnika příp. zasakovací travní pásy. Ostatní plodiny se pěstují klasickým způsobem.

-

na pozemcích středně ohrožených erozí, tj. do 7°: obiloviny, řepku, len, okopaniny, k nimž se volí s ohledem na délku svahu a výskyt drah soustředěného odtoku vhodná agrotechnická protierozní opatření, příp. technická v podobě průlehů. Využívá se bezorebné setí meziplodin.

-

na pozemcích výrazně ohrožených erozí, tj. do 12°: pouze úzkořádkové plodiny za použití minimálního zpracování půdy ve speciálních osevních postupech s vysokým podílem víceletých pícnin.

-

pozemky se svahem nad 12°se zatravňují

Účinnost opatření

Vliv protierozního rozmístění plodin se odrazí ve snížení součinu faktorů C a S. 15.1.3.1

Protierozní osevní postupy

Základní popis

Protierozní osevní postup je nepostradatelným řešením na erozně ohrožených pozemcích, kde nelze z organizačních a technologických důvodů uplatnit jiný způsob rozmisťování protierozních plodin. Protierozní uspořádání pozemků a plodin v osevních postupech využívá především protierozně ochranných účinků plodin. Jsou to opatření organizační, nenákladná, upravující zejména organizaci a strukturu plodin. Hlavní zásady pro navrhování

Protierozní osevní postupy se navrhují v případě silně svažitých pozemků ve velmi sklonitém, vertikálně a horizontálně vícesměrně členitém

- 166 (233) -


území, kde není možné provádět pracovní operace napříč svahu nebo v případech nepříznivého tvaru a přístupnosti pozemku, jakož i v případech erozního ohrožení vodních zdrojů v PHO. V těchto podmínkách je třeba systém hospodaření na půdě plně podřídit požadavkům protierozní ochrany. Pozemky silně ohrožené je třeba vyčlenit do samostatného osevního postupu, zabezpečit rostlinný kryt po většinu roku a ochranu půdy i v zimním období. Taková erozní situace na pozemku vyžaduje především zásadní úpravu struktury pěstovaných plodin, tzn.: -

vyloučit plodiny s nízkou protierozní účinností

-

zvýšit zastoupení plodin s vysokým protierozním účinkem

-

zařadit alternativní zlepšující plodiny se středním protierozním účinkem.

Podrobnosti jsou v Metodice č.16/89 "Protierozní osevní postupy". Účinnost opatření

Protierozní osevní postupy v případě aplikace snižují hodnotu faktoru "C" vegetačního krytu a agrotechniky. 15.1.3.2

Pásové střídání plodin

Popis opatření

Pásové střídání plodin sleduje snížení erozního účinku vložením různě širokých pásů s plodinami erozně méně ohroženými ( travní porost, vojtěška, jetel, příp. obilovina) na pozemek s pěstovanou erozně ohroženou plodinou. Pásy jednotlivých plodin mohou být stejně široké při shodném osevním postupu nebo lze navrhnout různě široké pásy plodin dobře chránících půdu před erozí. Přitom se zohledňuje erozní ohroženost chráněné plodiny, velikost sklonu a tvaru svahu pozemku. Zásady pro navrhování

Šířka pásů plodin dostatečně chránících půdu před erozí se volí podle protierozního účinku pěstovaných plodin, přitom se zohledňuje velikost sklonu a typu svahu pozemku. Minimální šíře ochranného pásu by měla být: 30 m při délce pole s ohroženou plodinou 200 m na svahu 2 - 5% 25 m .................................... 100 m na svahu 6 - 9% 20 m .................................... 50 m na svahu 10-12%. Je ověřeno, že travní porosty, jetel a vojtěška, mají natolik nízkou pracovní náročnost, že jsou technologicky výhodné i při časových nesouladech pracovních operací se širokořádkovou plodinou. Při zařazení pásového pěstování plodin nedojde tak k finančnímu zatížení zemědělce.

- 167 (233) -


Na druhé straně je třeba upozornit na potřebu zvýšené kvality práce při chemickém ošetřování plodin, aby nedošlo k úletu postřikové látky na sousední pás s jinou plodinou. Účinnost opatření

Pásové střídání plodin ovlivňuje velikost hodnoty faktoru P.

15.1.4 Protierozní směr výsadby Základní popis

Sady a vinice jsou charakteristické rovnými řadami výsadeb. Směr řad výsadby ovlivní podstatně agrotechnické zásahy v meziřadí a tím erozní ohroženost. Hlavní zásady pro navrhování

V mírně členitém terénu je vhodné překonat podélným sklonem řad údolnice a zamezit soustřeďování odtoku uvnitř pozemku volbou směru výsadby v malém podélném sklonu šikmo ke směru vrstevnic (max 30%). Voda odtéká meziřadím na okraj pozemku, kde je zaústěna do technického opatření liniového (příkop, průleh, cestní patky apod.). Agrotechnická či jiná opatření musí být prováděna tak, aby nedocházelo k přetékání vody z meziřadí do meziřadí, nejlépe formou doplňkových průlehů. Možnost protierozního směru výsadeb je omezena sklonem terénu, jeho konfigurací a dostupnou mechanizací. Popsaný směr výsadby je vhodný v terénech nečlenitých až mírně členitých, ve sklonech 2-12% kde má největší účinnost. Účinnost opatření

Popsané opatření sníží povrchový odtok, zvýší zasakování srážkové vody do půdy a sníží erozi. Dojde ke snížení hodnoty faktoru účinnosti protierozních opatření "P".

15.2 Agrotechnická opatření 15.2.1 Protierozní agrotechnologie na orné půdě 8. 2.1.1. Výsev do ochranné plodiny, strniště, mulče nebo

posklizňových zbytků Základní popis

Technologie výsevu plodin do ochranné plodiny, strniště, mulče či posklizňových zbytků je často spojena s omezeným zpracováním půdy. K protierozní ochraně se využívá rostlinného materiálu v různých formách, který je ponechán na povrchu půdy nebo je částečně zapraven a zabraňuje tak volnému povrchovému odtoku. Podrobnější popis protierozních technologií přináší literatura. Uživatelská příručka VÚMOP Nové technologie v ochraně půdy). Zásady navrhování

Při mulčování se využívá zásada, že s množstvím vegetačního krytu na povrchu půdy roste protierozní účinek. Rostlinnými zbytky zdrsněný povrch

- 168 (233) -


pozemku zpomaluje povrchový odtok a zlepšuje podmínky pro zasakování spadlých srážek. K mulčování je výhodné využívat posklizňové zbytky předplodiny nebo meziplodiny, které vhodným nářadím částečně zapravíme. K tomu účelu jsou k dispozici kypřiče půdy s pasivními pracovními orgány ( dlátové a radličkové kypřiče, šípové podřezávače) a kypřiče s rotačními pracovními orgány. U plodin s vyššími předpoklady k eroznímu poškození se využívá jako mulčovací materiál sláma z předplodiny: obilovina příp. kukuřice, chemicky umrtvená ozimá plodina nebo vymrzlá jarní meziplodina setá na podzim. Pro zabezpečení ochrany půdy při pěstování brambor s orbou lze využít protierozní technologii, kdy 14 dní po zaorání hnoje se zaseje ozimá meziplodina se sníženým výsevkem. Vzrostlý ozim se zjara zkypří a zasází se brambory nebo se zaseje kukuřice. U brambor se meziplodina dostatečně zredukuje postupnými oborávkami, zatímco u kukuřice se konkurující rostliny zničí vhodným desikantem pro odstraňování plevelů. Je-li třeba se vyhnout chemikáliím, lze zvolit podzimní zasetí jarní meziplodiny ( hořčice, svazenky nebo pohanky), která chrání pozemek při jarním tání. Na jaře se pak zmrzlá meziplodina pouze zkypří, aby nedošlo k narušení strukturotvorných půdních agregátů. Při mulčování slámou z předplodiny se dbá na rovnoměrné rozprostření posklizňového materiálu po pozemku. Mulč kryje půdu přes zimní období a spolu se strništěm zabraňuje jarní erozi. Před výsadbou nebo setím se půda zpracovává nejlépe dvourotorovými kypřiči, u nichž nehrozí ucpání nebo zablokování stroje. Účinnost opatření

Protierozní agrotechnika se projeví ve snížení hodnoty faktoru C. 15.2.1.1

Hrázkování a důlkování povrchu půdy

Základní popis

Účelem hrázkování meziřadí a důlkování povrchu půdy je zabránění vzniku povrchového odtoku vytvořením dostatečných prostor pro spadlé srážky přímo na pozemku. Obě technologie se realizují speciálními stroji - hrázkovačem nebo důlkovačem. Zásady navrhování

Hrázkování meziřadí se využívá u širokořádkových plodin, které se pěstují v hrůbcích. Hrázkováním meziřadí po setí či sázení a případných oborávkách se vytváří na pozemku nádržky na zachycení spadlých srážek, takže povrchový odtok je silně omezen a nedochází ke smyvu půdy z pozemku. Nahrnuté hrázky zadrží na pozemku se sklonem 2°- 8° dešťové úhrny 25 - 35 mm. Vlivem opakovaných srážek, momentální půdní vlhkosti a s ohledem na nerovnosti terénu se doporučuje použít technologii s hrázkováním meziřadí na svahy do 7 stupňů při maximální délce pozemku 300 m. Důlkování povrchu půdy lze využít u všech širokořádkových plodin s tím, že účinnost tohoto opatření je nižší než u hrázkování. Účinnost opatření

- 169 (233) -


Hrázkování meziřadí a důlkování povrchu půdy se projeví ve snížení hodnoty faktoru P.

15.2.2 Agrotechnologie ve speciálních kulturách 8. 2.2.1. Zatravnění meziřadí

Základní popis

Účelem zatravnění meziřadí v sadech, vinicích a chmelnicích erozně ohrožených, je zajištění vegetačního krytu půdy plodinou s vysokým protierozním účinkem. Hlavní zásady pro navrhování

Navržené opatření odstraní vodní erozi téměř na úrovni TTP snížením hodnoty faktoru vegetačního krytu a agrotechniky "C". Vlivem tohoto vegetačního krytu dochází však k větší evapotranspiraci, která snižuje využitelné množství půdní vody pro evapotranspiraci pěstované speciální kultury. Z protierozního pohledu je použití zatravnění všech meziřadí vhodné ve sklonech terénu 7°-12° (12%-21%), při půdách nepropustných a snadno erodovatelných již od sklonu 4° (7%). Směr výsadby není rozhodující, avšak je třeba před výsadbou upravit terén tak, aby příkmenné pásy byly vyvýšeny nad pásy zatravněné. U zatravnění všech meziřadí je příkmenný pás ošetřován metodou herbicidního úhoru. Tráva meziřadí je opakovaně (4-8 x) sežínaná a s výhodou ukládána na povrch půdy v příkmenném pásu jako nastýlka. Trvalé zatravnění lze navrhnout jen tam, kde srážky činí ročně 400-800 mm, případně do této hodnoty je navržena doplňková závlaha. Tradiční postřik s vyšší intenzitou by neměl být na svazích erozně ohrožených navrhován. Nevýhody trvalého zatravnění: -

zvýšená potřeba vody

-

zvýšená potřeba živin

-

nutnost častého sežínání trávy

-

možnost rozšíření hlodavců a jiných škůdců.

Některé nevýhody trvalého zatravnění všech meziřadí zmírníme střídáním zatravněných meziřadí s nezatravněnými meziřadími a jejich obměnou. Účinnost opatření

Při výpočtu erozního smyvu se mění hodnota faktoru "C". Pokud se kombinuje trvalé zatravnění s výsadbou v mírném odklonu ve směru vrstevnic, může být využito efektu pásového střídání plodin. Několik meziřadí se navrhne k trvalému zatravnění, další meziřadí budou mít běžnou agrotechniku. V takovém případě bude výsledná hodnota faktoru "C" odpovídat váženému průměru hodnot faktoru "C" výsadby v černém úhoru a výsadby se zatravněným meziřadím. Hodnota faktoru "P" se sníží na hodnotu pásového střídání plodin při daném sklonu a šířce pásu. 15.2.2.1

Krátkodobé porosty v meziřadí

Základní popis

- 170 (233) -


Porost podkultury ve výsadbách speciálních kultur snižuje vodní erozi podobně jako zatravnění, avšak s nižší účinností. Pěstování podkultury je možno aplikovat u všech meziřadí nebo pouze u některých meziřadí s přihlédnutím ke směru výsadby. Hlavní zásady pro navrhování

Pro podkultury lze použít různé druhy plodin v čistém porostu nebo i ve směsi. Z důvodu hospodaření s vláhou jsou zvlášť vhodné ozimé žito a ozimá pšenice, které se ve fázi sloupkování sežnou a ponechají jako mulč. Termíny výsevu a zaorání podkultury se řídí jejím druhem. Výsev je podmíněn dostatečnou vlhkostí půdy pro klíčení. Ve vhodných podmínkách je možno využít bezorebného setí. Případné zaorání je nutno provést v období bez přívalových dešťů (říjen až březen). Přínosem opatření je rovněž obohacení půdy organickou hmotou. Minimální šířka pásu podkultury v meziřadí se doporučuje 2 m. Účinnost opatření

Opatřením se snižuje hodnota faktoru vegetačního krytu a agrotechniky "C". Tento faktor se vypočítá jako vážený průměr ploch s různým vegetačním krytem. Přitom zpravidla jde o podkulturu krátkodobého porostu, umístěnou mimo podkorunní pásy (v části meziřadí) stromů (révy) a vlastní kulturu sadů a vinic. Může dojít i k pěstování podkultury částečně pod korunami stromů. V případě střídání pásů s podkulturou a bez ní, vedených napříč svahem, bude se měnit i hodnota faktoru účinnosti protierozních opatření "P". 15.2.2.2

Mulčování

Základní popis

Mulčování (nastýlání) půdy ve vinicích a sadech spočívá v zajištění nastýlky organické hmoty v tloušťce 10 - 20 cm. Při dočasném nastýlání se dává vrstva 10 - 15 cm po ukončení jarních prací a na podzim se zaorá. Trvalé nastýlání spočívá v přidávání organické hmoty tak, aby její výška zabránila prorůstání plevelů, tj. asi 20 cm. Hlavní zásady pro navrhování

Mulčování výrazně omezuje erozi, zmenšuje nebo vylučuje potřebu kultivace, snižuje výpar, zvyšuje vsak. Je možné použít při dostatku vhodné mulčovací hmoty. K mulčování lze ekonomicky výhodně využít organické hmoty získané na místě použití (drcené větve, réví, ozimé podkultury apod.). Jiným zdrojem nastýlky může být dovezená sláma (obilnin, kukuřice). Doporučuje se na erozně ohrožených pozemcích sadů a vinic, především ve sklonu 7-10° (12-18%). Mulčování umožňuje výsadbu po spádnici. Při výsadbě napříč svahu mohou se mulčovat meziřadí i střídavě. Nevýhodou mulčování je posun kořenů blíže k povrchu a tím možnost jejich poškozování, hlavně při případné orbě. Při mulčování je nezbytná zvýšená ochrana proti hlodavcům. Účinnost opatření

Mění se hodnota faktoru vegetačního krytu a agrotechniky "C" podle mulčovací hmoty, šířky a počtu nastýlaných pásů. - 171 (233) -


15.2.2.3

Hrázkování a důlkování povrchu půdy v meziřadí

Základní popis

Důlkováním se zadržuje srážková voda na povrchu půdy a prodlužuje se doba její infiltrace do půdního profilu. Hrázky a důlky se vytvářejí speciálním důlkovačem. Účinnost opatření

Důlkování lze provádět při výsadbě v libovolném směru, při různých sklonech pozemku. Mezní sklon pozemku je dán svahovou dostupností důlkovače. Při směru výsadby po spádnici a větších sklonech terénu má nižší účinnost. Důlkovaná plocha má tuto hodnotu faktoru účinnosti protierozních opatření "P" v závislosti na sklonu terénu : sklon hodnota terénu faktoru P 2 - 7% 0,25 7 - 12% 0,30 12 - 18% 0,40 18 - 24% 0,45 Při výpočtu hodnoty faktoru P je nutno stanovit vážený průměr důlkované a nedůlkované plochy.

15.3 Biotechnická protierozní opatření Při řešení protierozní ochrany v určitém povodí nejsou samostatně použitá agrotechnická a organizační opatření schopna ve většině případů podstatně omezit povrchový odtok. Proto je nezbytné rozdělit svažité, plošně značně rozsáhlé pozemky s neúměrnou délkou svahu, protierozními opatřeními (zejména liniového charakteru) a spolu s realizací nových svodných prvků (upravené a zatravněné dráhy soustředěného povrchového odtoku) vytvořit v povodí odpovídající síť nových hydrolinií. Biotechnické prvky však není možno navrhnout izolovaně, čistě technokraticky dle výpočtu limitní šířky pásu (znemožňovalo by to vůbec zemědělskou činnost v často sklonitém, vertikálně a horizontálně členitém území ČR) a předpokládat, že jen ony vyřeší protierozní ochranu daného území. Celý systém těchto biotechnických opatření je nutno chápat pouze jako tzv. "kostru protierozních opatření" v řešeném území, kterou je nutno doplnit systémem organizačních agrotechnických, popřípadě stavebně technických opatření. Biotechnické liniové prvky protierozní ochrany je možno chápat jako trvalou překážku napomáhající zejména rozptýlení povrchového odtoku a jsou navrhovány tak, aby svou lokalizací determinovaly způsob hospodaření jakéhokoli zemědělského subjektu. Vedle základní funkce - protierozní - mají spolu s doprovodnou dřevinnou zelení na nich rostoucí velký význam i z hlediska

- 172 (233) -


krajinně estetického a ekologického. Systém liniových protierozních prvků v kombinaci se zelení může fungovat v krajině i jako nezbytná součást lokálních biokoridorů a tvořit tak základ územních systémů ekologické stability krajiny. Jak bylo výše uvedeno, jako základní prvky systému biotechnických opatření jsou protierozní meze a zatravněná hydrografická mikrosíť tj.především identifikace a asanace drah soustředěného povrchového odtoku. Zatravněná hydrografická mikrosíť, která má být základním prvkem systému protierozní ochrany, je nejekonomičtější způsob odvedení odtoků z přívalových srážek ze zemědělsky obdělávaných pozemků. Při asanaci drah soustředěného povrchového odtoku je však třeba zaměřit pozornost jak na asanaci vlastní dráhy odtoku, tak na její perimetr, tzn. sběrné povodí. Celková ochrana území musí tedy sledovat tři základní cíle: -

co nejvíce podpořit vsakování vody do půdy

-

omezit možnost, aby se odtok soustřeďoval do stružek, tzn. podpořit jeho rozptylování

-

zpomalovat a neškodně odvádět povrchový odtok tak, aby nenabyl unášecí síly schopné odnášet zeminu a více podpořit jeho vsak.

