Vysoká škola báňská Technická univerzita Ostrava Hornicko-geologická fakulta Institut environmentálního inţenýrství. Vojtěch Václavík a kolektiv

Vysoká škola báňská – Technická univerzita Ostrava Hornicko-geologická fakulta Institut environmentálního inţenýrství

Vojtěch Václavík a kolektiv

Výukové texty k soutěţi

Voda a ţivotní prostředí Moravskoslezského kraje 2011 (2. díl)

„Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky“

Vojtěch Václavík a kolektiv

Výukové texty k soutěţi

Voda a ţivotní prostředí Moravskoslezského kraje 2011 (2. díl)

„Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky“

Výukové texty k soutěţi: Voda a ŢP Moravskoslezského kraje (2. díl)

Seznam autorů a spolupracovníků: Ing. Vojtěch Václavík, Ph.D. – vedoucí autorského týmu, editor Insitut environmentálního inženýrství, Hornicko-geologická fakulta, Vysoká škola báňská – Technická univerzita Ostrava, Tř. 17. Listopadu, 708 33 Ostrava

Ing. Iva Bestová, Ph.D. Insitut environmentálního inženýrství, Hornicko-geologická fakulta, Vysoká škola báňská – Technická univerzita Ostrava, Tř. 17. Listopadu, 708 33 Ostrava

Ing. Silvie Heviánková, Ph.D. Insitut environmentálního inženýrství, Hornicko-geologická fakulta, Vysoká škola báňská – Technická univerzita Ostrava, Tř. 17. Listopadu, 708 33 Ostrava

Ing. Tomáš Dvorský Insitut environmentálního inženýrství, Hornicko-geologická fakulta, Vysoká škola báňská – Technická univerzita Ostrava, Tř. 17. Listopadu, 708 33 Ostrava

Ing. Pavla Šebestová Insitut environmentálního inženýrství, Hornicko-geologická fakulta, Vysoká škola báňská – Technická univerzita Ostrava, Tř. 17. Listopadu, 708 33 Ostrava

Ing. Martin Šťastný Insitut environmentálního inženýrství, Hornicko-geologická fakulta, Vysoká škola báňská – Technická univerzita Ostrava, Tř. 17. Listopadu, 708 33 Ostrava


Obsah 1

Zásady návrhu podélného profilu vodního toku..………….…...…………....…..…...1

1.1

Hlavní zásady při výškovém umístění dna ........................................................................ 1

1.2

Normální příčný profil upravovaného toku ....................................................................... 2

1.2.1 Tvary normálního příčného profilu koryta toku ................................................................ 3 1.3

Uzavřené profily koryta kotu ............................................................................................ 4

2

Nevegetační opevnění ...................................................................................................... 5

3

Vegetační opevnění ........................................................................................................ 10

3.1

Opevňování travním porostem ........................................................................................ 10

3.2

Opevňování vrbovým porostem ...................................................................................... 10

3.3

Opevňování haťovými konstrukcemi .............................................................................. 11

3.4

Opevňování zápletovými konstrukcemi .......................................................................... 12

3.5

Kombinované opevnění................................................................................................... 13

4

Revitalizace vodních toků a niv.................................................................................... 14

4.1

Význam a uţívání malých vodních toků ......................................................................... 14

4.2

Přínosy revitalizací vodních toků a niv ........................................................................... 17

4.3

Hlavní efekty revitalizace koryta vodního toku .............................................................. 17

4.4

Přírodní potoky a řeky a jejich nivy ................................................................................ 21

5

Přehrady klenbové, členěné a zvláštních konstrukcí ................................................. 23

5.1

Klenbové přehrady .......................................................................................................... 23

5.2

Členěné přehrady............................................................................................................. 25

5.2.1 Deskové členěné přehrady .............................................................................................. 25 5.2.2 Klenbové členěné přehrady ............................................................................................. 26 5.2.3 Kupolové přehrady .......................................................................................................... 26 5.2.4 Pilířové tíţné přehrady .................................................................................................... 27 5.2.5 Vylehčené gravitační přehrady........................................................................................ 27 5.3

Přehrady zvláštní konstrukce .......................................................................................... 28


6

Příslušenství přehrad .................................................................................................... 29

6.1

Spodní výpust .................................................................................................................. 29

6.1.1 Uzávěry spodních výpustí a odběrných potrubí .............................................................. 29 6.2

Pojistné zařízení přehrad ................................................................................................. 32

6.2.1 Korunový přeliv .............................................................................................................. 32 6.2.2 Trubní přelivy .................................................................................................................. 34 6.2.3 Ţlabový přeliv ................................................................................................................. 34 6.2.4 Bočný přeliv .................................................................................................................... 35 6.2.5 Šachtový přeliv ................................................................................................................ 36 6.2.6 Kašnový přeliv ................................................................................................................ 37 6.2.7 Násoskový přeliv ............................................................................................................. 38 6.2.8 Speciální bezpečnostní přelivy ........................................................................................ 38 6.3

Utlumení vodní energie pod přelivy................................................................................ 39

7

Vodní energie ................................................................................................................. 40

7.1

Historický vývoj .............................................................................................................. 40

7.2

Vyuţití vodní energie ...................................................................................................... 41

7.3

Vodní elektrárny .............................................................................................................. 41

7.3.1 Vzdouvaví zařízení .......................................................................................................... 42 7.3.2 Odběrná zařízení ............................................................................................................. 42 7.3.3 Přivaděče ......................................................................................................................... 42 7.3.4 Vyrovnávací komora ....................................................................................................... 42 7.3.5 Tlakové potrubí ............................................................................................................... 42 7.3.6 Strojovna ......................................................................................................................... 42 7.4

Rozdělení vodních elektráren .......................................................................................... 43

7.4.1 Rozdělení podle vyuţití vodního prostředí: .................................................................... 43 7.4.2 Rozdělení podle způsobu zadrţení vody ......................................................................... 45 7.4.3 Rozdělení podle hodnoty spádu ...................................................................................... 47 7.4.4 Rozdělení podle výkonu: ................................................................................................. 50 7.5

Turbíny pro vodní elektrárny .......................................................................................... 50

7.5.1 Francisova turbína ........................................................................................................... 52 7.5.2 Kaplanova turbína ........................................................................................................... 52


7.5.3 Peltonova turbína............................................................................................................. 53 7.5.4 Bankiho turbína ............................................................................................................... 54 8

Světové zajímavosti ....................................................................................................... 55

8.1

Vodní dílo Vajont, Itálie .................................................................................................. 55

8.2

Přehrada Grand Coulee, USA ......................................................................................... 57

8.3

Glan Canyon dam, USA .................................................................................................. 59

9

Vodní cesty ..................................................................................................................... 62

9.1

Vnitrozemská plavba ....................................................................................................... 62

9.2

Splavňování vodních toků ............................................................................................... 63

9.2.1 Splavnění toku regulačními úpravami ............................................................................. 63 9.2.2 Splavňování řek výstavbou souvislé kaskády jezových zdrţí ......................................... 63 9.3

Vnitrozemské průplavy ................................................................................................... 64

9.4

Objekty na vodních cestách ............................................................................................. 65

9.4.1 Plavební komory ............................................................................................................. 66 9.4.2 Lodní zdvihadla ............................................................................................................... 67 10

Průmyslové a vodárenské nádrţe .............................................................................. 69

10.1 Druhy a uspořádání průmyslových nádrţí .................................................................... 69 10.1.1 Vyrovnávací nádrţe....................................................................................................... 69 10.1.2 Zálohové nádrţe ............................................................................................................ 69 10.1.3 Intervenční nádrţe ......................................................................................................... 69 10.1.4 Recirkulační nádrţe ....................................................................................................... 70 10.1.5 Chladící nádrţe .............................................................................................................. 70 10.1.6 Sedimentační nádrţe ..................................................................................................... 70 10.1.7 Skladovací nádrţe ......................................................................................................... 71 10.1.8 Odkaliště........................................................................................................................ 71 10.2 Vodárenské nádrţe ........................................................................................................ 73

11

Speciální účelové nádrţe ............................................................................................. 77

11.1 Poţární nádrţe ............................................................................................................... 77 11.1.1 Otevřené nádrţe............................................................................................................. 77


11.2 Hospodářské nádrţe ...................................................................................................... 79 11.3 Cisterny ......................................................................................................................... 79

12

Rekreační a okrasné nádrţe ....................................................................................... 82

12.1. Rekreační nádrţe ........................................................................................................... 82 12.2 Přírodní koupaliště ........................................................................................................ 83 12.3 Zásady návrhu okrasných nádrţí ................................................................................... 85 12.4 Malé vodní nádrţe v sídlištích ...................................................................................... 85

13

Doprava vody ............................................................................................................... 87

13.1 Základní pojmy ve vodárenství dle ČSN 75 0150 ........................................................ 87 13.2 Zásobovací systémy a stavby pro zásobování ............................................................... 87 13.3 Zdroj vody a jímání vody .............................................................................................. 89 13.3.1 Odběrné objekty ............................................................................................................ 90 13.4 Úprava vody .................................................................................................................. 94 13.5 Přiváděcí řad .................................................................................................................. 96 13.5.1 Gravitační ...................................................................................................................... 96 13.5.2 Výtlačný ........................................................................................................................ 96 13.6 Čerpací stanice .............................................................................................................. 97 13.7 Čerpadla ........................................................................................................................ 98 13.7.1 Hydrodynamická čerpadla ............................................................................................. 98 13.7.2 Hydrostatická čerpadla .................................................................................................. 99 13.8 Vodojem ........................................................................................................................ 99 13.8.1 Základní pojmy ........................................................................................................... 100 13.8.2 Stavební konstrukce vodojemů ................................................................................... 100 13.8.3 Tlaková funkce vodojemu ........................................................................................... 102 13.8.4 Armaturní komora vodojemu ...................................................................................... 104 13.8.5 Návrh výpočtu akumulace vodojemu .......................................................................... 104 13.9 Vodovodní síť.............................................................................................................. 105 13.9.1 Trubní materiály vodovodní sítě ................................................................................. 107 13.10 Vodovodní přípojky .................................................................................................... 109


14

Potřeba vody .............................................................................................................. 110

14.1 Základní názvosloví v potřebě vody ........................................................................... 110 14.2 Výpočet potřeby vody ................................................................................................. 110 14.2.1 Výpočet dle Metodického pokynu ministerstva zemědělství ČR ............................... 110 14.2.2 Výpočet dle Směrnice MLVH ČSR a MZ ČSR č. 9/1973 .......................................... 111 14.2.3 Základní oblasti výpočtu potřeby vody ....................................................................... 111 14.2.4 Výpočet celkové potřeby vody .................................................................................... 115 15

Armatury vodovodních sítí ....................................................................................... 118

15.1 Materiály armatur ........................................................................................................ 118 15.2 Armaturní šachty ......................................................................................................... 119 15.3 Šoupátka ...................................................................................................................... 121 15.3.1 Rozdělení podle těsnění uzávěru ................................................................................. 121 15.3.2 Rozdělení podle typu konstrukce tělesa s ohledem na přípustné tlakové zatíţení ...... 123 15.3.3 Rozdělení způsobu připojení šoupátka ........................................................................ 124 15.4 Uzavírací klapky ......................................................................................................... 125 15.5 Zpětná klapka .............................................................................................................. 127 15.6 Kulové kohouty ........................................................................................................... 128 15.7 Hydranty ...................................................................................................................... 129 15.7.1 Podzemní hydranty ...................................................................................................... 129 15.7.2 Nadzemní hydranty ..................................................................................................... 130 15.8 Vzdušníky.................................................................................................................... 130

16

Objekty na stokové síti .............................................................................................. 132

16.1 Vstupní šachty ............................................................................................................. 133 16.2 Spojné šachty............................................................................................................... 135 16.3

Lomové šachty ............................................................................................................ 135

16.4 Rozdělovací komory ................................................................................................... 136 16.5 Spadiště ....................................................................................................................... 136 16.6 Skluz ............................................................................................................................ 137 16.7 Dešťové vpusti a lapače splavenin .............................................................................. 138 16.7.1 Chodníková vpusť ....................................................................................................... 138


16.7.2 Uliční vpusť ............................................................................................................... 139 16.7.3 Horská vpusť ............................................................................................................. 140 16.7.4 Lapač splavenin ......................................................................................................... 141 16.8

Výustní objekty ......................................................................................................... 141

16.9

Sněhové svrţe ............................................................................................................ 142

16.10 Větrací zařízení ......................................................................................................... 143 16.11 Čerpací stanice .......................................................................................................... 143 16.12 Kanalizační shybka.................................................................................................... 144 16.13 Odlehčovací komory ................................................................................................. 145 16.13.1 Odlehčovací komory s přímým přepadem ................................................................ 146 16.13.2 Odlehčovací komory s bočním přepadem ................................................................. 147 17

Vybrané procesy pouţívané při čištění průmyslových odpadních vod ................ 148

17.1 Adsorpce...................................................................................................................... 148 17.1.1 Kinetika adsorpce ........................................................................................................ 148 17.1.2 Charakteristika adsorbentů .......................................................................................... 148 17.1.3 Faktory ovlivňující adsorpci........................................................................................ 149 17.1.4 Způsob pouţití adsorbentu .......................................................................................... 150 17.1.5 Pouţívané adsorbenty .................................................................................................. 151 17.2 Koagulace a flokulace .................................................................................................... 153 17.2.1 Destabilizace znečišťujících látek ............................................................................... 156 17.2.2 Pouţívané koagulanty a flokulanty ............................................................................. 156 17.3 Flotace ......................................................................................................................... 158 17.3.1 Elektroflotace .............................................................................................................. 159 17.3.2 Zařazení flotace do technologického procesu v ČOV ................................................. 160 17.4 Membránové procesy .................................................................................................. 160 17.4.1 Membrány ................................................................................................................... 161 Seznam literatury ................................................................................................................... 170 Seznam tabulek ...................................................................................................................... 175 Seznam grafů ......................................................................................................................... 175 Seznam obrázků ..................................................................................................................... 176


1 Zásady návrhu podélného profilu vodního toku Základní faktory ovlivňující uţitky z okolních pozemků vodního toku jsou sklon hladiny vody v korytě, umístění hladiny vody pod terénem a sklon dna. V případě dílčích zásahů do toku ovlivňují oba sousední úseky celý návrh takovou měrou, ţe je nutno jim podřídit nejen sklon a výškové umístění dna, ale i tvar a kapacitu příčného profilu. V těchto případech je nutno volit individuální přístup. Výškové umístění (niveleta) budoucího dna koryta musí být řešena vţdy ve vzájemné souvislosti s ostatními částmi návrhu, tj. velikost a tvar koryta, trasa, pohyb splavenin, opevnění, atd.

1.1 Hlavní zásady při výškovém umístění dna Podélný sklon dna toku má rozhodující vliv na tečné napětí, jímţ proudící voda působí jak na dno a boky koryta, tak na rychlost proudu, a tím i na stabilitu koryta. Stabilním stavem se rozumí takový stav, kdy výmoly ani nánosy nepřesahují očekávanou míru. Cílem je, aby se trvale netvořily nánosy a aby dno nebylo trvale vymíláno. Dále je třeba přihlíţet k podélnému sklonu celého toku i jeho údolní nivy a k tomu, aby koryto provedlo návrhový průtok pro kapacitu koryta při minimálních pořizovacích nákladech. Úprava se obvykle navrhuje tak, aby se dno nemuselo opevňovat. Výjimečně se opevňuje dno v zastavěných územích, v průmyslově a energeticky vyuţívaných oblastech, v umělých kanálech, a to zejména tam, kde jde o bezztrátový převod vody. Návrhový průtok pro opevněné dno je Q20 aţ Q100. Návrhový průtok pro odolnost neopevněného dna se volí v rozmezí Q1 aţ Q5, tzn. o málo větší neţ korytotvorný průtok. Korytotvorný průtok – třídní znak malého intervalu průtoků, pro který součin četnosti výskytu v průměrném roce a jím vyvolaného průtoku splavenin dosahuje maximální hodnoty. Nejlepším vodítkem při návrhu úpravy je blízký stabilizovaný úsek toku. Z něj by měly být všechny parametry koryta doslova kopírovány. Vodní tok je ţivá, organická součást přírody a jakýmkoliv sebepřesnějším výpočtem se dopouštíme schematizace, která je do určité míry vytrţena ze souvislostí.

I.

Q180 - optimální hladina podzemní vody v přilehlém území. a) V extravilánu tato poloha závisí na fyzikálních vlastnostech zeminy, druhu vegetace, sklonu hladiny podzemní vody a tvaru říčního údolí

2011

1

Výukové texty k soutěţi: Voda a ŢP Moravskoslezského kraje (2. díl) Tabulka 1 Optimální hodnoty zahloubení hladiny podzemní vody pod povrchem terénu

Druh pozemku

louky

pastviny

pole

sady

lesy

chmelnice

Optimální hodnota (cm)

50 - 60

60 - 80

100 - 120

140 - 160

150 - 200

180 - 200

Minimální přípustná hodnota (cm)

30 - 40

40 - 50

60 - 70

70 - 80

80 - 100

100 - 120

Poznámka: Niţší hodnoty platí pro lehčí půdy, vyšší pro těţší půdy.

b) V intravilánu závisí výškové umístění dna na úrovni spodních konstrukcí podlah suterénních místností, poloze vrchní stavby komunikací, hloubce studní, kapacitě mostních profilů, hloubce zaloţení jejich pilířů.

II.

Nesmí být nepříznivě dotčen provoz vodních děl a zařízení na toku, jako jsou odběry vody, průmyslové odpady, zaústění drenáţí a kanalizací.

III. Na splavných tocích musí být zaručena potřebná plavební hloubka, popř. podjezdová výška. IV.

Plynulé výškové napojení úpravy k sousedním úsekům. Pokud okolní podmínky dovolí, volí se přibliţně v úrovni dna původního. Rozdíl sklonu dna dvou sousedních úseků nesmí být příliš velký, protoţe lom v niveletě dna ovlivňuje splaveninový reţim.

Podélný sklon můţe být zvětšen: -

napřímením trasy toku - není časté,

-

prohrábkou ve vhodných úsecích, sníţením (odstraněním) spádových objektů - přináší změnu hladiny podzemní vody,

-

zadrţením splavenin - nákladné, změna v obhospodařování pozemků, nutné další úpravy toků, hrazení bystřin.

Nelze-li usazování splavenin zabránit - nutnost těţení nánosů. Na tuto skutečnost je nutno pamatovat na to jiţ při projektu, a navrhnout vhodný způsob přístupu toku a odhadnout kde se budou splaveniny ukládat.

1.2 Normální příčný profil upravovaného toku Normální příčný profil - profil, který bereme za základ úpravy pro určitý úsek toku. Příčný profil je definován jako průsečnice koryta se svislou rovinou vedenou kolmo k jeho střednici. 2011

2


Rozdělení příčných profilů:  otevřený - přednostní pouţití (lichoběţníkový, obdélníkový, miskovitý, kombinovaný), -

jednoduchý,

-

sloţený - dvojitý, trojitý,

 uzavřený.

Upravené koryto musí provést návrhový průtok bez rozlivu. Méně neţ Q 100 - úroveň hladiny průtoku Qn klademe do úrovně břehové čáry. Q100 - navrhujeme převýšení břehů o 30 aţ 60 cm nad vypočítanou úrovní hladiny.

1.2.1 Tvary normálního příčného profilu koryta toku Obdélníkový příčný profil Je pouţíván tam, kde je nutno šetřit místem nebo kde to vyţadují zvláštní důvody. Je lépe se mu vyhnout. Provedení nákladné, obtíţné, estetické nedostatky. Břehy jsou tvořeny opěrnými zdmi se strmým lícem - svislým nebo ve sklonu10 aţ 5:1. Dno je v příčném směru vodorovné, popř. skloněné do středu koryta.

Lichoběţníkový profil Je nejčastěji pouţíván. Mírnější sklon svahů je stabilnější a opevňování je levnější. Ploché svahy vyţadují zábor pozemků, provádí se v extravilánu, kde je dostatek prostoru. I) Jednoduchý lichoběţníkový profil Navrhuje se ve vzdutých tratích nad jezy, jinde jen v případě malého kolísaní vodních stavů během roku. Při Q210 má být hloubka min. 0,4 m a rychlost 0,4 m.s -1. Toto se obtíţně dodrţuje a tak se jednoduchý příčný profil navrhuje tam, kde je průtok regulován (pod přehradami, u umělých přivaděčů, u odpadních kanálů). V extravilánu u úprav, jejichţ účelem je zejména stabilizace koryta. Koryto se úpravou nezkapacitňuje, okolní pozemky nevyţadují vysoký stupeň ochrany.

Sklon svahů se volí s ohledem na: -

charakteristiky materiálu svahu;

-

podzemní vodu vytékající do koryta;

-

umoţnění přístupu k hladině;

-

druh opevnění svahu;

-

moţnost nasazení mechanizace.

2011

3


Podle místních poměrů, poţadovaného stupně ochrany a velikosti toku se volí buď celé zahloubené (menší toky, niţší Qn, nemoţnost postavení hrází, potřeba radikálního sníţení hladiny podzemní vody), nebo s pobřeţními hrázemi (na velkých tocích, při vysokých stupních ochrany okolních pozemků, udrţení vysoko poloţené hladiny podzemní vody).

II) Dvojitý lichoběţníkový profil Se volí: a) při velkém kolísání průtoků během roku b) je-li potřeba, aby z důvodů zemědělských byl rozdíl mezi hladinou Q180 a Qn co nejmenší, hladina podzemních vod nemá vystoupit příliš vysoko a zároveň hladina nízkých průtoků se nesmí úpravou příliš sníţit. Zahloubená část sloţeného profilu je tzv. kyneta. Umisťuje se do středu koryta, nebo se navrhuje jako stěhovavá. Pak se půdorysné zakřivení kynety volí větší neţ zakřivení celého koryta. V obloucích se kyneta přimyká ke konkávnímu břehu. Návrh sklonu břehů se řídí stejnými kriterii jako u jednoduchého lichoběţníkového profilu. Podobně jako jednoduchý profil můţe být zcela nebo částečně zapuštěn do terénu.

1.3 Uzavřené profily koryta toku Navrhují se jen tam, kde je to nezbytně nutné - sídliště, průmyslová oblast, terénní překáţka. Musí provést Q100 při volné hladině. Minimální prostor nad touto hladinou musí být 0,5 m. Tvar a rozměry se navrhují s ohledem na povahu a mocnost nadloţí. Nejčastější tvary jsou - kruhový, obdélníkový, podkovovitý. Úsek s uzavřeným profilem musí být zpřístupněn např. šachticemi s maximální vzdáleností 100 m. Měl by být průlezný, lépe však průchodný.

1.4 Miskovitý profil Přibliţuje se přirozenému tvaru neupraveného koryta, je vhodný z hlediska mechanizace a opevňovacích prací. Zvedání boků dna přispívá k vhodnému vedení proudnice.

1.5 Lavičky Jsou vhodné pro svahy delší neţ 9 m nebo se sklonem strmějším neţ 1:2 a výškou svahu větší neţ 4 m. Zvyšují stabilitu svahu, přerušují odtok vody po svahu. Jejich šířka se přizpůsobuje pouţívané mechanizaci. Jsou mírně skloněné do koryta (uţší sklon 1:10, širší sklon 1:20).

