VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY
FAKULTA STAVEBNÍ ÚSTAV VODNÍCH STAVEB FACULTY OF CIVIL ENGINEERING INSTITUTE OF WATER STRUCTURES
NÁVRH BYPASSU V RÁMCI PROTIPOVODŇOVÉ OCHRANY MĚSTA PROSTĚJOV DESIGN OF BYPASS WITHIN THE FLOOD PROTECTION THE CITY PROSTĚJOV
DIPLOMOVÁ PRÁCE DIPLOMA THESIS
AUTOR PRÁCE
BC. BARBORA JURÁŇOVÁ
VEDOUCÍ PRÁCE
Ing. HANA UHMANNOVÁ, CSc.
AUTHOR
SUPERVISOR
BRNO 2015
VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ FAKULTA STAVEBNÍ Studijní program Typ studijního programu Studijní obor Pracoviště
N3607 Stavební inženýrství Navazující magisterský studijní program s prezenční formou studia 3607T027 Vodní hospodářství a vodní stavby Ústav vodních staveb
ZADÁNÍ DIPLOMOVÉ PRÁCE Diplomant
Bc. Barbora Juráňová
Název
Návrh bypassu v rámci protipovodňové ochrany města Prostějov
Vedoucí diplomové práce
Ing. Hana Uhmannová, CSc.
Datum zadání diplomové práce Datum odevzdání diplomové práce V Brně dne 31. 3. 2014
31. 3. 2014 16. 1. 2015
............................................. prof. Ing. Jan Šulc, CSc. Vedoucí ústavu
................................................... prof. Ing. Rostislav Drochytka, CSc., MBA Děkan Fakulty stavební VUT
Podklady a literatura CHOW, Ven Te. Open Channel Hydraulics. Mc Graw Hill Book Company. 1959. JANDORA, J. Hydraulika a hydrologie. VUT FAST Brno, 2006. JANDORA, J., UHMANNOVÁ, H. Proudění v systémech říčních koryt. VUT FAST Brno, 2006. MACURA,V., IZAKOVIČOVÁ, Z. Krajinoekologické aspekty revitalizácie tokov.Slovenská technická univerzita v Bratislave. 2000. MAREŠ, K. Úpravy toků, ČVUT, Praha. 1997. RAPLÍK, M., VÝBORA, P., MAREŠ, K. Úprava tokov, Alfa, Bratislava. 1989. ŠLEZINGR, M. Revitalizace vodních toků. VUT Brno, VUTIUM. Brno. 2011. Zásady pro vypracování Diplomová práce je zaměřena na posouzení návrhu bypassu v katastrálním území města Prostějov. Navržený bypass bude spojovat v rámci protipovodňové ochrany města vodní toky Romži a Hloučelu. Na řece Hloučela je nad městem Prostějov umístěna vodní nádrž Plumlov, která umožňuje regulaci vyšších průtoků. Na řece Romži není možné vyšší průtoky regulovat. Navržený bypass by umožnil převádění vyšších průtoků z Romže do řeky Hloučely v souladu s manipulací na VD Plumlov. Diplomová práce navazuje na bakalářskou práci, která se zabývala posouzením kapacity toku Hloučely a návrhem zvýšení protipovodňové ochrany v jejím okolí. V rámci diplomové práce bude provedeno posouzení kapacity toku Romže v řešené lokalitě, vytipování území vhodného pro návrh propojení obou toků a ideový návrh bypassu. Diplomová práce bude obsahovat: Textovou část – Úvod, popis řešené lokality, informace o toku Romže a Hloučela, popis stávajícího stavu vodního toku Romže, popis lokality vhodné pro návrh bypassu, popis návrhu bypassu, hydrotechnické výpočty, zhodnocení návrhu, závěr. Přílohy – výkresová dokumentace v rozsahu studie (situace řešeného úseku, podélný profil toku, výkresy navržených objektů a opatření). Předepsané přílohy Licenční smlouva o zveřejňování vysokoškolských kvalifikačních prací
............................................. Ing. Hana Uhmannová, CSc. Vedoucí diplomové práce
ABSTRAKT Cílem diplomové práce je navržení a posouzení protipovodňové ochrany v Prostějově, speciálně pro městskou část Vrahovice. Zároveň bude stanovena kapacita toku Romže, který zájmovou oblastí protéká.