Komplexně pojatá protierozní ochrana povodí zahrnující vegetační asanace drah soustředěného povrchového odtoku by měla tyto cíle naplnit zejména v rámci realizace schváleného projektu pozemkových úprav. Biotechnická opatření patří svým charakterem do systému společných zařízení a jako taková je nutno je v projektu KPÚ přesně plošně vymezit a bilancovat. Podle zákona č.221/93 sb. se na jejich plošném nároku podílejí poměrnou částí jednotliví vlastníci v závislosti na jejich celkové výměře, když již předtím přednostně pro tyto účely byla použita státní půda. Nutnost velmi přesného plošného vymezení je zde zdůrazněna, neboť po odsouhlasení projektu KPÚ budou tato společná zařízení v úzké návaznosti na průběh vlastnických hranic vytýčena a následně realizována. Není možné potom při následné prováděcí projekci a realizaci zjistit, že navržený prvek je nefunkční (nevhodné odtokové parametry) a je tedy třeba měnit jeho trasu, případně že plošné nároky těchto společných zařízení jsou větší je nutno kompenzovat tento nedostatek na úkor konkrétních vlastníků. Jakákoliv změna následující po schválení projektu KPÚ a jeho vytyčení by znamenala nesmírné problémy a vyvolala by potřebu dalšího komplikovaného řešení a projednávání. Aby bylo toto nebezpečí eliminováno na minimum, je nutno zejména u protierozních opatření liniového charakteru provést přesné výškopisné zaměření předpokládané trasy a na základě tohoto zaměření určit místo s největší předpokládanou šířkou (jako podklad tohoto určení je nutno zpracovat příčný řez). Tuto šířku bude potom zpracovatel projektu navrhovat po celé délce trasy nebo na vymezeném úseku (dle konkrétní situace). Plocha která po realizaci zůstane volná, bude využita k vegetační úpravě nebo může být použita pro realizaci ozelenění, případně výhyben, navrhuje-li se polní cesta. Předpokládanou funkčnost prvku projektant ověří vypracováním podélného profilu navržené trasy liniového prvku.

- 173 (233) -


Vzhledem k tomu, že v dosavadních metodických podkladech nebyly tyto prvky podrobněji uváděny, věnuje se v následujícím textu jejich popisu jakož i zásadám navrhování větší pozornost.

15.3.1 Protierozní meze Základní popis

Protierozní meze, často navrhované s průlehy ve spodní nebo horní části či bez průlehů jako bezodtokové, jsou trvalou překážkou soustředěného povrchového odtoku. Jsou v podstatě složeny ze tří základních částí: zasakovacího pásu nad mezí, vlastního tělesa meze a odváděcích prvků (obr. 10-13). Vedle základní protierozní funkce (trvalá překážka povrchovému odtoku) mají meze a dřevinná zeleň na nich rostoucí velký význam také z hlediska krajinně estetického i jako hnízdiště a migrační zóny drobné zvěře, hmyzu, rostlin a všech živých organizmů, zvyšují zároveň průchodnost krajiny (neboť v důsledku neúměrně velkých celků vzniklých dříve se zemědělská krajina stala pro člověka neprůchodná). Navržený systém protierozních mezí včetně navržené zeleně s protierozní funkcí může fungovat v krajině i jako nezbytná součást lokálních biokoridorů - územních systémů ekologické stability Zásady pro navrhování

Doporučuje se, aby většina dosud stávajících mezí byla ponechána a vhodným způsobem doplněna nebo znovu vybudována tam, kde v důsledku zcela iracionálního zvětšování celků orné půdy byly meze zrušeny. Návrh způsobu realizace protierozní meze bez zemních prací

Vlastní realizace protierozních mezí by měla spočívat hlavně ve vytyčení směru meze buď vrstevnicově nebo s mírným odklonem od vrstevnic tak, aby bylo zajištěno nejen zadržení povrchového odtoku, ale i jeho neškodné odvedení do vhodného recipientu (potok, cestní příkop, svodný příkop). Po vytyčení bude následovat naorání průlehu víceradličnými pluhy a fixace směru pomocí výsadby stromové a keřové zeleně, určující budoucí směr obdělávání pozemku. Vytvořením 30-50 cm hlubokého a 3-4 m širokého průlehu a neustálým odoráváním ze svahu bude vytvořena postupně mez se záchytným a odváděcím prvkem. Tímto způsobem, odpovídajícím tradičnímu procesu vznikání mezí, bude ušetřena nákladná práce těžkých svahových mechanizmů a zabrání se utužení ornice. Návrh způsobu realizace protierozní meze s aplikací zemních prací

Zasakovací pás se buduje ve sklonu 1-3%. Zatravní se nejprve v šířce cca 4 m. Později může být šířka zmenšena na 2 m od hrany meze, a to podle praktických zkušeností. Mez bude vysoká cca 1,5 m. Svah meze se provede ve sklonu 1:1,5. Zatravní se a zároveň osází i keři. Keře musí co nejrychleji vytvořit dobrý zápoj, aby zamezily růstu plevelů. Nejlépe je budovat meze v podélném sklonu 2-5% až do svodného prvku, např. příkopu u cesty, průlehu, strže apod. Přetíná-li však protierozní mez podružná údolnice, je možné zajistit odvádění vody místní terénní urovnávkou. Nebude-li toto řešení stačit, je třeba v údolnici vytvořit zatravněný průleh a do něj oboustranně svést zachycenou vodu. Je-li pozemek odvodněn, je třeba bu-

- 174 (233) -


dovat mělčí průleh a nižší mez. Ke svedení vody je možné využít i svodný drén. Průleh pod mezí bude proveden ve sklonu 20% k mezi. V ose průlehu je třeba vytvářet brázdu orbou. Úlohou průlehu je odvést konečný zbytek vody do svodného prvku. Průleh (viz.obr.10) bude dimenzován podle potřeby až na 50ti letou vodu. Ozelenění protierozních mezí

Pro zlepšení protierozní, ekologické, krajinotvorné stability i jiné funkce mezí je nutno realizovat jejich ozelenění. Návrh ozelenění vychází z těchto zásad: -

z důvodů co největšího ujmutí dřevin vychází jejich výběr z přirozené druhové skladby stávajících zbytků rozptýlené zeleně v daném území;

-

kořenový systém musí zajišťovat zpevnění průlehů a podporovat zasakovací funkci;

-

výsadba dřevin bude jednořadá, v případě keřů jako podsadby maximálně dvouřadá, nesmí zabraňovat práci zemědělských mechanizmů, sečení a čištění průlehů;

-

zápoj dřevin musí být souvislý, dosahující místy až neprůchodnosti, keřové patro pak umožní osídlení polní zvěří a biologickým predátorům, kteří tak mohou příznivě snížit spotřebu chemických přípravků proti škůdcům;

-

dřevinný doprovod protierozních mezí bude znamenat návrat detailu a výrazné estetické obohacení současné "kulturní stepi", která byla zemědělskou velkovýrobou zbavena své identity.

Předpokládaná funkce záchytných mezí

V průběhu erozně účinných deštů stéká voda se splaveninami po pozemku. Na zasakovacím pásu intenzivně zasakuje a dochází k usazování splavenin.Intenzivní zasakování a usazování splavenin je způsobeno snížením sklonu pozemku těsně nad mezí a drsnostním účinkem travního porostu. Částečně je voda filtrována a zasakuje i na svahu meze porostlém keři. Nevsáknutý zbytek vody odtéká průlehem pod mezí až do svodného prvku. Údržba záchytné meze

Protierozní mez vyžaduje ve srovnání s jinými druhy protierozních opatření jen minimální údržbu. Zasakovací pás bude obhospodařován jako druh louky. Odváděcí průleh pod mezí bude udržován orbou pozemku. Není třeba jej čistit. Řádným obhospodařováním zasakovacího pásu a odváděcího průlehu bude zamezeno rozšiřování keřového pruhu. Keře a stromy budou vyžadovat řez jen vyjímečně. Výhody protierozních mezí

1)

Velmi dlouhá doba životnosti, dokonce lze předpokládat, že její užitná hodnota poroste, protože samovolné zvyšování meze povede ke snižování sklonu nad mezí a tím i eroze.

- 175 (233) -


2)

Velký zasakovací a filtrační účinek. Voda zasakuje a je filtrována přes celou šířku záchytného prvku. Celá šířka prvku je tedy aktivní.

3)

Nízké náklady na údržbu, bez speciální mechanizace.

4)

Velká ekologická hodnota. Zahrnuje v sobě pruh louky, pruh křovin a skupinky stromů. Při vysoké druhové rozmanitosti výsadeb bude výborným interakčním prvkem v územním systému ekologické stability zemědělské krajiny.

Nevýhody protierozních mezí

Určitým problémem je přejíždění meze. Pro přejíždění je nutné budovat propust, nebo část meze snížit a ponechat jen průleh, přes který lze přejet. Stačí průjezdná šířka 12 m. Účinnost opatření

Vhodným situováním dojde k příznivému snížení hodnoty faktoru L. V případě situování různých plodin do pásů vymezených těmito liniovými prvky dojde ke snížení hodnoty faktoru C.

15.3.2 Zasakovací pásy Základní popis

Zasakovací pásy, spolu se zatravněnými údolnicemi, jsou účinné liniové prvky protierozní ochrany, které jsou investičně málo náročné. Z hlediska nového utváření krajiny v rámci KPÚ a to zejména v PHO v souvislosti s útlumem zemědělské výroby v těchto oblastech Zásady pro navrhování

Zasakovací pásy - travní, křovinné, popř.lesní, se navrhují buď na svažitých pozemcích podél vrstevnic, kde se střídají s plodinami nedostatečně chránícími půdu před erozí, nebo se budují podél nádrží nebo vodotečí k zabránění vnikání erozních smyvů. Záchytná účinnost pásu je závislá na charakteru vegetačního krytu, půdě, vlhkosti půdy, sklonu svahu, šířce pásu a intenzitě přívalového deště. Účinnost těchto pásů je možné zvýšit spojením s dalšími technickými protierozními opatřeními, jako jsou zejména průlehy, záchytné příkopy. Pás by neměl být užší než 20 m a šířka chráněného pásu po spádnici nesmí překračovat přípustnou šířku. Účinnost opatření

Účinnost zasakovacích pásů spočívá v převedení povrchově odtékající vody, zejména vody přitékající z výše ležících pozemků, v odtok podpovrchový.

15.3.3 Protierozní průlehy Základní popis

Průlehování pozemků je jedno z nejvhodnějších a nejdůležitějších podpůrných opatření na orné půdě, zejména použité v kombinaci s agronomickými a organizačními protierozními opatřeními.

- 176 (233) -


Průleh je mělký, široký příkop (viz obr.14) s mírným sklonem svahů, založený s malým, příp. až nulovým podélným sklonem, kde se povrchově stékající voda zachycuje nebo je neškodně odváděna. Zásady pro navrhování A) Záchytné průlehy

Budují se na pozemcích o sklonu do 15%, maximálně do 18 % na základě překročené vypočtené limitní délky svahu. Je možné uplatnit : a)

vsakovací průlehy - vhodné pro lehké půdy v sušších oblastech a na pravidelné svahy v terénu

b)

kombinované průlehy ( vsakovací + odváděcí funkce ) - vhodné pro středně těžké půdy, při větším výskytu přívalových dešťů, v terénu s velmi dlouhými svahy nebo při zvláštní ochraně ( např. zástavba )

c)

odváděcí průlehy - pro těžké půdy s minimálním vsakem, ve vlhčích oblastech ve zvlněném terénu.

Návrh potřebných parametrů Orientační parametry podélný sklon - 0 - 3 % sklony svahů - 10 - 20 % ( tj. 1:10 až 1:5 ) max.délka - 600 m max.hloubka - 100cm min. hloubka - 20 cm B) Svodné průlehy

Navrhují se pro neškodné odvedení vody i erozního smyvu ze záchytných průlehů, zejména pro odvedení odtoků z krátkodobě trvajících přívalových dešťů nebo náhlého tání sněhu. Dimenzování průlehů je na základě hydrotechnických a hydraulických výpočtů. Orientační parametry střední průtočná rychlost - pro zatravněné 1,5 m . s -1 pro ostatní podle druhu zpevnění příčný profil - parabolický příp.lichoběžníkový,sklon 1:10 až 1:5 max. hloubka - 100 cm min. hloubka - 30 cm min.šířka - 300 cm podélný sklon - 1 - 20 %.

- 177 (233) -


Zejména záchytné průlehy mohou být nezpevněné (obdělávatelné). Budují a udržují se převážně orbou. Jejich použití je vhodné zejména na orné půdě, ale nelze je příčně přejíždět. U svodných průlehů je třeba se přesvědčit výpočtem, zda dojde k neškodnému odvedení návrhového průtoku bez potřeby zpevnění. Pro svodné průlehy, ale např. i pro údolnice, jako potenciální dráhy soustředěného povrchového odtoku ve všech kulturách při menších podélných sklonech lze použít zatravnění. K posouzení profilu je možno použít nomogram pro návrhový průtok (zpravidla s desetiletou dobou opakování), z kterého se určí hloubka a šířka profilu údolnice nebo průlehu. Pro odvádění větších průtoků při větším podélném sklonu a při větších rychlostech vody, kde nestačí již prosté zatravnění nebo drnování je nutno použít polovegetační (kombinované) zpevnění. Spodní část profilu je chráněna tvrdým zpevněním, horní část je oseta. U svodných průlehů, při velkých průtočných rychlostech a pro víceúčelové využití (komunikace, skluzy, obratiště atd.) je nutno použít tvrdé zpevnění, např. kamenná dlažba, betonové desky apod. Účinnost opatření

Účinnost se projeví ve snížení hodnoty faktoru L.

15.3.4 Stabilizace drah soustředěného povrchového odtoku Základní popis

Zatravněné vodní cesty (mající charakter průlehů) jsou přirozené nebo upravené dráhy soustředěného povrchového odtoku zpevněné vegetačním krytem. Jsou schopny bezpečně bez projevů eroze odvést povrchový odtok, ke kterému dochází v důsledku morfologické rozmanitosti krajiny, zejména na příčně zvlněných pozemcích, v úžlabinách a údolnicích v době přívalových dešťů nebo jarního tání, kdy soustředěně po povrchu odtékající voda v těchto místech zpravidla způsobuje erozní rýhy. Je proto nezbytné tyto potenciální dráhy soustředěného odtoku upravit tak, aby jejich příčný profil umožnil neškodné odvedení veškeré po povrchu odtékající vody. Nejvhodnější ochranou těchto exponovaných míst je vegetační kryt, nejlépe zatravnění, doplněné podle potřeby odvodněním drenáží. Zásady řešení

Zásady řešení jsou popsány v následujících odstavcích. Návrh příčného profilu zatravněné údolnice

Při realizaci zatravněných vodních cest nebude nutné po posouzení v mnoha případech provádět zemní práce pro dosažení optimálního parabolického příčného profilu. Nejlepší postup je využít původní přirozené vodní cesty. Většinou u takového typu stačí jen tam, kde je to nutné, upravit profil a po celé délce povrch. Kapacita přírodních profilů bude většinou adekvátní a bude třeba jen definovat rozsah zatravnění.

- 178 (233) -


Pro návrh potřebné šířky zatravnění přirozeného příčného profilu údolnice, který není třeba upravovat, jestliže u něj byla zjištěna dostatečná kapacita, jsou uvedeny nomogramy . Potřebná šířka zatravnění údolnice [m] se stanoví na základě znalosti střední profilové rychlosti vody [m.s-1], návrhového kulminačního průtoku Qm [m3.s-1], podélného sklonu údolnice [%] a hloubky vody ve středu údolnice hm [m]. V některých případech však může být přirozený příčný profil nedostatečný a bude nutno jej upravit. Při navrhování tvaru příčného profilu musí být brán v úvahu především požadavek funkčnosti. Velmi dobře lze zobecnit optimální příčný profil parabolou s malou hloubkou. Je to nejběžnější tvar nejvíce odpovídající přírodně vymodelovaným vodním cestám. Snižuje pravděpodobnost meandrování a nejsnadněji se vybuduje dostupnou technikou. V zásadě je možná úprava příčného profilu ještě do dvou dalších tvarů, lichoběžníkového a trojúhelníkového. Lichoběžníkový profil v průběhu nižší průtočné rychlosti má tendenci k usazování sedimentu na dně. Nestejná depozice sedimentu může mít při vyšším průtoku za následek vývoj turbulence, která může způsobit meandrování a škody na vegetaci. Trojúhelníkový profil sice může redukovat sedimentaci, ale vyšší rychlost na dně může způsobit poškození dna údolnice. Trojúhelníkové a lichoběžníkové tvary příčných profilů při normálním působení průtoku depozicí splavenin a erodováním mají tendenci stát se parabolickými. Ke konstrukci zatravněných vodních cest - průlehů potřebujeme znát hydrologické podklady a hydraulické parametry . Založení zatravněných vodních cest

Vegetační kryt údolnice ovlivňuje rychlost pohybu vody v údolnici. Kořenový systém v závislosti na své hustotě a kvalitě zpevňuje půdu a redukuje odnos půdních částic. Ochranný účinek trav proti vodní erozi spočívá především v útlumu kinetické energie, ve snížení rychlosti a množství povrchově stékající vody projevujících se ve snížení její vymílací a transportní schopnosti a také v mechanickém zpevnění půdy kořenovým systémem. Při zakládání, výživě a ošetřování porostů je třeba vycházet z komplexního posouzení vzájemných vztahů stanovištních podmínek, složení porostu a specifičnosti jeho funkce. Vegetační kryt, který je pěstován a udržován v prostoru údolnice, je nejdůležitější část tohoto protierozního opatření. V druhovém složení jsou preferovány trávy výběžkaté, tvořící pevný drn. Úprava příčného profilu zatravněné vodní cesty je podle potřeby prováděna stavebními stroji pro zemní práce a je spojena s přesunem určitého množství zeminy. Zpravidla dochází k odstranění ornice, obnažení podorničí a tím k porušení přirozené půdní struktury a biologické aktivity půdy, projevuje se nedostatek živin. Tyto negativní faktory lze do určité míry kompenzovat vhodnou předseťovou přípravou půdy, přiměřeným doplněním živin a dostatečným množstvím vysévaného osiva trav. Předseťová příprava, výsev, doba výsevu

- 179 (233) -


Smyslem předseťové přípravy je vytvoření příznivých podmínek pro výsev, klíčení, vzcházení a další růst trav. Spočívá v úpravě fyzikálních vlastností svrchní vrstvy půdy tak, aby bylo možné zapravení osiva do příslušné hloubky. Optimální vzcházení trav je zabezpečeno tehdy, jsou-li obilky vysety do hloubky 15 mm. Při volném rozhození osiva na povrch půdy se snižuje vzcházení podle druhů trav o 30-50 %. K ochraně vodních cest je možno rovněž použít geotextilních tkanin. Tento způsob však vyžaduje ideální urovnání povrchu, aby se tkanina po celé ploše dotýkala půdy. Z hlediska rizikovosti doby výsevu se jeví jako nejvhodnější konec září, je-li teplý podzim lze s úspěchem založit travní porost i v říjnu. V této době je nejmenší pravděpodobnost zničení porostu přívalovou srážkou a povrchovým odtokem.Není přípustné zakládat porosty v době od května do září. Protierozní účinnost travního porostu nastává v době úplného zapojení porostu a vytvoření kompaktní kořenové soustavy. Poměrně dobrou účinnost má travní porost přibližně 2-3 měsíce po výsevu. Čím větší péče se porostu věnuje, tím dříve lze počítat s jeho působením. Rychlost růstu porostu závisí na použitých druzích trav, dostatku živin a dostatku vláhy. V počátečním období, kdy zasetá plocha není porostem chráněna nebo ochrana není dostatečná, dochází k lokálnímu poškození stékající dešťovou vodou a tvoří se erozní rýhy. Poškození může vzniknout i jinými zásahy. Tato místa je nutné co nejrychleji opravit. Sestavování travních směsí

Aby bylo možné založit travní porost, je nutné navrhnout složení travní směsi. Složení travní směsi musí respektovat : 1)

Stanovištní podmínky

2)

Funkci travního porostu

3)

Požadovanou dobu vytrvalosti porostu. Při posuzování stanovištních podmínek je třeba brát zřetel na :

-

půdní podmínky (zejména mocnost půdní vrstvy a druh půdy)

-

vláhové podmínky (hladina podzemní vody, srážky)

-

klimatické podmínky

-

svažitost, expozici

-

zásobu živin v půdě.