2011

4


2 Nevegetační opevnění koryta toku Navrhuje se pouze tam, kde nelze pouţít vegetační opevnění, a to z následujících důvodů:

- kdyţ je tečné napětí je větší neţ dovolené napětí pro vegetační opevnění (velký sklon nivelety dna, v okolí stupňů ve dně, jezů, objektů); - kdyţ vlivem objektů vznikají makroturbulentní jevy (mostní pilíře, odběry vody, zaústění přítoků, odpadů); - kdyţ pro vegetační opevnění vhodné podmínky (splaveninový reţim - obrus, zanášení, vymílání; silné znečištění vody); - V přírodě, ţe je nutné navrhnout co nejhladší koryto (průmyslové přivaděče vody, rodě, průmyslové odpady, přívodní kanály k elektrárnám, některé městské tratě).

a) Pohozy Patří k poddajným druhům opevnění, a proto by měly při návrhu opevnění dostat přednost před ostatními druhy nevegetačního opevnění. Ve zvláštních případech lze pouţít i jiný materiál, např. vysokopecní strusku, lomový odpad, betonové prvky apod. Pohoz však musí vyhovovat příslušným ustanovením technických norem.

b) Zához Patří k nejodolnějším opevněním. Pouţívá se hlavně k ochraně paty svahu; u větších toků, kde hladina malých vod je relativně vysoko nade dnem (vzduté tratě) a nelze svahy opevnit vegetačně; jako mezičlánek mezi tvrdým opevněním (dlaţba, prahy, panely) a přirozeným materiálem dna. Těleso záhozu můţe být zapuštěné, nebo částečně vystupující ze břehu, nebo dna. Provádí se z lomového kamene, prefabrikovaných prvků (krychle, mnohostěny). Největší rozměr jednotlivého kusu má být menší neţ trojnásobek jeho nejmenšího rozměru, nesmí se pouţívat zaoblené, nebo ploché prvky. Pro zvýšení hutnosti se pouţívá proštěrkování záhozu, případně se dlaţbovitě urovnávají viditelné plochy. Často se pouţívá v kombinaci s vrbovým pokryvem.

K výhodám záhozů patří: -

moţnost budování záhozové figury pod vodou,

-

případné poruchy lze snadno doplnit novým materiálem,

-

zához chrání svah i při značných deformacích svého tvaru.

2011

5


Nevýhodou záhozů je: -

velikost jednotlivých prvků (kamenů),

-

strmý sklon aţ 1:1,25, který znesnadňuje přístup k hladině.

c) Rovnanina Provádí se z neopracovaných kamenů nebo betonových prvků, kladených na sucho s vazbou v podélném i příčném směru (běhouny, vazáky). Lícní plochy se dlaţbovitě urovnají a dutiny se vyklínují menšími kameny. Velikost pouţívaného kamene je minimálně 20 cm a sklon svahů maximálně 45°. Pouţívá se v exponovaných úsecích, v blízkosti objektů, nebo jako patka.

d) Kamenná dlaţba Je nejbezpečnější a nejtrvanlivější opevnění. Provedení dlaţby je drahé a klade vysoké poţadavky na kvalifikovanou ruční práci. Pouţívají se dlaţební kameny minimálního rozměru 20 cm, vytvořené spáry mají mít šířku asi 2 cm. Dlaţba musí na svahu vytvořit dobrou vazbu bez průběžných spár. Kameny se kladou do štěrkopískového loţe, případně do betonu, jeli přirozený materiál podloţí vhodné zrnitosti, můţe se od podsypné vrstvy upustit. Umělý i přirozený podklad dlaţby je nutné řádně urovnat a zajistit jeho odvodnění. Směrodatné zrno štěrkopískové podsypné vrstvy má být: d85 > 2s d85

….

průměr zrn podsypné vrstvy, odpovídající 15% zbytku na sítech;

s

….

velikost mezer opevnění.

Pouţívají se čtyři typy kamenných dlaţeb: -

dlaţba na sucho;

-

dlaţba se zalitím spár cementovou maltou;

-

dlaţba na cementovou maltu s vyspárováním;

-

dlaţba do betonového loţe.

Dlaţby mají být pokládány na svahy se sklonem maximálně 1:1, je nutné zajistit spojitost podzemní vody s vodou v korytě. Provedení je pracné, vyţaduje kvalifikovanou

2011

6


ruční práci, dostupný zdroj kvalitního lomového kamene a můţe se provádět pouze v suchu. Navrhují se pouze v nejnutnějších případech. e) Betonové dlaţby Volí se tam, kde není dostatek lomového kamene a kde to dovolují místní podmínky. Provádí se z tvárnic, nebo se betonují přímo na svahu. Minimální velikost dlaţdic je 40 x 40 x 10 cm. Dlaţdice mohou být obdélníkové, čtvercové, šestiboké, zazubené. Kladení je stejné jako u kamenné dlaţby, včetně podsypu a spár. V konečném výsledku musí tvárnice vytvořit jednolitý celek. Odolnost betonové dlaţby je srovnatelná s kamennou dlaţbou při stejné hmotnosti jednotlivých prvků. Tuhost obkladu docílíme zazubením, vytvořením pera a dráţky, hmotnostího prvku, nebo spojením tvárnic v rozích na stranách drátěnými oky a vytvořením souvislé rohoţe. Dobrá funkce musí být zajištěna patkou z betonu nebo lomového kamene. Tvárnice musí být dostatečně drsné, aby byl umoţněn přístup k vodě a omezena moţnost výběhu vln na svah.

f) Velkoplošné betonové a ţelezobetonové desky Uplatňují se při stavbách energetických, průplavních a melioračních kanálů, průmyslových přivaděčů a odpadů vody. Zhotovují se přímo na svahu mechanickými výrobními a montáţními prostředky. Plní funkci zpevňovací i těsnící.

Betonové opevnění má více nevýhod než výhod: Na jedné straně je lacinější a vyţaduje menší nároky na kvalifikovanou ruční práci, na straně druhé je méně trvanlivé, trpí obrusem splaveninami, agresivní vodou, znesnadňuje infiltraci říčních vod do údolní nivy, nesplňuje krajinné poţadavky, má velmi malou drsnost v porovnání s drsností dna. Z uvedených důvodů se při úpravách běţných toků nepouţívá.

g) Trávobetonové dlaţby Skládají se z betonových prefabrikovaných tvárnic, které zčásti spojují výhody vegetačních a nevegetačních druhů opevnění. Otvory v tvárnicích umoţňují dobré spojení vody v korytě s vodou podzemní. Po rozvinutí kořenového systému drnu v otvoru a ve spárách nastává dobré spojení s podloţím. Drsnost zvětšená travou omezuje erozní účinek vody a umoţňuje chůzi a práci na svahu. Trávobetonová dlaţba s dobře zapojeným a rozvinutým drnem odolává průměrně rychlosti vody 3 m.s-1. Osetí je třeba v první fázi chránit např. plastickou síťovinou, která se lepí k betonu, případně se svah stříká latexem nebo ţivičnou emulzí. Spojí-li se rohy se ţeleznými oky vznikne pruţný rošt. 2011

7


Pouţívané tvary podle hydraulického zatíţení: -

menší hydraulické zatíţení - mnohoúhelníkové tvárnice s menším počtem otvorů,

-

vyšší hydraulické zatíţení - obdélníkové tvárnice s větším počtem otvorů.

Doporučuje se otvory vyplňovat travou, jsou-li vyplněny pouze štěrkem dochází k jeho vyplavování. Otvory, které jsou pod nejčastěji se vyskytující hladinou se nevyplňují, otvory nad touto hladinou se vyplňují drnem. Pro výrobu je nezbytný kónický tvar otvorů, dlaţdice se pak pokládají buď větším rozměrem nahoru při vyplněném otvoru nebo menším rozměrem nahoru při nevyplněném otvoru.

h) Drátokamenné matrace Pouţívají se při ochraně objektů, jako patky břehových opevnění, jako stavební prvky některých konstrukcí (stupně, přehrázky), při stabilizaci štěrkonosných toků, do opěrných zdí, do mostních pilířů. Jsou to drátěné splétané nebo svařované konstrukce šířky 1 - 2 m, výšky 0,3 - 1 m, délky 1 - 5 m. Do takových konstrukcí se vyrovná výplň z říčních valounů, lomového kamene nebo betonových úlomků. Matrace se většinou vyrábějí přímo na místě uloţení, případně mimo. Pak se uloţí jeřábem, v tomto případě je nutná tuhá kostra, aby se matrace nedeformovaly.

i) Ochranné sítě Jsou provedeny z drátů nebo z umělých hmot. Většinou se kombinují buď s kamenivem, nebo s travním porostem. Pouţívají se jako separační prvek mezi dvěma materiály (pohoz na hlinitém podloţí). Vzhledem k velkému výběru folií, technických textilií a síťovin je nutné při návrhu opevnění prokázat vhodnost a účelnost na zkušebním úseku nebo výzkumem.

j) Nábřeţní zdi Pouţívají se v zastavěném území, ve stísněných poměrech, u objektů a při mimořádném zatíţení břehů. Základním profilem zdí je lichoběţník, šikmá můţe být jak návodní tak vzdušná strana. Sklony líce zdí mohou být 5:1 aţ 12:1. Zdi jsou zaloţeny pod úroveň očekávaného prohloubení dna a do nezámrzné hloubky. Při zvýšené agresivitě vody (města, průmyslové aglomerace), nebezpečí obrusu splaveninami, se betonové zdi obkládají kamenem, nejlépe ţulou. 2011

8


k) Laťový plůtek Pouţívá se k zabezpečení pat svahů zpevněných vegetačním způsobem. Maximální výška nade dnem je 30 cm a minimální hloubka zaloţení pod úroveň dna je 30 cm. Povaţuje se za zpevňovací prvek dočasný. Zásyp za laťovou stěnou musí být dobře upěchován v mírném sklonu do koryta. Na menších tocích je vhodné lavičku vzniklou za plůtkem opevnit pohozem. Konstrukce je podobná jako u zápletových plůtků, místo opletu jsou pouţity tyče 10 cm v průměru, půlené tyče, odkory. Všechen materiál je přibitý k základní konstrukci.

l) Sruby Zhotovené ze dřeva, ţelezobetonových prefabrikátů a vyplněny lomovým kamenem, lomovým odpadem, případně materiálem získaným na místě stavby. Dřevěné sruby a stěny jsou povaţovány za dočasné, s ţivotností asi 10 let. Připadají v úvahu tam, kde je dostatek kvalitního a laciného dřeva.

2011

9


3 Vegetační opevnění koryta toku 3.1 Opevňování travním porostem - musí vytvořit souvislý a odolný obklad zemního svahu, - travní porost je dostatečně vzrostlý a zapojený po 12 - 18 měsících, pak můţe odolat aţ rychlosti 4 m.s-1, průměrně 2 m.s-1, - neţ je tohoto schopen je nutné svah chránit fóliemi, humusováním a oséváním aţ po jarních velkých vodách, doplňovat porušená místa, - poţadovaná odolnost můţe být při kvalitní péči dosaţena aţ od hladiny Q 180 aţ Q90. Pod touto hladinou je odolnost travního porostu menší a musí ji převzít jiný druh opevnění, - nepřetrţité zaplavení ve vegetačním období není delší neţ 14 - 21 dnů a celková doba kdy je porost pod vodou není delší neţ 40 dní.

Sloţení osiva musí odpovídat ekologickým podmínkám, ve kterých bude porost zakládán. Záleţí na: -

druhu půdy,

-

klimatických podmínkách,

-

oblasti.

Zakládání travního porostu je moţné: -

osetím,

-

drnováním,

-

uloţením travního koberece,

-

osev nástřikem – hydroosev.

3.2 Opevňování vrbovým porostem -

je dvakrát odolnější neţ drn,

-

kořenový systém vytváří zpevňující pletivo,

-

nadzemní část je velmi ohebná, ve vodním proudu se přimyká ke svahu, čímţ se sniţuje rychlost vody u břehu a ten je chráněn před nárazy vody,

-

materiál se získává z prutníků nebo keřovitě rostoucích vrb,

-

klest musí být ţivý, z vyzrálých nezaschlých prutů, bez poškození kůry a pupenů,

-

dlouhé pruty (2 m) o průměru 2 - 4 cm se pouţívají pro zápletové plůtky, vrbové pokryvy, haťové a haťoštěrkové válce,

-

kratší pruty se pouţívají na oţivené sruby, rovnaniny, záhozy,

2011

10


-

delší rozvětvený klest se pouţívá na haťoštěrkové stavby (i silné pruty),

-

tento druh opevnění silně ovlivňuje kapacitu koryta, čím širší koryto tím menší vliv,

-

ţlab porostlý vrbami má aţ o 20 - 70% niţší průtok neţ bez vrb,

-

musí mít dostatek světla (světlomilné rostliny), jinak hynou.

Uţití: -

nárazové břehy, ne tam kde dochází k ukládání nánosů,

-

tam, kde pro rychlost vody a druh půdy nelze pouţít travní porost,

-

k doplnění travního porostu,

-

k oţivení nevegetačního opevnění.

Zakládání vrbového porostu: -

osázení vrbovými řízky,

-

vrbový pokryv.

3.3 Opevňování haťovými konstrukcemi Haťové povázky -

svazky vrbových prutů celkového průměru 8 - 12 cm, průměr prutů je 2 - 3 cm,

-

pouţívají se pro vázání haťových konstrukcí, přichycení vrbového pokryvu, vytvoření povázkových roštů.

Haťové válečky -

v podstatě stejné jako haťové povázky, jen průměr je okolo 20 cm,

-

pouţívají se do haťových staveb místo plůtků.

Haťové válce -

pouţívají se k zajištění paty svahu, do haťových staveb,

-

zhotovují se z vrbového proutí délky min. 3 m a průměru 2 - 4 cm,

-

válce mají průměr 20 - 60 cm a libovolnou délku,

-

po 50 - 80 cm se stahují drátěnou smyčkou a ovazují páleným drátem,

-

v patě svahu se zajišťují: -

2011

přibitím kůlů průměru 8 – 10 cm minimální délky 1 m, 11


-

přivázáním k pilotám,

-

poloţením za řadu pilot,

-

přísypem zeminy.

Haťoštěrkové válce -

jsou přizpůsobivé nerovnostem a změnám dna,

-

jsou pevné a pruţné,

-

obal je z vrbového klestu, jádro tvoří štěrková nebo kamenná výplň,

-

průměr 80 - 120 cm, obal minimálně 15 - 20 cm, obsah písku maximálně 20 %,

-

výplň tvoří hrubé valouny, odpad z lomu, kakadám,

-

budou-li celé ponořené můţe být proutí jakékoliv, ale vţdy čerstvé, bude-li část nad vodou pouţívá se proutí vrbové, a to nesmí být vystaveno obrusu splaveninami, protoţe by uhynulo,

-

válce se zapouštějí 1/2 průměru pod úroveň dna, případně ukládají na klestovou podloţku.

Haťoštěrkové stavby -

střídají se vrstvy: vrbový klest - utaţené haťové válečky - štěrk.

-

sklon svahu 1:1,5 – 2,

-

návodní líc je chráněn kamenným záhozem,

-

poslední vrstva klestu je maximálně 80 cm nad hladinou při Q210d.

Povázkové rošty -

haťové povázky poloţené a přichycené ke svahu úhlopříčně ve vzdálenosti 1 m,

-

prostor mezi nimi se vyplní štěrkem, zeminou, nebo se oseje.

3.4 Opevňování zápletovými konstrukcemi Zápletový plůtek - jednořadý, dvouřadý -

pouţívá se k zajištění paty svahu jako přechod mezi tvrdým opevněním a přirozeným materiálem koryta,

-

je tvořen kůly o průměru 8 - 10 cm z vrbového materiálu zaraţenými 3/4 své délky do dna koryta,

-

minimální délka kůlů je 1,2 m a vzdálenost maximálně 0,6 m,

2011

12


-

mezi kůly je záplet z vrbového klestu o průměru 2 - 4 cm, na silnějším konci se zapustí do země,

-

minimální výška zápletu nade dnem je 30 cm pro jednořadý a 20 cm pro dvouřadý plůtek,

-

umístění je minimálně 30 cm pode dnem,

-

záplet je směrem ke svahu zasypán zeminou.

3.5 Kombinované opevnění koryta toku Je vytvořeno oţivením nevegetačních druhů opevnění.

Těţké pohozy - mezery mezi kameny jsou prosypány zeminou, do které jsou zasazeny vrbové řízky, případně se kámen ukládá přímo na klestovou podloţku.

Lehké pohozy – jsou oţivovány zatravňováním, kdy humózní vrstva má být při de = 5 cm 3 5 cm a při de = 10 cm 5 - 7 cm. Není na závadu, kdyţ část zrn vyčnívá nad rovinu svahu, výběţkaté trávy rychle nerovnosti terénu vyrovnají, zejména nechají-li se první dvě seče, při výšce trávy 15 cm, leţet. Jsou-li pohozy hutněné, lze výšku humózní vrstvy sníţit.

Zához – bývá oţivován vrbovými pruty, zasázenými do mezer mezi kameny, které se vyplní štěrkem a zeminou (není vţdy nutné, mezery se brzy zanesou materiálem transportovaným vodou).

Rovnanina – je oţivována prokládáním rovnaniny svazky vrbových prutů.

Dlaţby – oţivujeme střídáním osetých a vydláţděných ploch.

Srub - je tvořen několika řadami laťových plůtků, mezi jejichţ horní dvě tyče se stáhne vrbový klest, kladený po svahu.

Stejně jako u vegetačního opevnění, je třeba brát v úvahu při návrhu zvýšenou drsnost oţivené části omočeného obvodu koryta. Při nedostatečné údrţbě je nutno aţ vyloučit ve výpočtech z průtočné plochy tu část, kterou můţe zaplnit neudrţovaná keřovitá vegetace.

2011

13


4 Revitalizace vodních toků a niv 4.1 Význam a uţívání malých vodních toků Vodní toky se dělí na malé (zahrnují bystřiny, potoky a menší řeky) a velké (zahrnují větší toky aţ veletoky). Hranicí mezi oběma skupinami je velikost povodí, která je stanovená rozlohou 150 km2. Hydrologické vlastnosti malých vodních toků jsou různé vlivem místních poměrů klimatických (sráţkových), geomorfologických, geologických, půdních i krajinných. Podle konečného stavu se tyto toky rovněţ liší v krajinném a společenském významu. Malé vodní toky jsou důleţitým prvkem krajiny a uplatňují se v jejím vývoji různým způsobem podle celkového stavu vytvářené hydrologické sítě, hlavně v hustotě, vodnatosti, průtokových poměrech, čistotě vody apod. Méně příznivým aţ škodlivým vlivem se projeví toky s nevhodně vyuţívaným a erozně ohroţovaným povodím, s řídkou hydrografickou sítí, s nestabilně prostornými koryty, s velkou průtokovou rozkolísaností, která je charakterizována za kulminačních průtoků povodněmi a naopak téměř vysýcháním za průtoků malých a se silně znečištěnou vodou. Významnou krajinotvornou funkcí se vyznačuje síť malých toků s vhodně vytvořenými koryty, s vyrovnanými průtoky, s čistou vodou, s povodím upravujícím sráţkový odtok vhodným rozmístěním kultur a vyuţíváním půdy. Krajinotvorná funkce se projevuje ekologickými, biotickými, hydrologickými, půdoochrannými, rekreačními a estetickými účinky. Z ekologického hlediska jsou malé vodní toky velmi důleţitou a nenahraditelnou sloţkou krajinného prostředí, protoţe voda patří k základním neodmyslitelným zdrojům všeho ţivota. Po biotické stránce tvoří často jedinečné biocenózní lokality s typickými a vzácnými společenstvy flóry a fauny. Velmi významný je hydrologický stav povodí malých toků, jejichţ součástí jsou sráţkové odtoky. Poţadavkem je, aby tyto odtoky byly neškodně odváděny v tocích, a také aby byly převáděny vsakem do půdy pro tvorbu podzemních vod. Sráţkové odtoky se zmenšují, zatěţují vodní toky menšími a rovnoměrnými průtoky za účelem úspornějšího dimenzování koryt. Tato působnost je velmi důleţitá v předělových povodích. Hydrologická působnost se projevuje i z půdoochranného hlediska, protoţe při zvládání sráţkového odtoku dojde ke zmenšení erozního působení. Uvedené účinky malých vodních toků, pokud jsou pozitivní, tak velmi zlepšují estetický ráz krajiny. Tekoucí voda svými zvukovými vjemy krajinu oţivuje, zrcadlením hladiny ji zkrášluje a břehovou zelení přerušuje jednotvárný vzhled jejího zemědělského vyuţívání.

Obecné vymezení revitalizací Revitalizace - krátký, výstiţný pojem. Česky znamená „oživení“. 2011

14


Revitalizace vodních toků - jejím cílem je obnova přirozené ekologické funkce vodních toků.

K obnově přirozeného rázu vodního prostředí směřují tři typy procesů: a) Dlouhodobá samovolná renaturace, spočívající například v zanášení a zarůstání, popřípadě v erozi upravených koryt toků. b) Renaturace povodněmi. c) Technické revitalizace.

Výsledky samovolné a povodňové renaturace je třeba co nejvíce chránit, využívat a jen v nezbytné míře korigovat jejich nepříznivé aspekty. Rozumně zaloţené technické revitalizace z nich v co největší míře vycházejí.

Samovolná renaturace Spočívá v zanášení upravených koryt splaveninami, v zarůstání bylinami a dřevinami a v postupném rozpadu umělých opevnění, příčných objektů a dalších technických prvků v korytech. K renaturaci niv dochází v souvislosti s ústupem intenzivních forem zemědělského hospodaření, s doţíváním odvodňovacích zařízení a s návratem přirozeného zamokření. Tyto procesy přinášejí cenné revitalizační efekty prakticky zadarmo. Především je nutno předcházet jejich zbytečnému maření samoúčelně prováděnou údrţbou vodohospodářských úprav. Údrţba by měla být omezena jenom na skutečně opodstatněné činnosti. Provádět například čištění koryt, spočívající v likvidaci usazenin a porostů, jenom proto, že „tak je to správné a tak to má správce toku dělat“, nemá smysl. Postup samovolných renaturací je pomalý a v jednotlivých konkrétních případech můţe být dosaţení plně uspokojivého stavu velmi vzdálené. Například koryto potoka, opevněné polovegetačními tvárnicemi, ještě po dvaceti letech samovolné obnovy nebude přirozeným korytem, nýbrţ jen částečně zaneseným a zarostlým korytem s polovegetačními tvárnicemi. Ale v úhrnu samovolné procesy dosahují velkého revitalizačního výkonu, zatímco záměrně prováděné technické revitalizace představují zatím jen ojedinělé akce, jejichţ význam je především metodický. Bohuţel, ne ve všech situacích mohou přirozené procesy působit k obnovení přírodě blízkého stavu. Zvlášť nepříznivé je zahloubení upravených koryt. Zahloubení a obecně velká kapacita koryta způsobují koncentraci proudění s velkými podélnými i příčnými rychlostmi. Koryto má tendenci samovolně se dál zahlubovat. Pak je potřebný technický zásah, byť právě v této situaci nebývá jednoduchý.

