ČESKÁ ZEMĚDĚLSKÁ UNIVERZITA V PRAZE FAKULTA ŽIVOTNÍHO PROSTŘEDÍ KATEDRA VODNÍHO HOSPODÁŘSTVÍ A ENVIRONMENTÁLNÍHO MODELOVÁNÍ
Hydrotechnické výpočty pro jezero Chabařovice DIPLOMOVÁ PRÁCE
Vedoucí práce: Prof. Pavel Pech Diplomant: Ondřej Miňovský
2009 I
Prohlášení: Prohlašuji, že jsem tento projekt zpracoval samostatně, a že jsem uvedl všechny informační zdroje, ze kterých jsem čerpal.
Ondřej Miňovský
V Praze 27.7.2009
II
Abstrakt: V současné době vstupuje společnost Palivový kombinát Ústí s.p. (PKÚ) do finální fáze rekultivací oblasti bývalého lomu Chabařovice. Firma MV Projekt (MVP) zpracovala a zpracovává pro PKÚ celou řadu projektů. Od samotného projektu zatápění zbytkové jámy po nejrůznější přidružené stavební či hydrotechnické projekty.Vlivem konstrukčních a provozních změn na stavebním objektu „Převedení vody z jezera Chabařovice do řeky Bíliny“ došlo pravděpodobně k ovlivnění jeho funkce a přeneseně k ovlivnění reálné provozní hladiny v jezeře. Projekt „Hydrotechnické výpočty pro jezero Chabařovice“ řeší komplexně problematiku vystavení konečné hladiny v jezeře s ohledem na všechny známé a podstatné ovlivňující faktory. Nově stanovená provozní hladina jezera vnáší ovšem nejistotu do již uzavřeného projektu protiabrazních opatření. Podle požadavku PKÚ se v dalších kapitolách tohoto projektu řeší také odlehčovací objekty na přeložce Modlanského potoka, odhad termínu plnění jezera na nově stanovenou kótu jezera a posouzení již provedených protiabrazních opatření s ohledem na nově stanovenou hladinu. Abstract: The company „Palivový kombinát Ústí s.p.“ (PKÚ) has recently entred the final period of landscape recultivation of the former coal mine Chabařovice. The company MV Projekt (MVP) has been developing projects for PKÚ from the very beginning. Since the original project of Chabařovice lake it’s been large scale of different projects aimed at various constructional or hydrotechnical solutions. Due to constructional and operational changes in structional element „Převedení vody z jezera Chabařovice do řeky Bíliny“ (a sewage link from the Chabařovice lake to nearby river Bílina) the concieved final level of lake was probably made no longer valid. The project „Hydrotechnical computations for Chabařovice lake“ solves the problem of future operational level of the lake in its complexity regarding all known and significant factors. Naturaly the newly stated operational level of the lake questions validity of certain previously finished projects like anti-abrasion solution of banks. By request of PKÚ this project solves aditional problems more or less connected to new operational level of the Chabařovice Lake. These include; the lateral structures on new channel of Modlany spring, the estimation of reachnig new level of the Chabařovice lake and updating functional status of the previously installed anti-abrasion solutions.
Klíčová slova / Keywords: III
ustálené proudění, jezero Chabařovice, odlehčovací objekty, plnění jezera, protiabrazní opatření, HEC-RAS, Chabařovice lake, lateral structures, Holt-Winters method, steady flow.
Obsah DP: Titulní list DP
I.
Prohlášení
II.
Abstrakt / Abstract
III.
Obsah DP
IV.
Úvod DP
V.
Cíle DP
VI.
Metodika
VI.
Projekt – Hydrotechnické výpočty pro jezero Chabařovice
VII.
1.Obsah
VII - 1
2.Úvod
VII - 2
3.Podklady
VII - 4
4.Stanovení reálné provozní hladiny jezera Chabařovice
VII - 5
5.Přeložka Modlanského potoka
VII - 13
6.Plnění jezera Chabařovice
VII - 21
7.Výpočet účinků vln – protiabrazní opatření
VII - 30
8.Závěry a posouzení protiabrazních opatření
VII - 57
9.Závěry a návrhy opatření
VII - 58
Výsledky
VIII.
Diskuse
IX.
Závěr
X.
Přehled literatury a použitých zdrojů,
XI.