Vypracování návrhu na složení směsi spočívá ve výběru a stanovení poměru vhodných druhů. Složení směsi se vyjadřuje obvykle procentickým podílem jednotlivých druhů. Z vybraných druhů se určí druhy hlavní ( 1-2 ), ostatní jsou pak doplňující. ostatečný podíl výběžkatých trav musí být základem každého porostu určeného k protierozní funkci, protože právě výběžkaté druhy mají nejvyšší

- 180 (233) -


účinek a zajišťují vytrvalost porostu. Protože tyto trávy mají zpravidla pomalý počáteční vývoj, doplňují se druhy s rychlejším růstem. Některé příklady travních směsí jsou uvedeny v následujících tabulkách 18 až 19. Tab. 17 Směs s vysokým protierozním účinkem, vhodná na stanoviště s dostatkem vláhy, dobře zásobené živinami.

DRUH

%

kg osiva . 100 m2

Lipnice luční

40

0,40

Kostřava červená výběžkatá

25

0,40

15

0,23 – 0,30

20

0,30

-„ -

- „ - trsnatá

Jílek vytrvalý

Tab. 18 Směs s vysokým protierozní, účinkem,, vhodná na stanoviště sušší, s nižší zásobou živin

DRUH

%

kg osiva . 100 m2

Kostřava luční

20

0,24 – 0,40


35

0,53

15

0,23 – 0,30

Jílek vytrvalý

15

0,23

Lipnice luční

15

0,15

-„ -

- „ - trsnatá

Tab. 19 Směs s vysokým protierozním účinkem, vhodná na stanoviště ve vyšších polohách s drsnějšími klimatickými podmínkami

DRUH

%

kg osiva . 100 m2


40

0,60

35

0,53 – 0,70

Jílek vytrvalý

10

0,15

Lipnice luční

15

0,15

-„ -

- „ - trsnatá

Tab. 20 Směs s vysokým protierozním účinkem, vhodná na stanoviště ve vysokých polohách s drsnými klimatickými podmínkami

DRUH

%

- 181 (233) -

kg osiva . 100 m2



30

0,45

30

0,45 – 0,60

Jílek vytrvalý

10

0,15

Lipnice luční

10

0,10

Psineček tenký

20

0,12

-„ -

- „ - trsnatá

Údržba zatravněných vodních cest

Zatravněná upravená či přirozená dráha soustředěného povrchového odtoku je protierozní opatření, které potřebuje údržbu, aby zůstala zachována jeho schopnost bezpečně, bez erozních procesů, odvést povrchový odtok. Systém údržby spočívá zejména v: -

pravidelném sečení minimálně dva až třikrát ročně tak, aby výška porostu v době po sečení byla 8 - 10 cm (dlouhé stonky mají tendenci vířit a vibrovat v proudu a tím mohou způsobovat zvýšenou turbulenci s následnou možností poškození profilu údolnice)

-

pravidelném kosení rovněž za účelem zajištění bohatého, pevného, odolného a stabilního porostu

-

přihnojování porostu - zejména přihnojení porostu na jaře po zasetí je velmi důležité pro dosažení kvalitního stabilního porostu

-

bezprostředním odstraňování škod vzniklých při provádění agrotechnických operací, včetně možných oprav poškozeného odvodňovacího systému.

Vzniklé rýhy se vyplní zeminou, kterou dostatečně utužíme. Potom se místo oseje osivem. Při opravě se musí postupovat tak, aby byly vyrovnány nerovnosti, které byly příčinou poškození. Pro opravy lze použít též geotextilní tkaninu, která půdu chrání do doby vzejití porostu. Poškozené místo se vyrovná a textilie se položí tak, aby přiléhala k půdě. Horní část se přehodí zeminou, aby voda nestékala pod textilii. Obdobně se opravují poškozená místa i v dalších letech. Příčiny neúspěchu při zakládání zatravněných vodních cest

Nedostatky při realizaci zatravněných hydrolinií (původních přirozených či nově tvarovaných) jsou výsledkem zejména: -

nedostatečné kapacity vodní cesty

-

nadměrné rychlosti proudění vody

-

neadekvátního nekvalitního vegetačního krytu

-

nevhodného způsobu používání

-

nedostatečné údržby.

První dvě příčiny neúspěchu jsou způsobeny špatným návrhem. Kvalita vegetačního krytu závisí vedle dokonalého založení a správné volby travní směsi rovněž na způsobu používání zatravněné hydrolinie. Zvláště ve vlhkém období by se neměla přejíždět a neměl by se přes ni přehánět dobytek. Neopa-

- 182 (233) -


trné přejíždění mechanizačními prostředky způsobuje poškození travního porostu v profilu údolnice a často poškozuje okraje údolnice. Musíme se vyvarovat takových operací, které by zabraňovaly vodě vtékat do údolnice. Velmi nebezpečné je poškozování okrajů údolnice při zpracování půdy podél ní. V takových případech je soustředěný povrchový odtok veden podle takto poškozených okrajů a ne v zatravněném profilu upravené hydrolinie. Není přípustné zatravněnou vodní cestu používat jako přístupovou komunikaci. Při ochranném postřiku okolních porostů je třeba se vyvarovat přejezdu přes údolnici s otevřenými tryskami. Musíme se vždy přesvědčit, zda jsou všechny trysky opravdu zavřené. Dimenzování zatravněných údolnic

Ke konstrukci zatravněných vodních cest průlehy je třeba znát jejich hydraulické parametry a mít hydrologické podklady. Velmi dobře lze zobecnit jejich příčný profil parabolou s malou hloubkou. Při velkých návrhových průtocích se přeruší zatravněná mikrosíť objekty (skluzy, suché nádrže) tak, aby se docílila dovolená rychlost proudění vody. Vlhké půdy a prameniště se odvodní trubkovými drény. Zatravněné průlehy se obvykle navrhují na 10-ti leté velké vody. Návrhový kulminační průtok Qm má být odveden při říčním proudění, tj. při hloubce vody v průlehu větší než kritické. Běžně se uvažují parabolické průlehy o šířce 3 m až 30 m a minimální hloubce 0,15 m. K hydraulickému výpočtu parabolického průlehu slouží nomogramy. Parametry příčného profilu parabolického průlehu, tj. šířky profilu si při zvolených hloubkách hi v jeho středu se vypočtou pomocí vztahu (24) platného pro parabolu druhého stupně: si =

sm hm

⋅ h i [m]

kde si je hledaná šířka parabolického průlehu při hloubce hi [m] hi - zvolená hloubka parabolického průlehu v jeho středu [m] sm - návrhová šířka parabolického průlehu [m] tj. šířka hladiny vody při návrhovém kulminačním průtoku Qm hm - návrhová hloubka parabolického průlehu [m] tj. hloubka vody při návrhovém kulminačním průtoku Qm Pozn. Vztah (24) lze využít pro vytyčení příčného parabolického profilu. Hydraulický poloměr rm mělkého parabolického koryta při návrhovém průtoku Qm je: [m] a jeho průtočná plocha Fm [m2] je: - 183 (233) -


[m2] Dále platí: [m3.s-1] kde Qm je návrhový kulminační průtok [m3s-1] (pro průleh s periodicitou N = 10 let) stanovený pomocí vztahu (15) v-

střední profilová rychlost [m.s-1]

Kritické hloubky jako funkci kritických středních profilových rychlostí udává tab. 20. Postup výpočtu: 1.

Určí se velikost dílčích povodí pro jednotlivé úseky průlehu.

2.

Určí se z mapy 1:5 000 příslušné podélné sklony průlehu.

3. 10).

Stanoví se návrhový kulminační průtok Qm desetileté periodicity (N =

4)

Určí se dovolená střední profilová rychlost z tab.22

5)

Určí se stupeň drsnostního odporu travních pokryvů z tab. 23.

6) Ke stanovené dovolené střední profilové rychlosti v [m.s-1] a navrhovanému sklonu průlehu J [%] se najde v nomogramech na přílohách 5 až 7 (podle stupně drsnostního odporu) hydraulický rádius rm (v nomogramech je označen R). Je-li rm > rkrit (tab. 20) návrh je správný. Je-li rm < rkrit, proudění bude bystřinné a proto se zvolí nižší hodnota v a výpočet se opakuje, aby se zabezpečilo říční proudění. Tab. 21 Vztah kritických středních profilových rychlostí a kritických hloubek pro mělká parabolická koryta Kritická rychlost vc

Kritická hloubka hc

[m.s-1]

[m]

0, 3

0,014

0,01

0,45

0,032

0,02

0,6

0,056

0,04

0,75

0,88

0,06

0,9

0,126

0,08

1,05

0,171

0,11

1,2

0,224

0,15

1,35

0,283

0,19

- 184 (233) -

Hydraulický rádius rkrit [m]


1,5

0,348

0,23

1,65

0,423

0,38

1,8

0,505

0,34

1,95

0,59

0,42

2,1

0,695

0,46

2,25

0,785

0,52

2,4

0,895

0,6

Tab. 22 Dovolené střední profilové rychlosti pro zatravněné průlehy Pokryv

hustý drn (Deschampsia caespitoza, Nardus stricta) běžné druhy trav

Dovolená rychlost [m.s-1]

Sklon J [%]

velmi soudržné půdy

málo stabilní půdy

<5

2,4

1,8

5 –10

2,1

1,5

>10

1,8

1,2

<5

2,1

1,5

5 – 10

1,8

1,2

>10

1,5

0,9

Tab. 23 Stupně drsnostního odporu travních pokryvů Střední výška vegetace [cm]

7)

Stupeň drsnostního odporu porost v dobrém stavu

porost v běžném stavu

> 75

A

B

30 – 60

B

C

15 – 25

C

D

5 – 15

D

D

<5

E

E

Vypočte se průtočná plocha kulminačního průtoku Fm [m2]: [m2]

8)

Určí se návrhová hloubka ve středu parabolického průlehu hm :

- 185 (233) -


[m] a jeho šířka v hladině sm [m]: [m] 9) Zjistí se korespondující hloubky hi a šířky si parabolického profilu ve vhodném počtu pro jeho vytyčení. 10) Výpočet se opakuje pro všechny úseky průlehu s jinými návrhovými hodnotami J [%] a Qm [m3.s-1]. Nelze-li návrhovou rychlost snížit na limit pro dovolenou rychlost, sníží se sklon terénu vhodnými objekty (stupně, skluzy) nebo se sníží kulminační průtok návrhem suché nádrže. (TS č. 02173-850 AGP - HDP Praha, 1983, arch. č. 206-777 HDP Praha). Na průleh hlavní, vedoucí po spádnici, lze potom napojit systém průlehů bočních, které tvoří ochranu zemědělských pozemků proti plošné erozi. Má-li průleh současně plnit funkci zasakovací, vede se středem průlehu drenážní rýha s drenážním potrubím obsypaným kamennou drtí (1 cm) až do výše podorničí nebo i na povrch průlehu. Drenážní potrubí má minimální průměr 10 cm a navazuje na něj zpravidla síť zasakovacích drénů, které převádějí povrchovou vodu do vhodných půdních okrsků se zakleslou hladinou podzemní vody.

15.3.5 Manipulační pásy Základní popis

Z provedené řady rozborů sklonitosti v katastrálních územích s vysokou mírou erozního ohrožení je patrné, že velké procento ploch využívaných k rostlinné výrobě leží na svazích se sklonitostí nad 12%. Současná dostupná mechanizace je schopna pracovat max. do 12% dostupnosti po vrstevnici. Je zřejmé, že v dohledné době není reálné takto sklonité pozemky současnou mechanizací obdělávat jinak než kolmo, nebo téměř kolmo na vrstevnice. K tomu, aby bylo možno rozdělit nebezpečně dlouhé svahy na více pásů po vrstevnici a tím zajistit střídání více plodin na svahu (erozně odolné a erozně nebezpečné plodiny) je nutné realizovat ve sklonech nad 15% manipulační pásy, které se navrhují v násobcích limitní délky svahu a tvoří jeden z prvků kostry PEO. Hlavní zásady pro navrhování

Podstatou funkce manipulačních pásů je umožnit otáčení zemědělské techniky ve svahu tam, kde by otáčení bez tohoto opatření bylo nebezpečné a nemožné a tím umožnit větší pestrost pěstovaných kultur na neúměrně dlouhém svahu ohrožovaném erozí. Jako optimální se jeví tyto parametry protierozních manipulačních pásů:

- 186 (233) -


šířka: 12 m podélný sklon: vrstevnicový, nebo s malým odklonem od vrstevnic příčný sklon: 7% pozitivní zpevnění: vegetační - osetím travní směsí Manipulační pásy vedle své protierozní funkce budou sloužit jako přístupová polní cesta k jednotlivým rozděleným částem bloku. Pro zlepšení protierozní funkce manipulačních pásů doporučujeme v jeho středu vybudovat naoráním zatravněný mělký průleh, který bude zlepšovat záchytnou funkci těchto pásů. Účinnost opatření

Účelem aplikace manipulačních pásů je rozdělení neúměrně dlouhých silně svažitých pozemků na určitý počet pásů tam, kde není možné provádět agrotechnické operace po vrstevnici. Sníží se hodnota faktoru C. Navrhování těchto prvků protierozní ochrany se provádí hydraulickými výpočty na základě vypočtených hydrologických podkladů .

15.3.6 Protierozní příkopy Základním cílem návrhu a realizace níže uvedených opatření je vyřešit neškodné odvedení vody při ochraně intravilánů, PHO či jiných významných území a objektů a zamezit přítoku cizí vody na pozemek. K zachycení přítoku vnější cizí vody na pozemek, k zachycení povrchové vody uvnitř pozemku a k neškodnému odvedení přebytečné vody ze zájmového území se užívají především záchytné a svodné protierozní příkopy. Musí být vždy napojeny na stálou hydrologickou síť v povodí. Základní popis

Jsou nákladnější protierozní opatření než průlehy, a proto pro úspornější řešení je vhodné využívat sítě cestních příkopů s protierozní funkcí nebo je budovat zejména v návaznosti na přirozenou a umělou hydrografickou síť . Příkop z pohledu protierozního opatření je menší umělé otevřené koryto, sloužící dočasně k zadržení i odvádění povrchové vody i smyté půdy. A) Příkopy záchytné

Budují se nad chráněným územím v místech, kde je nebezpečí přítoku cizích vod z výše ležících ploch ( jak zemědělských, tak nezemědělských ). Tyto příkopy slouží i pro ochranu intravilánu nebo důležitých staveb. Jejich vybudováním se rovněž zmenší hodnota faktoru délky svahu L, a tím přípustná délka svahu. Nevýhodou těchto příkopů je, že není možno je příčně přejíždět. B) Příkopy svodné

Slouží k odvádění vody i s erozním smyvem. Musí být důkladně opevněny, protože mají velký podélný sklon, kde probíhá zpravidla bystřinné proudění. Objekty u příkopů protierozní ochrany jsou obdobné jako u melioračních příkopů.

- 187 (233) -


Zásady pro navrhování

Příkopy je třeba dimenzovat na základě základních hydraulických rovnic pro průtok. Při navrhování profilu a sklonu příkopu je nutno dbát na to, aby byly schopné odvést návrhový kulminační průtok s pravděpodobností výskytu alespoň jedenkrát za 10 let nebo individuálně podle stupně ochrany zájmového území. Výpočet potřebného sedimentačního prostoru v příkopech vyplývá z velikosti sběrného území, půdního smyvu a charakteristik koryta. Účinnost opatření

Realizací tohoto prvku dojde ke snížení hodnoty faktoru L.

15.3.7 Protierozní nádrže Základní popis

Ke snížení zvýšeného povrchového odtoku, k omezení záplav níže ležícího území, zejména obcí a zachycení transportovaných splavenin slouží sedimentační nádrže, zejména suché. Nádrže jsou jedním z velmi účinných opatření regulujících odtok vody a zachycujících transportované splaveniny. Měly by se navrhovat všude tam, kde i přes opatření provedená v povodí dochází ke zvýšenému transportu látek, zejména do povrchových zdrojů vody pro vodárenské účely. Zejména v PHO jsou nádrže posledním článkem ochranných protierozních opatření proti zanášení vodárenských děl nerozpuštěnými látkami a proti obohacování akumulovaných vod rozpuštěnými látkami. Zásady pro navrhování

Při projektování je nutné, aby jejich záchytný prostor byl tak velký, aby byl schopen zadržet objem vody odtékající z přívalového deště nebo jarního tání s průměrnou dobou opakování alespoň 50 let. Pro výstavbu těchto nádrží, aby bylo možno zajistit maximální účinnost, jsou vhodná pouze malá povodí. Z hlediska vlivu na kvalitu vody jsou výhodnější tzv. suché nádrže, jejichž dno je možno obhospodařovat jako louku. Plní se jen při zvýšených průtocích, po odtoku vody z nádrže sediment po vyschnutí prorůstá trvalými travními porosty a není nutné časté odstraňování nánosů. Z hlediska snížení transportu nerozpuštěných látek do vodárenských zdrojů a zlepšení kvality vody je výhodné kaskádovité uspořádání malých nádrží na vodoteči. Jako první je vhodné zařadit suchou nádrž, po níž následují zatopené nádrže, které je, vzhledem k velké nákladnosti výstavby těchto nádrží, možné využít i k dalším účelům, které však nesmí být v protikladu s jejich hlavní funkcí ( např. funkce rybochovná). Při navrhování, výstavbě, rekonstrukci a provozu je třeba postupovat v souladu s ČSN 73 6824 "Malé vodní nádrže".

