ZAMOKŘENÍ ÚZEMÍ
Půda je zamokřena, jestliže je povrchově zaplavena nebo plně nasycena vodou tak, že tento stav brání realizaci a následné existenci technických staveb, využívaní přírodního bohatství a zemědělskému využívání půdy. Při zemědělském využívání půdy je třeba plodinám zajistit optimální vlhkost půdy, optimální hloubku podzemní vody - ta se liší pro jednotlivé plodiny. Výnosy tak závisejí na vodním režimu půdy. Doporučený rozsah optimální hloubky podz. vody podle I. Petrasovitse
Příčiny zamokření území hydrologické, klimatické - extrémní srážkové situace, tání sněhu hydrogeologické, hydropedologické - vysoká hladina podzemní vody, pramenní vývěry, málo propustné půdy technické, antropogenní - zhutnění povrchu obděláváním těžkými stroji, stavby - ohrázování toků, podzemní stavby nahodilé - povodňové situace, havárie vodovodu, porucha hráze
• • • •
vysoká úroveň hladiny podzemní vody málo propustná půda nebo existence málo propustné vrstvy v půdním profilu vývěry podzemní vody stagnace povrchového odtoku
Příčiny zamokření území
zamokření lokální - přítok svahových vod pod patou svahu, lokální deprese oblastní z hlediska časového zamokření krátkodobé - povrchové po intenzivní srážce periodické - sezónní (u povrchového zamokření, podzemní vodou - kolísání) trvalé - vysoká HPV Přípustná doba zaplavení některých plodin (dny) podle J. Filipa (přípustné 20% snížení výnosu)
ZEMĚDĚLSKÉ ODVODNĚNÍ
zařízení pro odvedení přebytečné povrchové a podpovrchové vody cílem je zajistit optimální vodní režim poměry pro růst rostlin OTEVŘENÉ KANÁLY (povrchové odvodnění)
PODZEMNÍ DRENÁŽ
NÁVRH ODVODŇOVACÍHO OPATŘENÍ musí vycházet z :
terénního průzkumu potřebných podkladů požadavku objednatele
ČSN 75 4200 - Hydromeliorace - Úprava vodního režimu zemědělských půd odvodněním ČSN 75 4210 - Odvodňovací kanály ČSN 75 4030 - Křížení a souběhy melioračních zařízení s dráhami, pozemními komunikacemi a vedeními TNV 75 4221 - Regulace a retardace odtoku na zemědělských pozemcích odvodněných trubkovou drenáží TNV 75 4922 - Údržba odvodňovacích zařízení TNV 75 4102 - Pedologický průzkum pro meliorační opatření technická doporučení, směrnice, typové podklady
pro navrhování , výstavbu a rekonstrukce opatření k úpravě vodního režimu půdy
ČSN 754200 - Hydromeliorace - Úprava vodního režimu zemědělských půd odvodněním
Způsoby úpravy vodního režimu zamokřených půd
EKOLOGICKÝ STUPEŇ VODNÍHO REŽIMU PŮDY
definuje vodní režim stanoviště podle rostlinných společenstev, hydromorfizmu půdy a agronomických důsledků zamokření stanoviště:
xerofytní - velmi suché mezoxerofytní - středně suché mezofytní - středně vlhké (optimální vodní režim) mezohygrofytní - mírně zamokřené hygrofytní - trvale zamokřené - vysoká HPV (vysoké ostřice, suchopýr, orobinec)
ČSN 754200 - Hydromeliorace - Úprava vodního režimu zemědělských půd odvodněním Způsoby úpravy vodního režimu zamokřených půd
ODVODŇOVACÍ ZAŘÍZENÍ odvodňovací zařízení rozdělujeme na hlavní a podrobná hlavní odvodňovací zařízení - je to soubor objektů, které slouží k odvádění nadbytku povrchové a podzemní vody z pozemku, k provzdušňování pozemku a k ochraně odvodňovaného pozemku před vnějšími vodami otevřené kanály (svodné odvodňovací příkopy, záchytné příkopy) a kryté odvodňovací kanály a objekty na nich (stupně, skluzy, násosky, propustky, mostky), ochranné hráze a odvodňovací čerpací stanice slouží k odvádění vody z podrobných odvodňovacích zařízení podrobná odvodňovací zařízení - podrobná odvodňovací síť, která přivádí vodu z pozemku do hlavních odvodňovacích zařízení (detail) členění na: 1. záchytné příkopy a drény 2. opatření ke snížení tlaku podzemní vody s napjatou hladinou 3. odvodnění příkopy 4. ojedinělá (sporadická) drenáž 5. plošná (systematická) trubková drenáž 6. krtčí drenáž 7. štěrbinová drenáž 8. dvouetážová drenáž 9. navlažovací drenáž 10. regulační drenáž 11. fyzikální, chemické a biologické meliorace půd