KLÍČOVÁ SLOVA protipovodňová ochrana, povodeň, opatření, přírodní koryto, bypass, kapacita toku
ABSTRACT The target of diploma thesis is to design and review flood protection in Prostejov, especially for district Vrahovice. Flow capacity of river Romze will be determined too, because the river flows through the area of interest.
KEYWORDS flood protection, flood control, flood, measure, riverbed, bypass, flow capacity,
BIBLIOGRAFICKÁ CITACE VŠKP Bc. Barbora Juráňová Návrh bypassu v rámci protipovodňové ochrany města Prostějov. Brno, 2015. 56 s., 119 s. příl. Diplomová práce. Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební, Ústav vodních staveb. Vedoucí práce Ing. Hana Uhmannová, CSc.
Prohlášení: Prohlašuji, že jsem diplomovou práci zpracoval(a) samostatně a že jsem uvedl(a) všechny použité informační zdroje.
V Brně dne 16.1.2015
……………………………………………………… podpis autora Bc. Barbora Juráňová
PROHLÁŠENÍ O SHODĚ LISTINNÉ A ELEKTRONICKÉ FORMY VŠKP
Prohlášení: Prohlašuji, že elektronická forma odevzdané diplomové práce je shodná s odevzdanou listinnou formou.
V Brně dne 16.1.2015
……………………………………………………… podpis autora Bc. Barbora Juráňová
VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ FAKULTA STAVEBNÍ
POPISNÝ SOUBOR ZÁVĚREČNÉ PRÁCE Vedoucí práce Autor práce
Ing. Hana Uhmannová, CSc. Bc. Barbora Juráňová
Škola Fakulta Ústav Studijní obor Studijní program
Vysoké učení technické v Brně Stavební Ústav vodních staveb 3607T027 Vodní hospodářství a vodní stavby N3607 Stavební inženýrství
Název práce Název práce v anglickém jazyce Typ práce Přidělovaný titul Jazyk práce Datový formát elektronické verze
Návrh bypassu v rámci protipovodňové ochrany města Prostějov
Anotace práce
Design of bypass within the flood protection the city Prostějov Diplomová práce Ing. Čeština
Cílem diplomové práce je navržení a posouzení protipovodňové ochrany v Prostějově, speciálně pro městskou část Vrahovice. Zároveň bude stanovena kapacita toku Romže, který zájmovou oblastí protéká. Anotace práce v The target of diploma thesis is to design and review flood protection in anglickém jazyce Prostejov, especially for district Vrahovice. Flow capacity of river Romze will be determined too, because the river flows through the area of interest. protipovodňová ochrana, povodeň, opatření, přírodní koryto, bypass, Klíčová slova kapacita toku flood protection, flood control, flood, measure, riverbed, bypass, flow Klíčová slova v anglickém jazyce capacity,
OBSAH: 1
ÚVOD........................................................................................................................ 3
2
POPIS ZÁJMOVÉHO ÚZEMÍ - VRAHOVICE.................................................. 4 2.1 IDENTIFIKůČNÍ ÚDůJE.......................................................................................... 4 2.2 VODNÍ TOKY ........................................................................................................ 5 2.2.1 Hloučela .......................................................................................................... 5 2.2.2 Romže .............................................................................................................. 6 2.2.3 Valová ............................................................................................................. 7 2.3 PEDOLOGIE .......................................................................................................... 8 2.4 GEOLOGIE ........................................................................................................... 9 2.5 HYDROLOGIE ..................................................................................................... 10 2.5.1 Hloučela ........................................................................................................ 10 2.5.2 Romže ............................................................................................................ 10 2.5.3 Valová ........................................................................................................... 10 2.6 HYDROGEOLOGIE .............................................................................................. 11 2.7 VODOHOSPODÁ SKÁ MůPů ............................................................................... 12 2.8 KLIMA ............................................................................................................... 12 2.9 POVODN .......................................................................................................... 13
3
DATA PRO DIPLOMOVOU PRÁCI ................................................................. 15 3.1 VÝŠKOVÁ DůTů ................................................................................................ 15 3.1.1 Příčné a podélné profily od PMO ................................................................. 15 3.2 ZÁKLůDNÍ DůTů POVRCHOVÝCH VOD ............................................................... 15 3.3 GEOLOGICKÁ DůTů – VRTNÁ PROZKOUMůNOST ............................................... 15 3.4 VYJÁD ENÍ O EXISTENCI SÍTÍ ............................................................................. 15
4
POPIS STÁVůJÍCÍHO STůVU ROMŽE 4.1
5
OBJEKTY NA TOKU ............................................................................................ 17