15.3.8 Terasování T e r a s o v á n í je protierozní opatření na svahových pozemcích ke zmenšení jejich velkého sklonu terénními stupni, k rozdělení svahu na úseky, aby po- 188 (233) -


vrchový odtok nedosáhl nebezpečného erozního účinku a ke zlepšení využití mechanizace. Terasování umožňuje využívat pozemky, které pro velký sklon a členitost by nebylo možno současnými formami zemědělské výroby jinak efektivně využívat. Terasy stupňové zemní jsou terasy, které mají terasový stupeň stabilizován vegetačním zpevněním svahu. Terasy stupňové s opěrnými zdmi jsou terasy, které mají terasový stupeň stabilizován opěrnou nebo zárubní zdí z různých materiálů, hlavně z kamene, betonu a železobetonu. Terasy úzké jsou terasy, umožňující výsadbu 1 až 2 řad vinné révy nebo ovocných stromů a keřů. Terasy široké jsou terasy, umožňující výsadbu nejméně tří řad vinné révy nebo ovocných stromů a keřů. Nejmenší šířka terasové plošiny širokých teras pro vinice je 8m, při vzdálenosti řad 2m a 12m při vzdálenosti řad 3m. Pro sady podle ovocného druhu a typu výsadby 10m až 20m a pro ornou půdu 20m. Pro bližší specifikaci jsou terasy středně široké v šířce plošiny do 50m a velmi široké nad 50m. Terasové dílce jsou terasové útvary zpravidla neparalelní, kde délka nemusí být výrazně převládajícím rozměrem. Příčný směr ( kolmo na směr agrotechniky ) je většinou stejný po celé délce a je dán zemědělským využitím dílců. Nejmenší šířka je 20m. Pro stanovení dalšího charakteru terasového dílce je posuzován jeho větší rozměr jako délka terasy. Terasové dílce jsou podtypem teras širokých. Terasová plošina je produkční plocha terasy, omezená svojí šířkou a délkou. V situaci je určena svým půdorysným průmětem. Š í ř k a terasové plošiny je vzdálenost mezi nejbližšími hranami svahů, měřena ve směru kolmém k podélné ose terasy. D é l k a terasové plošiny je rozměr ve směru řad výsadby, měřený v ose terasové plošiny a omezený příčně začátkem a koncem terasové plošiny. P ř e v ý š e n í terasové plošiny je rozdíl výškové kóty bodu vnější ( násypové, vrcholové ) hrany a vnitřní ( zářezové, úpatní ) hrany terasové plošiny. Terasový svah je uměle vytvořený strmý svah mezi plošinami. Přináleží vždy k terasové plošině výše položené. Plocha je omezená jeho délkou a šířkou.

- 189 (233) -


Š í ř k a terasového svahu v situaci je omezená nejbližšími hranami plošin; je měřená ve směru kolmém k podélnému směru terasy. Jde o půdorysný průmět skutečné šířky. D é l k a terasového svahu je rozměr ve směru řad výsadby, měřený v zářezové ( úpatní ) hraně a omezený příčně začátkem a koncem hrany terasového svahu v jeho úpatí ( patě ). V ý š k a terasového svahu je svislá vzdálenost průsečnic jednoho svahu s plošinami ( rozdíl kót v patě a vrcholu svahu v tomtéž příčném řezu terasou ). Zemní terasy jako jedno z možných technických protierozních opatření, jsou vhodné zejména na středně až výrazně erozně ohrožených svazích od 20 do 30% ( při výrazném překročení přípustného smyvu ). Nejvhodnější je terasovat svah již od rozvodí ( umožní-li to sklon terénu a půdně-geologické podmínky ), aby neohrozilo nebezpečí přítoku vnější vody ( rozptýleně nebo soustředěně ) na terasy, a to jak v době výstavby tak i při provozu. Při terasování jen části svahu je nezbytné nejdříve ochránit zájmová území před přítokem vnějších povrchových i podzemních vod. Z hlediska krajinně ekologického : 1) Terasy jsou vždy značným zásahem do geologie, geomorfologie, pedologie i biologie krajiny a mohou narušit přirozené ekologické mechanismy, jejichž rozsah lze i dnes těžko předvídat. Z tohoto důvodu nutno brát terasy jako krajní protierozní řešení, až když jsou vyčerpány možnosti z hlediska krajiny méně drastické, jako jsou opatření agrotechnická, organizační a vegetační. 2) Terasy je nutno provádět pouze v nejnutnějším rozsahu a je třeba dbát na co největší zachování a respektování alespoň části přirozeného terénu. Zejména je potřeba maximálně respektovat části stávajících mezí se zachovalými keřovými a bylinnými společenstvy a soliterními dřevinami ( hnízdní stromy apod. ) Podklady pro navrhování teras

Území, určené k protierozní ochraně a jeho průzkum s hlavním zaměřením na územní charakteristiky, zejména sklon a konfiguraci terénu a přístupnost pro stroje, režim povrchové i podzemní vody -

Průzkum širších vztahů v krajině podle podrobného popisu ve stati 9

Stanoviska orgánů a organizací podle vyhlášky 105/1981Sb. O dokumentaci staveb, případně jiných orgánů, závazně stanovených

- 190 (233) -


Pedologický a geologický průzkum ( hydropedologický, hydrogeologický ) se závaznými údaji pro návrhy teras -

Výškopisné a polohopisné zaměření

-

Plánované zemědělské využití teras

ních

Údaje o stávajících a plánovaných protierozních a melioračních opatře-

-

Posouzení vnější vody

-

Přípustný erozní smyv

-

Průzkum pro rovnici Wischmeiera-Smitha

Pedologický průzkum

Slouží pro technickou i biologickou část rekultivačního procesu při terasování. Jeho provedení je nezbytné. Pro t e c h n i c k o u část dává zejména podklady : -

pro posouzení vhodnosti k terasování

-

pro zatřídění zemin dle těžitelnosti

-

pro určení půdního druhu

-

pro zjištění podzemní vody

-

pro zjištění mocnosti ornice a podorničí

-

pro další postup průzkumných prací, hlavně geologických

Pro b i o l o g i c k o u část se provádí zejména laboratorní rozbory : -

obsah humusu v půdě

-

půdní reakce

-

obsah CaCO3

obsah základních živin (fosforu, draslíku a hořčíku) pro výpočet dávek zásobního hnojení. Geologický průzkum

Při výstavbě teras a jiných terénních úprav dochází k značným výškám zářezů a násypů. Vzhledem k extrémně svažitým plochám nad 20%, ve kterých dochází k vytvoření až 10m vysokých násypů a zářezů, výjimečně i více, je nutné znát podrobně geologickou skladbu zájmového území a detailní charakteristiky pro zvolení správného technického řešení. Inženýrsko-geologický průzkum je nutno v rozdílném rozsahu provádět pro každou nově navrhovanou stavbu teras a plošných úprav. Obsah závěrečné zprávy PGP a rozsah nutných charakteristik určí se podle PřGP a pedologického průzkumu.Závěrečná zpráva obsahuje

- 191 (233) -


kapitoly jako předběžný GP, rozšířené o podrobné charakteristiky, které jsou zjištěny sondáží mechanicko-fyzikálními rozbory a dále podmínky výstavby, vyplývající z geologické skladby a morfologie území. Situační členění

Celková plocha teras musí být navržena tak, aby tvořila tvar, který optimálně vyhovuje pro využití teras i okolních pozemků, umožňuje komunikační přístupnost pro mechanizaci a umožňuje vodohospodářské řešení ( odvodnění, závlahy ). Situační členění teras s jejich základními parametry ( výška, šířka, sklony ), koncepci vodohospodářského, komunikačního a krajinářsko-vegetačního návrhu musí být odsouhlaseno za účasti kompetentních organizací a orgánů. Příčný sklon terasové plošiny

Je to sklon terasové plošiny ve směru její šířky, tj. v kolmém směru na podélnou osu terasové plošiny, zpravidla též kolmo na směr řad výsadby nebo směr orby.Příčný sklon je závislý na : -

šířce plošiny

-

půdních a geologických podmínkách

-

erozním smyvu

-

požadavku zemědělského využití

-

používané mechanizaci

-

ekonomice zemních prací

-

povrchovém odtoku

-

technologii výstavby

-

způsobu případné závlahy

Příčný sklon TP může být negativní nulový a pozitivní. Příčný sklon pozitivní – sklon TP stoupá ve směru k patě výše položené terasy. Příčný sklon nulový – použití je možné u všech typů teras. Nedoporučuje se u teras na těžkých půdách, kde by mohlo docházet k sesuvům a zamokřování půd. Příčný sklon negativní – sklon TP klesá ve směru k patě výše položené terasy. Používá se pouze u teras úzkých na lehkých a středně těžkých půdách.

- 192 (233) -


Podélný sklon terasové plošiny – sklon terasové plošiny ve směru její podélné osy, zpravidla též sklon ve směru řad výsadby nebo obdělávání.

Podélný sklon se doporučuje 1 až 3%, kdy nedochází většinou k odtoku, ale srážky zasáknou, případně částečně odtékají nesoustředěně po celé ploše teras, při příčném sklonu TP pozitivním a nulovém. Při podélném sklonu je nejmenší hodnota 2,0%. Konce teras mohou být v případě nutnosti ve větším sklonu až do 7%, výjimečně až 12%, v maxim. Délce určené přípustnou délkou svahu za předpokladu zajištění bezpečného odtoku povrchové vody.

Terasový svah Výška svahu

Závisí na původním sklonu terénu, příčném sklonu plošin, šířce plošiny, sklonu svahu, půdně-ekologických podmínkách, zpevnění, údržbě, požadavcích krajinářských, ekologických a dalších faktorech. Maximální výška terasového stupně se doporučuje 8m, optimální je 6m. Sklon svahu

Největší sklon svahu s výškou terasového stupně do 1,5m ( výjimečně do 2,5m )je 1 : 1. U vyšších svahů zpravidla 1 : 1,25 až 1 : 1,5 a méně podle výsledků pedologického a geologických průzkumů. Zpevnění svahu

Terasové svahy jsou zpevněny vegetačně. Základem zpevnění je osetí směsí travního semene. Osetí je možno provést tradiční metodou, po předchozím ohumusování svahů (rozprostření ornice), nebo hydroosevem. Travní směs musí být navržena podle pěstebních podmínek zájmového území. Doplnění zatravnění (případně jiného bylinného patra) zajistí skupinové výsadby keřů a stromů. Biologická a agrotechnická

část rekultivace

Úkolem této části rekultivačního procesu je v co nejkratší době zajistit plnou úrodnost terasových ploch. Tato část rekultivace, při terasování navazující bezprostředně na technickou část rekultivace, závisí na následujících faktorech :

- 193 (233) -


-

stupeň degradace půdy erozní činností

-

kvalita ornice k rozprostření na terasy

-

půdní a geologické podmínky ( fyzikální, agrochemické apod. )

-

klimatické podmínky ( srážky, teplota )

-

výrobní oblast

-

následné zemědělské využití teras.

Agrotechnické, agrofyzikální a agrobiologické vlastnosti půdy musí být obnoveny biologickým a agrotechnickým rekultivačním cyklem, trvajícím zpravidla tři roky, nejvýše 5 roků. Hlavní opatření jsou : doplnění základních živin formou zásobního hnojení ( draslík, fosfor, hořčík ) na dobrou úroveň v profilu 0 až 60cm -

meliorační vápnění, úprava půdní reakce ( v případě potřeby )

-

zelené hnojení pro obohacení půdy humusotvornými látkami

hnojení statkovými hnojivy k obohacení půdy organickou hmotou a obnově biologické činnosti v půdě dodáním potřebných baktérií. Objekty na terasách – jde o objekty, které jsou přímou součástí vlastních teras a dále objekty, které terasové plochy doplňují. Bermy (lavičky) v terasových svazích sníží plynulou výšku terasového svahu. S výhodou se používají průjezdné lavičky ( nejmenší šířka 4,00m ), které jsou víceúčelové. Příčný sklon je pozitivní 3 až 7%, podélný odpovídá sklonu teras a je 1 až 5%. Obratiště slouží k otáčení mechanizace. Šířka obratiště u běžné mechanizace je zpravidla 12m. Protismykové zářezy zajistí lépe stabilitu násypových částí teras zpravidla v údolnicích, nebo pod vysokými násypy, hlavně při velkých podélných přesunech zeminy. Většinou se navrhují jako zářez se sklonem svahu 1 : 1,5 a pozitivním sklonem plošiny 5%. Drenážní odvodnění se navrhuje k úpravě vodního režimu podzemní vody. Drenáž se navrhuje jako sporadická, k zachycení jednotlivých vývěrů vody, nebo skluzných vrstev. Protierozní příkopy chrání terasy před vnější povrchovou vodou nebo zajišťují bezpečný odtok povrchové vody uvnitř terasové plochy ( voda vnitřní ), zpravidla současně s doplňkovou protierozní funkcí příkopů.

Příkopy jsou : -

záchytné obvodové

- 194 (233) -


-

záchytné sběrné

-

svodné

Hlavní jsou záchytné příkopy obvodové chránící stavbu před vnější povrchovou vodou, zejména z přívalových srážek. U širokých teras s náročným situačním řešením teras a cestní sítě doplňuje se někdy návrh teras o příkopy záchytné sběrné. Navržené příkopy jsou situovány v patě terasového svahu

-

minimální hloubka 40cm

-

minimální šířka 50cm

-

sklony svahů zpravidla 1 : 1,25 až 1 : 1,5

-

z důvodů čištění zpevňovat vegetačně

Situování příkopů na terasách : na terasových plošinách uvnitř terasové plochy není zpravidla nutné navrhovat záchytné příkopy. Pokud k návrhu dojde, lze je umístit podél úpatí hrany. O umístění příkopu rozhodují mnohé faktory jako stabilita svahu, půdní geologické podmínky, údržba svahu teras, obdělávání terasové plošiny, atd. Vzhledem ke značné rizikovosti příkopů na terasách doporučuje se terasy řešit tak, aby návrhy příkopů nebyly potřebné. Cesty jsou navrhovány zpravidla s přibližnou osou terasové plochy, nejčastěji podél paty svahu, s hlavní funkcí dopravní a obslužnou. Sjezdy a výjezdy na terasy nebo z teras navazují na síť cest, kdy celá terasová plošina je pod nebo nad úrovní nivelety cesty. V tom případě se navrhuje podélný sklon výjezdu nebo sjezdu do 12%, výjimečně 15%. Zeleň Stávající zeleň je vhodné ponechat v místech, kde se stane součástí nezemědělských ploch, nebude překážet realizaci teras a jejich následnému využívání. Podmínkou je vyhovující druhové zastoupení.

V případě potřeby se navrhuje na svahy teras, případně na jiná produkčně nevyužitelná místa krajinná zeleň. Krajinářskou funkci má zeleň, která umožňuje vhodné navázání terasové plochy na okolní krajinu a vnitřní dotvoření teras tak, aby ráz krajiny terasy nenarušovaly. Jde zejména o optické snížení výšky terasových svahů, zakrytí nevhodných hran a směrových lomů, výsadbu na neprodukčních enklávách spádnicové linie podél cest, příkopů, nebo na spádnicových mezích. Zásady pro výstavbu

- 195 (233) -


Postup prací

1.

Vytyčení obvodu terasového území

2.

Vyznačení vhodné zeleně k ponechání

3.

Vybudování obvodových záchytných příkopů ( v případě potřeby )

4.

Odstranění křovin a stromů

5.

Sejmutí ornice

6.

Vytyčení a hrubé provedení cestní sítě

7. Vytyčení a realizace předterasových prací ( odvodnění, protismyková opatření apod. ) 8. )

Vytyčení a realizace teras ( případně se stavebními záchytnými příkopy

9.

Rozprostření ornice na terasové plošiny, příp. na terasové svahy

10.

Osetí terasových svahů

11.

Biologická část rekultivace – zahájení

12.

Dokončení cestní sítě

13.

Dokončení odvodňovací protierozní sítě

14.

Výsadba a ošetření krajinné zeleně, ukončení ( zahájení po bodu 9 )

15.

Biologická rekultivace – ukončení

Manipulace s ornicí

Způsoby manipulace s ornicí na staveništi teras jsou rozdílné, především podle typu teras, členitosti a sklonu terénu. Ornici je vždy nutno sejmout v nejmenší vrstvě 20cm. Manipulace s ornicí sejmuté z terasového území : Systém celoplošný

Navrhuje se sejmutí ornice z celé terasové plochy současně a její uložení na meziskládky v obvodu lokality. Systém dílčích ploch

Ornice se snímá z jednotlivých samostatných ploch (bloků) nebo jejich částí (teras), které je možno samostatně a uceleně realizovat. Umístí se na meziskládky. Požadavky na údržbu Údržba doprovodných objektů teras, tj. cest, příkopů, zeleně a dalších, se provádí podle příslušných oborových směrnic, norem a vyhlášek. Mimořádnou pozornost je nutné věnovat zejména čištění od splavenin a udržování protieroz-

- 196 (233) -


ní a vodohospodářské funkce. Čištění se provádí podle potřeby, nejméně však dvakrát ročně, v dubnu a říjnu. Údržba teras spočívá zejména v údržbě terasového svahu (kosení, doplňování porostu, údržba zeleně) a v likvidování případných erozních jevů (drobné rýhy na svazích, drobné nátrže, odstranění depresí v podélném sklonu terasy). P o s o u z e n í s t a b i l i t y terasového svahu

Počítá se jako rovnováha podél smykové plochy. Doporučuje se počítat u svahů vyšších než 6m, pokud geologický průzkum neurčí jinak. Výpočet stability svahu vyžaduje odebrání neporušených vzorků zeminy, ze svahu a jeho podloží a jejich laboratorní zkoušky. Pro přibližné řešení stačí směrné hodnoty fyzikálních a mechanických veličin, zejména úhlu vnitřního tření a součinitele soudržnosti. Pro nepříznivé podmínky zakládání nedoporučuje se terasování ve svážných územích a při půdách jílovitých, pokud nejde o řádně zdůvodněné případy a důkladné zajištění stability. Pro zvýšení stability svahu násypů je nutné přiměřené zdrsnění podloží. Ve složitějších podmínkách, tj. ve svážných územích, dále tam, kde by mohlo dojít k ohrožení lidských životů, majetku a jiných hodnot (intravilány, stavby podzemní i inženýrské, podzemní vedení, nádrže, toky, atd.), musí být použito přesných metod a laboratorními rozbory odebraných vzorků.