Renaturace povodněmi Přirozená koryta a nivy můţe průběh povodní přetvářet, nemění však jejich podstatu. Naopak upravená koryta a nivy můţe ovlivňovat zásadnějším způsobem. 2011

15


V případě částečně upraveného koryta bez souvislého tuhého opevnění můţe povodní vytvořená soustava nánosů a břehových nátrţí do značné míry obnovit přírodě blízký průběh trasy, příčný i podélný profil koryta, a tím v podstatě koryto revitalizovat. Následná popovodňová opatření je třeba provádět diferencovaně. V zástavbě obcí a v dosahu inţenýrských staveb a podobných objektů, vyţadujících ochranu, je na prvním místě ochrana před škodami, a tedy obnova stabilního a kapacitního koryta. Ale v úsecích toků a niv ve volné krajině je třeba podporovat obnovu přirozeného rázu. Příznivý je zejména tlumivý rozliv povodňových průtoků v nivách. Proto by odstraňování povodňových nánosů a nátrţí mělo být prováděno jen v naprosto nezbytné míře, například pokud by docházelo k neakceptovatelnému narušení cizího majetku. V některých případech těţce upravené koryto se souvislým tuhým opevněním podlehne povodňové destrukci. Naruší se soudrţnost konstrukce, nepřizpůsobivé ke změnám koryta, a celé opevnění z betonových desek, ţlabovek, polovegetačních tvárnic apod. se rozpadne. Pokud nejsou pádné důvody pro to, aby byla úprava koryta zrekonstruována, například blízkost komunikační stavby, je moţné řešit nastalou situaci cestou technické revitalizace, nahrazením upraveného koryta korytem přírodě blízkého rázu. Povodňová destrukce nevhodného opevnění přinejmenším odstraňuje obtíţe, které by jinak byly spojeny s jeho účetní likvidací.

Technické revitalizace Revitalizace by neměly být vnímány jenom v uţším, biologickém smyslu jako znovuoţivení, byť to je jejich významnou součástí. Revitalizacemi v širším smyslu se rozumějí takové zásahy, které se snaží posílit přírodní a krajinné hodnoty a současně příznivé vodohospodářské funkce vodního prostředí. Tato jednota přínosů se mimo jiné promítá v pevné přesvědčení, ţe v oblasti revitalizací mají biolog, krajinář a vodohospodář hledat společný postup.

Nejdůleţitější efekty, které mohou přinášet revitalizace: -

zadrţování vody v krajině, kompenzace ochuzování malého vodního oběhu,

-

vyrovnávání odtokových poměrů - zadrţení vody ve zvodnělém půdním a zeminovém prostředí, v nivách, v mokřadech a v korytech vodních toků,

-

tlumení průběhu velkých vod, a to zejména podporou rozlivu v nivách, zpomalením postupu povodňových vln a vyuţitím retenčních objem,

-

obnovu a zkvalitňování vodních, mokřadních a na ně navazujících biotopů s výskytem mnoha vzácných a zvláště chráněných druhů rostlin a ţivočichů,

-

zlepšování kvality vody - podpora procesů samočištění.

2011

16


V oboru technických revitalizací vodního prostředí se vyskytují zejména tyto úlohy: -

obnova přirozenějšího charakteru koryt vodních toků a jejich niv,

-

obnova tlumivého povodňového rozlivu v nivách,

-

obnova či vytváření tůní a mokřadů,

-

obnova starých říčních ramen a tůní,

-

podpora přirozených forem povodňové retence,

-

revitalizace nevhodně odvodněných ploch, opatření pro podporu vsakování vody a tvorby zásob podzemní vody, rehabilitace pramenišť,

-

revitalizační obnova, rekonstrukce nebo výstavba malých vodních nádrţí.

4.2 Přínosy revitalizací vodních toků a niv Základní revitalizační úlohou ve volné krajině je vytvoření koryta, které je proti obvyklému upravenému korytu členitější, má zpravidla menší kapacitu a je méně zahloubené. Hodnotná revitalizace nahrazuje napřímené, nepřirozeně zahloubené koryto, opevněné plnými či polovegetačními tvárnicemi a dimenzované v zemědělské krajině na dvou aţ pětiletou vodu, korytem, jehoţ stopa je přirozeně zvlněná, příčný profil podstatně mělčí a členitý tím, ţe dno a břehy koryta tvoří zemina a kamenivo. Podélný sklon je menší a podélný profil je rozčleněn na střídající se pasáţe menšího a většího sklonu.

4.3 Hlavní efekty revitalizace koryta vodního toku V různých podmínkách lze jednotlivých, níţe uvedených, efektů dosahovat různou měrou. Dobrý návrh revitalizace dosahuje v určité situaci významných efektů, které jsou v příznivém poměru k vynaloţeným prostředkům.

Zvětšení omočeného, resp. biologicky aktivního povrchu koryta - dno pokryté kamenivem má oproti rovnému dnu tvořeným betonovou deskou min. 1,5 x aţ několikanásobně větší aktivní povrch.

Prodlouţení trasy a doby proběhu vody korytem - zdrsněním koryta a jeho zvlněním, tedy prodlouţením délky a zmírněním podélného sklonu, se zpomalí proudění a prodlouţí doba proběhu vody určitým úsekem. Doba zdrţení je významným parametrem z hlediska zadrţení vody v krajině, obohacování zásob nivní vody infiltrací z koryt a samočištění vody. Revitalizace můţe vést aţ ke zněkolikanásobnění doby proběhu určitým úsekem údolí, coţ je zejména z hlediska samočištění velmi významný efekt.

2011

17


Obnovení členitosti dna a podélného profilu koryta - patří k základním tzv. limitním (bez jejichţ dosaţení nelze hovořit o revitalizaci) efektům revitalizace. Pokud se buduje nové, přírodě blízké koryto, kopíruje přirozené tvary terénu, trasa bude podle podmínek vhodně zvlněna nebo meandrována, čímţ bude dosaţeno stabilního podélného sklonu. Detailní členění dna na tišiny a proudná místa se při stavbě nejlépe naznačí vyhloubením tůní při nárazových březích oblouků a vloţením kamenných pohozů do inflexní trasy, koryta si však tuto strukturu dotvoří jiţ sama. Pokud se při revitalizaci jenom upravuje staré, technicky upravené koryto, spádové objekty se nahradí kamenitými skluzy a podobnými figurami z kamene, které zajistí potřebnou členitost a stabilitu.

Zvětšení aktuální zásoby vody v korytě - technicky upravené koryto - voda rozprostřena po plochém dně v nehluboké vrstvě. Přírodní koryto - voda také v tůních, výrazně větší objem přítomné vody. Význam vody přítomné v korytě: více prostoru pro rostliny a ţivočichy, delší doba proběhu vody úsekem, větší zásoba vody v krajině. Revitalizace se snaţí zvětšit aktuální mnoţství vody, které je za běţných průtokových poměrů přítomno v korytě vodního toku.

Zvětšení zásoby nivní vody (a obnovení mokřadních poměrů v nivě) - snahou revitalizací je změlčit dříve zahloubená koryta (zahloubená kvůli drenáţi území) a tím podpořit infiltraci do niv, zadrţování vody v krajině a zvýšit bezprostředně navazující hladiny podzemní vody.

Tlumení průběhu velkých vod rozlivem v nivách - tradiční technické úpravy koryt vodních toků průběh povodní zrychlují a soustřeďují. Existence kapacitního upraveného koryta jednak zrychluje a soustřeďuje postup povodňové vlny, jednak omezuje tlumivý rozliv povodňových průtoků do nivy.

Diferencovaný přístup k různým úsekům vodních toků: -

v dosahu zástavby zajistit její maximální ochranu velkou kapacitou koryt,

-

ve volné krajině podporovat tlumivé rozlivy povodní v nivách a co nejlépe jich vyuţívat.

Koryto, technicky upravené na velkou průtočnou kapacitu, ovlivňuje průběh povodní jak po dosaţení svojí kapacity, tak po jejím překročení: -

do překročení kapacity upraveného koryta nemusí jít o povodeň příliš významnou, avšak k ní dochází sčítáním povodňových průtoků v niţších částech. Významné je tedy i tlumení lokálně „malých“ povodní,

2011

18


-

i po výrazném překročení kapacity velkou povodní působí upravené koryto v zaplavené nivě jako významná dráha soustředěného a rychlého proudění a zmenšuje účinnost tlumení povodně rozlivem do plochy.

Podélné revitalizace ve volné krajině nahrazují kapacitní upravená koryta koryty o přirozeně malé kapacitě, a tím podporují vybřeţování povodňových průtoků (tlumivé rozlivy). K omezování průtočné kapacity v obcích a v blízkosti chráněných objektů (ţeleznice, silnice, nad a pod obcemi) je třeba přistupovat nanejvýš uváţlivě. Posouzení vlivu koryta a jeho změn na průběh velkých vod je nezbytnou součástí hydrotechnických výpočtů v projektu revitalizace. Obnova přirozeného povodňování nivních ploch - rozlivy (zejména malých povodní s větší četností výskytu) patří k přirozenému ţivotu niv. Aktivují a udrţují významné nivní biotopy.

Posílení přirozené stability koryta - revitalizací se vytváří mělké, členité a drsné koryto o malé průtočné kapacitě, z něhoţ se větší průtoky vylévají do nivy. Takové koryto je i za velkých průtoků vystavováno menším rychlostem proudění vody. Díky velkému poměru šířky k hloubce se v takovém korytě méně koncentruje příčná sloţka proudění, revitalizační koryto je proti dřívějšímu technicky upravenému přirozeně stabilnější, a tedy i méně náročné na opevnění.

Obnovení ekologických funkcí vodního toku a nivy - obnovení přirozeného prostorového rozsahu a obnovení přirozené členitosti tohoto prostoru. Členitost koryta břehů a nivy můţeme vnímat v celé řadě aspektů, které jsou: -

členitost příčných průřezů koryta - velikost omočeného obvodu, četnost výskytu úkrytů,

-

podélná členitost koryta - tůně a peřeje,

-

různorodost hloubek a rychlostí proudění,

-

rozsah biologicky mimořádně cenné břehové oblasti - kontakt vodního prostředí a souše,

-

četnost úkrytů v korytě,

-

charakter dnového substrátu - musí odpovídat přirozenému potenciálu vodního toku a současně vyhovovat cílovým druhům organismů,

-

charakter porostu břehů - členitost, velká míra přirozenosti, ochrana přirozeného zeminného povrchu a vegetace,

-

podmínky pro další druhy ţivočichů - respektovat vzájemné vazby organismů.

2011

19


Obnovení migrační prostupnosti koryta - migrační prostupnost je třeba udrţovat, chránit a případně obnovovat tam, kde má věcný význam. Překáţkami v pohybu ryb vodním tokem jsou: -

příčné vzdouvací objekty - jezy a stupně (nad 30 cm),

-

nevhodně upravené úseky koryt s nedostatečnou hloubkou nebo velkými rychlostmi proudění,

-

zatrubněné úseky.

Podkladem revitalizačního záměru, dotýkajícího se prostupnosti vodního toku, by měla být odborná znalost rybího i dalšího oţivení nejen v samotném místě uvaţovaných opatření, ale i v širších souvislostech daného povodí.

Nahrazení degradovaných povrchů v blízkosti vodního toku biologicky a krajinářsky hodnotnějšími povrchy - mokřady a louky byly nahrazovány zemědělskými kulturami, velké rozlohy odvodněny - znehodnoceny. Velmi málo hodnotné jsou také vlastní povrchy upravených koryt - nepřirozené vlhkostní, ţivinné a osvitové podmínky - ruderální porosty. Revitalizační opatření vedou po několika letech k vývoji alespoň obyčejného přírodě blízkého porostu. Úspěšnější bývá přenechání obnovy porostů přírodě - povrchy nehumusovat, neosívat, ponechat prostor náletům. Příznivější situace je u ploch, které budou výrazně zamokřeny, nebo mělce zatopeny a budou se vyvíjet jako mokřad. Mělké zatopení nebo zamokření je ve většině případů velmi efektivním, rychlým a spolehlivým způsobem ekologické rehabilitace dříve degradované plochy. Nákladná a drastická varianta sejmutí celé svrchní vrstvy úţivných zemin - na štěrkovém a jílovém podloţí se snáze zapojí porosty nivních a mokřadních hájů - nebezpečí nástupu invazivních rostlin po obnaţení povrchu - nutná dobrá příprava a regulační opatření.

Zlepšení podmínek pro samočištění a dočišťování vody - intenzita samočištění je závislá hlavně na době a intenzitě kontaktu znečištěné vody s biologicky aktivním povrchem koryta. Technické úpravy toků tedy samočisticí schopnost poškozovaly, neboť zmenšovaly intenzitu a zkracovaly dobu kontaktu mezi vodou a prostředím koryta. Naopak revitalizace prodluţují dobu zdrţení vody v korytě, zvětšují členitost koryta a v důsledku zvětšují intenzitu kontaktu mezi vodou a povrchem koryta. Tím schopnost samočištění posilují.

Zlepšení vzhledu koryt a niv - vzhled většiny revitalizačních děl se dotváří časem, neboť syrová stavba je pouze polotovarem pro přirozené procesy dotváření a obrůstání

2011

20


4.4 Přírodní potoky a řeky, jejich nivy Přírodní předlohy pro revitalizační opatření Prvním východiskem pro revitalizace je znalost objektů, které byly v minulosti technickými úpravami měněny, poškozovány a ničeny - přírodní potoky, řeky, jejich nivy a další přirozené formy výskytu vody v krajině. Znalost jejich základních vlastností je potřebná jak pro správné zhodnocení změn, k nimţ došlo technickými úpravami, tak pro návrhy a provádění revitalizačních opatření. Pojednání o revitalizacích zahájit je třeba informacemi o přirozených tvarech vodních toků a jejich niv, o proudění vody v nich a o jejich oţivení rostlinami a ţivočichy. Přírodní potoky, řeky, mokřady a další vodní prvky v krajině jsou základní předlohou pro revitalizační opatření. Základním cílem v oboru revitalizací je co nejdůslednější obnovení přírodně autentického stavu, jaký by v určitém místě panoval, kdyby k technickým zásahům vůbec nebylo došlo. V realitě se však řeší a budou řešit úkoly ve svázaných podmínkách kulturní, silně změněné krajiny. Moţnost plného obnovení přírodního stavu jsou a budou vzácné. Většinou je nutné usilovat o dosaţení co nejlepších efektů (s co nejpříznivějším poměrem k nákladům) v podmínkách řady významných omezení, od změněných průtokových poměrů po překáţky související s drţbou pozemků. Také bude třeba řešit řadu úloh, které jsou vysloveně podřízeny technickým potřebám společnosti a restituci přirozených poměrů jsou dost vzdálené. Můţe jít například o zabezpečování „ekologického minima“ koryt potoků a řek v intravilánech, provádění ekologických opatření, kompenzujících nezbytné technické protipovodňové úpravy, nebo vytváření přírodě blízkých vodohospodářských novotvarů povodňových ochranných koryt, paralelních koryt pro zvětšení povodňové průtočnosti nebo retenčních sníţenin v nivách. Navrhování a provádění revitalizací, které by bylo moţné označit jako přísně přírodně autentické, nebude samo o sobě jednoduché. Soubor podmínek ovlivňujících reakce dané lokality na jakýkoliv zásah je tak obsáhlý, ţe i ty nejpropracovanější hydromorfologické modely zvládají tuto problematiku jen rámcově. Dalším problémem je, ţe jiţ výrazové prostředky projektu musejí brát v úvahu reálné podmínky realizace, kdy některé přírodně autentické faktory do jisté míry postrádáme a musíme za ně nacházet technickou náhradu nebo vytvářet - do jisté míry rovněţ umělé - podmínky pro jejich rozvinutí. Tím při stavbě revitalizačního koryta postrádáme v některých místech rostlou zeminu (nahrazujeme třeba hutněním zásypu), přirozenou dnovou dlaţbu (neumíme-li stanovit, za jak dlouho a do jaké míry se kamenný pohoz nebo zához samovolně stabilizuje do tvaru přirozené dnové dlaţby, zajistíme jeho větší počáteční odolnost nejspíše pouţitím hrubší frakce kameniva) nebo vazný účinek kořenů bylin, stromů a keřů (v březích koryt lze nahrazovat třeba kamennými pohozy a záhozy, nebo také „sklápěním“ břehů do mírnějších, a tedy stabilnějších sklonů). V řadě situací právě obeznalý a lze říct i moudrý projektant vezme v úvahu, ţe určitou vrstvu revitalizačních detailů musí tak jako tak přenechat jednak zkušenému a schopnému staviteli či přímo bagristovi, jednak samovolnému dotvarování a následným korekcím (například regulace známek eroze vhozy kameniva). Navrhování a provádění revitalizací musí vţdycky doprovázet cit a intuice.

2011

21


Za těchto podmínek nás můţe nutnost dosahovat reálných řešení v silně omezujících podmínkách do jisté míry chránit před potíţemi souvisejícími s náročností přísně přírodně autentických revitalizací. Této skutečnosti by v ţádném případě nemělo být zneuţíváno k nějakým podřadným či dokonce defektním řešením. A tedy i předlohy, které revitalizacím dávají přírodní koryta vodních toků a jejich nivy, by měly být sledovány a vyuţívány s největší váţností. Poznání přírodních potoků, řek a jejich niv nás také výrazně utvrzuje v přesvědčení o jejich mimořádné hodnotě a nenahraditelnosti. Kdo nahlédne technické náročnosti a nákladnosti stavebně prováděných revitalizací, nemůţe pochybovat o tom, že prvořadou úlohou je důsledná ochrana všech vodních prvků v krajině, které se dochovaly v přírodním a přírodě blízkém stavu, a také ochrana a využívání přírodních samorevitalizačních procesů. To je zřejmé tím spíše, ţe máme za sebou celé jedno století technických úprav, které dosti důsledně likvidovaly přírodní formy výskytu vod. Některé morfologické typy vodních toků se staly na území ČR vysloveně vzácnými nebo téměř úplně vymizely. V některých oblastech, hlavně v zemědělsky silně vyuţívaných rovinách a níţinách, byla přírodní koryta vodních toků všech velikostí zlikvidována prakticky „jako třída“. Důsledně upravovány byly větší toky, takţe relativně přírodní úseky řek uchováváme jako vzácné ukázky. Proto by bylo absurdní vynakládat prostředky na technické revitalizace, a současně na jiných místech připouštět další znehodnocující technické úpravy. S rozvahou je třeba zacházet s revitalizacemi kompenzačního charakteru, které mají vyvaţovat nějaké nepříznivé zásahy do přírody. Kompenzační opatření jsou obecně pozitivní a potřebná, ale někdy mohou být zneuţívána. Při revitalizacích jsme sotva schopni plnohodnotně replikovat přírodní prostředí, pouze je s větším či menším úspěchem, zpravidla ovšem s velkými náklady, napodobujeme a věříme, ţe jsme dokázali nastavit podmínky, za nichţ různé přírodní pochody dílo úspěšně dokonají a vytvoří něco, co se bude přírodě jakţ takţ podobat. Proto je třeba, podobně jako v jiných oborech ochrany přírody a krajiny, odmítnout filozofii, podle níţ lze libovolně likvidovat nějaké části přírody, protoţe dokáţeme „o kus dál postavit jejich náhradu“. Vodohospodářské revitalizace by mohly být takto zneuţívány například v souvislosti s výstavbou vodních cest, které v kaţdém případě znamenají rozsáhlé nevratné destruktivní zásahy do vodních toků a jejich niv. Zde by vytváření nějakých revitalizačních „kompenzačních doplňků“ jen stěţí vyvaţovalo mařené přírodní hodnoty, pouze by zastíralo skutečnou podstatu věci a v důsledku by znamenalo prostituování revitalizačního oboru. Kompenzační revitalizační opatření, by měla být uplatňována jenom v opravdu odůvodněných případech, kdyţ například vyvaţují zcela nezbytná technická protipovodňová opatření.

2011

22


5 Přehrady klenbové, členěné a zvláštních konstrukcí 5.1 Klenbové přehrady Klenbové přehrady vzdorují vodnímu tlaku klenbovým účinkem a přenášejí největší část zatíţení do boků údolí. Vlastní hmotnost přehrady není důleţitá. Klenbové přehrady se vyznačují štíhlým průřezem. Moţnosti pouţití klenbové přehrady jsou omezeny dvěma podmínkami: První podmínkou jsou dobré základové poměry, neboť koncentrace sil v základové spáře je u klenbových přehrad řádově vyšší neţ u ostatních přehradních typů. Druhou podmínkou je vhodný tvar údolí, které musí být dostatečně úzké neboli hluboko zaříznutá kaňonovitá údolí tak, aby bylo moţné vybudovat konstrukci s klenbovým účinkem bez nutnosti prodluţovat extrémně délku a vzepětí klenby. Na rozdíl od tíţných betonových přehrad je u klenbových přehrad nutné dokonalé vzájemné spojení všech bloků tělesa přehrady, aby byl zajištěn klenbový účinek konstrukce. Toto je zajištěno tlakovou injektáţí styků jednotlivých technologických bloků. První klenbové přehrady měly velmi jednoduchý tvar válcové klenby s konstantní tloušťkou (zakřivení pouze ve vodorovném směru). S vývojem v technologii provádění a metod statického řešení klenbových konstrukcí se začaly pouţívat velmi tenké klenby s dvojitou křivostí (zakřivené jak ve vodorovném tak ve svislém směru). Technologie provádění a navrhování těchto přehrad je vrcholem znalostí v přehradním stavitelství.

Obr. č. 1: Tvary příčných řezů klenbových hrází

Z hlediska dlouhodobého chování klenbové přehrady je nutné brát při jejím návrhu ohled i na skutečnost, ţe po několika desítkách let provozu můţe dojít vlivem zejména vysokých tlaků podzemní vody v okolí opěr k podstatnému sníţení bezpečnosti přehrady. Objem finančních prostředků nutných k „rekonstrukci“ bezpečnosti klenbové přehrady můţe být rozhodujícím faktorem pro odmítnutí klenbového typu přehrady pro daný profil.

2011

23


Obr. č. 2: Typický tvar klenbové přehrady

Obr. č. 3: Letecký pohled na klenbovou přehradu Hoover (USA)

Statické řešení Ze statického hlediska je klenbová přehrada prostorově zakřivený deskový nosník. Staticky se řeší většinou přibliţnými metodami, např. metodou Ritterovou. Klenba se rozdělí svislými a vodorovnými řezy na soustavu kleneb a krakorců. Kaţdý bod konstrukce patří k oběma systémům. Je třeba řešit je tak, aby oba systémy měly v uvaţovaném bodě stejný průhyb. Oprávněnost této přibliţné metody byla prokázána při zkouškách na modelech.

Tvar přehrady Tvar průřezu hráze závisí hlavně na tvaru údolí. Vodorovné řezy v kterékoli úrovni jsou skoro výhradně omezeny soustřednými kruhovými oblouky. Rozšiřuje-li se údolí nahoře prudce, pouţije se oblouku parabolického. Podle polohy středů oblouků se vyvinuly dva typy klenbových přehrad. -

-

Jednostředný typ lze pouţít při obdélníkovém tvaru údolí. Středy všech kruţnic omezujících těleso hráze leţí na jedné svislici. Průřez takové hráze je trojúhelník nebo štíhlý lichoběţník. Typ se stálým středovým úhlem se uplatní v trojúhelníkovém údolí. Kruţnice omezující vodorovné řezy tělesem hráze jsou opět soustředné. Středy leţí na šikmé přímce v rovině souměrnosti klenby. V nepravidelných údolích, jaká se většinou vyskytují, nelze pouţít těchto čistých typů a středové úhly se po výšce mění. Průřezy jsou potom nepravidelné.

V otevřených údolích lze zřídit tíţnou opěru klenbové přehrady, tj. tíţný blok přisazený k patce klenby doplňující přirozenou skalní opěru klenby. Klenbu lze potom vytvořit jako typ jednostředový. Na beton klenbových přehrad se většinou kladou větší poţadavky neţ u přehrad tíţných, ovšem úspora na hmotě betonu proti přehradám tíţným je 50 aţ 70 %.

