VIZP Vodohospodářské inženýrství VIZP – Vodohospodářské inženýrství a životní prostředí a životní prostředí Přednáška č 3 Přednáška č.3
– Vodní toky Vodní toky
9Přirozené vodní toky 9Při é d ít k 9Účel úprav vodních toků, návrhové veličiny 9Opevnění upraveného koryta 9Ek l i 9Ekologizace vodních toků d í h ků
Přirozené vodní toky Korytový průtok – maximální průtok, který provede koryto bez vylití z břehů, v našich podmínkách zpravidla Q1 až Q2. Základní geometrické charakteristiky používané pro morfologické p posouzení přirozených toků p ý 9 šířka hladiny, průměrná a maximální hloubka koryta při korytovém průtoku korytovém průtoku 9 poměr šířky říční nivy a k šířce koryta 9 rozvlněnost trasy – poměr délky osy koryta a délky údolnice 9 sklon dna koryta kl d k t 9 šířka meandrujícího pásu
Faktory ovlivňující vývoj říční sítě Jednotlivé toky i celé říční sítě jsou důsledkem dlouhodobého dynamického vývoje, který ovlivňuje celá řada faktorů, kterými mohou být zejména 9 klimatické a meteorologické faktory g y zásadním způsobem p působí na srážko‐odtokový režim a v důsledku na vodnost toku (mimo jiné m‐denní a N‐leté průtoky), ta se může s časem měnit 9 fyzikálně geografické vlastnosti – zejména sklonitosti svahů a zejména údolnice j 9 pedologické a geologické faktory – na nich závisí vlastnosti aluviálních sedimentů říčních teras (především čára zrnitosti) aluviálních sedimentů říčních teras (především čára zrnitosti) 9 rostlinná pokrývka může nezanedbatelně omezit erozní procesy zejména břehů přirozených toků j é bř hů ři ý h t ků
Základní morfologické typy přirozených koryt v Česku Morfologie přirozených toků je úzce spjata s podélným profilem Morfologie přirozených toků je úzce spjata s podélným profilem 9 Horské toky – velký sklon dna (často > 4%), málo zakřivená trasa, šířka koryta blízká šířce údolí, materiál dna tvořen buď šířk k blí ká šíř úd lí iál d ř b ď rostlým skalním podložím nebo velmi hrubým štěrkem, dominantní eroze dominantní eroze 9 Podhorské toky – postupné rozšiřování údolí, snížení sklonu d t dna, trasa koryta se zakřivuje, sedimentace nesoudržného k t kři j di t d ž éh materiálu do říčních teras, postupné snižování zrnitost materiálu dna se zmírňuje materiálu dna se zmírňuje 9 Střední úseky toků – sklon dna < 1%, materiál dna tvořen zejména písky a štěrky, další významné zakřivování trasy koryta ejména písk a štěrk další ý namné akři o ání tras kor ta 9 Dolní úseky toků – sklon dna často < 1‰, materiál dna tvořen jemným hlinitým materiálem, velmi široká říční niva, významné zakřivení trasy koryta
Větvící se a meandrující koryta Větvící se koryta jsou typické pro štěrkové toky s velmi intenzivním chodem splavenin (typické řeky v Beskydech a na Slovensku) 9 Koryto je tvořeno řadou samostatných ramen s pohyblivými nánosy, dynamický vývoj spojen se změnou morfologie dna 9 Poměrně široká a mělká koryta, dominantní pohyb dnových splavenin p Pro meandrující koryta je charakteristická vysoká hodnota koeficientu zakřivenosti osy podmínkou 3D spirálovité proudění koeficientu zakřivenosti osy, podmínkou 3D spirálovité proudění 9 Dynamický vývoj koryta je vyvolán zejména břehovou erozí, významný pohyb jemnozrnných plavenin ý ý h bj ý h l i 9 Poměrně hluboká koryta, ve vrcholu oblouku významně asymetrický tvar příčného profilu
Podélný profil přirozených toků Pro přirozené P ři é toky je charakteristický proměnlivý průběh t k j h kt i ti ký ě li ý ůběh podélného profilu dna koryta 9 Pravidelné střídání brodových úseků a tůní 9 Dynamický vývoj dnových útvarů v závislosti na okamžitých průtokových poměrech ⇒ postupné přesouvání brodů a tůní
Trasa a příčné profily zakřiveného úseku Charakter významně Charakter významně zakřivených úseků toků vyplývá z 3D zakřivených úseků toků vyplývá z 3D spirálovitého proudění ⇒ asymetrický tvar profilu v oblouku 9 SSvislé složky rychlosti od hladiny ke dnu u vnějšího (konkávního) i lé l žk hl i d hl di k d ějšíh (k ká íh ) břehu oblouku ⇒ eroze břehového materiálu a posun břehové hrany konkávní břeh velmi strmý hrany, konkávní břeh velmi strmý 9 Proud se ode dna vrací k hladině u vnitřního (konvexního) břehu oblouku bl k ⇒ postupné ukládání materiálu z konkávního břehu, t é kládá í t iál k ká íh bř h sklon konvexního břehu pozvolný, velmi výrazné nános 9 V místě přechodu jednoho oblouku do druhého krátký přímý brodový úsek se přímý brodový úsek se symetrickým profilem
Účel úprav vodních toků M i ákl d í úč l Mezi základní účely provádění úprav vodních toků patří ádě í ú d í h t ků tří zejména j é 9 zvýšení protipovodňové ochrany území, 9 úprava odtokových poměrů povodí a říční nivy, 9 zajištění spádu pro využití vodní energie, 9 umožnění odběru vodu pro různé účely, p y, 9 umožnění zaústění přítoků a odvádění vody z okolních pozemků, 9 omezení eroze dna a břehů koryta, 9 úprava splaveninového úprava splaveninového režimu řeky a chodu splavenin, režimu řeky a chodu splavenin 9 umožnění ekonomicky úspornou a technicky vhodnou realizaci sta eb blí kém okolí kor t řek jako jso mostní objekt staveb v blízkém okolí koryt řek, jako jsou mostní objekty, komunikace apod.