15.3.9 Polní cesty s protierozní funkcí Polní cesty a jejich vegetační doprovod dotvářejí krajinný ráz, zvyšují biodiverzitu (druhovou pestrost) území a trvalým a výrazným způsobem ohraničují pozemky a katastrální hranice. Polní cesty jsou směrově nerozdělené komunikace. Návrh sítě polních cest je povinnou a důležitou součástí plánu společných zařízení pozemkových úprav1). Účel polních cest

Účelem polních cest je a) zpřístupnění pozemků vlastníků (možnost uplatnění vlastnických práv) pro účely užívání k zemědělské výrobě a dopravě; b) zpřístupnění krajiny (doplnění stávající sítě pozemních komunikací, propojení důležitých bodů ve volné krajině z hlediska možnosti vedení turistických cest, cyklotras, apod.); c) napojení na silnice, místní komunikace, lesní dopravní síť a popř. na další sítě účelových komunikací.

- 197 (233) -


Členění polních cest

Polní cesty se člení podle: a)

významu;

b)

návrhové kategorie.

Členění polních cest podle významu Hlavní polní cesty

Hlavní polní cesty soustřeďují dopravu z polních cest vedlejších, jsou napojeny na místní komunikace nebo na silnice III. tř., výjimečně na silnice II. tř., nebo přivádějí dopravu z přilehlých pozemků přímo k zemědělské farmě - usedlosti. Plní i funkci protierozního prvku. Hlavní polní cesty se doporučuje navrhovat jednopruhové s výhybnami a v odůvodněných případech jako dvoupruhové. Jsou navrhovány jako zpevněné, vždy s odvodněním a s celoroční sjízdností. Vedlejší polní cesty

Vedlejší polní cesty zajišťují dopravu z přilehlých pozemků nebo farem a jsou napojeny na polní cesty hlavní, mohou být napojeny i na místní komunikace, silnice III. tř., výjimečně na silnice II. tř. Plní i funkci protierozního prvku. Vedlejší polní cesty jsou převážně jednopruhové, zpravidla nezpevněné, zatravněné, v odůvodněných případech zpevněné, výhybny jsou doporučené. U vedlejších polních cest je možná i kolejová úprava. Podle místních podmínek se na úsecích cesty s nízkou únosností a na podmáčených úsecích navrhuje kombinace zpevněných a nezpevněných úseků. V odůvodněných případech je třeba na konci polní cesty navrhnout obratiště. Doplňkové polní cesty

Doplňkové polní cesty zajišťují sezónní komunikační propojení v rámci propojení půdních celků jednoho vlastníka nebo tvoří hranice mezi vlastnickými pozemky. Jsou jednopruhové, výhybny ani obratiště se neuvažují, navrhují se nezpevněné, případně zatravněné. Členění polních cest podle návrhové kategorie

Návrhové kategorie se rozlišují podle uspořádání v příčném profilu a podle návrhové rychlosti závislé od územních (terénních) podmínek. Charakterizují se zlomkem obsahujícím: a) v čitateli písmenný znak označující polní cestu (P) a volnou šířku polní cesty v m; b) ve jmenovateli návrhovou rychlost v km/h. Jednotlivé návrhové kategorie polních cest jsou uvedeny v tabulce 23 Tab. 24 – Návrhové kategorie polních cest Polní cesty Hlavní Dvoupruhové*) P 7,5/60 P 7,0/60

Jednopruhové**) P 5,0/30 P 4,5/30

- 198 (233) -

Vedlejší Jednopruhové***) P 4,5/30 P 4,0/30

Doplňkové Jednopruhové**** P 3,5/30 P 3,25/30


P 6,5/50 P 4,0/30 P 3,5/30 P 3,0/30 P 6,0/40 *) U hlavních polních cest dvoupruhových se doporučuje šířka koruny 6,50 m, z toho šířka vozovky 5,50 m a krajnice 2 x 0,50 m. **) U hlavních polních cest jednopruhových se doporučuje šířka koruny 4,00 až 4,50 m, z toho šířka vozovky 3,00 až 3,50 m a šířka krajnic 2 x 0,50 m. ***) U vedlejších polních cest jednopruhových se doporučuje šířka koruny 4 m, z toho šířka krajnic 2 x 0,50 m. ****) Doplňkové polní cesty se navrhují zpravidla bez krajnic. -

Polní cesta má mít v celé délce znaky jedné kategorie

Polní cesta, na kterou se připojuje lesní odvozní cesta, se navrhuje minimálně podle třídy a návrhové kategorie této lesní cesty - viz ČSN 73 6108. Předpokládá-li se, že navrhovaná polní cesta bude po správním řízení zařazena do sítě místních komunikací, je nutno její návrh předem projednat s příslušným silničním správním úřadem a řešit podle ČSN 73 61103). Návrh polních cest Návrhová kritéria

Návrh polních cest musí respektovat kritéria dopravní, geotechnická, technická, ekologická, půdoochranná, vodohospodářská, estetická a ekonomická. Konkrétně musí návrh sítě polních cest splňovat následující kritéria: a) kritéria vlastního provozu: -

umožnit přístup na pozemky;

umožnit propojení zemědělských podniků nebo farem vzájemně mezi sebou a místem odbytu zemědělských výrobků; -

vyloučit nebo omezit potřebu průjezdu zastavěnou částí obce;

-

omezit nebo vyloučit potřebu využívání silnic k účelové dopravě;

zvýšit prostupnost krajiny a prostupnost zemědělského území vedením značených turistických cest, cyklistických stezek, příp. běžeckých tratí; zajistit návaznost na stávající silniční síť, síť místních komunikací v obcích, návaznost na stávající lesní cesty; umožnit přístup k vodohospodářským stavbám, k lokalitám s těžbou nerostů a surovin, ke skládkám tuhého komunálního odpadu; b) kritéria vnějších vztahů: -

respektovat krajinotvorné funkce cest v území (krajinný ráz);

vytvořit důležitý krajinotvorný polyfunkční prvek s funkcí ekologickou, půdoochrannou, vodohospodářskou a estetickou; využít polních cest jako základního liniového tvaru vhodného pro stanovení nové hranice pozemku, nebo nové hranice katastrálního území;

- 199 (233) -


-

začlenit do systému protierozní ochrany půdy;

začlenit do systému vodohospodářských opatření na ochranu vodního režimu v území; -

začlenit do systému ochrany vod proti znečištění.

Při návrhu prvků trasy je třeba brát v úvahu místní poměry, zejména charakter území a cestu vhodně začlenit do krajiny. Trasa cesty se má podle možnosti vyhnout místům, kde by si její stavba vyžádala neúměrně vysoké náklady.

16

HYDROLOGICKÉ PODKLADY PRO DIMENZOVÁNÍ BIOTECHNICKÝCH A TECHNICKÝCH PRVKŮ PEO

Základní informace

Základními údaji pro návrh protierozních opatření (zejména technických) jsou hodnoty objemu přímého odtoku a kulminačního průtoku. Kulminační průtok QpH a objem přímého odtoku OpH je nutno znát pro posuzování a navrhování příčného profilu povrchových hydrolinií. -

Pro výpočet objemu odtoku a kulminačního průtoku je doporučeno použít metodu čísel odtokových křivek CN pro velikosti povodí do 10 km2.

Doporučený postup

A) Příprava podkladů - doporučuje se ZABAGED, IACS, případně mapa SMO-5 v digitální podobě s vrstvami BPEJ a aktuálního rozmístění jednotlivých druhů pozemků (kultur). Podklady zahrnují nejen k.ú., ale i širší území v návaznosti na velikost řešeného povodí. B) Zjištění návrhové srážky s určitou pravděpodobností opakování (dle údajů Českého hydrometeorologického ústavu, případně dle metodiky ). K odhadu návrhového objemu přímého odtoku z malých povodí na našem území byly pro výpočet využity N-letémax. jednodenní srážkové úhrny (Šamaj, Valovič, Brázdil, 1985) nebo zpracování N-letých jednodenních srážkových úhrnů pro Čechy a Moravu . C) Vymezení povodí (perimetru) k určenému profilu. D) Vymezení hydrologické skupiny půd, zastoupení jednotlivých druhů pozemků a způsobu jejich využití. V rámci vymezeného povodí se z mapových podkladů (s využitím BPEJ) vymezí hydrologické skupiny půd (A,B,C,D) a zastoupení jednotlivých druhů pozemků (lesy, TTP, orná půda, zastavěné území aj.), vč. údajů o způsobu jejich využití. E) Planimetrování (standardní nebo digitální) plošného zastoupení jednotlivých druhů pozemků v řešeném povodí vč. plošného zastoupení hydrologických skupin půd.

- 200 (233) -


F) Stanovení průměrné hodnoty CN. S využitím údajů dle bodů D) a E) se stanoví hodnota čísla CN pro jednotlivé druhy pozemků vč. hydrologických skupin půd a stanoví se průměrná hodnotu CN. Příklad stanovení průměrné hodnoty CN Plocha povo- Způsob ob- Hydrologické Hydrologická dí P [ha] dělávání podmínky skupina půd

CN

P . CN

1

23

les

Šp

B

66

1518

2

109

obilnina

Šp

B

76

8284

3

8

obilnina

Šp

C

84

672

4

0

5

0

6

0

7

0

8

0

9

0

10

0

Celkem Výsledné CN :

140

10474 75

G) Výpočet objemu přímého odtoku Oph. I) Stanovení jednotkového kulminačního průtoku qpH . Při výpočtu kulminačního průtoku se v metodě CN - křivek používá poměru počáteční akumulace k 24 hod. srážkovému úhrnu Ia/Hs, kdy se podle doby koncentrace Tc stanoví jednotkový kulminační průtok qpH. J) Výpočet kulminačního průtoku QpH. Návrh parametrů navržených biotechnických a technických prvků PEO Postup při dimenzování zasakovacích ochranných pásů a vsakovacích průlehů

Výpočet šířky zasakovacích ochranných pásů

Při pěstování plodin na svazích chráníme půdu před škodlivými účinky vodní eroze tím, že mezi plodiny s nízkou protierozní odolností (okopaniny, jarní obiloviny) vkládáme vsakovací ochranné pásy, které mají vyšší protierozní odolnost (např. trvalé travní porosty, víceleté pícniny).

- 201 (233) -


Protierozní účinek vsakovacích ochranných pásů spočívá v tom, že přerušují erozně účinný povrchový odtok srážkové vody po svahu a mění povrchový odtok na podpovrchový

Obr. schema návrhu zasakovacích pásů Aby vsakovací ochranný pás plnil svoji protierozní funkci musí být navržený tak, aby byly splněny následující podmínky. OS, L + OS, D = Oi, L + Oi, D [1] [2] resp. OP, L + OS, D = O i, D L ≤ Lp kde OS, L - (= iS . td . L . 1) objem srážkové vody, která spadne z návrhového deště na chráněný pás jednotkové délky (m3) OS, D - (= iS . td . D . 1) objem srážkové vody, která spadne z návrhového deště na ochranný zasakovací pás jednotkové délky (m3) Oi, L - ( = vi, L . td . L . 1) objem vody, která v průběhu trvání návrhového deště vsákne do půdy na chráněném páse jednotkové délky (m3) Oi, D - ( = vi, . td . D . 1) objem vody, která v průběhu trvání návrhového deště vsákne do půdy na ochranném zasakovacím páse jednotkové délky (m3) OP, L - (= OS, L - O i, L) objem povrchového odtoku z chráněného pásu v průběhu trvání návrhového deště (m3) L - šířka chráněného pásu, tj. rozchod vsakovacích pásů (m) D - šířka vsakovacího ochranného pásu LP - přípustná délka svahu (m) is - intenzita návrhového deště (m . s -1) td - trvání návrhového deště (s) vi - průměrná intenzita infiltrace vody do půdy v průběhu trvání návrhového deště na chráněném (vi, L) resp. na vsakovacím pásu (vi, D) ( m . s -1 )

- 202 (233) -


Vyjádřením jednotlivých členů rovnice [ 1 ] a [ 2 ] a jejich úpravou dostaneme vztah pro výpočet šířky vsakovacího ochranného pásu i −v D = L. s i , L vi , D − is [3] Použití této rovnice je podmíněné znalostí vsakovací schopností půdy při pěstování různých zemědělských plodin na chráněném ( vi, L ) i na vsakovacím pásu ( vi, D ), jakož i znalostí charakteristik návrhového deště ( iS , td ) a přípustné délky svahu LP ( L ≤ LP ). V případě nedostatku údajů o vlivu různých pěstovaných plodin na vsakovací schopnost půdy můžeme použít vztah podle Antala ( 1990 ) odvozený s použitím metody CN. D = L*

H O,L 0,2 * ( H R , D − H S )

[4 ]

kde HO, L - výška povrchového odtoku z chráněného pásu, pro jejíž výpočet použijeme rovnici [5] a [6], přičemž hodnotu CNL určíme jako funkci skutečných a navrhovaných charakteristik chráněného pásu (dle čísla CN) HR, D - potencionální retence vsakovacího pásu pro jejíž výpočet použijeme rovnici [ 6 ], přičemž hodnotu CND určíme jako funkci skutečných navrhovaných charakteristik vsakovacího pásu ( dle čísla CN ) HS - výška uvažovaného návrhového deště rovnice [ 4 ] je použitelná pro: [5] 0,2 . HR, D > HS vyjádřením HR, D v rovnici [ 5 ] pomocí rovnice 1000 H R , P= 25,4.( − 10) CN

[6]

a její matematickou úpravou dostaneme 5080 CN D< H S + 50,8 [7] Pro výpočet výšky povrchového odtoku z chráněného pásu HO, L použijeme rovnici [ 8 ] a rovnici [ 6 ] kde H O, L

( H S , N − 0,2 H R , P ) 2 = H S , N + 0,8 H R , P

[8] kde HS, N - ( iS,N . tdK ) výška náhradního deště ( mm ) HR, P - potencionální retence povodí ( mm ) CND - číslo odtokové křivky vsakovacího pásu

- 203 (233) -


Výpočet šířky vsakovacích průlehů

Navrhují se vždy v celé soustavě. Jejich hlavní funkce je zadržet vodu z běžných dešťů s periodicitou p = 1,0 a neškodně odvést vodu z velkých dešťů s periodcitou p = 0,05 – 0,01. V podélném profilu se navrhují s nulovým, případně s malým sklonem a před jejich vyústěním do recipientu se navrhuje vzdouvací zařízení (stavidlový uzávěr a jiné). Podle Cablíka se takto pod úrovní přepadové hrany vytvoří akumulační prostor, z kterého se voda vsakuje do půdního profilu a nad hranou retenční prostor, který se bude plnit za vydatnějších dešťů, a přepadávající voda se odvede do vhodného recipientu. Odtok přes přepadovou hranu bude probíhat jako snížená povodňová vlna, což umožňuje zmenšit jeho rozměry. Při jejich dimenzování je třeba provést výpočet akumulačního i retenčního prostoru. Při výpočtu akumulace vycházíme z podmínky, aby se objem akumulace rovnal objemu povrchového průtoku z výše ležícího území vyvolaného deštěm zvolené periodicity a doby trvání. Výpočet akumulace V A = F .i A .ϕ A .t A

kde je

[ ]

V A - akumulační objem m 3

[

i A - intenzita náhradního přívalového deště s p = 1 ms −1

[ ]

]

F – sběrná plocha F = L.D m 2

t A - čas trvání deště, uvažuje se 3600s

ϕ A - průměrný objemový odtokový koeficient (0,3 – 0,8)

SA =

kde je

VA D

[ ]

S A - akumulační příčná plocha m 2

D – délka průlehu [m]

⎛S ⎞ hA = ⎜ A ⎟ ⎝m⎠

- 204 (233) -

1/ 2


kde je h A - akumulační hloubka [m]

m – cotg úhlu sklonu svahu b A = 2.m.h A

kde b A je šířka akumulační hladiny [m] Výpočet retence

Při výpočtu retence předpokládáme výskyt přívalového deště s p = 0,05 – 0,01, dobu trvání t R = 600 – 3600s, odtokový koeficient ϕ R = 0,6 − 1,0 . Kapacitu přepadu Qo (při vyžadovaném snížení průtoku při povodni) můžeme volit rozpětí 0,3 – 0,5 Qmax : Qmax = i R .ϕ R .F Q0 = (0,3 − 0,5).Qmax W R = F .i R .ϕ R .t R

kde je

[

Q0 - kapacita přepadu m 3 s −1

[ ]

W R - objem průtoku m 3

] [

i R - intenzita přívalového deště ms −1

]

Výpočet retenčního objemu vsakovacího příkopu provádíme za předpokladu, že předcházející déšť zaplnil akumulační prostor. Následující déšť s nižší periodou(0,1, 0,05 apod.) spadne už na provlhčenou půdu, takže se podstatně zvýší hodnota odtokového součinitele. Protože retence půdy je v tom čase prakticky nulová a vsak do půdy výrazně snížený, můžeme předpokládat, že doba trvání deště se rovná době odtoku a celkový objem deště vytváří plochu rovnoramenného trojúhelníku se základnou 2 t R a výškou ϕ .i R .I v případě, kdyby trojúhelník nebyl rovnoramenný a sestupná větev byla delší (1,5 až dvojnásobek jako vzestupná), tato okolnost by jen v malé míře ovlivnila velikost retenčního objemu. Potom:

- 205 (233) -


V R = WR − Qo .t R

[ ]

kde V R je velikost retenčního objemu m 3 a z toho vztahu

iR =

VR t R + Q0

F .ϕ R

Pro průměrné trvání deště (1800s) vypočítáme V R , tuto hodnotu retenčního objemu z bezpečnostních důvodů zvětšujeme na nejbližší celou dvacítku m 3 . Pro různé t R (ověřujeme minimálně tři hodnoty přes 600, 1800 a 3600 sekund) vypočítáme ze vztahu i R a porovnáme s naměřenými intenzitami. Jestli jsou i R o něco větší než naměřené intenzity deště, výpočet je vyhovující. Potom můžeme určit retenční příčný profil úhoru ze vztahu SR =

VR D

a hloubku retence určíme řešením kvadratické rovnice S R = b A. .hR + m.hR hR 1,2 =