odvodnění - povrchové x podpovrchové (podzemní)
POVRCHOVÉ ODVODNĚNÍ OTEVŘENÝMI PŘÍKOPY u nás se prakticky nevyskytuje (odbahnění rybníků, rašeliniště) používá se např. v Holandsku
instalace drenážních trubek - manuální (především v minulosti)
fotografie z odvodňovacích prací v roce 1927 na Moravě, zdroj http://agrice.blog.cz/1103/co-prinesla-zima
zdroj: 47th International Course on Land Drainage, ALTERRA ILRI
tvar HPV při drenáži původní poloha HPV HPV při instalaci drenáže
nasycená půda
A - otevřené drény
původní poloha HPV HPV při instalaci drenáže
B - podpovrchové drény nasycená půda
Podklady pro navrhování odvodňovacích staveb topografické a geodetické - mapy základní 1 : 10 000, vodohospodářské 1 : 50 000, katastrální 1 : 1 000, 1 : 2880 ad., výkresy, zaměření klimatické - atmosférické srážky (intenzita srážek, časový průběh, průměrné srážky sezónní a roční), evapotranspirace, teplota vzduchu, půdy – poskytuje ČHMÚ hydrologické – hydrologický režim v recipientu, podzemní přítok, bilance vody v oblasti, stanovení příčin zamokření
hydrogeologické hydropedologické fytocenologické geonomické fenologické zemědělské
Podklady pro navrhování odvodňovacích staveb podklady hydrogeologické (Geofond, Hydrometeorologický ústav, příp. doplnění)
poloha nepropustné vrstvy (do 3 m po terénem) - půda s K < 0,01 md-1 ( 10-7ms-1) poloha HPV a její kolísání směr a rychlost proudění podzemní vody geologická stavba území (kolektory, izolátory, přítok podz. vody, oblast dotace, akumulace a drenáže) geologická mapa
Podklady pro navrhování odvodňovacích staveb
mapa hydroizohyps , hydroizopiez
cíl hydrogeologického průzkumu: vliv odvodnění na zdroje podzemní vody provádí se zejména pro návrh odvodnění a regulační drenáže ve složitých přírodních poměrech, v oblastech jímání podz. vod, v oblasti rozvodí, ve svážných územích
Podklady pro navrhování odvodňovacích staveb podklady hydropedologické získáme na základě terénního průzkumu a laboratorních testů o o o o o o o
mechanické a chemické vlastnosti půd, zrnitostní složení skladba půdního profilu - heterogenita prostředí rozsah zhutnění jednotlivých vrstev, hloubka nepropustné vrstvy hydraulická vodivost K retenční vlhkostní čára efektivní drenážní pórovitost Pd výška kapilárního vzlínání
orientační hodnoty některých charakteristik je možné získat z odborné literatury - např. hodnoty K různých zemin, hodnoty výšky kapilárního vzlínání v různých půdách mapové podklady: syntetická půdní mapa 1: 200 000 - součást půdní mapy světa - UNESCO mapy BPEJ - bonitovaná půdně ekologická jednotka databáze
Podklady pro navrhování odvodňovacích staveb podklady fytocenologické rozdělení oblastí s určitým stavem vody v půdě podle výskytu skupin rostlin např. půdy s trvale vysokou HPV - ostřice pobřežní, blatouch, přeslička říční půdy s výrazně kolísající HPV - ostřice ježatá, suchopýr úzkolistý, rákos obecný, půdy s optimální HPV - kostřava luční, pcháč šedý, svízel severní, půdy s hluboko zakleslou HPV - ovsík obecný, šalvěj luční, půdy zrašeliněné a půdy s rašelinou – suchopýr pochvatý, klikva obecná