KůPůCITů ROMŽE – .KM 0,000-4,0574 ....................................................... 18 5.1 5.2
6
. KM 0,000 – 4,0574 ................... 16
KAPACITA TOKU ................................................................................................ 18 KůPůCITů OBJEKT ........................................................................................... 20
ODLEHČOVůCÍ KůNÁL - BYPASS ................................................................. 21 6.1 VARIANTA A ..................................................................................................... 21 6.1.1 Popis lokality vhodné pro umístění ............................................................... 21 6.1.2 Návrhové parametry bypassu ....................................................................... 22 6.1.3 Pozemkové vztahy ......................................................................................... 25 6.1.4 Křížení se sítěmi ............................................................................................ 26 6.1.5 Výškové poměry ve stanovené lokalitě .......................................................... 27 6.1.6 Shrnutí informací o navrhované lokalitě – Varianta A................................. 28 6.2 VARIANTA B ..................................................................................................... 29 6.2.1 Hladina podzemní vody ................................................................................ 30 6.2.2 Bypass ........................................................................................................... 31 6.2.3 Opevnění ....................................................................................................... 32
6.2.4 Boční přeliv ................................................................................................... 33 6.2.5 Manipulace – stav na tocích ......................................................................... 35 7
HYDROTECHNICKÉ VÝPOČTY ..................................................................... 38 7.1 ÚVOD ................................................................................................................ 38 7.1.1 Program HEC-RAS 4.1 ................................................................................. 38 7.1.2 Metoda po úsecích ........................................................................................ 38 7.1.3 Objekty .......................................................................................................... 40 7.1.4 Boční přeliv ................................................................................................... 41 7.1.5 Vodní nádrž Plumlov – transformace ........................................................... 44 7.2 VSTUPNÍ DůTů .................................................................................................. 45 7.2.1 Geometrie...................................................................................................... 45 7.2.2 Kalibrace ...................................................................................................... 46 7.2.3 Stanovení drsnostních charakteristik ............................................................ 47 7.2.1 Stanovení návrhového průtoku ..................................................................... 48 7.2.2 Okrajové podmínky ....................................................................................... 49
8
VYHODNOCENÍ................................................................................................... 50
9
ZÁV R ................................................................................................................... 52
10 POUŽITÁ LITERůTURů.................................................................................... 53 11 SEZNůM OBRÁZK ........................................................................................... 54 12 SEZNAM TABULEK ............................................................................................ 55 13 SEZNůM P ÍLOH................................................................................................ 56
Stránka | 2
1 ÚVOD Diplomová práce je zam ena na posouzení návrhu bypassu v rámci protipovodňové ochrany m sta Prost jov, speciáln m stské části Vrahovice. Zároveň je stanovena kapacita eky Romže, která je na daném území aktivní p i povodňových stavech. Na katastrálním území Vrahovic se stékají dv eky – Romže a Hloučela, a dále pokračují jako tok Valová. P i povodních, na kterých se podílí ob eky, bývají zaplaveny zahrady a sklepy dom . Povodňové události poukazují na nedostatečnou ochranu zájmové lokality. Obec se vyjád ila negativn k protipovodňové ochran formou ohrázování tok . Na základ tohoto vyjád ení vznikla nová varianta ešení protipovodňové ochrany m stské části Vrahovic, která spočívá v návrhu odlehčení zvýšených pr tok z Romže do Hloučely pomocí odlehčovacího kanálu Ěbypassuě s bočním p elivem. Na Hloučele je díky vodnímu dílu Plumlov možnost transformovat povodňové pr toky, na Romži regulace možná není. Správce vodního toku vytipoval území pro umíst ní bypassu, které je v diplomové práci posouzeno. Práce má za úkol stanovit míru zlepšení povodňové situace ve Vrahovicích s ohledem na navrženou protipovodňovou ochranu.