2

− b A ± b A + 4.m.S R 2m

Při návrhu vsakovacích příkopů se změní tvar příčného profilu, v kterém největší hloubka naplnění h = h A + hR , kde h A je hloubka výkopové části příkopu a hR je hloubka vytvořená předhrázkou. Jestliže budeme zjednodušeně předpokládat, že A=

m´+ m 2

potom bude plocha příčného řezu při hloubce h S = S A + SR

kde S A = (b + m.h A ).h A S R = (b + 2.m.h A + A.hR ).hR

Jestliže by měl vsakovací příkop při trasování souběžně s vrstevnicemi malý podélný sklon a délku D, potom v části s nejmenší hloubkou bude mít rozměry: B = i.D

- 206 (233) -


S A ´= (b + m.h A − m.B )( . hA − B ) S R ´= (b + 2.m.h A − 2.m.B + A.hR ).hR

Objem akumulačního prostoru se určí ze vztahu VA =

S A + S A´ .D 2

a po dosazení z předcházejících vztahů B ⎡ ⎤ 2 V A = ⎢m.h A − (m.B − b ).h A + .(m.B − b )⎥.D 2 ⎣ ⎦

Největší hloubka akumulačního prostoru bude hA =

⎞ 4m.V A 1 ⎛⎜ − m 2. B 2 − b ⎟⎟ .⎜ m.B + b 2 + D 2m ⎝ ⎠

Největší akumulační objem bude mít vsakovací příkop s vodorovným dnem, pro sklon i = 0 bude B = 0, takže hA =

⎞ 1 ⎛⎜ 2 4m.V A − b ⎟⎟ .⎜ b + D 2m ⎝ ⎠

Předností příkopu s vodorovným dnem je větší objem a rovnoměrné rozdělení vsakující se vody po délce příkopu. Retenční prostor je třeba najít stejným postupem jako v případě použití průlehů. Pro objem retenčního prostoru bude platit: VR =

S R + S´ R .D 2

Po dosazení příslušných hodnot:

[

V R = D. (b + 2m.h A − m.B ).hR + A.hR

2

]

z čeho hloubka retenčního prostoru, a tím i přepadající voda, bude

hR =

1 ⎡ .⎢m.B − 2m.h A − b + 2 A ⎢⎣

(b + 2m.h

A

)

− m.B 2 +

4.VR ⎤ .A ⎥ D ⎥⎦

Největší retenční obsah bude mít vsakovací příkop s vodorovným dnem,kde i = 0 je B = 0:

- 207 (233) -


hR =

1 ⎡ .⎢− 2m.h A − b + 2 A ⎣⎢

⎤

(b + 2m.h A )2 + 4.VR . A ⎥ D

⎦⎥

Příklad Vypočítejte rozměry vsakovacího průlehu. K dispozici jsou následující údaje: Pro periodicitu p = 0,05- i10

= 2,04 mm. min −1 ,

i30 = 1,12mm. min −1 ,

i60 = 0,71mm. min −1 , pro periodicitu p=1- i60 = 0,30mm. min −1 , ϕ A = 0,5, ϕ R = 0,8 , délka průlehu D = 200m, vzdálenost mezi nimi L = 100m.

Výpočet objemu a hloubky akumulace V A = D.L.i A .ϕ A .t A = 100 × 200 × 0,3 × 0,5 × 1,67 × 10 −5 × 3600 = 180,36m 3 V A = 180,36m 3

SA =

VA 180,36 = = 0,9m 2 200 D 0,5

0,5

⎛S ⎞ ⎛ 0,9 ⎞ hA = ⎜ A ⎟ = ⎜ ⎟ = 0,42m ⎝ 5 ⎠ ⎝m⎠ b A = 2m.h A = 2 × 5 × 0,42 = 4,2m

Výpočet retenčního objemu a hloubky hR Qmax = ϕ R .i R .D.L = 0,8 × 1,12 × 1,67 × 10 5 × 200 × 100 = 0,3m 3 .s −1 Q0 = 0,5.Qmax = 0,5 × 0,3 = 0,15m 3 s −1 WR = Qmax .t R = 0,3 × 1800 = 540m 3 V R = WR − Q0 .t R = 540 − 0,15 × 1800 = 270m 3

270 zaokrouhlujeme na 280 m 3

Ověříme správnost návrhu: Pro t R = 30 min

Vr 280 t + Q0 1600 + 0,15 iR = R = = 2,03 × 10 −5 m.s −1 = 1,22mm. min −1 ϕ R .L.D 0,8 × 100 × 200

- 208 (233) -


1,22 › 1,12

Pro t R = 60 min

280 3600 + 0,15 iR = = 1,424 × 10 −5 m.s −1 = 0,85mm. min −1 16000 085 › 0,71 Pro t R = 10 min

280 600 + 0,15 iR = = 3,85 × 10 −5 m.s −1 = 2,31mm. min −1 16000 2,31 › 2,04 Výpočet rozměrů příčného profilu SR =

V R 280 = = 1,4m 2 D 200

m.hR + b A .hR − S R = 0 2

5.hR + 4,2hR − 1,4 = 0 2

hR1, 2 =

− 4,2 ± 4,2 2 + 4 × 5 × 1,4 = 0,26m 2×5

bR = 2m.(h A + hR ) = 2 × 5 × (0,42 + 0,26 ) = 6,8m

hC = h A + hR + 0,1 = 0,42 + 0,26 + 0,1 = 0,78 ÷ 0,8m bC = 2m.hC = 2 × 5 × 0,8 = 8,0m

- 209 (233) -


C. Postup při dimenzování protierozních mezí, průlehů a příkopů Hydraulický výpočet liniových biotechnických a technických prvků (průlehů, příkopů, protierozních mezí) je nezbytný pro stanovení jejich průtočného profilu. Tvar průtočného profilu, jeho rozměry, způsob opevnění a svahu je třeba navrhovat tak, aby byla zabezpečena stálost(stabilita) příčného profilu a bezpečné převedení návrhového průtoku. Náhlá změna šířky dna upravovaného toku je nepřípustná. Rozměry a tvar průtočného profilu se musí řešit v souvislosti s podélným sklonem nivelety dna, návrhovým přítokem pro kapacitu, odolnost koryta a způsob opevnění. Při navrhování tvaru průtočného profilu je třeba uvážit místní poměry(intravilán, extravilán, důležité objekty, pole, lesy, louky apod.), rozkolísanost přítoků, materiál dna a svahu koryta, možnosti a požadavky opevňovacích materiálů(krajinný typ, ochrana a tvorba krajiny apod.), biologie toku a rybní hospodářství, tvar průtočného profilu nad a pod upravovaným úsekem.

Posuzování přirozených průtočných profilů bystřin nebo návrh nových průtočných profilů je možný podle dvou výpočtových schémat předpokládaného proudění vody: 1. Ustálené rovnoměrné proudění – za předpokladu prizmatického koryta(stejný přítok, plocha, rychlost) se stejnou drsností stěn, stejným podlouhlým sklonem dna a stejnou hloubkou vody v řešení úseku bystřiny. 2. Ustálené nerovnoměrné proudění – jestli není splněná podmínka z bodu 1(stejný průtok, různá rychlost, plocha) Ustálené rovnoměrné proudění vody

V odborné praxi je tento způsob posuzování(dimenzování) průtočného profilu koryta nejrozšířenější. Vycházíme ze stanoveného návrhového průtoku pro kapacitu koryta - Qn , který má být bezpečně převedený určitou plochou průtočného profilu, při dodržení určité střední průtokové rychlosti a dovolené hodnoty nevyjímaje rychlost pro přirozený materiál dna a svahu nebo navrhovaný(použitý) upevňovací materiál. Průlehy, příkopy a doprovodné záchytné prvky protierozních mezí se většinou navrhují s lichoběžníkovým průřezem. Při výpočtu základních parametrů se vychází z Chezyho vztahu a rovnice kontinuity za předpokladu ustáleného rovnoměrného proudění: v = C.R 1 / 2 .i 1 / 2 Q = v.S R=

S O

S = (b + m.h ).h

O = b + 2.h.(1 + m 2 )

1/ 2

- 210 (233) -


1

1 C = .R 6 n Kde je

[

Q – návrhový průtok m 3 s −1

]

[

v – průměrná profilová rychlost ms −1

[ ]

]

S – plocha průtočného profilu m 2 R – hydraulický poloměr [m]

O – omočený obvod příčného profilu [m] b – šířka dna kanálu [m] h – výška vody v profilu [m] m – cotg úhlu sklonu svahu i – podélný sklon nivelety C – rychlostní koeficient n – koeficient drsnosti Při výpočtu se z větší části volí šířka dna kanálu s pomocí konzumční křivky se určuje výška hladiny vody. Tento výpočet je možný urychlit použitím nomogramů, grafů a tabulek, uváděných v příslušně odborné literatuře. Volba koeficientu drsnosti n závisí na budoucí údržbě. Při přiměřené údržbě je možné volit hodnoty n přiměřeně, při nedostatečné údržbě je třeba volit hodnoty n max Návrh průtočného profilu

Použijeme základní rovnici Q = S .v kde je

[m .s ] 3

−1

[

]

Q – přítokové množství m 3 .s −1 ( Qn )

[ ] v – průměrná profilová rychlost [m .s ] S – plocha průtočného profilu m 2

−1

Postupujeme tak, že zvolíme šířku koryta ve dně b a postupně volíme různé výšky vody h, pro které vypočítáme parametr daný postupovými body. Podobně postupujeme i v případě, že určíme výšku vody h pro Qn a volíme různé šířky koryta ve dně b.

- 211 (233) -


Pro zvolené různé hodnoty h případně b sestrojíme graf Q = f(h) nebo Q = f(b) – konzumční křivku průtoku. Potom pro zvolené Qn z grafu odpočítáme hn . Volba h, případně b je omezená možnostmi začlenění do přírodního prostředí, tvarem koryta nad a pod úpravou, výškou hladiny podzemní vody apod. a) máme dané: Qn - návrhový průtok l – podélný sklon b – šířku koryta v dně n – stupeň drsnosti Hledáme výšku vody h, při které bude Qn převedené. Při výpočtu postupujeme obdobně jako v předcházejícím případě, úloha je určitá, volíme výšku vody h, z grafu funkce Q = f(h) určíme výšku h, při které provedeme určený průtok Qn .

Návrh možného opevnění průtočného profilu

Při návrhu opevnění průlehů a příkopů se může vycházet z průměrné profilové rychlosti, případně z přípustného tangenciálního napětí. Nejčastějším opevněním příčného profilu koryta bývá travnatý porost s koeficientem drsnosti n = 0,035, výjimečné opevnění jen dno příkopu betonovými tvarovkami s koef. drsnosti n=0,03. Při zpevnění koryta podle tangenciálního napětí vypočítané tangenciální napětí porovnáváme s přípustným tangenciálním napětím pro daný materiál koryta nebo opevňovací prvek. Při výpočtu se vychází ze středního tangenciálního napětí, určí se tangenciální napětí v patě svahu, maximálně v ose koryta a v případě potřeby i v jednotlivých bodech svahu, kde opevnění přichází do travnatého porostu.

Střední tangenciální napětí vypočítáme: τ = 9806.R.i kde je R – hydraulický poloměr [m] i- absolutní sklon nivelety dna τ – střední tangenciální napětí [Pa ]

Napětí v patě svahu vypočítáme podle vztahu

- 212 (233) -


τp =

O 1,13.b + 1,33.t

t = y. 1 + m 2 kde je O – omočený obvod [m] b – šířka dna koryta [m] t – délka omočeného svahu [m] m – cotg úhlu sklonu svahu y – hloubka vody v korytě [m] Maximální tangenciální napětí [Pa ] (v ose koryta)

τ max = 1,2.τ p Tangenciální napětí v libovolném bodě svahu [Pa ] (ve vzdálenosti x od paty vztahu) ⎛t − x⎞ ⎟ ⎝ t ⎠

1/ 2

τ x = τ p .⎜

kde x je šikmá vzdálenost bodu svahu od paty svahu [m] Šikmá šířka vegetačního opevnění [m]

τ p2 − τ d 2 S= .t τp kde τ d je krajní tangenciální napětí pro drn [Pa ]

Při určování rozmezí různých nevegetačních opevnění se postupuje analogicky jako pro drn, namísto τ d se dosadí τ k konkrétního opevnění. Tab č. 25 Hodnoty krajních tangenciálních napětí τ k

τ k [Pa ]

Materiál koryta Travnatý drn nekosený

70

Travnatý drn kosený

80

- 213 (233) -


Travnatý koberec

90

Plůtek z tyčoviny

150

Štěrk d e 0,1m

100

Štěrk d e 0,13m

120

Štěrk d e 0,15m

130

Štěrk d e 0,18m

150

Tvárnice Klas

160

Desky 30x60x10

150

Tvárnice TBM

200

Poloveg. Tvárnice IZT – neověřené

200

Fólie PVC

90

Výpočet opevnění svahu koryta podle tangenciálního napětí Zadané: -

tvar příčného profilu h = 0,6m, b = 0,5m, n = 0,035, m = 1,25, i = 5%

Výpočet tangenciálního napětí t = h. 1 + m 2 = 0,6. 1 + 1,252 = 0,96

τ = 9806 × R × I = 9806 × 0,31 × 0,05 = 152 Pa τp =

O 2,42 = × 152 = 199,7 Pa 1,13 × b × 1,33 × t 1,13 × 0,5 × 1,33 × 0,96

τ max = 1,2 × τ p = 1,2 × 199,7 = 239,7 Pa

Výpočet tangenciálního napětí po svahu ⎛t − x⎞ τ x = τ p .⎜ ⎟ ⎝ t ⎠

h1 = 0,1m

1/ 2

x = h. 1 + m 2

τ x1

⎛ 0,96 − 0,16 ⎞ = τ p .⎜ ⎟ ⎝ 0,96 ⎠

- 214 (233) -

0,5

= 199,7 × 0,913 = 182,3Pa


h2 = 0,2m

h3 = 0,3m h4 = 0,4m

h5 = 0,5m h6 = 0,6m

0,5

τ x2

⎛ 0,96 − 0,32 ⎞ = τ p .⎜ ⎟ 0,96 ⎠ ⎝

τ x3

⎛ 0,96 − 0,48 ⎞ = τ p .⎜ ⎟ 0,96 ⎠ ⎝

τ x4

⎛ 0,96 − 0,64 ⎞ = τ p .⎜ ⎟ 0,96 ⎠ ⎝

τ x5

⎛ 0,96 − 0,8 ⎞ = τ p .⎜ ⎟ ⎝ 0,96 ⎠

τ x6

⎛ 0,96 − 0,96 ⎞ = τ p .⎜ ⎟ 0,96 ⎠ ⎝

= 163,1Pa

0,5

= 141,2 Pa 0,5

= 115,3Pa

0,5

= 81,5 Pa 0,5

= 0,0 Pa

Výpočet šířky opevnění Navrhované opevnění svahu: Polovegetační tvárnice τ kp = 200 Pa Štěrk d e = 0,15m

τ kš = 130 Pa

Drn

τ km = 80 Pa

Šířka opevnění – polovegetační tvárnice a štěrk

S1+ 2 =

τ p 2 − τ km 2 τ p2

199,7 2 − 80 2 ×t = × 0,96 = 0,81m 199,7 2

Šířka opevnění z polovegetačních tvárnic

S1 =

τ p 2 − τ ks 2 τ p2

×t =

199,7 2 − 130 2 × 0,96 = 0,55m 199,7 2

Celková délka svahu

S = 0,96m

Opevnění od paty svahu S1 = 0,55m polovegetační tvárnice Opevnění od S1

S2 = 0,26m štěrk - 215 (233) -


Opevnění od S 2

17

S3 = 0,15m drn

VLIV EROZE NA KOMPLEX PŮDNÍCH VLASTNOSTÍ

Problematika, týkající se vlivu eroze na produkční schopnost půd, byla zařazena do metodického podkladu pro svoji vysokou aktuálnost v současném procesu komplexních pozemkových úprav. Tato problematika nebyla dosud zmiňována v žádné vydané metodice, protože v podmínkách kolektivního velkoplošného hospodaření neměla takový význam jako v současné době, kdy v rámci KPÚ jsou nově konsolidovány půdně ucelené hospodářské jednotky jednotlivých vlastníků. Tyto pozemky jsou potom lokalizovány (v rámci polyfunkční kostry společných zařízení) často na bloky zemědělské půdy, poškozené za uplynulá léta intenzivní erozní činností. V důsledku tohoto poškození se tyto bloky vyznačují velkou heterogenitou přirozené produkční schopnosti, což je nutné vzít v úvahu při umísťování nového pozemku. Svažité pozemky je možno rozdělit na 3 základní zóny : zóna infiltrační (eluviální) - náhorní rovina včetně části svahu přecházející z náhorní roviny postupně v část erozí nejvíce poškozovanou část transportní (může mít průběh lineární, konkávní, konvexní či kombinovaný), která přechází do zóny podsvahového deluvia - zóny akumulační. Výsledky výzkumu prokázaly, že u svažitých pozemků nad 15% (zejména u mělkých půd) dochází k výrazné diferenciaci produkční schopnosti v rámci těchto jednotlivých zón. K nejvýraznějšímu snížení výnosů dochází v zóně přechodu z části infiltrační do transportní (na této části se zpravidla vedle poškození erozí projevuje jako další nepříznivý faktor vláhový deficit - tato část bývá často vysýchavá, protože srážková voda rychle odteče a nemá už na ni odkud voda přitéci). Zónu transportní je možno rozdělit na část blíže eluviu (od středu nahoru) a na část blíže podsvahovému deluviu (od středu dolů). Porovnáme-li produkční schopnost těchto dvou částí, jeví se z hlediska produkční schopnosti jako příznivější část svahu blíže podsvahovému deluviu, protože přejímá zvolna sediment a vláhu z výše ležících částí svahu. V zóně akumulační výnosová šetření jednoznačně prokázala nejvyšší produkční schopnost (dochází k jejímu obohacování vláhou a živinami z výše ležících přilehlých ploch). Pro projektanta pozemkových úprav z toho vyplývá povinnost brát tyto výše uvedené skutečnosti v úvahu a na základě podrobného vyhodnocení intenzity eroze (ve spojení s pedologickým průzkumem) rozdělit svažité pozemky do těchto zón. Na základě tohoto rozdělení bude potom kvantifikovat a specifikovat podíl té které zóny v rámci celkového plošného nároku. Není např. možné rozdělit svažitý pozemek vrstevnicově soustavou liniových prvků a do takto vzniklých pásů bez ohledu na zonaci situovat nově konsolidované pozemky jednotlivých vlastníků. Vlastník, jehož nově vytvořený pozemek by byl alokován v zóně přechodu od eluvia do zóny transportní by byl poškozen ve srovná-