podklady geonomické začlenění pozemku do výrobního typu - kukuřičný, řepařský, bramborářský, horského hospodářství (nadmořská výška, srážkový úhrn, průměrná teplota)
podklady fenologické - časové údaje o vegetačních obdobích (počátek setí, sklizeň) podklady zemědělské - optimální hloubka podzemní vody pro jednotlivé plodiny ostatní podklady - konkrétní vymezení požadavků objednatele na funkci a účinnost odv. zásahu – s ohledem na čas, přístupnost pozemků
HLAVNÍ ODVODŇOVACÍ ZAŘÍZENÍ - Hlavní a vedlejší odvodňovací kanály odvodňovací kanály - většinou otevřené recipienty drenážních vod, ve zdůvodněných případech kryté - norma ČSN 754210 návrh kanálů vyžaduje komplexní řešení s ohledem na územní a zemědělsko-výrobní poměry, na požadavky ochrany krajiny a tvorby živ. prostředí, na řešení podrobných odvodňovacích zařízení
trasa se navrhuje v souladu s využíváním pozemků v údolnici zájmového území v minulosti - přímkové úseky s vloženými oblouky, nově pokud je to možné oblouky i meandry návrh sítě odv. kanálů vyžaduje nalezení vhodného recipientu (přirozený vodní tok, jezero, rybník) - nejlépe pro gravitační odvod vody z území (nesmí dojít k zpětnému zaplavení území z recipientu), zaústění kolmo anebo v ostrém úhlu
Holý 1987
Holý 1987
HLAVNÍ ODVODŇOVACÍ ZAŘÍZENÍ - Hlavní a vedlejší odvodňovací kanály při nemožnosti gravitačního zaústění: paralelní kanál a zaústění vody z odvodňovaného území do recipientu dál po vodě kombinovaný odtok: stavidlová výpust + čerpací stanice, při nízkých stavech odtok gravitačně, při vysokých stavech vody v recipientu čerpání
Holý 1987
podélný sklon – odpovídá sklonitosti území, je třeba zohlednit hodnotu maximální střední rychlosti - zamezit vymílání dna a porušení břehů (např. dlažba z lomového kamene do štěrkového lože při hloubce vody 1 m vmax = 2,0 – 3,0 ms-1) obvyklé sklony : 0,5 až 1‰, vedlejší kanály 0,2 až 0,3‰, max. 5‰, při sklonech menších než 0,1‰ hrozí zanášení koryta
HLAVNÍ ODVODŇOVACÍ ZAŘÍZENÍ - hlavní a vedlejší odvodňovací kanály příčný profil otevřených odvodňovacích kanálů minimální šířka dna 0,5 m ke zmenšení sklonu se navrhují zpevněné stupně nebo skluzy hloubka dna závisí na hloubce vyústění drenáže, výúsť musí být min. 0,2 (resp. 0,3) nade dnem sklony svahů se navrhují v závislosti na mech. vlastnostech zeminy, příp. na navrženém opevnění opevněné svahy 1: 1 až 1:1,5 písčitojílovitá zemina 1: 2,5 až 1:3 písčitá zemina 1: 1,5 až 1:2
lichoběžníkový
dvojitý lichoběžníkový
ohrázovaný
příklady opevnění odvodňovacího kanálu
Kulhavý 2008
Kulhavý 2008
Holý 1987
HLAVNÍ ODVODŇOVACÍ ZAŘÍZENÍ - Hlavní a vedlejší odvodňovací kanály návrh příčného profilu: musí zajistit neškodné odvedení návrhového průtoku (povrchová i podzemní voda) Q210 při hloubce 0,1 m a průtočná rychlost > 0,3 ms-1 opevnění dna a svahů – optimální průtokové poměry při průměrném průtoku, stabilita koryta i při větších průtocích opevnění dna – štěrk, svahy – travní porost, vegetační tvárnice, laťové plůtky hydrotechnický výpočet - při rovnoměrném proudění:
Q Chezyho rovnice rychlostní součinitel dle Manninga
S .v
v C R.i C
1 1/ 6 R n
n – drsnostní součinitel, R = S/O – hydraulický poloměr
hodnoty n – tabulky
[m3s-1] [m s-1]
HLAVNÍ ODVODŇOVACÍ ZAŘÍZENÍ - Hlavní a vedlejší odvodňovací kanály Drsnostní součinitel vybraných typů otevřených kanálů [Kulhavý 2008]
objekty na odv. kanálech : zaústění kanálů do recipientu, propustky, mostky, stupně ve dně, skluzy, rybí útulky, shybky návrh - typové podklady