Podklady pro navrhování úprav Při navrhování úprav toků se klade velký důraz na ekologický stav, Při navrhování úprav toků se klade velký důraz na ekologický stav, norma ČSN 75 2101 Ekologizace úprav vodních toků je nadřazena technickým normám TNV 75 2101 Úpravy řek a TNV 75 2102 Úpravy potoků. Z ostatních podkladů je třeba zdůraznit 9 geodetické podklady geodetické podklady – zejména podrobné zaměření koryta a ejména podrobné aměření koryta a jeho blízkého okolí 9 hydrologické údaje hydrologické údaje – m‐denní a N‐leté m denní a N leté průtoky 9 dokumentace přítoků, všech zaústění (kanalizace, drenáží apod.), vodních děl a všech dalších objektů na toku v upravovaném d í h děl š h d lší h b k ů k é úseku – zpravidla součástí technickoprovozní evidence toku 9 vodohospodářské studie toku zejména obsahující průběh hladin povodňových průtoků
Návrhové veličiny Návrhové veličiny vyplývají z analýzy účelů návrhu úpravy, mohou jimi být například 9 návrhový průtok pro kapacitu koryta, případně pro odolnost 9 návrhová hloubka vody á h á hl bk d – zajištění hloubky pro odběr vody, jiště í hl bk dbě d minimální plavební hloubka 9 požadovaná šířka hladiny a poloměr zakřivení oblouku – zvláště sledované u splavných toků 9 návrhová úroveň hladiny – problematika zaústění přítoků, vztah s hladinou podzemní vody 9 požadovaná rychlost proudění – zabránění zanášení koryta …
Návrh trasy koryta Ná h t Návrh trasy koryta významně ovlivňuje sklonové poměry toku. k t ý ě li ň j kl é ě t k Minulost Náhrada přirozené zakřivené trasy koryta zkrácenou plynulou. Střídání přímých úseků s geometrickými oblouky : lemniskátové Střídání přímých úseků s geometrickými oblouky : lemniskátové křivky, složené kružnicové oblouky Současnost Pokud možno minimální zásahy do trasy koryta
Zkrácení trasy koryta Zk á í k ⇒ zvětšení podélného sklonu ⇒ ě š í dél éh kl zvýšení ýš í rychlosti proudění ⇒ zrychlení průchodu povodňových vln Důsledek : zvýšení protipovodňové ochrany v místě úpravy, zhoršení vývoje povodňové situace v níže ležících úsecích toku.
Návrh příčného profilu ZZ hlediska potřeb provádění úprav se zpravidla pro návrh příčného hlediska potřeb provádění úprav se zpravidla pro návrh příčného profilu úpravy používají jednoduché geometrické obrazce 9 Obdélníkový profil – Obdél ík ý fil zejména v městských tratích j é ě ký h í h 9 Lichoběžníkový profil berma
9 Složený průřez kyneta
9 Profily s ohrázováním
9 Miskovitá koryta Miskovitá koryta 9 Nepravidelné profily
Posouzení stability upraveného koryta Posouzení správné funkce koryta pomocí metody založené na P í á éf k k t í t d l ž é rychlosti proudění – koryto by se nemělo zanášet ani podléhat nevhodné erozi nevhodné erozi vu < v < vv
vv = 5.88∙h1/6∙de1/3
vu ≅ 0.7 ∙ vv
vv nevymílací rychlost, vu usazovací rychlost, de efektivní zrno Druhá metoda je založená na posouzení tečného napětí τ, koryto Druhá metoda je založená na posouzení tečného napětí τ koryto je stabilní pokud platí τ < τc
τ = ρ ∙ g ∙ R ∙i τc = 760 ∙ d de
τc ‐ kritické tečné napětí Oba principy umožňují posuzovat stabilitu vybraných částí koryta (dno koryta břehové svahy) a to jak v přímém úseku tak i v (dno koryta, břehové svahy), a to jak v přímém úseku, tak i v oblouku
Stabilizace podélného sklonu Stabilizace dna se zpravidla neprovádí plošným opevněním dna, ale St bili d idl ádí l š ý ě í d l zabezpečením dna ve vybraných profilech. Nabízí se následující technická řešení technická řešení 9 pevné a pohyblivé jezy, problém s migrací živočichů, nyní často požadavky na doplnění o rybí přechody požadavky na doplnění o rybí přechody 9 stupně ve dně 9 balvanité skluzy – preferovány z ekologického hlediska 9 dnové prahy d é h