- 216 (233) -


ní s vlastníkem, jehož dílčí nárok by byl realizován v zóně blíže podsvahového deluvia. Původní pozemky vlastníků ve velké většině byly situovány spádnicově nebo s větším odklonem od vrstevnic, tzn. podíl jednotlivých zón byl rovnoměrně rozdělen. Protože ne každý projektant KPÚ je specialistou v oboru protierozní ochrany, jsou (pro lepší pochopení celé problematiky) v následujícím textu uvedeny základní informace týkající se vlivu eroze na produkční schopnost půd. Při kvantifikaci vlivu eroze na produkční schopnost půd se vždy vyskytne komplex vzájemných vztahů mezi mnoha faktory, které jsou navíc velmi variabilní jak v prostoru, tak v čase. U půdy je variabilita dána charakteristikou půdního profilu - strukturou, texturou, polohou v terénu - krajině a komplexem fyzikálních, chemických a biologických vlastností. U všech těchto zdrojů variability dochází vlivem postupující eroze ke změnám, které se následně projevují ve snížení přirozené produkční schopnosti půd. Vliv eroze na produkční schopnost půdy je ve většině případů závislý na mocnosti a kvalitě humusového horizontu a podorničí. Produkční schopnost hlubokých půd s mocným humusovým horizontem a kvalitním podorničím s příznivými fyzikálními, chemickými a biologickými vlastnostmi nemusí být erozí příliš dotčena, jest-li že se tato bude kompenzovat technologicky. Na druhé straně na mělkých půdách nebo na půdách s nepříznivými vlastnostmi podorničí dochází k výraznějšímu poklesu přirozené produkční schopnosti. Na takových půdách je velice slabá vrstva humusového horizontu a tato vrstva je stále orbou promíchávána s vrstvou podorničí s nepříznivými půdními vlastnostmi. Tím dochází ke zvyšování kyselosti, zhoršování vláhového režimu, omezování zóny kořenového systému rostlin. V důsledku erozní činnosti dochází k nepříznivému ovlivňování fyzikálních, chemických a biologických vlastností půdy. Eroze je jednou z hlavních příčin změn fyzikálních vlastností půdy, jako jsou zejména struktura, textura, objemová hmotnost, pórovitost, infiltrační schopnost, příznivá hloubka pro vývoj kořenů, vodní kapacita aj. Vlivem eroze dochází u fyzikálních vlastností jak ke kvantitativním změnám, tak i ke změnám vzájemných vztahů mezi jednotlivými půdními vlastnostmi. Eroze půdy má vliv také na chemické vlastnosti zejména v těchto třech důležitých oblastech: 1) snižuje obsah organické hmoty a humusu v půdě 2) snižuje obsah minerálních živin v půdě 3) obnažuje podorničí s nízkou přirozenou úrodností a vyšší kyselostí. Eroze snižuje obsah organických látek v půdě dvěma způsoby: a) způsobuje ztráty povrchové vrstvy půdy a tím snižuje celkový obsah organických látek tzn. čím více je snižována mocnost povrchového horizontu tím, menší je obsah organických látek v něm obsažených b) neustálým ztenčováním povrchové vrstvy půdy vlivem eroze dochází k mísení humusového horizontu s horizontem níže ležícím, následkem čehož dochází k "ředění" obsahu organických látek vlivem smíšení.

- 217 (233) -


Biologická degradace půd se projevuje hlavně jako důsledek zmenšení obsahu organické hmoty v půdě, zmenšením obsahu organického uhlíku a kvantitativním i kvalitativním úbytkem půdních mikroorganizmů vlivem eroze. V důsledku snižování přirozené produkční schopnosti půd vlivem eroze je nutno tuto uměle zvyšovat vlivem nadměrné chemizace. Nadměrným používáním chemikálií dojde následně ke kvantitativnímu i kvalitativnímu úbytku mikroorganizmů a vlastně celé půdní živěny (edafonu), což je nepřímý důsledek působení eroze.

18

ŘEŠENÍ PEO NA ODVODNĚNÝCH POZEMCÍCH

Při řešení protierozní ochrany s použitím prvků biotechnických či stavebně technických vždy musíme brát v úvahu možnou existenci odvodnění. Do skupiny výše uvedených protierozních opatření patří zejména: - protierozní meze - průlehy - asanace drah soustředěného povrchového odtoku - protierozní příkopy - terasování - nádrže - větrolamy - ochranné protierozní lesní pásy. S výjimkou posledních dvou jsou to všechno opatření spojená se zemními pracemi. Pokud by tato opatření byla prováděna na odvodněných pozemcích, hrozí reálné nebezpečí, že zemními pracemi může být narušena správná funkce drenáže nebo dokonce porušena stávající drenážní síť. Podle ON 73 42 O3 Trubková drenáž - odst. 28 - je nejmenší přípustná hloubka drénů O,8O m, zcela výjimečně O,7O m. Z toho vyplývá, že došlo-li terénní úpravou ke snížení krytí drenáže pod povolenou mez, je nutné udělat na drenáži nezbytnou úpravu, přičemž zásadou je, že žádný přerušený drén, byť i vyřazený z provozu, nesmí zůstat nenapojený. Mnoho technických opatření bude doprovázeno i výsadbou nové zeleně, bude proto nutné zároveň činit opatření proti zarůstání drenáží kořeny stromů a keřů. Protierozní meze a průlehy Zřizování protierozních mezí a průlehů patří mezi nejčastěji používaná protierozní opatření. Na jejich umístění v terénu má vliv maximální přípustná délka svahu. Přesnou polohu může ovlivnit i původní hranice vlastnictví pozemků, byla-li vedena po vrstevnici. Pokud existuje možnost volby, je nutno se vyhýbat křížení se svodnými drény a mez či průleh umístit nad konce sběrných drénů drenážní skupiny či souřadu. Pokud by tomuto hledisku nemohlo být vyhověno, je nutné sběrné drény směřující do míst, kde dojde k zemním pracem a ke snížení terénu, přerušit výkopem a napojit je do nově zřízeného svod-

- 218 (233) -


ného drénu v tomto výkopu, a to v místech, kde hloubka drenáže už bude odpovídat normě. Podobně nutno postupovat při křížení nově zřizované meze či průlehu se svodným drénem, t.zn. sběrné drény přerušit výkopem a nový svodný drén vést odklonem anebo nezbytné křížení vyřešit překonáním výškového rozdílu drenážními šachticemi tak, aby všechny části svodného drénu, t.j. na vtoku do horní šachtice, na výtoku z dolní šachtice i nový úsek mezi šachticemi byly alespoň v minimální hloubce podle normy. Schéma úpravy drenáže při zřizování protierozní meze je uvedeno na obr. č.23. Nově provedený svodný drén, který je možno provést v ose průlehu nebo souběžně s protierozní mezí, je možno z důvodu zvýšení zasakovacího účinku, a tím i z důvodu zvýšení protierozního účinku, opatřit obsypem z propustného materiálu či zabudovat vertikální hydraulický filtr podle návodu platné směrnice Rekonstrukce drenážních sítí. Protierozní příkopy Protierozní příkopy jsou budovány otevřené s lichoběžníkovým profilem sběrné a svodné v návaznosti na hydrografickou síť. Záchytné příkopy se budují jako ochrana před cizími vodami nad chráněným územím. Výstavba protierozního příkopu na odvodněné ploše zcela evidentně vyžaduje úpravu drenáží. Je proto nutné postupovat podle předchozího případu. Křížení se svodným drénem je nutné opět řešit zřízením drenážních šachtic. Přeruší-li protierozní příkop drenáž tak nevhodně, že by některé sběrné drény bylo obtížné a nákladné napojovat do nového svodného drénu, je možno je výjimečně vyústit do protierozního příkopu (orientačně z plochy max. O,5 ha). Terasování Odvodnění velmi svažitého pozemku a stupňovité terasování jsou tak závažné zásahy samy o sobě, že jejich spojení může být značně obtížné. Důvody, které vedly k návrhu odvodnění, mohou terasování zcela vyloučit, pokud by byla úprava drenáží velmi náročná. Prakticky na každé terase bude nutno drény napojit do nového svodného drénu a ten vést systémem spádištních drenážních šachtic. Pokud by důvodem stupňovitého terasování byl i záměr zřízení sadu či vinice, pak hloubka drenáže musí být přizpůsobena normě (min. l,3O m). Nádrže Nádrž jako suchý poldr ve smyslu protierozního opatření může být umístěna na odvodněném pozemku, neboť částečná propustnost dna takového poldru je přípustná, dokonce i žádoucí. Pokud však i hráz nádrže je zřízena nad drenáží, je nezbytně nutné celé místo zakládání hráze zbavit všech drenážních trub sběrných drénů a přerušené drény napojit na nový svodný drén vybudovaný uvnitř nádrže. Ten pak může být pod hrází veden jako obetonované potrubí. Nádrž s trvalou hladinou vody se na odvodněném pozemku nedoporučuje.

- 219 (233) -


19

ŘEŠENÍ PEO V KPÚ

V současné době při provádění komplexních pozemkových úprav je třeba věnovat protierozní ochraně náležitou pozornost a začít napravovat způsobené škody. Optimální prostorové a funkční vymezení protierozních opatření v řešeném území je vedle návrhu nové cestní sítě a územních systémů ekologické stability jedním ze základních kroků v návrhu komplexních pozemkových úprav (dále KPÚ). Protierozní opatření , kompatibilní s dalšími systémy (hydrografická síť, cestní síť, ÚSES), výrazně regulují povrchový plošný odtok v zájmovém území ve prospěch jeho retardace, snížení kulminace a snížení jeho objemu. Po realizaci také jednoznačně svým charakterem budou determinovat chování jakýchkoliv nových subjektů (vlastníků - soukromě hospodařících rolníků, jednoho nebo více velkoplošných uživatelů půdy svěřené jim vlastníky do pronájmu) tak, aby svou činností uchovávaly vhodné podmínky pro zlepšování vodohospodářských poměrů. Svou činností a způsoby hospodaření zahrnujícími organizační a agrotechnické prvky půdoochranných opatření budou doplňovat polyfunkční systém a zabezpečí komplexní ochranu půdy a vodní komponenty. Při řešení problematiky protierozní ochrany navržená opatření musí sledovat tři základní cíle: a) co nejvíce podpořit vsakování vody do půdy b) omezit možnost, aby se odtok soustřeďoval, tzn. podpořit jeho rozptylování c) zpomalovat a neškodně odvádět povrchový odtok tak, aby nenabyl unášecí síly schopné odnášet zeminu a více podpořit jeho vsak. Komplexně pojatá protierozní ochrana povodí, která je v zemědělské části povodí základním opatřením pro zvýšení retenční schopnosti by měla tyto cíle naplnit zejména v rámci realizace schváleného projektu pozemkových úprav.

20

MOŽNOSTI ŘEŠENÍ PROTIEROZNÍ OCHRANY PŮDY V KPÚ

Protierozní opatření zvyšující transformační dvěma způsoby:

schopnost povodí lze aplikovat

V prvním případě je možno ochranu povodí řešit mimo proces KPÚ. Tento způsob řešení má však základní nevýhodu v tom,že sebe lépe zpracované studie či projekty není možno realizovat bez vyřešení vlastnických vztahů. Součástí návrhu opatření (jeho základní kostrou) zvyšujících retenční schopnost povodí jsou zpravidla liniové prvky (průlehy, protierozní meze, příkopy aj.), které se průběhem své trasy dotýkají pozemků jednotlivých vlastníků. Pro vlastní realizaci je tady nutné každého jednotlivého vlastníka identifikovat a projednat s ním celkový návrh řešení. I kdyby byl dosažen souhlas všech dotčených vlastníků (což je prakticky nereálné), je nutné veškeré zábory

- 220 (233) -


půdy s vlastníky majetkoprávně vypořádat ( oddělení geometrickým plánem,vykoupení či komplikovaná směna za obecní půdu). Z výše uvedených důvodů je řešení mimo KPÚ v praxi nerealizovatelné a vynaložené prostředky na návrh a zpracování dokumentace jsou vynaloženy zbytečně. Ve druhém případě je možno řešit ochranu půdy v KPÚ. Protierozní opatření jsou v rámci polyfunkční kostry KPÚ zahrnuta do systému společných zařízení, na kterých se vlastníci podílejí poměrnou částí své výměry,když v prvé řadě byla použita státní půda. KPÚ v tomto směru poskytují jedinečnou příležitost k optimálnímu řešení protierozní ochrany a transformace odtoku z ohroženého povodí

20.1 PROTIEROZNÍ OCHRANA V RÁMCI PLÁNU POLYFUNKČNÍ KOSTRY KPÚ Polyfunkční kostra KPÚ zahrnuje přírodní a umělé výtvory existující nebo navrhované projektem KPÚ nebo jinými projekty, které je třeba respektovat při rozmísťování pozemků v rámci vlastní KPÚ. Konkrétně kostra KPÚ zahrnuje tzv. Společná zařízení ( společná zařízení jsou prvky různé funkce např. dopravní, ekologické, protierozní aj.), která mají polyfunkční charakter (např. biokoridor může sloužit i jako protierozní opatření apod.,). Pouze na základě návrhu této kostry KPÚ a jejího optimálního prostorového a funkčního vymezení a po odsouhlasení tohoto velmi důležitého koncepčního institutu je možné začít s rozmísťováním nově navržených pozemků v rámci této kostry. Základem komplexní ochrany půdy v rámci KPÚ jsou biotechnické prvky protierozní ochrany. Při řešení PEO v určitém povodí nejsou samostatně použitá agrotechnická a organizační opatření schopna ve většině případů podstatně omezit povrchový odtok. Proto je nezbytné rozdělit svažité plošně značně rozsáhlé pozemky s neúměrnou délkou svahu biotechnickými protierozními opatřeními (zejména liniového charakteru) a spolu s realizací nových svodných prvků (upravené a zatravněné dráhy soustředěného povrchového odtoku) vytvořit v povodí odpovídající síť nových hydrolinií. Biotechnické liniové prvky PEO je možno chápat jako trvalou překážku povrchového odtoku a jsou navrhovány tak, aby svou lokalizací determinovaly způsob hospodaření (změna směru obdělávání) jakéhokoliv zemědělského subjektu. Vedle základní funkce - protierozní - mají spolu s doprovodnou dřevinnou zelení na nich rostoucí velký význam i z hlediska krajinně estetického a ekologického. Systém liniových protierozních prvků v kombinaci se zelení může fungovat v krajině i jako nezbytná součást lokálních biokoridorů a tvořit tak základ ÚSES krajiny. Zatravněná hydrografická mikrosíť, která je základním prvkem systému PEO, je nejekonomičtější způsob odvedení odtoků z přívalových srážek ze zemědělsky obdělávaných pozemků.

- 221 (233) -


Při asanaci drah soustředěného povrchového odtoku je však třeba zaměřit pozornost jak na asanaci vlastní dráhy odtoku, tak na její perimetr, tzn. sběrné povodí (je řešeno komplexem organizačních, agrotechnických a biotechnických opatření). Taktéž doporučujeme polohopisně zaměřit dráhy soustředěného povrchového odtoku a navržené zatravnění situovat přesně podél jejich os. Pro dosažení optimálního tvaru pozemku je možno rozsah zatravnění rozšířit. V případě situování pouze z mapy dle vrstevnic by mohlo dojít k vybočení dráhy odtoku z vymezeného zatravnění. Mezi základní biotechnická opatření používaná k řešení PEO v KPÚ patří: - systém protierozních mezí , zasakovací pásy , asanace drah soustředěného povrchového odtoku a protierozní nádrže. Jak už bylo výše uvedeno protierozní ochrana půdy patří svým charakterem do systému společných zařízení a jako taková je nutno je v projektu KPÚ přesně plošně vymezit a bilancovat. Podle zákona se na jejich plošném nároku podílejí poměrnou částí jednotliví vlastníci v závislosti na jejich celkové výměře, když již předtím přednostně pro tyto účely byla použita státní půda. Nutnost velmi přesného plošného vymezení je zde zdůrazněna, neboť po odsouhlasení projektu KPÚ budou tato společná zařízení v úzké návaznosti na průběh vlastnických hranic vytýčena a následně realizována. Není možné potom při následné prováděcí projekci a realizaci zjistit, že navržený prvek je nefunkční (nevhodné odtokové parametry) a je tedy třeba měnit jeho trasu, případně, že plošné nároky těchto společných zařízení jsou větší a je nutno kompenzovat tento nedostatek na úkor konkrétních vlastníků. Aby bylo toto nebezpečí eliminováno na minimum, je nutno zejména u protierozních opatření liniového charakteru provést přesné výškopisné zaměření předpokládané trasy a na základě toho určit místo s největší předpokládanou šířkou (jako podklad tohoto určení je nutno zpracovat příčný řez). Tuto šířku bude potom zpracovatel projektu navrhovat po celé délce trasy nebo na vymezeném úseku (dle konkrétní situace). Plocha, která po realizaci zůstane volná, bude využita k vegetační úpravě nebo může být použita pro realizaci ozelenění, případně výhyben, navrhuje-li se polní cesta.

21

ŘEŠENÍ PEO V NÁVAZNOSTI NA ÚSES

Územní systém ekologické stability díky specifickému vnitřnímu uspořádaní a způsobu členění území může plnit v krajině vedle ekologické funkce i další doplňkové funkce příznivě ovlivňující přirozený krajinný potenciál (zejména funkci půdoochrannou a vodohospodářskou). Rozdíl v možnosti ovlivnit plnění mimoekologických funkcí je mezi prvky ÚSES jednoznačně a rámcově vymezenými (podrobněji viz KOLEKTIV 1994). Prvky jednoznačně vymezené (půjde zejména o některé biokoridory a biocentra, které byly již ve fázi generelu na základě přírodních podmínek vymezené v podstatě jednoznačně) nelze v rámci komplexních pozemkových úprav přizpůsobovat jiným potřebám území. Řada jednoznačně vymezených - 222 (233) -


prvků ÚSES však bude v krajině plnit i jiné než ekostabilizující funkce (zejména vodohospodářské a půdoochranné), aniž by bylo nutné provádět jejich prostorové přizpůsobování prostřednictvím komplexních pozemkových úprav. Vyplývá to z prostého faktu, že vždy půjde o plochy trvalé vegetace (stávající či navrhované), jejichž ekologické i doplňkové funkce mají obecně rostoucí význam tam, kde klesá procento zastoupení trvalých vegetačních formací v okolní krajině. Z prvků rámcově vymezených (Do této kategorie budou příslušet ty prvky ÚSES, u nichž možnosti jejich vymezení v prostoru i po zohlednění potenciálních a aktuálních přírodních podmínek, společenských limitů a záměrů budou širší než metodické požadavky na jejich prostorové parametry) jsou pro mimoekologické funkce nejméně využitelná biocentra. Rámcem vymezení biocenter jsou obvykle stanovištní podmínky vhodné pro navrhovaný typ společenstva, případně ještě omezené některými známými společenskými limity a záměry. Důležitou vedlejší funkcí, kterou mohou biocentra plnit, je funkce vodohospodářská (zpomalení povrchového odtoku z území a možnost zvýšeného vsaku srážkových vod do podzemních zvodní). V řadě případů bude tato funkce úzce spjata s protierozní ochranou půdy. Z globálního hlediska ovšem není možno biocentra za prostředek protierozní ochrany území považovat.