IV
Přílohy: B.1 - Vodohospodářská situace B.2 - Vodohospodářské schéma B.3 - Celková situace jezera Chabařovice B.4 - Situace převedení vody z JCH do řeky Bíliny B.5 - Situace přeložky Modlanského potoka CD-ROM – Elektronická verze DP
Úvod DP:
Tato diplomová práce řeší zakázku zadanou státním podnikem „Palivový kombinát Ústí nad Labem“ soukromé firmě MV Projekt s.r.o., kde jsem v současné době zaměstnán a kde jsem byl pověřen vypracováním tohoto projektu. Můj zaměstnavatel souhlasil s uveřejněním mých výsledků v diplomové práci. Tato práce se zabývá problémy spojenými s provozem již zpoloviny napuštěného jezera Chabařovice (JCH) a jeho přidružených objektů. Projekt byl řešen ve stupni technické dokumentace „technická pomoc“. Součástí diplomové práce se stala technická zpráva a výkresová část. Vypuštěny byly přílohy projektu, které obsahovaly záznamy z jednání se zadavatelem, průběh připomínkovacího řízení s krajským úřadem a Povodím Ohře s.p. a také zadavatelem poskytnuté podklady. Především výsledky provedených měření a interní zprávy, které sloužily jako podklady k jednotlivým výpočtům. Základním problémem je funkce „převedení vody z jezera Chabařovice do řeky Bíliny“ (převedení), které bylo původně navrženo jako vodorovné a které utrpělo poklesy půdy a v některých místech též technologickým pochybením při výstavbě. Snížená průtočnost v převedení, zřejmě ovlivní výšku provozní hladiny v JCH. Vlivem nejistoty konečné hladiny vyvstávají další problémy, další řešený problém se týká termínu plnění jezera, což je důležitý údaj především vzhledem k navazujícím projektům. V
Jiným problémem řešeným v souvislosti s neznámou kótou nové provozní hladiny je posouzení správné funkce již realizovaných protiabrazních opatření Problematickým objektem je také nově vybudovaná „přeložka Modlanského potoka“ (přeložka). Tato stavba slouží k ochraně kvality vod v JCH. Její „Achillovou patou“ jsou odlehčovací objekty vybudované v trase přeložky, které mají umožnit přelití nadbilančních vod do JCH.
Cíle DP
Cílem Hydrotechnických výpočtů pro jezero Chabařovice je: 1) Kvantifikovat dopady změn ve stavebním objektu převedení na provozní hladinu JCH. 2) Posoudit hydraulickou funkci přeložky Modlanského potoka především s ohledem na funkci odlehčovacích objektů. 3) Stanovit termíny plnění JCH s ohledem na nově stanovenou provozní hladinu. 4) Posoudit funkci vybudovaných protiabrazních opatření s ohledem na nově stanovenou provozní hladinu.
Body 1 – 3 budou řešeny sestavením vhodného výpočtového modelu, bod 4 bude řešen v souladu s metodikou použitou v projektu pro stavební povolení příslušného stavebního objektu.
Metodika Metody a postupy užité k sestavení jednotlivých modelů jsou uvedeny v příslušných kapitolách projektu.
VI
Palivový kombinát Ústí, státní podnik
Komplexní revitalizace území dotčené dotčené těžbou ěžbou PKÚ s.p. - Jezero Chabařovice řovice
Hydrotechnické výpočty výpo ty pro jezero Chabař Chabařovice
červenec 2009
VII
Výsledky Výsledky a závěry z jednotlivých modelů jsou uvedeny v příslušných kapitolách projektu.
Diskuze
Výpočetní sw USACE HEC-RAS je dlouhodobě vyvíjený nástroj pro modelování proudění povrchových vod. Jeho oblíbennost pro spolehlivé výsledky dobře dokumentuje snaha vývojářů „velkého“ software o implementaci výpočtového jádra HEC-RAS (např. Esri, Autodesk, Boss Intl.). Zásadní roli pro úspěšné modelování s tímto programem hrají detailní podklady, a především znalost jednotlivých výpočtových metod které HEC-RAS používá. Podklady pro hydraulické modely byly velmi dobré, většinou jsem vycházel z tachymetrického zaměření skutečného provedení staveb, užité metody a postupy při sestavování modelů v software HEC-RAS byly prováděny v souladu s dokumentací (Hydraulic reference, Users manual) a nastavení jejich parametrů byla věnována patřičná pozornost. Vzhledem k více než ročním zkušenostem z používání tohoto sw hodnotím modely přeložky a převedení dobře, nejlépe za ně ovšem mluví srovnání se skutečností. Výpočty výběhů vln se také opírají o dobře zdokumentovanou metodiku založenou na vyhodnocení velkého počtu empirických pozorování. Jejich užití v tomto případě bylo ovšem vázáno na předchozí projekt a oprávněnost tohoto počínání je diskutabilní. Největší nedostatek zvolené metody je nemožnost zahrnout do výpočtů efekt tzv. vlnolamů, které byly do původního projektu začleněny na výslovnou žádost Povodí Ohře s.p.. Jedná se hlinitokamenné valy cca 15 – 20 m od budoucího břehu, jejichž hrana by měla končit 10 – 30 cm pod hladinou.. Celá myšlenka posouzení protiabrazních opatření se z uvažování komplexních účinků větrových vln „smrskla“ na pouhý předpoklad, že pokud budou mít vlnolamy příznivý účinek nacházíme se s výpočty výběhů alespoň na straně bezpečnosti.
VIII
Z statistická metoda užitá pro odhad doby plnění JCH, také nebyla zcela ideální. Klasická hydrologická bilance však nebyla proveditelná z důvodu absence použitelných dat a tak byla volba statistického modelu „menším zlem“.