Hrazení bystřin Systematická úprava toků v horských oblastech s velkým sklonem Systematická úprava toků v horských oblastech s velkým sklonem dna a jeho potenciální erozí. Realizace zejména v první polovině 20.století jako důsledek li j é í l i ě 20 l í j k dů l d k extrémních povodní z let 1880 a 1897. Podstata technického řešení 9 Stabilizace Stabilizace podélného sklonu toku kaskádou stabilizačních podélného sklonu toku kaskádou stabilizačních stupňů ve dně se vzdáleností v desítkách metrů 9 Výstavba štěrkových přehrážek Výstavba štěrkových přehrážek k zachycení chodu splavenin k zachycení chodu splavenin
Opevnění příčného profilu Opevňování částí profilů 9 opevnění dna koryta – opevnění dna koryta plošně se provádí jen výjimečně plošně se provádí jen výjimečně 9 opevnění dna berem – zpravidla zatravnění 9 opevnění paty břehových svahů – nejvíce rizikové místo 9 opevnění břehových svahů ě í bř h ý h hů Základní technické postupy opevnění břehových svahů a jejich pat 9 Vegetační opevnění 9 Nevegetační opevnění 9 Kombinované opevnění p
Vegetační opevnění Pro vegetační opevnění využíván materiál rostlinného původu 9 Výhody: materiál z blízkého okolí, regenerační schopnost, ý y , g p , zapojení do okolní krajiny 9 Omezení: Omezení: nutné klimatické, půdní a hydrobiologické podmínky, nutné klimatické půdní a hydrobiologické podmínky nutnost správné druhové skladby D h Druhy vegetačního opevnění t č íh ě í 9 Opevnění travním porostem (osetí, drnování travní koberce, nástřik), pouze nad hladinou Q180d až Q90d, (pro horní část břehových svahů), odolává dlouhodobě rychlosti 2m/s. 9 Opevnění vrbovým porostem (vrbové řízky, vrbový pokryv, haťové povázky, válečky, zápletové plůtky), opevnění celých břehových svahů i jejich pat, 2x odolnější než tráva
Nevegetační opevnění Poddajné typy nevegetačního opevnění Poddajné typy nevegetačního opevnění mohou reagovat na mírné mohou reagovat na mírné deformace koryta 9 Kamenný zához Kamenný zához – lomový kámen (až 200 kg), opevnění pat svahů lomový kámen (až 200 kg) opevnění pat svahů 9 Kamenný pohoz – opevnění břehových svahů (sklon max 1:2) 9 Rovnanina – neopracované balvany s vazbou, vyklínování spár N Nepoddajné nevegetační opevnění dd j é č í ě í 9 Kamenné dlažby na sucho, na cementovou maltu, … 9 Dlažby z betonových tvárnic, pouze pokud není dostatek kamenů 9 Velkoplošné betonové desky – pouze pro umělé kanály p – v intravilánech obcí a měst s nutností 9 Svislé opěrné zdi obdélníkových profilů (betonové, zděné, gabiony)
Revitalizace vodních toků Revitalizace vodních toků ‐ snaha o zmírnění negativních dopadů technických úprav toků na jejich ekologická stav Hlavní cíle revitalizací 9 Zvýšení Zvýšení proměnlivosti charakteru proudění, zvýšení biologicky proměnlivosti charakteru proudění zvýšení biologicky aktivního povrchu koryta, zvýšení retence vody v korytě, zpomalení doby dotoku, zlepšení migrační prostupnosti koryta, p y p g p p y zlepšení krajino‐tvorné funkce toku Možnosti obnovy přirozeného stavu Možnosti obnovy přirozeného stavu 9 Dlouhodobá samovolná renaturace (umožnění zanášení) 9 Renaturace povodněmi (ponechání morfologických změn) 9 Technická Technická revitalizace revitalizace – cílené zásahy do koryt vodních toků se cílené zásahy do koryt vodních toků se snahou snížení negativních dopadů úprav na ekologický stav
Závěr 9 Přirozené vodní toky, základní morfologický typy 9 Účel provádění úprav, základní přístupy řešení 9 Návrhové veličiny pro úpravy toků, podélný profil úpravy, příčný p profil úpravy p y 9 Přístupy k opevnění upraveného koryta 9 Možnosti zlepšení nevhodného ekologického stavu upravených toků
D Doporučené odkazy pro hlubší studium č é dk hl bší di Raplík, Výbora, Mareš: Úprava tokov, Alfa, 1987 p , ý , p , , Mareš: Úpravy toků, ČVUT v Praze, Fakulta stavební htt //h d lik f http://hydraulika.fsv.cvut.cz/Toky/default.htm t /T k /d f lt ht