2011

24


5.2 Členěné přehrady Přehrady tohoto typu netvoří jeden nosný prvek přes celé údolí, nýbrţ jsou rozděleny na několik prvků. Hradící těleso tvoří buď desky, nebo klenby skloněné po vodě, které se opírají o pilíře. Vodní tlak se přenáší do podloţí. Členěné přehrady jsou lehké konstrukce, tíha zdiva je tu nahrazena svislou sloţkou vodního tlaku nad šikmou návodní stěnou. Je moţné je zakládat i na méně únosném skalním podkladu. Namáhání základové půdy je moţné zmenšit na minimum vhodnou volbou sklonu návodního líce, vzdáleností a délkou pilířů. Tyto přehrady lze zaloţit i na desce. V tomto případě je výhodné vynechat v základové desce otvory pro vyloučení vztlaku. Stavební hmota je tu plně vyuţita. Členěné přehrady se stavějí ze ţelezobetonu. Postup stavby je celkem rychlý, vyţaduje však odborné práce pro sloţitost bednění a je značná spotřeba oceli. Jsou vhodné pro široká údolí a menší výšky vzdutí. Podle tvaru hradící stěny se rozeznávají dva druhy členěných přehrad: deskové a klenbové.

5.2.1 Deskové členěné přehrady Ţelezobetonová deska se opírá o pilíře, které jsou konzolovitě rozšířené. Vzdálenost pilířů bývá 5 aţ 6 m, u novějších konstrukcí i více, 15 aţ 20 m. V tom případě jsou pilíře na návodním a vzdušním líci zesíleny náběhy. Hradící deska je prostě podepřena na rozšířených hlavách pilířů. Je oboustranně vyztuţena, krytí výztuţe je 3 aţ 5 cm. Nejmenší tloušťka desky bývá 30 cm. Podle okolností se tloušťka desky směrem k patce zvětšuje. Spáry jsou těsněny podobně jako dilatační spáry jiných typů přehrad. Vzdušní část přehrady je obvykle otevřená. Protoţe v tenké desce můţe v zimě vzniknout velký teplotní spád (teplota vody okolo 4 °C, teplota vzduchu aţ -30 °C), hradí se někdy prostor mezi pilíři zdí nebo tenkou betonovou deskou, takţe uzavřený prostor působí jako tepelná izolace. Na návodním líci je deska zapuštěna do podloţí ozubem.

Obr. č. 4: Schéma deskové členěné přehrady

2011

25


Pilíře jsou trojúhelníkového průřezu a jejich malá tíha je nahrazena sklonem obou líců. Na návodním líci pro získání účinku svislého zatíţení vodou, na vzdušním pro roznášení napětí v základové spáře. Pilíře jsou poměrně tenké. Proti vybočení jsou zabezpečeny vyztuţujícími ţebry. Pracovní spáry stoupají směrem ke vzdušnímu líci, aby byly pokud moţno kolmé ke směru hlavních napětí v tlaku.

5.2.2 Klenbové členěné přehrady Hradící těleso je sloţeno z řady kleneb, které se opírají o trojúhelníkové pilíře. Osová vzdálenost pilířů je větší, 15 aţ 25 m. Tím se zvyšuje namáhání základové půdy, a proto lze takové přehrady navrhovat jen v místech s dobrou základovou skálou. Klenby jsou vybetonovány buď monoliticky s pilíři, nebo častěji samostatně. Zkouší se pouţití prefabrikovaných klenbových dílců. U starších přehrad byly navrhovány klenby svislé, u novějších jsou šikmé. Pilíře jsou někdy duté, spojené deskou ve spodní části.

Obr. č. 5: Schéma klenbové členěné přehrady

5.2.3 Kupolové přehrady Kupolové přehrady se vyvinuly z členěných klenbových přehrad. Pro větší vzdálenost pilířů je výhodnější vytvořit hradící stěny z kupolovitých kleneb zakřivených ve vodorovném i svislém směru.

2011

26


Obr. č. 6: Přehrada Coolidge, Arizona

Obr. č. 7: Kupolovitý tvar přehrady Coolidge, Arizona

5.2.4 Pilířové tíţné přehrady Protoţe u masivních tíţných přehrad není beton co do pevnosti dostatečně vyuţit, řeší se stavby přehrad účelněji a úsporněji tím, ţe se uvnitř hráze vynechávají dutiny, čímţ vznikají masivní pilíře s rozšířením na návodním, popř. vzdušním líci. Tento typ vytváří přechod k deskovým členěným přehradám. Úspora betonu činí 25 aţ 40 % (Fláje).

Obr. č. 8: Pilířová přehrada: 1 – revizní lávka, 2 – revizní chodba, 3 – základová výpust.

Stavba vyţaduje více odborné práce, bednění je sloţitější, a proto ekonomicky výhodnější je tento typ jen u vyšších hrází, u nichţ se úspora betonu projeví význačněji.

5.2.5 Vylehčené gravitační přehrady Vylehčené gravitační přehrady se budují tam, kde má základová půda menší únosnost. V přehradních blocích se vytvoří dutiny rozšířením dilatačních spár. Tím se zmenší napětí v základové spáře a ušetří se kubatura betonu.

2011

27


Obr. č. 9: Vylehčené bloky přehrady Orava

5.3 Přehrady zvláštní konstrukce Jakékoli modifikace dříve jmenovaných přehradních typů lze povaţovat za přehrady zvláštní konstrukce. Tyto modifikace se týkají moţností volby různých materiálů (materiálové hledisko) nebo změny statického působení. Změnou statického působení je ve většině případů míněno vnášení umělých sil do tělesa přehrady a jeho okolí. Takto vznikají např. kotvené přehrady, jejichţ stabilitu zajišťuje přikotvení přehradního tělesa do podloţí. Materiálové hledisko moţných modifikací představuje pouţívání některých netradičních materiálů v případech, kdy jsou klasické materiály nedostupné nebo nevhodné z technologických důvodů.

Obr. č. 10: Schéma kotvené přehrady

Pro stavbu mnoha hrází bylo v minulosti pouţito dřevo nebo ocel. Většina těchto hrází byla vybudována v USA. Na několika zemních hrázích byl pouţit ocelový plech jako návodní těsnění. Při výstavbě betonových přehrad se pro důleţité části konstrukce stále častěji pouţívají speciální betony (betony vyztuţené krátkými vlákny, polymerbetony, betony s latexovou emulzí). Velkou oblastí pouţití těchto betonů jsou rekonstrukce zděných a betonových hrází. Zcela novým trendem technologii betonu je pouţívání křemičitých prachů. Jejich přidáním do betonu se zvyšuje pevnost betonu aţ na 110 MPa (běţný vodostavebný beton vysoké kvality dosahuje pevnosti asi 25 MPa) a odolnost proti obrusu. 2011

28


6 Příslušenství přehrad Kaţdá přehrada musí být vybavena spodní výpustí pro řízení odtoku z nádrţe a úplné vyprázdnění a tzv. pojistným zařízením pro převedení velkých vod.

6.1 Spodní výpust Je obvykle krátké potrubí umístěné v nejniţším místě přehrady. Ta je opatřena nejméně dvěma uzávěry. Její průřez (kapacita) se určuje podle poţadované doby vyprázdnění nádrţe. Spodní výpust slouţí obvykle uţ při stavbě pro převedení vody. Musí mít takový průřez, aby převedla očekávanou povodeň. Tento poţadavek často ovlivní rozměry výpusti. Průřez spodní výpusti je nejčastěji kruhový, kde samotné potrubí je ocelové. U zděných a betonových hrází je potrubí zazděno do tělesa hráze. U tenkostěnných přehrad členěných nebo klenbových je spodní výpust umístěna ve zvláštním bloku. Vtok do spodní výpusti i do odběrného potrubí je chráněn stupněm a česlemi, aby se do potrubí nedostávaly splaveniny. Z výpusti vytéká voda do vývaru, který je buď společný s vývarem pod přelivem, nebo je oddělen dělící stěnou od přepadového vývaru a má jiné rozměry.

6.1.1 Uzávěry spodních výpustí a odběrných potrubí Uzávěry mají mít jednoduchou konstrukci, bezpečné ovládání i za velkých tlaků a malé opotřebení. Po stránce hydraulické mají být konstruovány tak, aby byl průtok vody i v mezipolohách plynulý, aby nedocházelo k velkým tlakovým ztrátám a nevznikala kavitace. Podle funkce rozdělujeme uzávěry na tři druhy: -

regulační, které musí mít dobré hydraulické vlastnosti ve všech mezipolohách, neregulační, které slouţí jako bezpečnostní a jsou buď otevřené, nebo zavřené, nouzové (provizorní), které jsou většinou v otevřené poloze a slouţí k uzavření potrubí při kontrole nebo opravě regulačního uzávěrul.

Podle druhu pohybu rozeznáváme uzávěry normální a rychlouzávěry, a to s pohonem mechanickým nebo hydraulickým. Podle velikosti hydrostatického tlaku jsou uzávěry nízkotlaké, středotlaké a vysokotlaké. Pro snadnější otevírání mají uzávěry obtok uzavíratelný menším uzávěrem, kterým se spojí prostor před uzávěrem a za ním a jeho pohyb je pak lehčí. To ovšem předpokládá, ţe na potrubí směrem po vodě je ještě jeden uzávěr.

Tabulový uzávěr Tabulový uzávěr je nejjednodušší neregulační uzávěr a uţívá se ho vesměs jako uzávěru rezervního. Pro manipulační uzávěr není tabule vhodná, neboť v mezipolohách 2011

29


vznikají za uzávěrem podtlaky, které způsobují chvění a otřesy tabule. Tabule pro hrazení menších průřezů jsou nejčastěji ocelolitinové. Pro větší otvory je tabule vyztuţena ţebry.

Obr. č. 11: Tabulový uzávěr

Klínový uzávěr Klínový uzávěr (šoupě) se skládá z klínové uzavírací desky a pouzdra. Ocelolitinová deska je ţebrovaná, v uzavřené poloze dosedá do bronzových kruhů, a tak je zaručena těsnost. Uzávěr je ovládán šroubovým vřetenem, které je těsněno snadno přístupnou ucpávkou. Pro regulaci odtoku se dá tohoto uzávěru pouţít jen tehdy, je-li na konci potrubí. Klínová uzavírací deska v mezipolohách velmi trpí chvěním a je zde nebezpečí jejího poškození.

Obr. č. 12: Klínový uzávěr (šoupě)

Segmentový uzávěr Segmentový uzávěr se umisťuje na konci potrubí jako provozní regulační uzávěr. Kruhové potrubí přechází směrem k uzávěru do obdélníkového průřezu upraveného do válcové plochy. Hradící těleso se opírá rameny o čepy umístěné nad proudem vytékající vody. Konstrukce uzávěru je masivní, aby se v mezipolohách omezilo chvění. Uzávěr je v uzavřené poloze těsněn bronzovými lištami na sedlo, k němuţ je dotlačován nejlépe excentrickým čepem; ovládán je buď mechanicky pomocí cévové tyče, nebo hydraulicky.

2011

30


Obr. č. 13: Segmentový uzávěr

Klapkový uzávěr Uzavírací těleso je kruhová deska čočkovitého tvaru, která se otáčí okolo čepů v pouzdře. I tento uzávěr má v mezipolohách nevýhodné proudění a při otevřené poloze zmenšuje průřez. Jako manipulační uzávěr není vhodný.

Obr. č. 14: Klapkový uzávěr

Dvouválcový uzávěr Uzavírací zařízení se skládá ze dvou válců s osami kolmými na osu potrubí, otáčivých proti sobě v pouzdře. Kolmo na podélné osy jsou válce vybrány do válcových ploch stejného poloměru, jako je průřez potrubí. Uzávěrové válce se otáčejí ozubenými koly. Uzávěr je vhodný jako regulační. Pro svou masivní konstrukci se hodí i pro velké tlaky. V mezipolohách vznikají i zde vodní víry, které jsou však se zřetelem na souměrnost dosti stálé, takţe chvění potrubí je menší. Pro další omezení chvění je vhodné zavzdušnit, tj. spojit oblasti, v nichţ vzniká podtlak, s vnějším vzduchem.

Obr. č. 15: Dvouválcový uzávěr

2011

31


Jehlový uzávěr V rozšířeném pouzdře je uloţeno jádro, které se skládá z pevné části, v níţ se pohybuje vlastní uzavírací těleso. Obě tělesa jsou rotační a upravena tak, aby proudění okolo nich bylo hydraulicky co nejvýhodnější. Tento uzávěr musí být dostatečně zavzdušněn, proto se osazuje na konci potrubí a slouţí jako uzávěr regulační.

Obr. č. 16: Jehlový uzávěr: 1 – pohyblivá hlavice, 2 – pevná část, 3 - těsnění

6.2 Pojistné zařízení přehrad Kaţdá přehrada musí být vybavena zařízením pro neškodné převedené katastrofálních vod. Při návrhu zařízení se počítá s nejnepříznivějším případem – ţe katastrofální povodeň přijde při maximálním vodním stavu v nádrţi. S kapacitou spodní výpusti se přitom nepočítá. Katastrofální voda se převádí přes přehradu přelivem, a to korunovým, postranním, bočním, šachtovým nebo násoskami. Přelivy mohou být volné (nehrazené) nebo hrazené. Koruna přelivu je u nehrazených přelivů na kótě maximální hladiny uţitného nebo ovladatelného retenčního prostoru, rovněţ násosky jsou umístěny na této kótě.

6.2.1 Korunový přeliv Na tíţných přehradách fungují jako pojistné zařízení převáţně volné korunové přelivy umístěné uprostřed hráze. Snaha o úsporu na výšce hráze vede u nehrazených přelivů k dlouhé přelivné hraně. Přelivy provedené po celé délce koruny hráze musí být doplněny zařízením pro odvedení vody od přelivů v bocích hráze a utlumení její energie. Dříve se k tomu účelu zřizovaly kaskády, které však mají nákladnou údrţbu. Dnes se budují skluzy a energie vody se tlumí aţ ve vývaru. Přelivná plocha je vyzděná z opracovaného kamene nebo je u jakostního betonu. Výhodou volných přelivů je to, ţe pracují samočinně. Zvyšují se však náklady na stavbu (přemostění přelivů) a na údrţbu.

2011

32


Obr. č. 17: Přímý přeliv

Hrazené přelivy umoţňují zvýšit hladinu maximálního nadrţení aţ na maximální kótu, které dosáhne hladina při povodni. U nehrazených přelivů ohraničuje tato hladina neovladatelný retenční prostor. Hrazením přelivu se tedy neovladatelný retenční prostor stane retenčním prostorem ovladatelným.

Obr. č. 18: Hrazený korunový přeliv: 1 – segmentový uzávěr, 2 - provizorní hrazení, 3 – strojovna, 4 – jeřáb pro provizorní hrazení, 5 – vývar, 6 – revizní šachta, 7 – revizní chodba.

Přehrady se hradí některou z konstrukcí pohyblivých jezů, nejčastěji tabulemi, klapkami, segmenty apod. Při pouţití hrazených přelivů je krátká přelivná plocha a přepadový paprsek velké tloušťky.

2011

33


Obr. č. 19: Korunový přeliv

Obr. č. 20: Korunový přeliv v provozu

6.2.2 Trubní přelivy Mají v podstatě tvar trubního propustku. Přepadovou hranu tvoří dolní okraj odpadní trouby. Odpadové potrubí se navrhuje z ţelezobetonových trub, jejichţ průměr musí být takový, aby při volné hladině provedly návrhový průtok.

Obr. č. 21: Trubní přímý bezpečnostní přeliv

Vtoková část se navrhuje kolmá, popř. rozšířená (zajištění plynulého vtoku do potrubí). Odvedení vody od vyústění potrubí na vzdušní straně je skluzem, který je ukončen vývarem.

6.2.3 Ţlabový přeliv Má obdélníkový průtočný profil. Dno přelivu je tvořeno z betonu, nebo lomového kamene do betonu, stěny se většinou navrhují ţelezobetonové. Ţlabový přeliv obvykle se umísťuje v nejvyšším místě hráze. Přelivná část přechází pozvolným zúţením ve skluz, který ústí do vývaru, z něhoţ odtéká voda do vodního toku. Skluz je umístěn na filtračním podsypu.

2011

34


6.2.4 Bočný přeliv Tyto přelivy jsou situovány v boku údolí. Jsou běţné u starších zemních hrází. Bočný přeliv se navrhuje tehdy, není-li z konstrukčních či jiných důvodů moţné umístit korunový přeliv doprostřed hráze. Bočný přeliv umoţňuje rozvinout délku přelivné hrany, má příčný směr přepadající vody na směr vodního toku. Boční přelivy se skládají z: -

z přelivné hrany přímé nebo mírně zakřivené podle tvaru vrstevnic, spadiště, skluzu, vývaru, odpadu od skluzu, který je napojen na koryto napájecího toku pod hrází.

Vlastní bezpečnostní přeliv tvoří opěrná zeď se sklonem návodní stěny 4:1 aţ 10:1 na vzdušní stěny 5:1. Korunu přelivu je vhodné z hydraulických důvodů zaoblit, avšak z hlediska provádění je tento tvar obtíţně dosaţitelný.

Obr. č. 22: Uspořádání bočního přelivu

Spadiště má obdélníkový půdorys nebo tvar potaţeného lichoběţníku, kde se rozšiřuje dno ve směru toku vody tak, jak přibývá přepadající vody po délce přelivu. Hloubka spadiště závisí na návrhovém průtoku, maximální úroveň hladiny ve spadišti by neměla být výše, neţ je úroveň přelivné hrany, aby byl zajištěn dokonalý přepad při všech průtocích. Při návrhu skluzu pro odvedení vody od přelivu je nutno postupovat podle těchto zásad: 2011

35


-

kapacita skluzu se stanoví se zřetelem k bezpečnosti vodního díla a povodňové manipulaci, koryto skluzu v úsecích s nadkritickou rychlostí má být přímé, při návrhu koryta a jeho opevnění je třeba přihlédnout ke zvětšení hloubky vlivem provzdušnění a vlivem příčných, případně translačních vln, opevnění koryta skluzu je moţno vynechat, je-li koryto vyhloubeno ve zdravé skále.

Výhody bočních bezpečnostních přelivů: -

vhodné základové podmínky v boku nádrţe, odpad od přelivu (skluz) neovlivňuje kompaktnost hrázového tělesa, přeliv prochází místem, kde je hráz nejniţší, pokud nevede po hrázi komunikace, není nutno skluz přemostit.

Nevýhody bočních bezpečnostních přelivů: -

dlouhá přelivná hrana, která však v boku nádrţe nepůsobí příliš rušivě.

6.2.5 Šachtový přeliv Přelivná plocha je vytvořena nálevkovitým rozšířením svislé šachty, která je obvykle zaústěna do odtokové štoly. Půdorys přelivné hrany je nejčastěji kruhový. Šachtový přeliv se situuje do boku údolí v blízkosti hráze. Po stránce hydraulické není toto umístění nejvhodnější, protoţe rovnoměrné rozdělení přepadového mnoţství vyţaduje pravidelný radiální přítok k přelivu. Na novějších dílech je šachtový přeliv vybudován jako ţelezobetonová konstrukce uvnitř nádrţe.

Obr. č. 23: Šachtový přeliv v nádrţi: 1 – šachtový přeliv, 2 – hydrocentrála, 3 – odpad, 4 – vývar.

Šachtové přelivy mohou být volné nebo hrazené, a to nejčastěji válcovým stavidlem.

2011

36


Obr. č. 24: Schéma šachtového přelivu:

Obr. č. 25: Uspořádání šachtového přelivu

1 – zavzdušnění.

Profil odpadního potrubí je nutno navrhnout tak, aby byl pro všechny průtoky zajištěn beztlakový průtok. Podmínkou pouţití šachtového bezpečnostního přelivu jsou vhodné základové podmínky v místě osazení objektu, tj. únosné skalní podloţí v dosaţené hloubce pod úrovní terénu. Šachtový přeliv má být chráněn brlením, aby nevnikly do šachty plovoucí předměty, které by mohly ucpat koleno nebo potrubí. Korunové nebo bočné přelivy nejsou chráněny česlemi.

Obr. č. 26: Šachtový přeliv na VD Josefův Důl

Obr. č. 27: VD Hracholusky – šachtový přeliv ve funkci

6.2.6 Kašnový přeliv Kašnové přelivy se navrhují tehdy, pokud je délka přelivné hrany příliš dlouhá pro čelní (korunový) přímý přeliv. Pro vybudování kašnového přelivu musíme mít vhodné podmínky.

Kašnový přeliv se skládá z: 2011

vlastní kašny, 37


-

otevřeného nebo trubního odpadu, vývaru.

Kašna má v půdorysu půlkruhový, půleliptický, kombinovaný popř. nepravidelný tvar. Kašnový přeliv se navrhuje zděný z lomového kamene, betonový, ţelezobetonový a z předpjatého betonu. Koruna přelivu je z hydraulických důvodů zaoblena, kryté odpady se zhotovují z ţelezobetonových prefabrikátů, otevřené profily je nutno přemostit. Kašna se umísťuje bezprostředně před hráz, nebo se částečně zapouští do hráze. Kašnový přeliv je moţno kombinovat s výpustí, popř. i s odběrem vody.

6.2.7 Násoskový přeliv Jako pojistné zařízení přehrad se navrhuje vţdy skupina násosek, které působí při různých hladinách. Začne-li násoska působit, pracuje na plnou kapacitu. Kdyby byla instalována jen jedna násoska, vznikla by pod přehradou při kaţdém zvýšení hladiny sice krátká, ale katastrofální povodeň.

Obr. č. 28: Řez násoskou

Z násosek vytéká voda buď pod hladinu vody ve vývaru, nebo, a to je výhodnější, nad hladinu. V tom případě je výtok z násosky upraven tak, aby se vodní proud provzdušnil a voda dopadla do vývaru s menší energií.

6.2.8 Speciální bezpečnostní přelivy Mezi speciální bezpečnostní přelivy řadíme především přelivy nouzové. Účelem nouzových přelivů je sníţit zatíţení hlavního přelivu po relativně krátkou dobu průchodu kulminačního průtoku návrhové povodně. Nouzové přelivy se navrhují na niţší návrhový průtok, neţ hlavní přeliv a přelivná hrana nouzového přelivu se zpravidla umisťuje výše, neţ je koruna hlavního přelivu.

2011

38


Nouzový přeliv se dostává do funkce později, neţ přeliv hlavní a funguje pouze v období průchodu špičky povodňové vlny. Takovéto přelivy se umísťují do místa zavázání hráze (nulová výška hráze) nebo mimo hráz.

6.3 Utlumení vodní energie pod přelivy Přepadající voda má velkou kinetickou energii, kterou je nutno v zájmu ochrany toku pod přehradou utlumit. Kinetická energie vody závisí na její rychlosti a hmotnosti. S výškou přehrady se zvětšuje rychlost přepadající vody a její energie. K utlumení energie vody pod přelivy se budovaly, zvláště u zemních hrází, tzv. kaskády. Pro nákladnost a nároky na údrţbu se dnes nenavrhují a voda se od přelivu vede skluzem, nebo u gravitačních přehrad po přelivné ploše do vývaru, kde se vytvoří vodní polštář a část kinetické energie vody se přeměňuje na energii tepelnou. Pro zvýšení účinnosti vývaru se osazují do dna vývaru rozraţeče. Dlaţba vývaru musí být mohutná a svědomitě provedená. Navrţené rozměry vývaru (hloubka, délka) se vypočítávají pomocí vzorců a metod uvedených v hydrotechnické literatuře a ověřují modelovými zkouškami.