Závěr
Výsledky modelování „převedení vody z jezera Chabařovice do řeky Bíliny“ prokázaly ovlivnění průtočnosti objektu. Reálná hladina stálého nadržení zůstává na kótě 145.30 m n.m., minimální provozní hladina byla ale stanovena na kótu 145,60 m n.m. a to vlivem nutného hrazení. Tento výsledek se zdá být ve velmi dobré shodě se skutečností, neboť přeložka modlanského potoka již byla uvedena do provozu a hladina v provizorně hrazeném výpustním objektu JCH se v průměru staví na kótu 145.60 m n.m. Model přeložky Modlanského potoka potvrdil schopnost nového koryta provést průtoky až do Q100 a upozornil na problematický propustek v horní části trasy, který bude při chystané rekonstrukci dotčené komunikace vyměněn. Simulací ustáleného průtoku 50 l.s-1 byly určeny výšky přelivných hran, pro odlehčování nadbilančních průtoků. V následném jednání s krajským úřadem byly ovšem schváleny stávající přelivné hrany, které jsou vyšší než ty které vycházejí z modelu přeložky. Tímto rozhodnutím dojde k odlehčování méně často a většina nevyhovujících vod se nedostane do jezera, což je pozitivní efekt. Ovšem mince má i druhou stranu a tou je v tomto případě odlehčování za povodní, které bude logicky také nižší a nelze již garantovat kapacitu koryta pro povodňové stavy, zejména v dolní části přeložky, kde se v důsledku méně efektivního odlehčení akumulují mnohem větší průtoky. Statistický model plnění jezera udal následující termíny plnění a intervaly spolehlivosti na hladině α = 0,9 pro úrovně hladin 145.30 m n.m. a 145,60 m n.m.
IX
model
horní mez
28.5.2010
145.30
11.6.2009 19.2.2010
145.30 145.30
4.1.2011
145.60
24.8.2009 9.3.2010
dolní mez
145.60 145.60
Správnost výsledků tohoto modelu ukáže čas, zatím se jezero plní „přesně“ podle plánu a v současné době je odchylka od modelu méně než 5 cm, což je menší hodnota než rozptyl zhlazených hodnot měřených hladin. Aktualizace výpočtů výběhů větrových vln ukázala, že protiabrazní opatření byly ve většině případů vybudovány s dostatčnou rezervou, s výjimkou jihozápadní části jezera. V této lokalitě, která je celá tvořena výsypkovými materiály, došlo pravděpodobně k sedání terénu (protože se výrazně liší projektová dokumentace protiabrazních opatření a dokumentace skutečného provedení). Ať už je na vině sedání výsypek nebo špatné provedení, zůstává faktem, že obslužná komunikace, která je uvažována jako horní hranice protiabrazních opatření se v jedné části dostává dokonce pod kótu 145,30 m.n.m. což je původní uvažovaná hladina jezera. Po jednání se zástupci PKÚ bylo dohodnuto, že tento problém bude řešen samostatným projektem.
Mohu konstatovat, že vytyčené cíle byly splněny a výsledky tohoto projektu jistou malou měrou pomáhají odpovědným zástupcům Palivovému kombinátu Ústí s.p. dokončit rekultivaci bývalého lomu Chabařovice.
X
Přehled literatury a použitých zdrojů
[1]
Anděl, Jiří: Matematická statistika. SNTL/Alfa, Praha 1986
[2]
Anděl, Jiří: Statistická analýza časových řad. SNTL, Praha 1976
[3]
Holt, C. C. (1957) Forecasting seasonals and trends by exponentially
weighted moving averages, ONR Research Memorandum, Carnigie Institute. [4]
Winters, P. R. (1960) Forecasting sales by exponentially weighted moving
averages, Management Science 6, 324–342. [5]
Venables, W.N., D.M.Smith and the R Development Core Team: An
Introduction to R, 2008 [6]
Brunner, G.W: USACE HEC-RAS Hydraulic reference, 2008
[7]
Brunner, G.W: USACE HEC-RAS Users Manual, 2008
[8]
Broža a kol: Přehrady, SNTL/ALFA 1987
[9]
Bažant: Metody zakládání staveb –Academia 1973
[10]
Keder, Spanilá: Hodnocení parametrů větrů, působících na vodní plochu
nádrže Nechranice - J.Hydrol.Hydromech., 43, 1995 [11] Harušťák: Ustálený vietor ako rozhodujúcí faktor parametrov vetrových vln Vodohosp. čas., 30, 1982, č.2 [12] Lukáč, Abaffy: Vlnenie na nádržiach, jeho účinky a protiabrazné opatrenia Bratislava, Príroda 1980 [13]
TNV 75 2401 – Vodní nádrže a zdrže
[14]
ČSN 75 0255 – Výpočet účinků vln na stavby na vodních nádržích a zdržích
[15]
Projektová dokumentace zpracovaná MVP k lokalitě jezera Chabařovice
[16]
Podklady a zaměření předané PKÚ, s.p. – viz. příloha této zprávy
XI