Stránka | 3
9 ZÁVĚR Diplomová práce se zabývala stanovením kapacity zájmového území toku Romže (staničení 0,000 – 4,0574 ř.km) a posouzením návrhu bypassu v rámci protipovodňové ochrany m.č. Vrahovice. Povodňové události z minulých let (kap. 2.9), na kterých se podílí řeka Hloučela a Romže, poukazují na nedostatečnou ochranu zastavěného území ve Vrahovicích, na kterém doposud nebylo realizováno žádné protipovodňové opatření. Kapacita celého zájmového úseku na Romži se posuzovala na průtoky Q1 až Q100. Z výpočtu vyplývá, že je tok Romže kapacitně variabilní na úseku 0,000 – 4,0574 ř.km v rozsahu Q1 - Q100. Kulminační průtok Q100 převede 5 z 10 objektů. Při posouzení bypassu se zohledňovaly dvě varianty umístění lokality. Varianta A respektovala umístění bypassu popsané v investičním záměru Odtokový kanál vodních toků Romže a Hloučely [12] a které je zahrnuto v ÚP města Prostějov. Z hydrotechnických výpočtů je patrné, že tato varianta je z hlediska výškových poměrů nepřijatelná (kap. 6.1). Vhodnějším řešením je přesunutí vtoku na řece Romži proti proudu do přijatelnějšího staničení (Varianta B), kde jsou již výškové charakteristiky na lepší úrovni (kap. 6.2). Obec se vyjádřila negativně k protipovodňové ochraně formou ohrázování. Tok Romže, který se podílí na záplavě v zastavěném území je kapacitní v dané oblasti na průtok Q5 = 14,1 m3·s-1. Při kulminačním průtoku Q50= 33,4 m3·s-1 dosahuje hladina vody ve Vrahovicích až 0,83 m nad úroveň terénu. Při odlehčení pomocí bočního přelivu lze tuto hodnotu snížit o cca 0,30 m. Technicky je tedy odlehčovací kanál možný za předpokladu rozdílné kulminace povodní na obou tocích. Podstatným a stěžejním ukazatelem ale bude v rámci další studie posouzení výskytu povodňových průtoků a statistické vyhodnocení zvýšených vodních stavů na obou tocích za posledních několik let. Velmi podstatné pro odůvodněný návrh bypassu je určení, jak často dochází k souběhu povodňových stavů v povodí řeky Romže a řeky Hloučely a současně jak často se vyskytuje povodeň pouze v jednom z toků. Pokud by se ukázalo, že z historického hlediska jde především o povodně v jednom nebo druhém povodí a nejde tedy o jejich souběh, doporučuji dále posoudit celé povodí komplexně i s dalšími možnostmi protipovodňové ochrany. Jako možná varianta se jeví i návrh poldru na Českém potoce, který je významným levobřežním přítokem Romže v zájmovém úseku a navyšuje, na staničení 2,4171 ř.km, průtok v oblasti. Dále je doporučeno posoudit typ uzávěru, technicko – ekonomickou stránku návrhu a je nutná změna územního plánu a koordinace s navrhovanou přeložkou silnice II/366 v Prostějově.