Obr. č. 29: Kaskádové skluzy

Menšího namáhání vývaru lze dosáhnout tím, ţe se energie utlumí úpravou konce přelivné plochy v odrazník, který se opatří ještě rozraţeči. Přelivná plocha s odrazníkem má tvar podobný lyţařskému můstku. Po opuštění odrazníku má voda v určité vzdálenosti nulovou rychlost, dopadá do vývaru z menší výšky (menší rychlostí). Rozraţeči se soustředný proud vody roztříští, provzdušní, hmotnost vody se zmenší. Taková úprava je vhodná u vyšších přehrad.

Obr. č. 30: Tlumení energie vody vodním skokem

2011

39


7 Vodní energie Vodní energie je technicky vyuţitelná potenciální, kinetická, nebo tepelná energie veškerého vodstva na Zemi. Jedná se hned po biomase o druhý nejvýuţívanější obnovitelný zdroj energie.

7.1 Historický vývoj Nejstaršími hydraulickými stroji (HS) jsou vodní kola, která byla vyuţívána jako stroje pracovní k dopravě vody a později i jako stroje energetické k pohonu jiných strojů, např. ve mlýnech. První vodní kola byla poháněna zvířecí či lidskou silou, kde slouţila především ke zvedání vody pro zavlaţování půdy nebo k zásobování uţitkovou vodou. Podle neurčitých pramenů bylo vodní lopatkové kolo vynalezeno Ctébiem jiţ roce 135 před Kristem. Na počátku křesťanské éry se začalo pouţívat vodního kola k pohonu mlýnů, nejdříve v blízkém Orientu. V letech 260-300 po Kr. se setkáváme jiţ s úplným velkomlýnem ve Francii u Arles, který vyuţíval spádu 18m ve dvou paralelních kanálech s celkovým počtem 18-ti vodními koly. Podnět k vývoji výkonnějších rotačních lopatkových strojů dal Ján AndrejSegner (17041783) rodák z Bratislavy, pozdější profesor Univerzity v Göttingen. Segnerova kola se pouţívalo jako vodního motoru. Dovršení rozvoje dynamiky ideální kapaliny nastal po r.1750 zásluhou Leonarda Eulera (švýcarského původu, 1707-1783) a také Daniela Bernoulliho (holandského původu, 1700-1782), kteří působili v Petrohradě jako členové Ruské akademie věd, kde poloţili teoretické základy pro stavbu HS (vodních turbín a čerpadel). Vodní turbíny byly uvedeny do praxe začátkem 19. století, kdy je realizovali Francouzi - Bourdin a Fourneyron, kteří zkonstruovali a uvedli v roce 1835 do provozu první centrifugální (odstředivou) turbínu pro spád: H=108 m, průtok: Q=35 l/s, otáčky: n=2300 1/min a výkon: P = 40 k. Tato turbína pracovala plných 30 let aţ do roce 1865. Z později vyvinutých energetických strojů je nutné jmenovat vodní turbíny pro střední a vysoké spády Američanů J. B. Francise (v r.1849) a L. A. Peltona (v r.1880) a také profesora německé vysoké školy technické v Brně Victora Kaplana (v r.1919), který patentoval axiální přetlakovou turbínu pro nízké spády a vyšší průtoky. Čerpadla byla původně pístová ve funkci vodních motorů, ve kterých hydrostatickým tlakem vody, rozváděné šoupátkem střídavě na obě strany pístu, se uváděl píst v přímočarý vratný pohyb, který se klikovým mechanizmem měnil v pohyb rotační. Lopatková čerpadla byla vyvinuta na základě Eulerovy teorie jako stroje inverzní k turbinám. V současné době a v široké škále oborů jsou čerpadla, jako stroje pracovní, nenahraditelná. Od drobných čerpadel pouţívaných v automatizačních systémech a u obráběcích strojů, přes střední čerpadla pro dopravu kapalin ve vodárnách, v čerpacích stanicích ropovodů, v potravinářském a chemickém průmyslu, aţ po velká akumulační čerpadla přečerpávacích vodních elektráren. V tepelných elektrárnách jsou důleţitá kondenzační a oběhová čerpadla napájecí vody, pracující při vysokých tlacích a teplotách. Obdobně je tomu v metalurgickém průmyslu a ve speciálních provozech.

2011

40


Tekutinové mechanizmy jsou zařízení, která prostřednictvím pracovní tekutiny (kapalin či plynů), zajišťují přenos energie, její transformaci a informace mezi dvěma případně více místy v prostoru, přičemţ umoţňují ovládat parametry přenášené energie podle zadaných poţadavků. Tyto mechanizmy jsou významným intenzifikačním faktorem mnohých strojů, zařízení a celých technologických procesů. Nejsou přímo finálním výrobkem, ale podmiňují zvyšování parametrů a nových funkcí finálních strojů. Hydraulické spojky a převody jsou v podstatě moderní stroje, vyvinuté na začátku 20. století profesorem berlínské vysoké školy technické - H. Föttingerem.

7.2 Vyuţití vodní energie Vyuţití vodní energie tvoří náplň hydroenergetiky. Jedná se o vědní obor, který se zabývá metodami, zařízeními a stavbami pro získání hydraulické energie toků, jezer a moří, přeměnou této energie na jinou formu energie, a to především na energii elektrickou. Ve vyspělých státech existují rozsáhlé elektrizační soustavy, v nichţ do jednotné sítě jsou zapojeny různé zdroje elektrické energie. Např. v Norsku, kde přírodní hydroenergetický potenciál překračuje dnešní energetické potřeby, vysoce převaţují voní elektrárny (nad 95 %). Společnou provozní předností všech vodních elektráren je operativnost nasazení popř. odstavení v rámci sítě, kdy v průběhu asi jedné aţ dvou minut lze ze stavu klidu dosáhnout poţadovaného výkonu pro potřeby soustavy.

Tabulka č. 2: Vyuţití energetického potenciálu vodních toků v ČR Potenciál vodních toků ČR [GWh/rok]

Technicky využitelný potenciál [GWh/rok]

Již využito [%]

13100

3380

63,6

7.3 Vodní elektrárny Vodní elektrárnu tvoří následující část: 

vzdouvací zařízení,



odběrné zařízení,



přivaděč,



vyrovnávací komora,



tlakové potrubí,



strojovna,



odpad.

2011

41


7.3.1 Vzdouvaví zařízení Vzdouvací zařízení vytváří poţadovaný spád a zásobu vody pro vodní elektrárnu (hydrocentrálu). Vzdouvacím zařízením je pevný nebo pohyblivý jez anebo přehrada.

7.3.2 Odběrná zařízení Odběrné zařízení zprostředkuje vtok vody ze zdrţe nebo nádrţe do přivaděče. Odběrné zařízení z jezové zdrţe musí být umístěno tak, aby do přivaděče nevnikaly těţké ani lehké splaveniny a aby odběr mohl být regulován a uzavřen. Odběrné zařízení z nádrţe se umísťuje přímo ve hrázi, nebo ve sdruţeném objektu v nádrţi. Vtok je tlakový, leţí dostatečně vysoko nade dnem, aby do něho nevnikaly splaveniny, a min. 2 – 3 m pod nejniţší provozní hladinou nádrţi, aby do vtoku nebyl strháván vzduch. Vtok je opatřen česlemi a uzávěrem.

7.3.3 Přivaděče Přivaděčem je voda přiváděna k elektrárně. Přivaděče můţeme rozdělit na beztlakové a tlakové.

7.3.4 Vyrovnávací komora Vyrovnávací komora chrání uzavřený přivaděč proti účinkům rázu vody a zmenšuje účinek rázu v tlakovém potrubí, který nastává při kaţdé změně odběru vody.

7.3.5 Tlakové potrubí Tlakové potrubí je část svodu mezi vyrovnávací komorou, popř. nádrţí a hydrocentrálou) strojovnou. Bývá navrhováno co nejkratší, a to jednak z důvodů ekonomických, jednak proto, aby rázy, které v něm vznikají, byly co nejmenší. Tlakové potrubí bývá nejčastěji ocelové, bezešvé, svařované nebo nýtované. Výjimečně můţe být i ţelezobetonové. Tlakové potrubí se zpravidla vede nad terénem. Ukládá se na pilíře, na kterých se můţe ve směru osy pohybovat. V kaţdém lomu se potrubí upevňuje v kotevním bloku, v němţ se podélné síly zachycují. Kaţdá turbína má buď samostatné tlakové potrubí, nebo je tlakové potrubí společné pro všechny agregáty. Tlakové potrubí je vystaveno povětrnostním vlivům, proto je musíme chránit proti korozi.

7.3.6 Strojovna Strojovna (hydrocentrála) je konečnou částí vodní elektrárny. V ní se zachycuje vodní energie a mění se v energii elektrickou.

2011

42

Výukové texty k soutěţi: Voda a ŢP Moravskoslezského kraje (2. díl) Ve strojovně jsou turbíny, generátory, uzávěry, česle, regulátory turbín, budiče elektrického proudu, olejové tlakové pumpy pro servomotory a loţiska, čerpadla, kompresory, ventilátory, měřící, zkušební a řídící přístroje, silnoproudé a slaboproudé kabely, potrubí pro olej, vzduch a voda. Transformátory bývají u malých děl přímo ve strojovně, u větších strojoven (hydrocentrál) jsou transformátory i rozvodny pod širým nebem.

Strojovna se stavebně skládá ze dvou částí: - Ze spodní stavby nebo základů, sahající od základové spáry aţ po podlahu generátorů. Jsou zde umístěny přívod a odpad vody, turbínová kašna a základy generátorů. - Z vrchní stavby, coţ je prostor obsahující hlavně generátory a regulátory, soustrojí i s turbínou.

7.4 Rozdělení vodních elektráren 7.4.1 Rozdělení podle vyuţití vodního prostředí: Varianty uspořádání říčního schéma vyuţití energie toku jsou  

říční schéma – voda neopouští koryto řeky derivační schéma - voda opouští koryto, k turbínám je vedena potrubím, štolami, umělými kanály

Říční schéma Říční systémy jsou charakteristické tím, ţe vlastní VE je součástí vzdouvacího objektu, a to jezu nebo přehrady. Jezové VE buď leţí v blízkosti jezu na přilehlém kanále, nebo jsou přímo součástí jezového tělesa, takţe voda přiváděná do turbíny neopouští v podstatě koryto řeky. Přehradové VE mají vlastní strojovnu umístěnou částečně nebo úplně v tělese přehrady. Přívod k turbinám je řešen krátkým přivaděčem a odpad (tvořený sací troubou) ústí přímo do spodního objektu. Voda, která se nevyuţije v turbinách, přepadá přes jezová pole či přepady v hrázi přehrady. Jalové přepady jezů či přehrad se skládají ze spodní pevné části a horní pohyblivé části se sklopnými klapkami či segmenty, které při změnách průtokových poměrů v řece umoţňují udrţet plné vzdutí.

Obr. č. 31: Průběţná vodní elektrárna (při jezu)

2011

43


Obr. č. 32: Špičková vodní elektrárna při vzdušní patě přehrady

Obr. č. 33: Vodní elektrárna ve věţovém objektu v nádrţi

Derivační schéma Derivační vodní elektrárny vyuţívají v souladu s místními podmínkami umělého přívodu. K vedení vody se vyuţívá kanálů, raţených štol a tunelů o volné hladině nebo tlakových. Nejjednodušší koncepční řešení derivačního schéma se sestává z:



vtokového objektu,



přivaděče k VE,



vlastní vodní elektrárny,



odpadu.

2011

44


Takováto vodní elektrárna pracuje v průběţném reţimu, jelikoţ nemá moţnost ovlivňovat průtok v průběhu času. Derivační koncepční řešení můţe výhodně vyuţívat zvláštnosti lokality. Lze je např. kombinovat i s převodem vody do jiného povodí, pokud se získá větší energetický efekt. Různé příklady řešení derivačních VE jsou znázorněny na obr. č. 34.

Obr. č. 34: Varianty derivačních vodních elektráren (T – původní tok, JZ – jezová zdrţ, N – nádrţ, VNvyrovnávací nádrţ, K – kanál, Š – štola, P – potrubí, OK – odpadní kanál, TP – tlakové potrubí, VE vodní elektrárna.

a)

průběţná VE s kanálem vedeným po vrstevnici na údolním svahu,

b) nízkotlaková průběţná VE na kanále v údolí, c)

kaskáda VE na kanále,

d) průběţná VE s převodem vody kanálem a štolou o volné hladině, e)

špičková vodní elektrárna s přívodem tlakovým potrubím, štolou,

f)

špičková vodní elektrárna vyuţívající převodu vody do jiného povodí,

g) schéma horského špičkového hydroenergetického díla. 7.4.2 Rozdělení VE podle způsobu zadrţení vody   

Průtočné elektrárny (pracují v nepřetrţitém reţimu), akumulační elektrárny (pracují v pološpičkovém a špičkovém reţimu), přečerpávací elektrárny (pracují ve špičkovém reţimu).

Průtočné elektrárny: Pracují v nepřetrţitém reţimu bez akumulace vody. Spád je zajištěn vzdutím vody pomocí jezu, vyuţívají mnoţství vody protékající řečištěm aţ do úplné hltnosti turbín. Zbytek vody přepadá nevyuţit přes přelivnou hranu jezové stavby, nebo prochází jalovou propustí (viz obr. č. 35). Tento typ vodních elektráren je vhodný pro malé spády a velké průtoky.

2011

45


Obr. č. 35: Schéma průtočné vodní elektrárny

Akumulační elektrárny Většinou se jedná o vodní elektrárnu spojenou s přehradou. Elektrárna bývá umístěna buď přímo v tělese hráze, nebo jako samostatná stavba (viz obr. 36)

Obr. č. 36: Schéma akumulační elektrárny

2011

46


Přečerpávací elektrárny Jsou speciálním typem vodních elektráren slouţících ke skladování elektrické energie prostřednictvím gravitační potenciální energie vody. Umoţňují řešit problém rozdílné spotřeby energie během dne, tzv. výkonové spotřební špičky, proto se říká, ţe pracují ve špičkovém reţimu. Budují se v místech s vysokým spádem.

Obr. č. 37: Schéma přečerpávací vodní elektrárny Dlouhé Stráně

7.4.3 Rozdělení podle hodnoty spádu 

Nízkotlaká vodní elektrárna (s otevřeným přivaděčem, s tlakovým přivaděčem),



vysokotlaká vodní elektrárna,



středotlaká vodní elektrárna.

Nízkotlaká vodní elektrárna s otevřeným přivaděčem Voda přitéká aţ k vodní elektrárně o volné hladině, spád bává obvykle do 15 m. Voda je od jezu vedena otevřeným přivaděčem téměř vodorovně (v úbočí stráně, náspu, tunelem aj.) nad původním tokem, čímţ získává spád. Takto je voda přivedena aţ ke kašně. V jejím dně nebo ve stěně je instalována turbína. Voda z kašny vtéká po celém obvodu do rozváděcího ústrojí turbíny. Z turbíny odchází do odpadního kanálu. Odpadní kanál se opět napojuje na původní řečiště.

2011

47


Obr. č. 38: Schéma nízkotlaké vodní elektrárny s otevřeným přivaděčem - půdorys

Obr. č. 39: Schéma nízkotlaké vodní elektrárny s otevřeným přivaděčem - řez

Nízkotlaká vodní elektrárna s tlakovým přivaděčem Voda je od jezu vedena do odběrného objektu a následně do potrubí. Potrubí ve svahu klesá, čímţ získává spád. Takto je voda přivedena aţ ke kašně. V kašně voda vystoupá (na principu spojených nádob, pomineme-li ztráty v potrubí) do stejné úrovně jakou má v odběrném objektu. Ve stěně kašny nebo na jejím dně je instalována turbína. Voda z kašny vtéká po celém obvodu do rozváděcího ústrojí turbíny. Z turbíny odchází do odpadního kanálu. Odpadní kanál se opět napojuje na původní řečiště. Po uzavření stavidel je moţno vodu z kašny zcela vypustit zdviţením uzávěru na jejím dně.

2011

48


Obr. č. 40: Schéma nízkotlaké vodní elektrárny s tlakovým přivaděčem - řez

Středotlaká vodní elektrárna Uvedené řešení vyuţívá téměř všech dostupných moţností, které lze v komplikovaných situacích pouţít. Setkat se s nimi můţete právě na velmi malých dílech ve stísněných údolích v podhůří. Všude tam, kde uţ není dostatečný měrný spád, ale říčka ještě nezískala dostatek vody. Jedná se o vodní elektrárnu pro spády 15 aţ 30 m.

Obr. č. 41: Schéma středotlaké vodní elektrárny – půdorys, řez

Vysokotlaká vodní elektrárna Voda k vodní elektrárně je přiváděna přivaděčem, který je v konečném úseku uzavřený a tlakový. Standardně bývá dílo upořádáno tak, ţe je voda od jezu vedena otevřeným přivaděčem (náhonem) po vrstevnici úbočím údolí tak dlouho, aţ se dostane nad turbínovou stanici. V tomto místě je zřízena vyrovnávací jímka (vodní zámek), ze které vede tlakové potrubí do strojovny k turbíně. Od turbíny pokračuje voda volně odpadním kanálem zpět do původního toku. Takovým vodním dílem je například elektrárna ve Spálově nad Jizerou a v Rudolfově. Spád bývá obvykle větší neţ 30 m (můţe však být i menší).

2011

49


Obr. č. 42: Schéma vysokotlaké vodní elektrárny s tlakovým přivaděčem - řez

7.4.4 Rozdělení podle výkonu:  

elektrárny nad 10 MW, elektrárny do 10 MW – MVE(malé vodní elektrárny).

Malé vodní elektrárny Malé vodní elektrárny slouţí k ekologicky šetrné výrobě elektrické energie. Mohou vyuţívat potenciálu i těch vodních toků, které mají kolísavý průtok vody a jsou silně závislé na počasí či na ročním období. Jsou to zdroje s instalovaným výkonem do 10 MW a většina z nich slouţí jako sezónní zdroje energie.

7.5 Turbíny pro vodní elektrárny Vodní turbína je točivý mechanický stroj, který přeměňuje kinetickou či tlakovou energii vody na mechanickou energii. Předchůdcem vodní turbíny bylo vodní kolo (známé také jako mlýnské kolo). Spolu s elektrickým generátorem resp. alternátorem spojeným s turbínou je hlavní součástí vodních elektráren. Generátor převádí mechanickou energii turbíny na energii elektrickou.

Rozdělení VE podle toho, jak se vodní tlak mění v pohybovou energii: 

rovnotlaké turbíny (akční), v nichţ je jiţ před oběţným kolem přeměna v kinetickou energii úplná (Peltonova turbína),



přetlakové turbíny (reakční), v nichţ má voda při vstupu do oběţného kola ještě část tlaku, který se mění v pohybovou energii (Francisova a Kaplanova turbína).

2011

50


Rozdělení turbín podle směru působení vody na oběţné kolo: 

axiální turbíny, u nichţ voda protéká oběţným kolem rovnoběţně s osou oběţného kola,



radiální turbíny, u nichţ voda protéká kolmo k ose oběţného kola,



radiaxiální turbíny, v nichţ vodní proud mění v oběţném kole směr z radiálního na axiální (Francisova turbína);



tangenciální turbíny, u nichţ voda působí na oběţné kolo tangenciálně.

Rozdělení turbín podle polohy hřídele: 

horizontální,



šikmé,



vertikální.

Obr. č. 43: Základní charakteristika turbín podle průtoku a spádu

2011

51


7.5.1 Francisova turbína Francisova turbína je podtypem vodní turbíny, vyvinuté Jamesem B. Francisem. Jedná se o přetlakovou turbínu. Má dvě podvarianty podle uloţení hřídele, a to vertikální a horizontální. Francisovy turbíny patří mezi nejpouţívanější. Pouţívají se pro produkci elektrické energie prostřednictvím alternátorů. Francisova turbína je přetlaková turbína, coţ znamená, ţe pracovní kapalina během své cesty strojem mění tlak. Při tom odevzdává svou energii. Pro udrţení směru a regulaci toku vody jsou nutné rozváděcí lopatky. Rotor turbíny se nachází mezi vysokotlakým přívodem a nízkotlakou savkou většinou v patě přehrady. Vstupní potrubí se postupně zuţuje. Pomocí rozváděcích (automaticky stavěných regulátorem) lopatek je voda směřována na rotor. Jak voda prochází rotorem, její rotační rychlost se zmenšuje a zároveň odevzdává energii rotoru. Tento efekt (spolu s působením samotného vysokého tlaku vody) přispívá k efektivitě turbíny.

Obr. č. 44: Francisova turbína řez, vyrobek – Fujijosida Francis turbine

7.5.2 Kaplanova turbína Kaplanova turbína je přetlaková axiální turbína s velmi dobrou moţností regulace. Toho se vyuţívá především v místech, kde není moţné zajistit stálý průtok, nebo spád. Turbínu vynalezl profesor brněnské techniky Viktor Kaplan. Od svého předchůdce, Francisovy turbíny, se liší především menším počtem lopatek, tvarem oběţného kola a především moţností regulace náklonu lopatek u oběţného i rozváděcího kola. Má vyšší účinnost neţ Francisova turbína, je ale výrazně sloţitější a draţší. Pouţívá se pro spády od 1 do 70,5 m (coţ je spád na vodní elektrárně na Orlíku) a průtoky 0,15 aţ několik desítek m3·s-1. Obecně se dá říct, ţe se pouţívá především při velkých průtocích a malých spádech, které nejsou konstantní.

2011

52


Obr. č. 45: Kaplanova turbína skutečnost, řez

7.5.3 Peltonova turbína Peltonova turbína je rovnotlaká turbína s parciálním tangenciálním ostřikem. Účinnost u malé turbíny je 80 aţ 85%, u velké 85 aţ 95%. Peltonova turbína byla vynalezena Lesterem Allanem Peltonem (1829-1908) v roce 1880. Voda proudí tečně na obvod rotoru pomocí trysek. Rozvaděčem je dýza na přívodním potrubí, z níţ voda vystupuje kruhovým paprskem a dopadá na lopatky lţičkovitého tvaru. Kaţdá z lopatek se postaví proti směru toku vody a tak otočí její směr. Výsledkem vzniklých sil je pohyb rotoru turbíny. Peltonova turbína je nejefektivnější v případě vysokého tlaku přívodní vody. Jelikoţ voda je jen obtíţně stlačitelná, téměř všechna její energie je předána turbíně. Proto stačí pouze jediné oběţné kolo k převedení energie vody na energii rotoru. Peltonovy turbíny se pouţívají pro vysoký spád vody a malý průtok. Jsou vyráběny ve všech moţných velikostech. Pro pouţití v energetice se pouţívá vertikální uloţení a výkon aţ 200 MW. Nejmenší turbíny jsou veliké několik desítek centimetrů a pouţívají se pro malé vodní elektrárny s velkým spádem. Rozsah pouţití je od 15 m aţ po 1800 m.

Obr. č. 46: Půdorys instalace Peltonovy turbíny (courtesy Voith Siemens Hydro Power Generation), peltonova turbína z Kartell-Kraftwerkes in St. Anton am Arlberg

2011

53


7.5.4 Bankiho turbína Bankiho turbína vynalezena r. 1917 je jednoduchá rovnotlaká vodní turbína. Její zvláštností je, ţe lopatky oběţného kola jsou obtékány ve dvou směrech. Je uţívána v malých vodních elektrárnách. Oběţné kolo Bánkiho turbíny je tvořeno dvěma kruhovými deskami, mezi nimiţ jsou jednoduché lopatky (připomíná mlýnské kolo). Kolo je uloţeno ve skříni, z níţ z jedné strany přitéká usměrněný proud vody. Voda přes lopatky vtéká dovnitř kola a odtud opět přes lopatky vytéká na druhé straně skříně ven. Při kaţdém průtoku lopatkami odevzdá část své energie. Energetická účinnost dosahuje 70 – 85% a pro svou konstrukční jednoduchost se s oblibou pouţívá u malých vodních elektráren.