HLAVNÍ ODVODŇOVACÍ ZAŘÍZENÍ - Hlavní a vedlejší odvodňovací kanály kryté odvodňovací kanály navrhují se jenom tam, kde je třeba zachovat celistvost pozemků, v místech převedení drenážních vod přes zastavěnou část obce nebo při křížení otevřených kanálů s komunikací (propustek, shybka) minimální průměr krytých odv. kanálů je 300 mm (DN 300), materiál - beton, železobeton, kamenina, sklolamináty, plasty
podélný sklon – rychlost v rozmezí 0,3 – 5 ms-1 návrh na beztlakový průtok o volné hladině
potrubí se ukládá do rýh se šikmými stěnami nebo rýh pažených na trase krytých kanálů se osazují kontrolní šachtice (umožnění údržby) pro umožnění malého sklonu a zabránění erozi vodou proudící vysokou rychlostí je možné použít spadišťové šachtice
Holý 1987
HLAVNÍ ODVODŇOVACÍ ZAŘÍZENÍ - Hlavní a vedlejší odvodňovací kanály kryté odvodňovací kanály kontrolní šachtice REHAU www.rehau.cz
HLAVNÍ ODVODŇOVACÍ ZAŘÍZENÍ - ČERPACÍ STANICE navrhují se tam, kde není možné nebo účelné zabezpečit gravitační odtok vody z odvodňovaného území pro návrh je třeba provést podrobný rozbor režimu odtoku vody, včetně jeho časového průběhu, technické řešení závisí na čerpaném množství vody, dopravní výšce a místních poměrech - typový podklad Hydroprojekt 1986
šachtový typ čerpací stanice s ponorným čerpadlem
Holý 1987
zvláštní případy využití odvodňovacích čerpacích stanic: snižování hladiny podzemní vody čerpáním ze soustavy vrtů či studní - při ochraně základů budov před účinky silně agresivní podzemní vody ochranná drenáž při ochraně půdy před zasolením pro odběr vody z vodoteče pro závlahovou fázi regulační drenáže
HLAVNÍ ODVODŇOVACÍ ZAŘÍZENÍ - OCHRANA PŘED VNĚJŠÍMI VODAMI Ochranu odvodňovaného území před vnějšími vodami je možné řešit pomocí ochranných hrází, kanálů, úpravou toku, nádržemi a zemědělsko-lesnickými opatřeními v povodí. Cílem je nezatěžovat drenážní systém uvnitř oblasti těmito vnějšími vodami. Holý 1987
záchytný kanál – pro zachycení povrchových vod přitékajících z vyšších poloh, pro správnou funkci je třeba správně navrhnout směr, sklon a hloubku příkopu, příkop vyústí do recipientu tak, aby voda odtékala gravitačně
Holý 1987
HLAVNÍ ODVODŇOVACÍ ZAŘÍZENÍ - OCHRANA PŘED VNĚJŠÍMI VODAMI záchytný kanál – může být využit i pro odvod podzemní vody při vhodných geolog. podmínkách – prohloubení až na nepropustnou vrstvu při větších hloubkách – zasakovací drén lichoběžníkový příčný profil, min. šířka 0,40 m, minimální hloubka 0,6 m, podélný sklon 0,1% velikost přítoku povrchové vody:
Q1bm o
Si L
0,001oSi L
[m3h-1m-1]
je odtokový součinitel v destinném vyjádření (závisí na sklonitosti, půdních poměrech, druhu vegetace, hodnota 0,1 až 0,9) úhrnná výška výpočtové srážky o intenzitě i [mm h-1] a trvání t [h] délka svahu [m]
velikost přítoku podzemní vody v homogenním prostředí:
Q podz
K f Ai
[m3s-1]
A
průtočná plocha horniny [m2], Kf hydraulická vodivost [ms-1]
i
hydraulický sklon (rozdíl hladiny v zemině a v příkopě dělený dosahem ovlivnění hladiny v zemině r) dosah vlivu příkopu (hlinitá zemína 15 až 40 m, střednězrnný písek 75 až 100 m)
r
HLAVNÍ ODVODŇOVACÍ ZAŘÍZENÍ - OCHRANA PŘED VNĚJŠÍMI VODAMI záchytný kanál - návrh obvykle: na hranicích zájmového území, hranici mezi lesními a zemědělskými pozemky pod terénními zlomy podél ohrázovaného toku podél cest pod hrází nádrží ve svažitém území nad stavebními objekty ochrana staveniště podle technického provedení a účelu rozlišujeme např.:
• • •
zasakovací drén (rýha s propustným materiálem) drén s vertikálním hydrologickým filtrem pobřežní záchytný drén
systém Optidrain www.tommar.sk
Kulhavý 1987