Podstatně využitelnější jsou pro mimoekologické funkce rámcově vymezené biokoridory. Rámec jejich vymezení je totiž volnější než u biocenter. Detailní trasování rámcově vymezených biokoridorů lze tedy do značné míry přizpůsobovat i jiným než ekologickým potřebám. Důležitá je například možnost vzájemného přizpůsobování tras biokoridorů a liniových prvků protierozní ochrany jakož i navrhované cestní sítě. Ekologická funkce může tedy být zároveň doplněna o funkce další, zejména v rámci ochrany území proti vodní i větrné erozi. Biokoridory mohou být zapojeny do systému protierozní ochrany půdy, zejména tím, že: přeruší délku erozně ohroženého svahu, zpomalí rychlost odtoku přívalových vod a v případě doplnění vhodnými liniovými prvky protierozní ochrany (např. zatravněný průleh v kombinaci s vegetačně zpevněnou údolnicí) umožní jejich neškodné odvedení. - sníží unášecí schopnost větru. Protierozní funkci lze přizpůsobovat pouze prostorovou lokalizaci biokoridoru, nikoliv strukturu jeho vegetačního krytu, vycházející v zásadě z jejich postavení v rámci ÚSES. -

Nejvíce využitelnou kategorií prvků ÚSES pro zabezpečení jiných než ekologických funkcí jsou interakční prvky. V průběhu zpracování komplexních pozemkových úprav budou v zásadě navrhovány interakční prvky dvojího typu: 1) První typ budou tvořit interakční prvky s primární funkcí půdoochrannou, navrhované tak, aby omezovaly procesy vodní a větrné eroze. Ochranu proti vodní erozi mohou vytvářet: - zatravněné průlehy oseté pestrou směsí trav a dalších bylin, sloužící k neškodnému odvedení srážkových vod do recipientu,

- 223 (233) -


-

dtto s výsabou dřevin dle skupin typu geobiocénu(dále STG ) jako jsou např. vrba, olše ve středu údolnice. - asanované strže technicky zpevněné, s výsadbou dřevin dle STG (zejména dub letní a další dřeviny s mohutným kořenovým systémem), - vsakovací pásy zatravněné, oseté pestrou směsí trav a dalších bylin, - protierozní meze spojené se zasakovacími zatravněnými pásy osázené (případně oseté) směsí keřů,případně stromů dle STG, - protierozní meze spojené se zasakovacími pásy, osázené ovocnými dřevinami a oseté pestrou směsí trav a dalších bylin, - protierozní meze oseté pestrou směsí trav a dalších bylin osázené sporadickou výsadbou dřevin dle STG. Ochranu proti větrné erozi mohou vytvářet: biokoridory s funkcí větrolamů o minimální šíři 15 m složené z keřů a stromů odpovídajících STG. 2) Druhým typem budou interakční prvky vytvářející doprovodné vegetační pásy (vodních toků a kanálů, výrobních a jiných areálů, komunikací atd.) s jinými primárními funkcemi než půdoochrannými. Půjde např. o : - břehové porosty, - aleje a stromořadí, - travobylinná společenstva, - náletové porosty dřevin, - izolační pásy dřevin. Optimální prostorové a funkční uspořádání ÚSES v rámci komplexních pozemkových úprav lze tedy za určitých podmínek přizpůsobovat potřebám protierozní ochrany půdy, přístupnosti pozemků a jejich uspořádání, pokud nebude narušena nebo omezena jeho ekologická funkce. -

22

OCHRANA VODNÍCH ZDROJŮ

Při rozhodování o stanovení nebo změně ochranných pásem vychází vodohospodářský orgán z návrhu na stanovení ochranných pásem, vyhodnocení podmínek, které mohou ovlivnit vydatnost, jakost nebo zdravotní nezávadnost vodního zdroje a z výsledků provedeného řízení. Návrh na stanovení či změnu ochranných pásem obsahuje zejména: a) popisné a technické údaje o vodním zdroji a odběru vody s přihlédnutím k požadovaným parametrům surové vody užívané k úpravě na vodu pitnou a jejich vývoji, povolení k odběrů vody, b) informace o stávajících ochranných pásmech, zhodnocení jejich účinnosti, c) charakteristiku území ochranných pásem, případně hydrologického povodí nebo hydrogeologického rajónu vodního zdroje, zahrnující: 1. geomorfologické poměry, 2. meteorologické a klimatické poměry,

- 224 (233) -


3. hydrografické a hydrologické poměry, 4. pedologické poměry, vlastnosti půdního pokryvu, 5. geologické a hydrologické poměry, d) analýzu rizik ohrožení vodního zdroje zahrnující údaje o: 1. ohrožení vodního zdroje vlivem přírodních poměrů, 2. množství a jakosti podzemních a povrchových vod, které se nacházejí v blízkosti vodního zdroje a mohou ovlivnit jeho vydatnost, jakost nebo zdravotní nezávadnost, 3. odběrech vody, nakládání s vodami a ovlivnění přirozených hydrologických poměrů, 4. ochranných pásmech přírodních léčivých zdrojů, chráněných území podle zvláštních předpisů o ochraně přírody a krajiny, chráněných oblastí přirozené akumulace vod, chráněných pásmech k ochraně vodohospodářských děl, např. pozorovacích objektů podzemních vod a pramenů apod., 5. charakteristice zástavby a vodohospodářského využívání území (včetně případných důsledků jeho omezení), 6. bodových a plošných zdrojích znečištění a z nich vyplývající možnosti ohrožení jakosti nebo zdravotní nezávadnosti zdroje vody, jakož i činnostech, které mohou ohrozit jeho vydatnost, jakost nebo zdravotní nezávadnost, e) návrh stanovení ochranných pásem a jeho zdůvodnění obsahující: 1. zákres a popis ochranných pásem na snímku katastrální mapy, včetně návrhu jejich vyznačení v terénu, 2. parcelní čísla a druh pozemků podle katastrů nemovitostí pro území ochranných pásem včetně jejich vlastníků nebo osob s právem hospodaření podle zvláštních předpisů, 3. návrh a zdůvodnění konkrétních ochranných opatření (technické úpravy, zákazy a omezení činnosti, omezení užívání nemovitostí) ve vztahu k jednotlivým nemovitostem, 4. návrh kontrolní činnosti prováděné tím, kdo má povolení k odběru vody z vodního zdroje nebo v případě vodárenských nádrží vlastníkem nádrže, nad dodržováním ochranných opatření a ověřování účinnosti ochrany vodního zdroje ochrannými pásmy (monitoring jakosti vody).

23

ZÁKLADNÍ INFORMACE O OCHRANNÝCH PÁSMECH A PÁSMECH HYGIENICKÉ OCHRANY VODNÍCH ZDROJŮ

Ochranná pásma Ochrannými pásmy se rozumějí území stanovená k ochraně vydatnosti, jakosti nebo zdravotní nezávadnosti vodních zdrojů povrchových nebo podzemních vod určených pro zásobování pitnou vodou (dále jen ”vodní zdroj”). - 225 (233) -


(1) Ochranná pásma se dělí na ochranná pásma prvního stupně, která slouží k ochraně vodního zdroje v bezprostředním okolí jímacího nebo odběrného zařízení, a ochranná pásma druhého stupně, která slouží k ochraně vodního zdroje v územích stanovených vodohospodářským orgánem tak, aby nemohlo dojít k ohrožení jeho vydatnosti, jakosti nebo zdravotní nezávadnosti. (2) Ochranná pásma stanoví, změní nebo zruší rozhodnutím vodohospodářský orgán na návrh nebo z vlastního podnětu. Dnem nabytí právní moci rozhodnutí vodohospodářského orgánu o stanovení nebo změně ochranného pásma vznikne věcné břemeno k dotčeným nemovitostem; práva a povinnosti vyplývající z věcného břemene přecházející na právní nástupce oprávněných a povinných osob. Návrh na stanovení ochranných pásem je povinen podat ten, kdo žádá o povolení k odběru vody z vodního zdroje, s výjimkou vodárenských nádrží, kde je návrh povinen podat vlastník nádrže. Návrh na změnu ochranných pásem podává podle potřeb zajištění ochrany vydatnosti, jakosti nebo zdravotní nezávadnosti vodního zdroje ten, kdo má povolení k odběru vody z tohoto vodního zdroje, s výjimkou vodárenských nádrží, kde návrh na změnu podává vlastník nádrže. Pravomocné rozhodnutí o stanovení, změně nebo zrušení ochranného pásma zašle vodohospodářský orgán příslušnému katastrálnímu úřadu k provedení záznamu v katastru nemovitostí. (3) V ochranných pásmech je zakázáno provádět činnosti ohrožující nebo poškozující vydatnost, jakost nebo zdravotní nezávadnost vodních zdrojů. Tyto činnosti stanoví vodohospodářský orgán po projednání s dotčenými orgány státní správy v rozhodnutí o stanovení nebo změně ochranného pásma podle odstavce (3). Vodohospodářský orgán může též v rozhodnutí o stanovení nebo změně ochranných pásem po projednání s dotčenými orgány státní správy omezit užívání nemovitostí a stanovit podmínky k ochraně vydatnosti, jakosti nebo zdravotní nezávadnosti vodního zdroje. (4) Vlastník nemovitosti, případně osoba, která k ní vykonává právo hospodaření podle zvláštních předpisů, má nárok na náhradu za prokázané omezení užívání nemovitosti v ochranných pásmech. (5) Náklady spojené s technickými úpravami v ochranných pásmech a náhrady za prokázané omezení užívání nemovitostí v ochranných pásmech nese ten, kdo má povolení k odběru vody z vodního zdroje, pro který se stanoví ochranná pásma, s výjimkou vodárenských nádrží, kde tyto náklady a náhrady nese vlastník vodárenské nádrže. Vymezení ochranných pásem vodních zdrojů a jejich účelů na základě revizestávajících pásem - obecné zásady (1) Ochranná pásma prvního a druhého stupně se stanovují u vodních zdrojů povrchových nebo podzemních vod určených pro zásobování pitnou vodou (dále jen ”vodní zdroj”). U vodních zdrojů určených pro individuální zásobování domácností pitnou vodou postupuje vodohospodářský orgán při stanovování nebo změně ochranných pásem individuálně podle místních podmínek.

- 226 (233) -


(2) Ochranná pásma se stanovují na základě odborného posouzení stavu a potřeb ochrany vydatnosti, jakosti nebo zdravotní nezávadnosti vodního zdroje ve vztahu k jeho hydrologickému povodí nebo hydrogeologickému rajónu. (3) Ochranné pásmo prvního stupně se stanoví k ochraně vodního zdroje v bezprostředním okolí jímacího nebo odběrného zařízení. (4) Ochranné pásmo prvního stupně se stanoví jako souvislé území a) u vodárenských nádrží určených výhradně pro zásobování pitnou vodou pro celou plochu hladiny nádrže při maximálním vzdutí rozšířenou o pruh o minimální šířce 50 m nad maximální kótu vzdutí podél celé nádrže, podle potřeby i v účelném rozsahu podél vybraných přítoků nádrže, b) u ostatních nádrží s vodárenským využitím s minimální vzdáleností hranice jeho vymezení na hladině nádrže 100 m od odběrného zařízení, c) u vodních toků 1. se vzdutím na břehu odběru minimálně v délce 200 m nad místem odběru proti proudu, po proudu k hraně vzdouvajícího objektu a šířce ochranného pásma 15 m, ve vodním toku zahrnuje minimálně jednu polovinu jeho šířky v místě odběru, 2. bez vzdutí na břehu odběru minimálně v délce 200 m nad místem odběru proti proudu, po proudu do vzdálenosti 50 m od místa odběru a šířce ochranného pásma 15 m, ve vodním toku zahrnuje minimálně jednu třetinu jeho šířky v místě odběru, d) u zdrojů podzemní vody s minimální vzdáleností hranice jeho vymezení 10 m od odběrného zařízení. (5) Nelze-li z důvodu terénních překážek vymezit ochranné pásmo v uvedeném rozsahu, může vodohospodářský orgán po projednání s Ministerstvem životního prostředí stanovit ochranné pásmo individuálně podle místních podmínek. (6) Vodohospodářský orgán může stanovení ochranného pásma druhého stupně, je-li to účelné, projednávat i postupně po jednotlivých územích. (7) V ochranném pásmu druhého stupně jsou na základě vyhodnocení přírodních podmínek navrhovány zóny diferencované ochrany prvního až třetího stupně. (8) Ochranné pásmo druhého stupně se nestanoví v případech, kdy území ochranného pásma prvního stupně v daných místních podmínkách dostatečně zajišťuje ochranu vydatnosti, jakosti nebo zdravotní nezávadnosti vodního zdroje. (9) Při stanovení hranic ochranného pásma vodohospodářský orgán přihlíží k hranicím jednotlivých pozemkových parcel podle katastru nemovitostí, případně k přirozeným liniím a umělým hranicím v terénu. Hlavní principy rozdělení ochranného pásma druhého stupně do zón diferencované ochrany

- 227 (233) -


Stupňovaná ochrana v rámci zón diferencované ochrany je určena především proti plošnému zemědělskému znečištění, hlavně proti vyplavování látek z půdního profilu, s výhodou ji lze využít i v ochraně proti erozi. Její návrh se soustřeďuje zejména na rámcové vytipování oblastí s potřebou zvýšené ochrany (zařazení do prvního nebo druhého stupně ZDO) a na vymezení základních ochranných podmínek a omezení. Na základě průzkumu území, při kterém se především upřesňuje lokalizace jednotlivých druhů pozemků (zejména trvalé travní porosty a orná půda), erozní jevy, nejvýraznější dráhy soustředěného povrchového odtoku, odvodnění a na základě analýzy půdních, geologických hydrologických a geomorfologických podmínek aj., je ochranné pásmo druhého stupně rozdělováno do ZDO 1., 2. a 3. stupně podle následujících kritérií: -

pozemky v akumulačních zónách (údolnicích) vodních toků se zařazují do 1. stupně, část pozemků na ně navazujících přednostně do 2.stupně.

-

odvodněné pozemky v akumulačních zónách (terénních depresích) se zařazují do 1.stupně.

-

odvodněné pozemky mimo akumulační zóny se zařazují do 1.a 2.stupně podle konfigurace terénu, lokalizace odvodnění a propustnosti půdy.

-

neodvodněné pozemky přímo navazující na pozemky odvodněné se zařazují do 2., případně 3.stupně.

-

pozemky orné půdy zařazené do 1.stupně ochrany se navrhují k trvalému zatravnění, stejně tak vybrané ohrožené pozemky orné půdy na extrémních svazích.

Ostatní pozemky nevyžadující zvláštní ochranu patří do 3.stupně. Pro jednotlivé stupně ZDO se navrhují tato obecná opatření: -

trvalé zatravnění pozemků, vyloučení aplikace tekutých statkových hnojiv a rizikových látek (pesticidy), omezená aplikace průmyslových hnojiv.

-

udržení stávajících zatravněných ploch, vyloučení pěstování erozně nebezpečných plodin (kukuřice, brambory), vyloučení aplikace tekutých statkových hnojiv, velmi omezená aplikace rizikových látek, omezená aplikace průmyslových hnojiv, podle potřeby navržení a realizace prvků protierozní ochrany (meze, pásové střídání plodin, dodržování orby po vrstevnici aj.).

-

možné zemědělské hospodaření bez omezení, v souladu s běžnými agrotechnickými zásadami, lokálně mohou být navrženy prvky protierozní ochrany.

Po těchto nezbytných šetřeních je možno takto zpracované podklady specifikovat na podklady katastru nemovitostí a finálně řešit ochranu a organizaci povodí prostřednictvím komplexních pozemkových úprav. Pásma hygienické ochrany

- 228 (233) -


Pásma hygienické ochrany k zajištění kvantity a kvality vodních zdrojů byla stanovena ve vodoprávním řízení příslušným vodohospodářským orgánem na základě dřívějšího §19 zákona č. 138/73 Sb. a navazujících směrnic. Dokumentace vymezující PHO obsahuje řešení velikosti a tvaru PHO, způsob a podmínky využití PHO. Při návrhu pásem se přihlíželo k přirozeným hranicím prostředí (např. rozvodnici) či k hranicím umělým (komunikace, hranice lesních porostů aj.). Dále se posuzovaly a zohledňovaly základní faktory determinující rozsah a způsob využití PHO mezi něž patří zejména: hydrogeologické, hydrologické, meteorologické a klimatické poměry, morfologie území, pedologické podmínky, zdroje znečištění, kvantita a kvalita vodních zdrojů. Podle stupně ochrany byla rozdělena ochranná pásma na PHO 1. a 2. stupně při zdrojích podzemní vody a PHO 1., 2. a 3. stupně v případě povrchových vodních zdrojů, jejichž ochranou (jak vyplývá z názvu) v rámci řešení KPÚ se zabývá tato metodika podklad. PHO povrchových zdrojů se dále dělí na PHO v případě přímých vodních odběrů vody z vodárenských toků a PHO kolem vodárenských nádrží a jejich přítoků.

- 229 (233) -

Název kap. č. 2

23.1 Autotest Autotest vztahující se k učivu dané kapitoly… (správné odpovědi jsou pak uvedeny v „Klíči“).

- 231 (233) -

Závěr

24

Závěr

24.1.1 Seznam použité literatury [1]

Benetin J. akol.:Závlahy, Príroda Bratislava 1979

[2]

Jůva K.: Odvodňování půdy, SZN Praha 1957

[3]

Čerkašin A.: Nový vzorec pro výzkum velkých vod na malých povodích, Vodní hospodářství 9, 1958

[4]

Holý M. a kol.: Odvodňovací stavby, SNTL/ALFA Praha 1984

[5]

Rýznar J.: Odvodňovací stavby, SNTL Praha 1978

24.2 Klíč Klíč k autotestu, event. klíč k ostatním úkolům, cvičením a testům (nejsou-li uvedeny v „Řešení“); odpovědi na autokorektivní aktivity.

- 233 (233) -

VODNÍ HOSPODÁŘSTVÍ KRAJINY II

Recommend Documents