Obr. č. 47: Schéma Bankiho turbíny

2011

54


8 Světové zajímavosti 8.1Vodní dílo Vajont, Itálie

Vajont (italsky „Diga del Vajont“) je přehrada, která měla v době svého dokončení (1961) jednu z nejvyšších hrází na světě. Výškou hráze 261,6 m, se řádí na 8. místo na světě (nejvyšší Rogunská přehrada - Tádţikistán – 335 m).

Obr. č. 48: Přehrada Vajont

Obr. č. 49: VD Vajont, Itálie

Leţí severně od Benátek při ústí nepříliš významné horské říčky Vajont do řeky Piavypod horou Monte Toc. Se stavbou se začalo v roce 1956, dokončena byla v roce 1961. Přehradu tvoří tenkostěnná dvojitě zakřivená klenba o výšce 261,6 m, délka v koruně 190,0 m, tloušťka klenby v koruně 2,92 m, v základech 22,11 m, objem výlomu pro přehradu 417 000 m3, objem betonu 353 000 m3, objem nádrţe 168 mil. m3, uţitkový objem 150 mil. m3, délka nádrţe 6,5 km, plocha 2,7 km2. Přehrada leţí v oblasti jurských vápenců, kde neporušené souvrství (dogger) má mocnost 300 m.

Obr. č. 50: VD Vajont, letecký pohled

2011

55


V době, kdy se přehrada začala stavět (1956), se ozývali různí profesionální i amatérští geologové, kteří prováděli průzkumy podloţí v okolí stavby a upozorňovali na to, ţe podloţí hory Monte Toc je nestabilní. Přesněji ţe svrchní pevné vrstvy horniny leţí na vrstvě jílu a teprve pod ním je pevná skála, a tento jíl se ve spojení s vodou stane „perfektní klouzačkou“, po kterém do přehradního jezera mohou probíhat sesuvy půdy z vrcholu hory. Uţ v průběhu napouštění začalo docházet k problémům v okolí přehrady. V listopadu 1960, kdy byla přehrada naplněná do výše 190 m z cílových 262 m, došlo k menšímu (z pohledu dějin) sesuvu o objemu asi 800 tisíc m3 horniny do přehrady. Hladina byla tedy dočasně sníţena o cca 50 metrů a na pravé straně jezera byl vybudován tunel, aby měla voda při přesuvech kudy odtékat a nedocházelo k poškozování hráze. Poté se začala opět přehrada napouštět. Tlak obrovské masy vody na podloţí vyvolával otřesy půdy, které poškozovaly domy obyvatel okolních měst a vesnic, nejen Longarone. V zemi se objevovaly trhliny. Lidé se začali stěhovat do větších měst pod horami a povodí Vajontu se vylidňovalo. Ostatně s koncem stavby přehrady jich velké mnoţství přišlo o práci a tato oblast je tak odlehlá a izolovaná v horách, ţe nebylo moţné najít obţivu. Stavitel přehrady, společnost SADE, si poté nechala vypracovat model sesuvu 50ti milionů tun horniny do smrtící přehrady. Ukázalo se, ţe dynamika vody při takovém sesuvu by byla pro Longarone, ale zadavatelé se spolehli na štěstí, a protoţe přehradu jiţ odkoupila italská vláda, výpočty utajili.

Obr. č. 51: VD Vajont: červen 1963

Obr. č. 52: VD Vajont, říjen 1963

Dva roky po dokončení stavby (9. října 1963 večer) se do nádrţe zřítila část hory (více neţ 200 miliónů m3 horniny – přibliţně 270 miliónů m3). Vytvořily se celkem 3 vlny, z nichţ 2 byly menší (díky tomu, ţe nádrţ je ze dvou stran chráněna horským valem, tak se tyto vlny jen odrazily zpět do nádrţe) a třetí více neţ 150 m vysoká vlna, která se převalila přes hráz a řítila se asi 90 km.h-1 rychlostí dolů do údolí k městečku Longarone a několika dalším vesnicím (těţce poškozeny však byly i vesnice nízko nad přehradou), které srovnala se zemí. Po katastrofě bylo identifikováno 2117 obětí. Zřícení hornin na Vajontu je nejmladší a nejtragičtější kapitolou komplikovanou dlouhou historií jedné hory, během níţ se tvořily horniny, byly vyzdviţeny a poté erodovány. Tato historie poskytuje východiska k příčinám, které vedly k pozdějšímu sesuvu. 2011

56


Obr. č. 53: VD Vajont: vzdušní strana hráze

Obr. č. 54: VD Vajont, spodní výpusti

Aby se zabránilo stoupání vody za hrází po sesuvu, byla nasazena mohutná čerpadla, dopravující vodu do bystřiny Cellina. Čerpalo se několik let, neţ byly uvolněny základové výpusti a bylo moţné vypustit zbývající vodu z přehradního jezera. Povrch sesuvu vypadá i dnes jako měsíční krajina, bělavá zřícenými skalami, kde si toky vytvořily svá koryta a objevují se pionýrské rostliny. V obci Erto je zřízeno návštěvnické centrum s fotovýstavou. Přehradní jezero bylo z větší části zasypané a dodnes slouţí jako pomník katastrofy. Hráz zůstala prakticky nepoškozená a vodní elektrárna přehrady stále produkuje elektřinu.

8.2 Přehrada Grand Coulee, USA V USA ve městě Washington na řece Columbia, stojí jedna z největších přehrad na světě Grand Coulee. Tato betonová stavba je jedna z nejstarších přehrad, která patří mezi ty největší. Přehrada leţí v pěti okresech severovýchodního Washingtonu, sestupně podle rozlohy v okresu to jsou okresy Ferry, Stevens, Lincoln, Okanogan a Grant. Grand Coulee je staré koryto řeky vytvořené během ustupování ledovců a záplav v době ledové. Realizace stavby začala v roce 1933 a do provozu byla uvedena roku 1942. Přehrada byla důleţitá ze dvou důvodů. Prvním důvodem byla potřeba zásobit ve státě Washington vodou více neţ 400 000 ha půdy a také poskytnout dostatečný zdroj elektrické energie. Tato stavba se skládá z přehrady a dvou menších násypů přímo přes kaňon Grand Coulee, které tvoří zavlaţovací nádrţe. Hráz má délku 1272 m a výšku 176 m. Bylo na ní spotřebováno asi 8 400 000 m3 betonu, a tímto se stala největší betonovou stavbou v USA.

2011

57


Hladina řeky stoupla o 106 m. Jezero je 243 m dlouhé, 1200 m široké a 114 m hluboké.

Obr. č. 55: VD Grand Coulee (I)

Obr. č. 56: VD Grand Coulee (II)

Přehradní jezero je také nazývano Rooseveltovo jezero. Své jméno nese po Franklinu D. Rooseveltovi, který byl v době vzniku prezidentem Spojených států amerických. Toto jezero má objem 9 155 940 m3. Typ korunového přelivu o kapacitě 28 000 m3.s-1. Kapacita nádrţe je 12 879 km3. Řeka Columbia můţe jezero naplnit za dva měsíce, při záplavách i za měsíc. Na začátku stavby byly jednou z překáţek, které musely být překovány, časté sesuvy půdy. V březnu 1934 se strhla lavina a způsobila rozlití 1,1 mil. m3 nečistot do údolí. Pro realizaci stavby se vyráběl cement v pěti továrnách ve státě Washington. Beton se míchal na 30 metrových míchačkách a lil se do řady sloupů 15x15 m na vysušené skalní podloţí aţ do výšky přehrady. Stavěly se 1,5 m vysoké vrstvy po 72 hodinách. Na kaţdé straně byla vybudována elektrárna.

Obr. č. 57: VD Grand Coulee, korunový přeliv v provozu

Je zde nainstalováno 24 turbogenerátorů. Elektrárna poskytuje pomocí čtyř elektráren celkový maximální výkon 6 494 MW a tím zásobuje elektrickou energií celý severozápad 2011

58


USA. Elektrárna také dodává energii 12 čerpadlům na západní straně řeky. Kapacita kaţdého čerpadla činí 44,8 m3.s-1, coţ stačí na zavlaţení 48 600 ha půdy. Z čerpadel proudí voda potrubím o průměru 4 m do vyšší nádrţe postavené na horní Grand Coulee, která je postavena ze dvou násypů vysokých asi 30 m. Mezi těmito násypy vznikla nádrţ asi 43 km dlouhá, která byla naplněna vodou do výšky 91 m nad dolní nádrţ. Odtud proudí voda do dvou kanálů, do východního o délce 241 km a do západního o délce 160 km. Odtud je voda rozváděna na farmy.

8.3 Glan Canyon dam, USA U města Page ve státě Arizona se nachází zajímavý technický monument – přehrada Glen Canyon, která zachytává vodu z jezera Powell a vyrábí elektrickou energii. Je to druhá největší uměle zbudovaná přehrada v USA. Přehrada přehrazuje řeku Colorado, která protéká úzkým hlubokým kaňonem.

Obr. č. 58: Pohled na těleso hráze Glan Canyon

Obr. č. 59: Pohled na Lake Powell

Hráz je pojmenovaná po původním kaňonu, který poskytl ideální podmínky pro vybudování tak rozsáhlého vodního díla. Stavba byla zahájena v roce 1956 a byla dokončena po několika letech plánování, příprav a stavby v roce 1963. Hráz je vysoká 213 metrů nad původní hladinou řeky. Je to klenbová hráz s délkou 475 m a obsahuje 3 747 000 m3 betonu. Přehrada je 8 m široká u strukturálního hřebenu a 91 m široká v maximální základně. Díky výstavbě přehrady vzniklo i jezero nazváno Lake Powell, pojmenované po válečném veteránovi a známém průzkumníkovi amerického jihozápadu. Jahn Weslley Powel tudy vedl v roce 1869 první vědeckou výpravu plující na několika dřevěných lodích mapující proud Colorada v té době neprobádaných částech amerického západu. Po dokončení hráze v roce 1963, trvalo ještě celých 17 let, neţ se přehrada naplnila. Maximální úrovně své hladiny dosáhla poprvé v roce 1980. Vzniklé jezero se rozkládá do neuvěřitelné délky 298 km, jeho pobřeţí tvoří rozsáhlý systém různě velkých zátok vzniklých zatopením členitého terénu, celkem měří 3 136 km.

2011

59


Obr. č. 60: Turbíny hráze Glan Canyon

Obr. č. 61: Spodní výpust přehrady Glan Canyon

Přehrada reguluje průtok v Coloradu, zabraňuje jarním povodním a zajišťuje celoroční stálý přísun vody do oblastí po proudu. Tak´voda z Lake Powell je vyuţívána k rozsáhlému zavlaţování celé oblasti a energie vodní masy je vyuţívána k výrobě elektřiny. Vodní elektrárna pod hrází je vybavena 8 generátory (s Francisovými turbínami) s maximální kapacitou 1,32 GW a patří k hlavním dodavatelům energie do oblasti celého jihozápadu spojených států. Kolem generátorů vede rampa a na konci této rampy jsou umístěny digitální hodiny zaznamenávající mnoţství zde vyrobené elektřiny.

Obr. č. 62: Pohled z koruny hráze Glan Canyon na spodní výpust

Obr. č. 63: Visitor center na kraji svahu přehrady Glan Canyon

V roce 2008 byl Grand Canyon zaplaven vodou z Glen Canyon přehrady. Bylo zapotřebí obnovit vrstvu s výţivnými sedimenty v korytě řeky Colorado, proto se americké federální úřady rozhodly Grand Canyon na několik dní zaplavit. Z přehrady vytékalo více neţ milión litrů za sekundu (1000 m3) vody po dobu 60 hodin. Vše bylo provedeno za účelem obnovení vybraných částí koryta a záchrany ohroţených druhů ryb a vodních ţivočichů. Proud byl tak rychlý, ţe by během 20 minut voda vyplnila Empire State Building (New York). Rychlost vody byla velmi důleţitá, musela se při toku smíchat s bahnem tak, aby je proud přenesl na okrajové části říčního koryta. Podle mínění ochranářů by řeka potřebovala takto obnovovat kaţdý rok, ale podobné záplavy se realizovaly v minulosti jen 2x. Tato 2011

60


záplava přinesla i vlnu nesouhlasu a to zejména z řad výrobců elektrické energie. Jejich ztráty by byly velké. Proto bylo vše naplánovalo na březen, kdy nebyla potřebná výroba maximálního mnoţství elektrické energie. Zatímco z environmentálního hlediska by záplava byla nejefektivnější v letních měsících, aby byl v této době vypouštěn je menší objem vody a všichni tak byli spokojeni. Výstavba přehrady Glen Canyon měla své pro a proti. Dnes je přehrada multifunkční zařízení, které slouţí nejen jako ochrana před záplavami, ale i jako zdroj elektrické energie a zavlaţování suchých oblastí států Arizona, Californie, Nové Mexiko a Nevada. Přes most nad přehradou vede Hwy 89, coţ je nyní jedna z nejdůleţitějších turistických tras spojující oblast severní Arizony a jiţního Utahu. Díky tomu se zde zastavují tisíce turistů kaţdý rok. Z terasy se Visitor Center, z mostu, ale i z vyhlídky kus dál po proudu řeky, je nádherný výhled na hráz, která se tolik podepsala na proměně zdejší krajiny.

2011

61


9 Vodní cesty Slouţí pro dopravu nákladů a osob po vodě, tj. po hladině moří, jezer, vodních toků a umělých vodotečí. Vodní doprava se dělí na:  

námořní, vnitrozemskou.

Vnitrozemská vodní doprava má řadu následujících výhod: 

je energeticky nejméně náročná,



má velkou nosnost a velký úloţný prostor,



poměr hmotnosti lodě k hmotnosti nákladu je malý,



má vysokou produktivitu (malý počet obsluhy ke vztahu k přepravovanému nákladu),



nenarušuje svým provozem okolí (hluk, emise apod.).

Nevýhody vnitrozemské vodní dopravy: 

malá hustota sítě vnitrozemských cest,



závislost další výstavby na místních podmínkách (hydrologických, topografických apod.),



nedostatečná propojenost vodních cest,



kombinace vodní dopravy s dalšími druhy,



závislost na nepříznivých hydrologických podmínkách,



malá rychlost přepravy.

U nás je na evropskou vodní síť napojena labsko-vltavská vodní cesta o délce 302 km a na Slovensku dunajská vodní cesta o délce 172 km.

9.1 Vnitrozemská plavba Základní pojmy: Výtlak vody (t) – je hmotnost vody vytlačené ponořenou částí lodě, která se rovná hmotnosti celé lodě i s nákladem. Uţitná nosnost lodě (t) – rozdíl celkového výtlaku a výtlaku prázdné lodě. Ponor lodě – je hloubka nejniţšího bodu pod hladinou, Při plavbě dochází k náklonu lodě (kolem podélné osy) a sklonu lodě (tzv. trim) kolem vodorovné osy. 2011

62


Odpor lodě – při plavbě je nutno jej překonat, je dán vazkostí vody, nedokonalostí tvaru a ponořením plavidla. Pro přepravu nákladů se pouţívají tato plavidla:  

motorové lodě, nákladní čluny bez vlastního pohonu (pohon zajištěn tlačnými remorkéry).

Vnitrozemská plavba se můţe uskutečňovat na:    

přirozeně splavných tocích a jezerech, na vodních tocích splavněných zřízením na sebe navazujících jezových zdrţí, na vodních tocích splavněných regulačními úpravami (zásady úprav toků), na průplavech, tj. uměle vybudovaných vodních cestách.

9.2 Splavňování vodních toků Přirozeně splavné jsou především dolní, popřípadě střední úseky velkých řek, jezera, kde je zajištěna plavební hloubka (za různých průtoků) a splněny poţadavky na šířku plavební dráhy a parametry oblouků.

9.2.1 Splavnění toku regulačními úpravami Je nutno respektovat: -

rovnováţný stav v podélném profilu, tj. vyrovnaný přísun a odnos splavenin, poţadavek plavební hloubky (tzv. marţí, volí se 0,5 aţ 1,0 m), šířku plavební dráhy, minimální poloměry obloků v trase (u nás Rmin=800 m).

Obr. 74 Schéma regulačního splavnění toku 9.2.2 Splavňování řek výstavbou souvislé kaskády jezových zdrţí Obr. č. 64: Schéma splavnění toku regulačními úpravami

Zajištění poţadované plavební hloubky po celé délce splavněného úseku nezávisle na průtocích. 2011

63


 

Úplná kaskáda Vzdutí hladiny jezu zajistí v celé délce jezové zdrţe poţadovanou plavební hloubku. Neúplná kaskáda Vzdutá hladina za jistí poţadovanou plavební hloubu jen v části jezové zdrţe, ve zvávající části nezbytná prohrábka.

Obr. č. 65: Schéma splavnění toku kaskádou jezových zdrţí

Z hlediska plavby můţeme rozlišit:  

říční schéma – plavební komora je situována při vzdouvací stavbě, derivační schéma – plavební komora je umístěna na kanále.

9.3 Vnitrozemské průplavy Jsou umělé vodní cesty, které navzájem spojují splavné, nebo splavněné toky, popř. jezera. Průplav je nutno uměle zásobovat vodou. Trasa průplavu spojuje výchozí místa s ohledem na místní podmínky. Má respektovat připojení významných výrobních a obchodních center a napojení na ţelezniční, silniční a dálniční dopravu. Skládá se z přímých úseků (max. délka 2 km) a oblouků o velkém poloměru Rmin= 800 aţ 1000 m. Podélný profil průplavu můţe mít jednostranný sklon, častější je však průplav s oboustranným sklonem překonávající vrcholovou zdrţí nejvyšší místo. Přívod vody do zdrţí je gravitační z akumulačních nádrţí v povodí.

2011

64


Obr. č. 66: Schéma průplavu Rýn – Mohan – Dunaj

Obr. č. 67: Druhy průplavů: a) s jednostranným sklonem, b) s vrcholovou zdrţí

9.4 Objekty na vodních cestách Mezi nejvýznamnější objekty patří plavební komory popř. lodní zdvihadla.

2011

65


9.4.1 Plavební komory Zajišťují vertikální přemístění lodí, které jsou na hladině prostřednictvím plnění a prázdnění vymezených prostorů. Plavební komora je podlouhlá nádrţ, zpravidla obdélníkového tvaru, vybavená vraty na styku s plavení dráhou. Vrata jsou umístěná v dolním a horním ohlaví komory. Plavební komora je napojena na plavební dráhu pomocí rejd. Komora se plní a prázdní ovladatelnou soustavou plnění a prázdnění (obtoky, otvory ve vratech).

Obr. č. 68: Plnění plavební komory dlouhými obtoky

Hlavní části plavební komory jsou:    

vlastní komora, vytvořená zdmi různé konstrukce, horní a dolní ohlaví, kde jsou umístěna vrata komory s pohybovacím mechanismem a provizorní hrazení, soustava plnění a prázdnění komory, vystrojení komory.

Spád komory – mezní hranice se dnes uvaţuje spád kolem 25 m. Doba proplavení – vyplývá z plnění a prázdnění komory a má být co nejkratší. Ohlaví – jedná se o masivní betonové objekty, schopné přenášet zatíţení působící na ně a na vrata.

2011

66


Obr. č. 69: Schéma plavební komory

9.4.2 Lodní zdvihadla 

Svislá lodní zdvihadla: pístová zdvihadla, plováková zdvihadla, mechanicky vyváţená.



Šikmá lodní zdvihadla: s podélným ţlabem, s příčným ţlabem.

Hlavní částí lodního zdvihadla je uzavíratelný dopravní ţlab (vana), pohybující se po vodící dráze a zvedaný zvedacím mechanismem. Hmotnost dopravního ţlabu naplněného vodou dosahuje řádově stovek aţ tisíců tun, takţe většinou není zvedán přímo, ale vyuţívá se principu vyváţení ţlabu pomocí protizávaţí o stejné hmotnosti. (Například princip kladky, obdobně jako u klasického výtahu). Při vyváţení dopravního ţlabu zdvihadla je navíc velice vtipně vyuţito Archimedova zákona. Loď vplouvající do ţlabu lodního zdvihadla naplněného vodou z něj totiţ vytlačí přesně tolik vody, kolik sama váţí. Výsledkem je, ţe dopravní ţlab má vţdy stejnou hmotnost, ať je v něm plně naloţená loď, prázdná loď nebo ať je bez lodi. To umoţňuje přesně určit hmotnost protizávaţí a mechanickou soustavu dopravní ţlab – protizávaţí trvale přesně vyváţit. Lodní zdvihadla jsou neobyčejně energeticky úsporná zařízení, protoţe k vyzvednutí dopravního ţlabu s proplavovanou lodí do horní polohy stačí pouze energie k překonání tření zvedacího mechanismu, a samotný dopravní ţlab s lodí je vyzvednut jen tíhou protizávaţí. V praxi ohroţuje vyváţení soustavy riziko úniku vody z dopravního ţlabu, dynamické účinky rozhoupané hladiny vody ve ţlabu a řada dalších faktorů. Proto bývají pohonné mechanismy z bezpečnostních důvodů předimenzovány, aby takovéto situace silově zvládly, ale jejich skutečná energetická náročnost běţném provozu je, vzhledem k hmotnosti přepravovanému nákladu velmi nízká. 2011

67


Obr. č. 70: Schéma lodních zdvihadel: a) pístové zdvihadlo, b) plovákové zdvihadlo, c) mechanicky vyváţené zdvihadlo

Obr. č. 71: Schéma šikmých lodních zdvihadel: a) s podélným ţlabem, b) s příčným ţlabem

2011

68


10 Průmyslové a vodárenské nádrţe Vzhledem k nedostatku vhodných zdrojů podzemní vody vyuţíváme stále častěji povrchové zdroje vody. Povrchové zdroje vody jsou charakteristické značnou rozkolísaností průtoků během časových období, coţ se negativně projevuje v horních částech povodí. Průmyslové a vodárenské nádrţe napomáhají k zachycování velkých odtoků, akumulaci vody a tím odstraňují nepříznivý účinek rozkolísanosti průtoků.

10.1 Druhy a uspořádání průmyslových nádrţí Průmyslové nádrţe pouţíváme především pro plnění následujících funkcí: - k akumulaci vody pro různá průmyslová vyuţití, - k recirkulaci v rámci jednoho nebo více průmyslových závodů, - k úpravě fyzikálních, chemických a biologických vlastností vody pouţívané v průmyslovém závodě, - jako skladovací nádrţe na uskladnění odpadních tekutin a tekutých odpadů.

10.1.1 Vyrovnávací nádrţe Vyrovnávací nádrţe se umísťují mezi zdroj vody a odběr. Jejich úkolem je krátkodobé nebo dlouhodobé vyrovnání nerovnoměrnosti mezi proměnným přítokem a odběrem vody pro průmyslové účely. Pro výpočet velikosti zásobního prostoru je nutno znát kromě hydrologických údajů i potřebu provozní vody pro průmyslové účely. Dále je nutno počítat s potřebou pitné a uţitkové vody pro pracující podniku a s potřebou poţární vody.