HLAVNÍ ODVODŇOVACÍ ZAŘÍZENÍ - OCHRANA PŘED VNĚJŠÍMI VODAMI návrh pobřežního záchytného drénu [Kulhavý 2008] pro případ, kdy se koryto toku zařezává do nepropustného podloží
zadáno: H, h, K, Pd, Lp, t0 výška Hp se volí v závislosti na požadovaném snížení HPV r = min. 80 mm
návrh příbřežního zasakovacího drénu
[m . d-1]
návrh příbřežního zasakovacího drénu - pokračování
q
A
1
1,47 log sin
(h0 0,5b) 2H P
výpočet průtoku potrubím
Q
D2 C R 2 / 3 i1/ 2 4
C
75 ( PVC)
HLAVNÍ ODVODŇOVACÍ ZAŘÍZENÍ - OCHRANA PŘED VNĚJŠÍMI VODAMI nádrž – retenční nádrže na toku i jeho přítocích, které slouží k zachycení povodňové vlny malé vodní nádrže, suché nádrže – poldry
ochranné hráze – ochrana před rozlivy vody z koryta do inundací, výška hrází závisí na stupni ochrany území (stoletá, padesátiletá voda)
Holý 1987
u zemních hrází je třeba počítat s průsakem hrázovým tělesem i v podloží hráze – návrh těsnících prvků
Holý 1987
Teoretické podklady pro správný návrh odvodňovacího systému znalost vodního režimu, především teorie pohybu vody v půdním prostředí hydraulika, hydrologie, hydropedologie
rozdělení vody v půdním profilu:
PÁSMO PŮDNÍ VODY TERÉN
NENASYCENÁ ZÓNA
PŮDNÍ VODA
PŘECHODNÉ PÁSMO OBALOVÁ A GRAVITAČNÍ VODA PÁSMO KAPILÁRNÍ VODY
KAPILÁRNÍ VODA HLADINA PODZEMNÍ VODY
NASYCENÁ ZÓNA
PÁSMO PODZEMNÍ VODY PODZEMNÍ VODA NEPROPUSTNÉ PODLOŽÍ
PROUDĚNÍ VODY V PÓRÉZNÍM PROSTŘEDÍ
proudění v nasycené zóně materiálové charakteristiky prostředí: hydraulická vodivost K [m/s] vyjadřuje míru schopnosti prostředí vést vodu efektivní drenážní pórovitost Pd (storativita) zastoupení hrubozrnných pórů proudění v nenasycené zóně materiálové charakteristiky prostředí: hydraulická vodivost K(Q) při plném nasycení je K(Q) = Ks retenční čára Q(h) vztah mezi vlhkostí a kapilárními silami hnací síly proudění: (vyjádření ve formě potenciálu) gravitační tlakové retenční (kapilární, adsorpční) proudění se děje v důsledku rozdílné hodnoty potenciálu kapaliny, z místa většího potenciálu do místa menšího potenciálu
závislost nenasycené hydraulické vodivosti na sacím tlaku
hydraulická vodivost K hodnota je určena geometrickými vlastnostmi prostředí a vlastnostmi kapaliny měření v laboratoři, v terénu
Druh zeminy
Hydraulická vodivost K [m/s]
Jíl
< 1.10-8
Písčitá hlína
< 1.10-6
Hlinitý písek ulehlý
(1 - 5).10-6
Písek s příměsí jílu
(1 - 2).10-6
Hlinitý a jemný písek
(1 - 5).10-5
Hrubozrnný písek
(1 - 5).10-4
Štěrkopísek
(2 - 10).10-4
Štěrk
(1 - 5).10-3
Císlerová 1998
Efektivní drenážní pórovitost parametr významný při neustáleném proudění vody, vyjadřuje zastoupení hrubozrnných pórů (póry o průměru > 0,03 mm - makropóry)
Pd (V) - objem pórů, který se uvolní z jednotkového objemu půdy při poklesu hladiny podzemní vody o jednotku výšky
Pd
Vv A ht
Q
Sterrett 2007 Dvořák 1981
Efektivní drenážní pórovitost •stanovení na základě rozboru retenční čáry •stanovení na základě hodnoty K
Pd
K
K cm / d
Pd %
•stanovení z nomogramu (Bureau of Reclamation)
Efektivní drenážní pórovitost
hodnoty Pd pro některé typy zemin
Literatura:
Holý, M. a kol., 1987: Odvodňovací stavby, SNTL/ALFA Kulhavý, F., Kulhavý, Z., 2008: Navrhování hydromelioračních staveb, ČKAIT Dvořák, P., 1981: Podklady pro navrhování odvodňovacích staveb, skripta ČVUT
Císlerová, M., Vogel, T., 1998: Transportní procesy, skripta, ČVUT Sterrett, R., J., 2007: Groundwater & Wells, Johnsons Screens, A Weatherford Company Váška, J. a kol., 2000: Hydromeliorace, ČKAIT
Kulhavý,Z., Soukup, M. a kol., 2007: Zemědělské odvodnění drenáží, Racionalizace využívání, údržby a oprav, VÚMOP ČSN 754200 - Hydromeliorace - Úprava vodního režimu zemědělských půd odvodněním