Stránka | 52
10 POUŽITÁ LITERATURA [1] Město Prostějov. Návrh územního plánu. [Online] 2013. [Citace: 25. březen 2014.] http://apps.hfbiz.cz/apps/prostejov/upnavrh/. [2] Vrahovice [online]. 2001 [cit. 2015-01-14]. Dostupné z: www.vrahovice.eu [3] Povodí Moravy [online]. 2010 [cit. 2015-01-14]. Dostupné z: http://www.pmo.cz/ [4] Česká geologická služba [online]. 2015 [cit. 2015-01-14]. Dostupné z: http://www.geology.cz/ [5] Klimatické poměry. In: Obec Skřeněř [online]. 2011 [cit. 2013-05-23]. Dostupné z: http://www.skrener.cz/doc/Klimaticke_pomery_NB.pdf [6] Česká geologická služba [online]. 2012 [cit. 2013-03-27]. Dostupné z: http://www.geology.cz/ [8] ZÍTEK, Josef. Charakteristické hydrologické údaje toků v povodí Moravy a Odry. Praha: Hydrometeorologický ústav, 1964. Mír 22. [7] Plán hlavních povodí České republiky. Praha: Ministerstvo zemědělství Ministerstvo životního prostředí, březen 2006. [9] Kolektiv pracovníků Hydrologické služby HMÚ (1970). Hydrologické poměry ČSSR, Díl 3. 1. vyd. Praha : Hydrometeorologický ústav. 557 s. [10] POVODÍ MORAVY. Studie: Záplavové území Romže; km 0,000 – 15,072. Brno, 2010. [11] POVODÍ MORAVY. Studie: Záplavové území Hloučely; km 0,000 – 16,329. Brno, 2010. [12] VYSTAVĚLOVÁ, Jitka. Investiční záměr: Odtokový kanál vodních toků Romže a Hloučely. 2012. [13] EKOTOXA S.R.O. Studie proveditelnosti k realizaci přírodě blízkých protipovodňových opatření pro ochranu města Prostějova [14] US Army Corps of Engineers: Hydrologic Engineering Centre [online]. [cit. 2013-04-21]. Dostupné z: http://www.hec.usace.army.mil/software/hec-ras/ [15] Hydraulika. Brno, 2006. Studijní opora. VUT FAST. [16] Prostějov [online]. 2006 [cit. 2013-04-09]. Dostupné z: http://www.mestopv.cz/ [17] Ševčík - výroby, opravy a montáž vodohospodářských zařízení [online]. 2015 [cit. 2015-01-14]. Dostupné z: http://www.sevcik-vz.cz/ [18] Vladimír Havlík, Ivana Marešová – Hydraulika II, Příklady. 1. Vydání. Vydavatelství ČVUT, Praha. 1995. ISBN 80-01-01384-7
Stránka | 53
11 SEZNAM OBRÁZKŮ Obrázek 2.1: Katastrální území Vrahovice ....................................................................................4 Obrázek 2.2: Mapa vodního útvaru – Hloučela [3]........................................................................5 Obrázek 2.3: Mapa vodního útvaru – Romže [3]...........................................................................6 Obrázek 2.4: Mapa vodního útvaru – Valová [3] ..........................................................................7 Obrázek 2.5: Půdní mapa Prostějovska [6] ....................................................................................8 Obrázek 2.6: Geologická mapa Prostějovska [6] ...........................................................................9 Obrázek 2.7: Hydrogeologická mapa Prostějovska [6]................................................................11 Obrázek 2.8: Vodohospodářská mapa .........................................................................................12 Obrázek 2.9: Zaplavové území oblasti Vrahovic .........................................................................13 Obrázek 2.10: Vrahovice – povodně 2006 [2] .............................................................................14 Obrázek 2.11: Vrahovice – povodně 2006 [13] ...........................................................................14 Obrázek 2.12: Vrahovice – povodně 2006 [13] ...........................................................................14 Obrázek 4.1: Břehová nátrž na levém břehu toku Romže ...........................................................16 Obrázek 4.2: Pohled na vyschlé dno toku Romže (datum: 20.7.2014) ........................................17 Obrázek 6.1: Vymezené území bypassu dle dostupných zdrojů [12] ..........................................21 Obrázek 6.2: Umístění vrtů [4] ....................................................................................................23 Obrázek 6.3: Stavidlový uzávěr s motorovým šroubovým pohybem – firma Ševčík [17] ..........24 Obrázek 6.4: Výškové poměry při netransformovaném průtoku na Hloučele – původní návrh..27 Obrázek 6.5: Výškové poměry při netransformovaném průtoku na Hloučele – nový návrh .......29 Obrázek 6.6: Vyhrazený prostor pro návrh bypassu ....................................................................31 Obrázek 6.7: Graf manipulace při průtoku Q1 na Hloučele .........................................................36 Obrázek 6.8: Graf manipulace při průtoku Q2 na Hloučele .........................................................36 Obrázek 6.9: Graf manipulace při průtoku Q5 na Hloučele .........................................................37 Obrázek 7.1: Metoda po úsecích-rozdělení koryta na úseky [15] ................................................38 Obrázek 7.2: Metoda po úsecích-směr postupu výpočtu [15]......................................................39 Obrázek 7.4: Schéma pro výpočet bočního přelivu [18]..............................................................41 Obrázek 7.5: HEC-RAS: Úvodní tabulka pro vytvoření bočního přelivu ...................................42 Obrázek 7.6: HEC-RAS: Rozhraní pro propojení bočního přelivu s bypassem ..........................43 Obrázek 7.7: HEC-RAS: Tabulka pro modelování bočního přelivu. ..........................................43 Obrázek 7.8: HEC-RAS – geometrická data – schéma situace modelu.......................................46 Obrázek 7.9: Model pro stanovení kapacity toku Romže – HEC-RAS 4.1 .................................46 Obrázek 7.10: Výsek z mapy hodnot Prostějovska [16] ..............................................................48
Stránka | 54
12 SEZNAM TABULEK Tabulka 2.1: N-leté2 průtoky na řece Hloučele, r. 2010 [10] .......................................................10 Tabulka 2.2: N-leté průtoky na řece Romži, r. 2010 [11] ............................................................10 Tabulka 2.3: N-leté2 průtoky na řece Romži, r. 2010 [11] ...........................................................10 Tabulka 5.1: Kapacita příčných profilů na toku Romže – m.č. Vrahovice ..................................18 Tabulka 5.3: Kapacita objektů na toku Romže ............................................................................20 Tabulka 6.1: Dotčené parcely ......................................................................................................25 Tabulka 6.2: Dotčené parcely – nový návrh ................................................................................30 Tabulka 6.3: Rychlostní poměry v bypassu – 0,575 ř.km............................................................32 Tabulka 6.4: Variabilní řešení bočního přelivu ...........................................................................34 Tabulka 6.5: Vyhodnocení manipulace .......................................................................................35 Tabulka 7.1: Transformované průtoky dle manip.řádu VD Plumlov ..........................................44 Tabulka 7.2: Použité průtočné charakteristiky pro kalibraci modelu...........................................47 Tabulka 7.3: Stručná charakteristika použitých drsnostních součinitelů n ..................................47 Tabulka 7.4: Doporučení ochrany území dle Plánu hlavních povodí ČR ....................................49 Tabulka 7.5: Okrajové podmínky pro výpočtový model .............................................................49 Tabulka 8.1: Vyhodnocení stavu ve Vrahovicích po odlehčení bočním přelivem ......................51
Stránka | 55