10.1.2 Zálohové nádrţe Zálohové nádrţe plní funkci zabezpečovací, dodávají průmyslovému podniku vodu při havárii hlavního zdroje vody. Hlavním úkolem je dodávání vody po dobu trvání opravy, aby nedošlo k přerušení provozu. Zálohové nádrţe je moţno budovat:  

uvnitř závodu – kde mohou plnit funkci okrasné nebo protipoţární nádrţe, mimo závod – tyto nádrţe se pouţívají k rekreaci, pro rybochovné účely apod.

10.1.3 Intervenční nádrţe Hlavním úkolem intervenčních nádrţí je krytí nárazové potřeby vody, např. v období mimořádného sucha, změnou potřeby vody ve výrobě. Budují se mimo průmyslové závody. Intervenční nádrţe se umísťují na stejném toku jako hlavní vyrovnávací nádrţ a je moţné je vyuţít k rekreaci.

2011

69


10.1.4 Recirkulační nádrţe Recirkulační nádrţe umoţňují hospodárné vyuţití vody v rámci průmyslového závodu. Recirkulační nádrţe mohou plnit i jiné funkce, např. chladící. Při recirkulaci vznikají ztráty: výparem vody, odkalem, odluhem, výstřikem, netěsností jednotlivých zařízení apod., tyto ztráty je nutno uhradit přívodem čisté vody. Nádrţe s recirkulací vody se nejčastěji uplatňují v potravinářském průmyslu.

10.1.5 Chladící nádrţe Úkolem chladících nádrţí je sniţovat teplotu chladící vody na teplotu ovzduší. Navrhují se jako mělké nádrţe, a to proto, aby byl dosaţen maximální ochlazovací účinek. Chladící nádrţe jsou řešeny jako kaskáda protékaných chladících nádrţí, nebo jako podélné nádrţe s usměrňovacími stavbami, které zajišťují rovnoměrný průtok a tím i rovnoměrné ochlazování vody. Navrhují se jako zemní, s těsnícím prvkem a obvodovou hrázkou, návodní a vzdušní svah je opevněn. Chladící voda má být čistá, bez splavenin, nesmí obsahovat příměsi organických a anorganických látek suspendovaných ve vodě, koloidní látky, aby nedocházelo k znečištění chladícího systému. Schéma jednoduché chladící soustavy je uvedeno na obr. č. 72.

Obr. č. 72: Schéma soustavy chladících nádrţí; 1 – vodní tok, 2 – odběr, 3 - filtr, 4 – čerpací stanice, – kondenzátor, 6 – chladící nádrţ

5

10.1.6 Sedimentační nádrţe Sedimentační nádrţe se navrhují na zachycování usaditelných látek v průmyslových odvětvích. Mísicí (egalizační) nádrţe. Mísící nádrţe slouţí k vyrovnání vlastností vody.

2011

70


10.1.7 Skladovací nádrţe Skladovací nádrţe jsou určeny ke skladování různých tekutin, odpadních vod, kalů, tekutých odpadů apod. U nádrţí, ve kterých jsou skladovány silně znečištěné tekutiny a mohlo by dojít k průsakům a tím ke kontaminaci podzemních vod, se navrhuje další záchytné těsnění, které zachytí průsaky způsobené poruchami. Nádrţe tohoto typu se navrhují jako:   

nadzemní, podzemní, v úrovni terénu.

10.1.8 Odkaliště Odkaliště jsou průmyslové nádrţe slouţící k hydraulickému ukládání odpadů, někdy i k čištění vod. Při výběru lokality odkaliště bychom měli vycházet z poţadavků:   

na minimální vzdálenost od zdroje, na ochranu ţivotního prostředí a podzemních vod, příznivých inţenýrskogeologických a terénních podmínek.

Odkaliště se navrhují:   

rovinná, hloubková, údolní.

Uhelná odkaliště můţeme dle funkce a způsobu uloţení uhelného kalu rozdělit na : 

trvalé odkaliště s trvalým uloţením kalu, tzv. uskladněné kaly nebudou z něho odtěţovány a odkaliště je bezprostředně po zaplnění asanováno;



cyklické odkaliště s dočasným uloţením kalů, tvořící součást systému cyklicky provozovaných odkališť s provozními fázemi: naplavování (zaplňování), odvodňování a odtěţování;



zajišťovací odkaliště slouţící k zajištění hlavního čistícího systému, např. pro případ vyřazení hlavního odkaliště z provozu v důsledku vlivu poddolování, při čištění odpadních vod z úpravy uhlí strojně – technologickými způsoby pro případ poruch, přetíţení, případně dočištění při výkyvech v kvalitě apod.;



záchytné odkaliště - nádrţ slouţící k akumulaci a k vyrovnávání kvality vody, případně k dočištění před vypuštěním vody do recipientu nebo recirkulací. Schéma odkaliště je znázorněno na obr. 63.

Hráze těchto odkališť se navrhují zpravidla jako homogenní z hlušinových sypanin důlních a úpravárenských různé zrnitosti, případně s výplní elektrárenskými popílky. Při 2011

71


návrhu návodního svahu hráze se počítá s tím, ţe v průběhu pozorování odkaliště nastane dotěsňování samovolně zasakujícími uhelnými kaly.

Konstrukce hráze musí splňovat následující poţadavky: 

filtrační stabilitu s bezpečným a kontrolovatelným odvedením průsakové vody,



statické a deformační stability včetně podloţí,



bezpečnost proti přelití a porušení hráze,



poţadovanou ţivotnost se zřetelem na způsob vyuţití.

Obr. č. 73: Schéma odkaliště

Obr. č. 74: Homogenní hráz na nepropustném podloţí

2011

72


Obr. č. 75: Nehomogenní hráz na propustném podloţí (úprava zaloţení)

Obr. č. 76: Nehomogenní hráz na propustném podloţí

10.2 Vodárenské nádrţe Vodárenské nádrţe slouţí jako zdroj vody pro vodárenské účely. Pro vodárenské účely vyuţíváme jen nádrţe, kde můţeme zajistit poţadovanou jakost vody. Potřebná velikost zásobního prostoru při ročním vyrovnání se určí buď početně z chronologických údajů, nebo graficky ze součtových čar přítoku a odběru. Prostor stálého nadrţení u vodárenských nádrţí se nachází pod úrovní odběru vody a plní sedimentační funkci. Kvalita vody ve vodárenské nádrţi závisí na:      2011

klimatických, morfologických, geologických a hydrologických poměrech, hustotě osídlení, zemědělské výrobě, průmyslu, stupni zalesnění, 73


 

způsobu likvidace odpadních vod v přilehlém území a povodí nádrţe, fyzikálních, biologických a chemických pochodech v přítoku a nádrţi.

Mezi nejvýznamnější fyzikální vlastnosti vody v nádrţi patří teplota. Biologické osídlení vody se během roku mění v závislosti na teplotě, na sloţení vody a hloubce pod hladinou. V nádrţi rozeznáváme 3 vrstvy:   

epilimnium – tato vrstva je nejbohatší na biologické osídlení; metalimnium – vrstva je charakteristická úbytkem fytoplanktonu a kyslíku a vzrůstem oxidu uhličitého; hypolimnium – je to vrstva v nejhlubším prostoru nádrţe s nedostatkem kyslíku.

Průzkum kvality vody v lokalitě, kde se má daná vodárenská nádrţ realizovat, je nutno uskutečnit před vlastním návrhem nádrţe. Kvalita vody v přítoku se sleduje při minimálních, středních a povodňových průtocích po dobu nejméně 2 let. Vodárenskou nádrţ je vhodné navrhovat jako boční s moţností vyloučení průtoku znečištěných vod. Před průtočnými vodárenskými nádrţemi mohou být předřazeny nádrţe na zachytávání splavenin. Velkou pozornost je nutno věnovat předpokládané zátopové oblasti. Ze zátopové plochy je nutno vytěţit orniční vrstvu, stromy, keře a v některých případech i luční porost. Zemědělsky obhospodařované pozemky se před napuštěním nádrţe se nehnojí organickými a průmyslovými hnojivy alespoň 3 roky. Plochy, které pokrývá les se vytěţí, drobný odpad se spálí a popel se odveze na skládku odpadů, popř. se zapraví do půdy. Riziková místa hospodářských stavení, jako jsou hnojiště, ţumpy a septiky, se vytěţí a vyvezou. Vzniklé plochy se dezinfikují a zavezou sterilním materiálem. Součástí celkového řešení vodárenské nádrţe jsou pozemkové úpravy v blízkosti nádrţe. Při návrhu se vychází z poţadavků na maximální ochranu vodárenské nádrţe před zemědělským znečištěním z obhospodařovaných ploch v povodí nádrţe. Výše uvedeným poţadavkům je nutno přizpůsobit tvar pozemků, způsob orby, výběr pěstovaných plodin, agrotechnika apod. V povodí nádrţe je zakázáno pouţívat pesticidy. Vodárenské nádrţe se z části vyuţívají k chovu ryb, dříve byly vyuţívány ke sportovnímu rybolovu, který je dnes na vodárenských nádrţích zakázán. Odběry vody z vodárenských nádrţí se dělí na:  

gravitační odběry, odběry čerpáním.

Odběry umísťujeme do hlavní hráze nebo do boku nádrţe.

2011

74


Konstrukce a uspořádání objektů závisí na:    

velikosti nádrţe, odebíraném mnoţství, uspořádání a typu nádrţe, místních podmínkách apod.

Gravitační odběry se navrhují s konstantním nebo proměnným odběrem. U většiny vodárenských nádrţí se navrhují věţové odběry (obr. 77). Voda je odebírána z jednotlivých etáţí v závislosti na kvalitě vody v jednotlivých vrstvách. Věţový odběr je kombinován se základovou výpustí. Přístup na odběrnou věţ zajišťuje lávka. Odběry čerpáním jsou velmi časté. Čerpací zařízení umísťujeme:    

do nádrţe (jako součástí odběrné věţe), do boku nádrţe, na hlavní hráz, v návodním svahu hráze.

Na obr. 78 je znázorněn odběr vody čerpáním, umístěným v návodním svahu hráze. Odběrné zařízení je tvořeno šachticí se dvěma trubními odběry a uzavíranými šoupátkovými uzávěry.

Obr. č. 77: Odběrný věţový objekt vodárenské nádrţe

2011

75


Obr. č. 78: Odběrný objekt s čerpací stanicí; 1 – česle, 2 – stavidlo, 3 – ţaluziové síto, 4 – čerpací agregáty, 5 – výtlačná potrubí

2011

76


11 Speciální účelové nádrţe Do této skupiny účelových nádrţí řadíme nádrţe:     

poţární, hospodářské, skladovací, kanalizační, cisterny.

S těmito nádrţemi se setkáme především u obcí a menších měst, kde jimi kompenzujeme nedostatek vody pro protipoţární, zemědělské, zásobovací aj. účely.

11.1 Poţární nádrţe Poţární nádrţe slouţí jako zdroj vody pro protipoţární účely. Potřeba poţární vody a velikost nádrţe závisí na druhu budov a jejich uspořádání. Návrh velikosti poţární nádrţe vychází z:   

potřeby poţární vody, doby trvání poţáru (2 aţ 3 hod.), kapacity zdroje, který poţární nádrţ zásobuje.

Poţární voda musí mít potřebnou kvalitu, pokud ji nemá, musíme jí upravovat čištěním v usazovacích nádrţích, sítech, filtrech apod. Maximální vzdálenost poţární nádrţe od chráněného objektu nesmí přesáhnout 100 aţ 300 m. Poţární nádrţe navrhujeme:  

otevřené, uzavřené.

11.1.1 Otevřené nádrţe Dělíme na upravené rybniční a hospodářské nádrţe a na speciální otevřené nádrţe. Hloubku nádrţí volíme 1,7 aţ 4,0 m. Sklon dna nádrţe směřuje ke kalové jímce. Sklon svahů nádrţe se navrhuje 1:1 aţ 1:2,5. Ke zpevnění svahů se pouţívá štěrkový pohoz, kamenná a betonová dlaţba, opevnění z monolitického betonu s dilatačními spárami vzdálenými od sebe 2 aţ 4 m. Půdorysný tvar nádrţí:   2011

nepravidelný (u upravených rybničních ), obdélníkový, čtvercový, kruhový aj. (u speciálních nádrţí) 77


Poţární nádrţe jsou vybaveny kalovou jímkou umístěnou v nejniţším místě nádrţe. Nad kalovým prostorem hloubky 0,5 m jsou osazeny česle. Ke vstupu do nádrţe slouţí schodiště. Vlastní nádrţ je nutno oplotit, popř. opatřit zábradlím. Na obr. č. 79 je uvedeno schéma obdélníkové poţární nádrţe. Při návrhu nádrţe je nutno pamatovat na moţnost příjezdu čerpacího zařízení nebo poţárního vozu.

Obr. č. 79: Schéma obdélníkové poţární nádrţe; 1 – nádrţ, 2 – kalová a sací jímka, 3 – schodiště, 4 – armaturní šachta

Obr. č. 80: Příklady uspořádání odběrných objektů poţárních nádrţí; a) poţární nádrţ s kolmou opěrnou zdí a s oddělenou sací jímkou; b) poţární nádrţ s příjezdovou rampou; c) poţární nádrţ s šikmými svahy a s oddělenou sací jímkou; 1 – kalová jímka, 2 – přívodní potrubí, 3 – sací jímka

2011

78


11.2 Hospodářské nádrţe Hospodářské nádrţe se budují u menších obcí a navrhují se jako víceúčelové, čtvercového, obdélníkového nebo lichoběţníkového tvaru. Nádrţ je vybavena výpustným zařízením např. poţerákem nebo šoupátkovou výpustí v kombinací s malým bezpečnostním přelivem, který umoţní průtok proplachovací vody. Dno i svahy jsou zpevněny dlaţbou z lomového kamene, v případě potřeby se i těsní. Sklony svahů nádrţe se navrhují min. 1 : 1. K napájení hospodářských nádrţí vyuţíváme povrchovou nebo dešťovou vodu, výjimečně vodu podzemní. Hloubka vody v nádrţi u poţárních nádrţí se navrhuje 1,6 aţ 2,0 m. Jako poţární nádrţ je moţno pouţít nádrţ s náplavou. Vstup do nádrţe je zajištěn prostřednictvím schodiště. Dno i svahy nádrţe se opevňují a těsní obkladem z monolitického betonu, nebo dlaţbou z lomového kamene na podkladní betonové vrstvy. Výpustné zařízení hospodářských nádrţí se navrhuje trubní s uzavíracím kalovým a trubním šoupátkem. Vtok do odpadního potrubí je chráněn mříţí (viz obr. 81).

Obr. č. 81: Schéma uspořádání výpusti a přelivu hospodářské nádrţe

11.3 Cisterny Cisterny jsou nádrţe slouţící k akumulaci dešťové vody, zachycené na střechách domů a zpevněných plochách. Navrhují se v místech, kde jiné zdroje vody nemají dostatečnou kapacitu. Cisterny se uplatňují k:   

zásobení pastvin, zemědělských provozů, závlaze menších ploch, ředění odpadů ze zemědělských provozů při hnojivé závlaze.

Dešťovou vodu můţeme vyuţít jako zdroj poţární vody za předpokladu dostatečné kapacity akumulačních prostor. Mnoţství vody, které můţeme získat z dešťových sráţek závisí na:  2011

velikosti jímací plochy, 79


  

ročním sráţkovém úhrnu (jeho velikostí a rozdělením), sklonu a povrchu sběrné plochy, výparu apod.

Dešťová voda vyţaduje před akumulací v cisterně čištění a úpravu. Uspořádání čistícího zařízení je zobrazeno na obr. 82. Dešťová voda se nejdříve přivádí do usazovacího prostoru a odtud přepadá do filtrační komory, z níţ odtéká do vlastní cisterny.

Obr. č. 82: Schéma cisterny s čistícím zařízením

Cisterna je řešena jako vodojem, opatřený vstupem a odvětráním. Kalový prostor úpravny se vypouští do kanalizace. Cisterny navrhujeme: 

podzemní,



povrchové.

Odběr vody z cisteren je řešen převáţně čerpáním, jen ve výhodných terénních podmínkách gravitačně. Ve vodárenské praxi se pouţívá tří typů cisteren:   

americké, ruské, benátské.

Cisterna amerického typu (obr. 83a ) se skládá z akumulační nádrţe na čistou vodu těsně přiřazené k pískovému filtru. Filtr má několik vrstev s různým zrněním písku. 2011

80


U cisterny ruského typu (obr. 83b) jsou vedle sebe řazeny tyto jednotky: odpadová komora, usazovací nádrţ, pískový filtr a nádrţ na čistou vodu. Za menších dešťů se přitékající, značně znečištěná voda (splaveninami) zachycuje pouze v první jednotce, odpadní komoře, a z té odpadá mimo cisternu. Teprve za většího deště vytéká voda z přívodního potrubí delším paprskem, který přivádí vodu zprvu k sedimentaci a pak k filtraci. V cisterně benátského typu (obr. 83c) má nádrţ na čistou vodu tvar šachtové studny osazené uprostřed prostoru filtru (s pískovou náplní). Voda přiváděná ze záchytné plochy prochází pískovou náplní a vtokovými filtry vtéká do studny, ze které se odčerpává do spotřebiště. Toto zvláštní uspořádání je prostorově velmi ekonomické a umoţňuje jednoduché zastřešení. Betonovou deskou je kryta pouze studna, kdeţto nad filtrem je násyp nahoře dláţděný.

Obr. č. 83: Cisterny pro dešťové vody; a) – americký typ, b) – ruský typ, c) – benátský typ

2011

81


12 Rekreační a okrasné nádrţe Rekreaci můţeme definovat jako soustavnou a periodicky se opakující zdravotně preventivní sloţku ţivotního prostředí. Z hlediska trvání můţeme rekreaci rozdělit na:   

kaţdodenní, krátkodobou, dlouhodobou.

Obvykle rekreace bývá spojená s potřebou volných ploch ať uţ na sídlišti nebo v krajině, s hygienickým, biologicky účinným a estetickým přírodním prostředím. Velmi kladný vliv na rekreační účinky má přírodní prostředí, pokud je jednou se sloţek vodní plocha.

12.1. Rekreační nádrţe Pro rekreaci se vyuţívají vodní plochy se stojatou i proudící vodou, přirozené a umělé vodní nádrţe. Vodní plochy přirozené a umělé působí esteticky a uspokojivě, umoţňují vykonávat více druhů rekreační činnosti, coţ je důleţité z hlediska péče o zdraví. Nároky na kvalitu rekreační vody jsou závislé na styku člověka s vodou. Rozlišujeme přímý a nepřímý styk člověka s vodou. Při hodnocení přírodních předpokladů pro rekreaci je třeba brát na zřetel:    

geografickou polohu, která podmiňuje teplotu vody v nádrţi a okolí, čistotu a zdravotní nezávadnost vody a okolí, mnoţství vody a velikost vodní plochy, její dostupnost.

Pro plnohodnotný pobyt u vody je nutno vybudovat další potřebná zařízení a sluţby mezi které patří:       

hygienické zařízení, šatny, zabezpečení záchranné sluţby, zajištění stravování a ubytování, půjčování sportovních potřeb, zajištění dopravy na dané místo, vybudování parkovišť atd.

Platí zásada, ţe rekreační místo má být přístupné jen pěšky.

2011

82


12.2 Přírodní koupaliště Přírodní koupaliště tvoří přirozená, neupravená vodní plocha toku nebo nádrţe. Z hlediska zakládání přírodních koupališť rozlišujeme vody:   

tekoucí, stojaté s ustálenou hladinou, stojaté s neustálenou (kolísající) hladinou.

Kvalita vody ke koupání je dána směrnicí EU 76/160/EHS, která stanoví dva systémy norem jakosti vod ke koupání:  

minimální závazné hodnoty, které musejí být povinně dodrţeny, přísnější směrné hodnoty, které by měly být dodrţeny,

nicméně splnění tohoto poţadavku není povinné. Členské státy jsou povinny sledovat jakost vody v oblastech určených ke koupání prostřednictvím pravidelného odebírání vzorků během sezóny a oznamování výsledků Evropské komisi. Jezera Jezera jsou přirozené vodní nádrţe vyplňující sníţeniny zemského povrchu. Z vodohospodářského hlediska se jedná o nádrţe, které nelze vypustit, proto sem patří i nádrţe vzniklé v důsledků lidské činnosti, např. zatopené lomy a nádrţe vzniklé po těţbě štěrku a písku. U nás jezera leţí v nadmořských výškách okolo 900 m n. m., a proto se nedají vyuţít jako přírodní koupaliště. Jako přírodní koupaliště jsou vhodné nádrţe vzniklé vytěţením štěrku. Jsou situovány v rovinném území s propustným štěrkopískovým podloţím a zaplňují se místní podzemní vodou z břehového pásma. Rekreační nádrţe Hlavním účelem rekreačních nádrţí je vodní rekreace včetně koupání. Jsou charakteristické malým kolísáním hladiny. Regulace odtoku z nádrţe je podřízena pouze zajištění minimálního průtoku vody pod nádrţí. Zřízení koupaliště ovlivňují přírodní podmínky mezi které řadíme: 

 

klimatické poměry – mezi základní charakteristiku patří průměrný počet letních dnů (počet dnů s teplotou T větší nebo rovnou 25 °C), dále průměrná teplota v červenci, sráţkový úhrn ve vegetačním období, počet dnů s průměrnou denní teplotou 10 °C místní klima – je nejvíce ovlivněno reliéfem terénu, jeho povrchem a zelení, antropogenní vlivy.

2011

83


Proudění vzduchu v okolí nádrţe velmi zvětšuje tepelné ztráty vody a tepelné ztráty lidského těla. Proto je nutno vodní plochy před účinky větru vhodně situovat a chránit nadzemními objekty nebo větrolamy. Teplota vzduchu v okolí nádrţe závisí na ohřívání zemského povrchu slunečním zářením a na albedu povrchu, jehoţ účinkem se mění jeho teplota. Proto je vhodné budovat nejen travnaté plochy, ale i písčité a dláţděné plochy v poměru 3:2:1. Optimální vlhkost v okolí nádrţe by se měla pohybovat v rozmezí 40 – 70 %. Čistota ovzduší v okolí nádrţe hraje významnou roli, jelikoţ jí je moţno ovlivnit lidskou činností. Maximální výška prašného spadu by neměla překročit hodnotu 150 t·km2 za rok. Velmi významný vliv na znečištění ovzduší má členitý terén, který umoţňuje tvoření inverzních ploch, a tím je příznivý pro akumulaci škodlivých látek. Pro rozptyl nečistot jsou proto nepříznivé doliny a hluboká údolí. Hodnota hluku pro odpočinkové plochy by neměla překročit 50 dB. Největší přípustná hladina hluku by neměla být dodrţena pro odpočinkové plochy, které mají být na koupališti nejklidnějším místem. Naopak mezi rušné plochy koupaliště můţeme zařadit vodní plochu, sportovní hřiště a dětská brouzdaliště, kde hluk dosahuje hodnoty 60 aţ 80 dB. Mezi účinný způsob ochrany proti hluku patří vybudování různých druhů překáţek. Vhodným tlumícím účinkem je vybudování hustého ochranného pásu zeleně velké hloubky (min. 10 m), který je sestaven z několika řad stromů a keřů (výška stromů by měla být alespoň 5 aţ 7 m).

Obr. č. 84: Schéma vybavení přírodního koupaliště

2011

84


Hloubku koupaliště je nutno navrhnout tak, aby byli uspokojeni všichni zájemci tj. plavci, neplavci i děti. Celkový vodní objem koupaliště je tvořen hloubkami: 

20 % hloubkami od 0,00 do 0,80 m,



40 % hloubkami od 0,80 do 1,30 m,



40 % hloubkami od 1,30 a větší.

Dno koupaliště je nutno navrhnout tak, aby nedocházelo k náhlým výškovým změnám. Povrch má být písečný nebo ze štěrků bez ostrých kamenů. Při sklonu břehu > 30 % musí být přístup do vody zajištěn lávkami nebo molem s plovoucím zařízením.

12.3 Zásady návrhu okrasných nádrţí Okrasné nádrţe se většinou navrhují jako součásti parků. Snaţí se esteticky vyuţít systému vodní plochy. Vodní hladina působí jako dokonalá rovina s příznivou pohledovou základnou, násobenou iluzí vodního zrcadlení. Estetické vyuţití vodní hladiny se uplatňuje především v Japonsku. V Evropě jsou vodní plochy uplatňovány jak ve francouzkém tak i anglickém typu parku. Estetický význam rybníka v krajině je přímý, kde zlepšuje vzhled krajiny, a nepřímý, kdy napomáhá k jejímu zlepšení a ozdravení. V suchých podmínkách zlepšují rybníky vláhové poměry v okolí nádrţí a zvětšují tak podíl vegetace. V průmyslové krajině narušené lidskou činností, změkčují rybníky její tvrdý ráz. Aby rybníky a malé vodní nádrţe plnily estetickou funkci je třeba věnovat pozornost :     

vhodnému výběru místa a začlenění do krajiny, stanovení výšky hráze a velikost zátopové plochy, estetické úpravě svahů hráze, ochraně před abrazí břehů, pečlivému provedení pozemkových úprav v okolí nádrţe (rybníka).

12.4 Malé vodní nádrţe v sídlištích Malé vodní nádrţe v sídlištích jsou vyuţívány především pro mimořádný estetický význam. Navrhují se často jako uměle vyhloubené, různého tvaru a vhodně se začleňují do terénu. Návrhem výše uvedených nádrţí ve městě se snaţíme zachovat a udrţet přírodní prostředí a zvýšit tak jeho estetickou hodnotu. Vodní nádrţe ve městech můţeme vyuţít k asanaci ploch po těţbě štěrkopísku a jiných stavebních materiálů. V dnešní době se okrasné plochy navrhují i v okolí rodinných domů a mají různé moţnosti vyuţití.

2011

85


Při návrhu okrasných nádrţí, které nejsou zásobovány přítokem podzemní vody a mají plnit estetickou funkci, je nutno dodrţovat následující zásady:     

2011

zabezpečit konstantní výšky hladiny v blízkosti terénu, ozelenit břehy, zajistit dostatečnou hloubku nádrţí, zabezpečit regulovatelný přítok vody poţadované kvality, zajistit nepropustné dno i břehy nádrţe, aby nedocházelo k podmáčení okolí.

86


13 Doprava vody Stavby pro zásobování vodou byly budovány jiţ ve starověku, především v Egyptě, Babylónii nebo v Řecku. Velmi rozvinuté byly zejména byzantské stavby. Ve středověku došlo k výraznému úpadku v rozvoji vodárenství. K dalšímu rozvoji došlo na počátku minulého tisíciletí, kdy docházelo ke snaze o výstavbu vodovodů pro významná města. V současné době je pitná voda vnímána jako něco samozřejmého a nezbytného pro kaţdodenní činnost. Pro většinu lidí ve vyspělých průmyslových státech je naprostou samozřejmostí dostupná kvalitní pitná voda kdekoliv a kdykoliv, málo kdo však ví, jakou cestu musí tato voda urazit od zdroje ke spotřebiteli a jakým procesům musí být podrobena, abychom ji mohli označit jako vodu pitnou.

13.1 Základní pojmy ve vodárenství dle ČSN 75 0150

Vodárenská soustava - název pro zdroj vody a soustavu skupinových vodovodů, případně oblastní vodovod, zpravidla o velké kapacitě, zajišťující rozsáhlé území oblasti pitnou vodou. Vodovod - soubor objektů a zařízení, zpravidla zahrnující odběrný objekt, úpravnu vody, čerpací stanici, vodojemy, vodovodní řady a vodovodní síť, zabezpečující zásobování vodou. Skupinový vodovod - vodovod dodávající vodu odběratelům několika spotřebišť. Oblastní vodovod - skupinový vodovod nebo soustava vodovodů zásobující pitnou vodou zpravidla větší počet spotřebišť na rozsáhlém území. Vodovodní řád - úsek vodovodního potrubí včetně stavební části objektů určený k plnění určité funkce v systému dopravy vody.

13.2 Zásobovací systémy a stavby pro zásobování Zásobování vodou můţe být rozděleno na veřejné a individuální. -

Veřejné (hromadné) zásobování vodou

Zásobování pitnou vodou z veřejného vodovodu nebo vodárenského zdroje více jak 50 obyvatel. Zdrojem surové vody je zpravidla nádrţ nebo studna (ppř. vrt). -

Individuální zásobování vodou

Zásobování pitnou vodou uzavřeného okruhu spotřebitelů zpravidla z jednoho zdroje obvykle studny. Okruh spotřebitelů nepřesahuje 100 osob. Současný stav veřejného a individuálního zásobování obyvatel ČR pitnou vodou lze z údajů Statistického úřadu za rok 2009 charakterizovat následovně: 92,8 % obyvatel je zásobováno z veřejných vodovodů a 7,2 % obyvatel je zásobeno z individuálních zdrojů. 2011

87


Jak je zřejmé z grafu 1, počet obyvatel v České republice připojených na veřejný vodovod za 10 let vzrost o více neţ 10 %.

2009

2008

2007

2006

2005

2004

2003

2002

2001

2000

1999

1998

1997

1996

1995

1994

1993

1992

1991

1990

94 92 90 88 86 84 82 80 78 76 1989

[%]

Zásobování obyvatel z veřejného vodovodu

Graf č. 1: Znázornění růstu obyvatel napojených na veřejný vodovod (zdroj: ČSÚ)

Soubor staveb a zařízení pro dopravu vody má charakteristické části: -

zdroj vody a zajištění odběru (jímání), doprava surové vody k úpravně, úprava vody (můţe být vynechána, pokud jsou vlastnosti odebrané vody vyhovující), doprava upravené vody do distribučního systému odběratele (s čerpáním a akumulací), rozvod vody do míst odběru.

Obr. č. 85: Základní prvky a struktura vodovodu

2011

88


13.3 Zdroj vody a jímání vody Je pod pojmem „vodní zdroj“ rozumíme zdroj povrchové nebo podzemní vody, který je nebo můţe být vyuţívány pro různé potřeby společnosti. Pro zásobování vodou mohou být vyuţity povrchové i podzemní vody. K výrobě pitné vody nelze pouţít povrchové a podzemní vody libovolného charakteru. K výrobě můţe být pouţita voda, jejíţ hodnoty vybraných ukazatelů je moţné zařadit do kategorií A1, A2 a A3. Limitní hodnoty ukazatelů daných kategorií jsou uvedeny ve Vyhlášce Ministerstva zemědělství č. 428/2001 Sb., kterou se provádí zákon č. 274/2001 Sb., o vodovodech a kanalizacích pro veřejnou potřebu a o změně některých zákonů.

Zdroje surové vody: -

přirozené podzemní vody, umělé infiltrace, vodárenské nádrţe, přímé odběry z toků.

Při volbě zdroje surové vody nejdříve uvaţujeme o podzemní vodě (nejlépe průlinová či puklinová voda); rozhodující je ovšem vydatnost zdroje. Kde není moţnost vyuţití vod podzemních, vyuţívají se jako zdroj vody povrchové. Výhodou povrchových vod je snadné jímání a mnoţství, které značně převyšuje zásoby podzemních vod. Voda povrchová není odebírána pouze z vodárenských toků a nádrţí, ale i z běţných toků a jiných zdrojů, coţ ovlivňuje její jakost. Pokud volíme vodu povrchovou, je ve většině případů nutná umělá úprava vody, neboť u povrchových vod značně kolísá jakost (jak z hlediska fyzikálního, chemického tak i mikrobiologického). K ochraně jakosti a zdravotní nezávadnosti zdrojů podzemních nebo povrchových vod vyuţívaných nebo vyuţitelných pro zásobování pitnou vodou s průměrným odběrem více neţ 10 000 m3 za rok a zdrojů podzemní vody pro výrobu balené kojenecké vody nebo pramenité vody stanoví vodoprávní úřad ochranná pásma. Ochranná pásma se dělí na ochranná pásma I. stupně, která slouţí k ochraně vodního zdroje v bezprostředním okolí jímacího nebo odběrného zařízení, a ochranná pásma II. stupně, která slouţí k ochraně vodního zdroje v územích stanovených vodoprávním úřadem tak, aby nedocházelo k ohroţení jeho vydatnosti, jakosti nebo zdravotní nezávadnosti. Ochranné pásmo II. stupně se stanoví vně ochranného pásma I. stupně. Do ochranného pásma I. stupně je zakázán vstup a vjezd (to neplatí pro osoby, které mají právo vodu z vodního zdroje odebírat, a u vodárenských nádrţí pro osoby, které tato vodní díla vlastní). V ochranném pásmu I. a II. stupně je zakázáno provádět činnosti poškozující nebo ohroţující vydatnost, jakost nebo zdravotní nezávadnost vodního zdroje. [8] 2011

89


13.3.1 Odběrné objekty Povrchová vody se odebírá buď z vodních nádrţí nebo z vodního toku. Odběrné objekty jsou závislé na mnoţství odebírané vody, hloubce vody, místních podmínkách a dalších okolnostech. Při odebírání vody je nutné chránit odběrné objekty před účinky ledových ker a splavenin a zajistit alespoň určitý stupeň předčištění vody. Při odběru vody z hlubokých nádrţí je nutno respektovat biologické oţivení v nádrţi i chemické sloţení vody, které se odvíjí od jednotlivých hloubek. Z tohoto důvodu se vyuţívají tzv. etáţové odběrné objekty, které umoţňují odebírat vodu z nádrţí s nejvýhodnějšími vlastnostmi.

Obr. č. 86: Etáţový odběrný objekt: a) věţový objekt u návodní paty sypané přehrady, b) odběrné etáţe v tělese betonové přehrady

Při odběru vody z vodního toku se rozdělují na jímadla umístěná na dně koryta toku a jímadla břehová. Břehová jímadla se navrhují u vodních toků se stabilními břehy. Vtok vody musí být umístěn nade dnem, aby nedocházelo k víření naplavenin, a musí být opatřen česlemi.

Obr. č. 87: Dnový odběr z řeky

2011

90


Obr. č. 88: Břehové jímadlo

Při jímání podzemní vody se vyuţívají tzv. jímadla. Jímadla mohou být horizontální nebo vertikální.

Horizontální jímadla Mezi horizontální jímadla zařazujeme zářezy nebo galerie. Zářezy se vyuţívají při malé mocnosti zvodněných vrstev, na nepropustném podloţí v malé hloubce (do 5 m). Při velkém mnoţství odebírané vody se budují tzv. galerie.

Obr. č. 89: Jímací zářez

Vertikální jímadla – studny Studny musí být situovány v prostředí, které nesmí být během provozu znečišťováno, ani nijak dodatečně ohroţováno. Studny musí být umístěny a vybudovány tak, aby odběrem nesniţovaly vydatnost existujících zdrojů vody, v případě domovních studen by neměla být ohroţena vydatnost existujících sousedních studen. Umístění studen se navrhuje tak, aby nebyly ohroţeny záplavami. Plocha kolem studen do vzdálenosti 10 m nesmí být znečišťována a nejsou na ní dovoleny činnosti, které by mohly ohrozit jakost podzemní vody. 2011

91


Veřejná studna – studna veřejně přístupná pro zásobování obyvatelstva vodou. Veřejné studny musí být opatřeny tabulkou o zákazu znečišťování okolí studny. Neveřejná studna - studna veřejně nepřístupná, slouţící k zásobování vodou jednotlivých objektů (např. ubytovací a rekreační objekty). Domovní studna – neveřejná studna slouţící pro zásobování vodou jedné, výjimečně několika domácností. Vertikální jímadla jsou studny trubkové, trubní a šachtové. Trubkové studny přichází v úvahu pouze pro provizorní zásobování vodou. Jde o ocelovou trubku, která se zarazí pod hladinu podzemní vody. Provádí se zaráţením, zatlačováním nebo zavibrováním do zvodnělých vrstev. Zárubnice je zhotovena z bezešvých ocelových trubek. Na spodní části je zaráţecí hrot. Trubní studny se hloubí vrtáním a jsou v současné době nejrozšířenější pro jímání podzemních vod. Lze je vybudovat v jakýchkoliv horninách pro nejrůznější hloubky. Do vrtu se vkládají paţnice, coţ jsou roury vyztuţující vrt a zárubnice. Mezi paţnice a zárubnice se většinou sype porézní materiál - písek. Zárubnice umoţňuje přítok podzemní vody do studny a zároveň zabraňuje vplavování pevných částic. Zárubnice mohou být ocelové, litinové, kameninové, plastové apod. V neaktivní části je studna plnostěnná a nahoře je ukončena zhlavím, kde je umístěno uzavírací, kontrolní a měřící zařízení. Šachtové studny se poţívají ve zvláštních podmínkách, kde vrtání je z geologického hlediska velmi náročné a komplikované. Provádějí se většinou jako spouštěné a při menších hloubkách také jako kopané. Vnitřní průměr šachtové studny je nejméně 1,0 m a u domovních studen je její průměr nejméně 0,8 m. Plášť šachtové studny musí být vyveden do výšky alespoň 0,5 m nad upravený terén a utěsněn proti vnikání povrchové vody. Studny chráníme krytem, který nesmí být ze dřeva a musí být zajištěn proti posunutí. Šachtová studna spouštěná je studna, jejíţ plášť je budovaný postupně nad terénem se do horninového prostředí spouští za současného těţení materiálu zevnitř studny.

2011

92


Obr. č. 90: Spouštěná studna z betonových skruţí

1) odtokový ţlábek do jílového loţe

8)

vrstva kameniva – písku

2) odtoková mísa

9)

břit studny

3) krycí deska

10)

těsnící zálivka

4) betonové skruţe na cementovou maltu

11)

vodotěsné osazení stojanového čerpadla a utěsnění spáry krycí desky

5) dlaţba z kamene nebo betonových dlaţdic

H)

hloubka studny

6) jílové těsnění

d)

průměr studny

7) betonové skruţe kladené na sucho

Šachtová studna kopaná je studna, jejíţ plášť z prefabrikovaných skruţí nebo cihelného, kamenného popř. betonového zdiva se buduje odspodu v předem vyhloubené šachtě.

2011

93


Obr. č. 91: Kopaná studna zděná

1) odpadní potrubí

9)

obsyp

2) odkapová šachtice

10)

těsnící zálivka

3) krycí deska

11)

vrstva kameniva – písku

4) beton nebo zdivo z cihelných studňovek nebo kamene na cementovou maltu

12)

cementová omítka

5) dlaţba na cementovou maltu

13)

vodotěsné osazení stojanového čerpadla a utěsnění spáry krycí desky

6) jílové těsnění

H)

celková hloubka studny

7) beton s vtokovými otvory

d)

průměr studny

8) hlinitý dusaný zásyp

13.4 Úprava vody Hlavním hygienickým poţadavkem, kterému musí pitná voda vţdy vyhovovat, je naprostá zdravotní nezávadnost. Voda tedy nesmí nikdy obsahovat choroboplodné zárodky, ať jiţ patogenní bakterie nebo cizopasníky a jejich vývojová stadia, ani jedovaté látky v mnoţství, které by mohlo ohrozit lidské zdraví. Úprava vody zahrnuje souhrn procesů k dosaţení dané jakosti vody. Tyto procesy jsou prováděny v tzv. úpravnách vody. Při úpravě vody se pouţívají fyzikální, chemické a biologické procesy, kterými se z vody odstraňují neţádoucí látky a voda se upravuje tak, aby měla vhodné vlastnosti. 2011

94


Typy úpravy jsou voleny na základě zařazení surové vody do příslušné kategorie A1 aţ A3.

Tabulka č. 3: Typy úprav pro jednotlivé kategorie

Pro kategorii

Typy úprav

A1

Jednoduchá fyzikální úprava a dezinfekce, například rychlá filtrace a dezinfekce, popř. prostá písková filtrace, chemické odkyselení nebo mechanické odkyselení či odstranění plynných sloţek provzdušňováním.

A2 1)

Běţná fyzikální úprava, chemická úprava a desinfekce, koagulační filtrace, infiltrace, pomalá biologická filtrace, flokulace, usazování, filtrace, desinfekce (konečné chlorování), jednostupňové či dvoustupňové odţelezňování a odmanganování.

A3

Intenzivní fyzikální a chemická úprava, rozšířená úprava a desinfekce, například chlorování do bodu zlomu, koagulace, flokulace, usazování, filtrace, adsorpce (aktivní uhlí), desinfekce (ozón, konečné chlorování). Kombinace fyzikálně chemické a mikrobiologické a biologické úpravy.

Poznámka: 1

) Pro evidenci a hodnocení účinností úpravy vody se rozděluje tato kategorie na dvě podkategorie: a) jednostupňová úprava, b) klasická dvoustupňová úprava.

Při úpravě podzemní vody, která je zpravidla méně znečištěna je technologie úpravy jednodušší (obr. 92).

Obr. č. 92: Schéma úpravy podzemní vody: a) jednoduchá úprava s odkyselováním, b) úprava s odţelezováním a odmanganováním

2011

95


13.5 Přiváděcí řad Podle způsobu dopravování vody od vodního zdroje do spotřebiště se veřejné vodovody dělí na samospádové – gravitační nebo výtlačné.

13.5.1 Gravitační vodovod V systému samospádového vodovodu protéká voda přívodným potrubím bez přečerpávání. Gravitační vodovod musí mít vodní zdroj tak vysoko nad spotřebištěm, aby se voda mohla dostat pod předepsaným minimálním tlakem i do nejvzdálenějších poloh. Gravitační přivaděče z pramenů jsou v činnosti celý den, tj. 24 hodin.

13.5.2 Výtlačný vodovod Vodovod výtlačný se zřizuje tam, kde není moţno z prameniště (vodního zdroje) přivádět vodu do spotřebiště samospádem. Do vodovodního systému je na příhodném místě zapojeno čerpací zařízení – čerpací stanice.

Obr. č. 93: Schéma gravitačního vodovodu

2011

Obr. č. 94: Schéma výtlačného vodovodu

A) jímací objekt

A) jímací objekt

B) vodojem

B) vodojem

C) spotřebiště

C) spotřebiště

1)

čára hydrostatického tlaku

1)

čára hydrostatického tlaku

2)

čára hydrodynamického tlaku

2)

čára hydrodynamického tlaku

a)

přívodní řád

a)

sběrný řad

b)

zásobní řad

b)

výtlačný řad

c)

rozvodné řady

96


13.6 Čerpací stanice Čerpací stanice zabezpečují dopravu vody tam, kde není moţné dopravit vodu gravitačně. Čerpací stanice jsou budovány přímo u podzemních a povrchových zdrojů, kde čerpají vodu do úpraven nebo přímo do vodojemů. Čerpací stanice by měla být navrţena jednoduše, hospodárně a bezpečně. Výkon čerpací stanice závisí při dopravě maximálního denního mnoţství na počtu denních čerpacích hodin daných počtem agregátů. Z hlediska výškových poměrů, základových podmínek a způsobu dopravy rozlišujeme čerpací stanice na dva základní typy: -

podzemní, povrchové.

Podle hloubky hladiny čerpací stanice dělíme na: -

čerpací stanice s vertikálními nebo ponornými čerpadly, čerpací stanice s horizontálními čerpadly.

Z hlediska stavebního uspořádání dělíme čerpací stanice:

-

Čerpací stanice samostatné

Tyto čerpací stanice tvoří samostatný stavební celek a jsou navrhovány jako objekty u středních a velkých vodovodů. Armaturní komora, kde je umístěno sací a výtlačné potrubí, je pod podlahou strojovny. U menších objektů jsou armatury umístěny do ţlabů.

-

Čerpací stanice u akumulačních vodojemů

Čerpací stanice se situuje do míst, kde se voda přečerpává do vyšších tlakových pásem. Stavební uspořádání je obdobné jako u samostatných stanic.

-

Čerpací stanice nad studnou

Jde o menší objekt s malým počtem čerpadel. Navrhuje se u studní s hluboko zakleslou podzemní vodou.

-

Čerpací stanice nad akumulačními nádrţemi

Stavební uspořádání těchto čerpacích stanic je obdobné, jako u čerpacích stanic samostatných. Armaturní komora je navrţena nad nebo vedle akumulační nádrţe.

2011

97


-

Čerpací stanice u úpravny vody

Tyto čerpací stanice jsou nedílnou součástí celého objektu úpravny vody.

13.7 Čerpadla Čerpadla jsou stroje, které slouţí k dopravě tekutin (popř. kalů). Podle způsobu přeměny mechanické práce (čerpadlo je uvedeno do činnosti) na potenciální energii (čerpání vody, vytlačování) rozlišujeme čerpadla hydrodynamická a hydrostatická. Dělení čerpadel dle polohy osy: -

horizontální, vertikální.

Dělení dle umístění čerpadla: -

čerpadla v suché jímce, čerpadla v mokré jímce (ponorná čerpadla).

13.7.1 Hydrodynamická čerpadla Hydrodynamická čerpadla jsou čerpadla s nepřímou přeměnou mechanické energie v kinetickou a potenciální energii kapaliny. Ve vodárenství se nejvíce vyuţívají hydrodynamická čerpadla odstředivá a axiální.

a) Odstředivá čerpadla Odstředivá čerpadla dělíme na radiální a diagonální. U radiálního odstředivého čerpadla kapalina vstupuje do oběţného kola rovnoběţně s osou a vystupuje z oběţného kola kolmo k ose otáčení (radikálně).

Obr. č. 95 : Radiální odstředivé čerpadlo

2011

98


Do diagonálního odstředivého čerpadla vstupuje voda axiálně (rovnoběţně s osou) a vystupuje poloaxiálně (šikmo). Tato čerpadla tvoří přechod mezi radiálními odstředivými čerpadly a vrtulovými (axiálními) čerpadly.

b) Axiální čerpadla Do čerpadla axiálního (vrtulového) vstupuje voda na lopatky oběţného kola axiálně. Po průchodu vody kolem pokračuje voda opět axiálně.

Obr. č. 96: Axiální čerpadlo

13.7.2 Hydrostatická čerpadla Tato čerpadla přímo přeměňují mechanickou energii v potenciální hydraulickou energii. Hydrostatická čerpadla se ve vodárenství uţívají hlavně jako dávkovací čerpadla, například pro dávkování chemikálií (při desinfekci vody). Pro čerpání a dopravu vody se příliš nepouţívají.

13.8 Vodojem Vodojemy jsou důleţitou součástí zásobovacího systému a mají tyto základní funkce: -

2011

akumulační – hlavním cílem této funkce je vyrovnat nerovnoměrný odběr vody během dne s přítokem vody, tlakovou – jde o poţadavek, aby byl ve všech místech vodovodní sítě minimální hydrostatický přetlak (při minimální hladině ve vodojemu a maximálním odběru), požární a rezervní – zajišťuje předepsaný objem poţární vody, a objem potřebný při poruchách.

99


Při návrhu a provozování vodojemu se vychází z následujících norem:  

ČSB 75 5355 Vodojemy, ČSN EN 1508 Poţadavky na systémy a součásti pro akumulaci.

13.8.1 Základní pojmy

Maximální hladina - hladina vody v nádrţi vodojemu při odtoku vody přelivem. Minimální hladina - uvaţuje se na úrovni horní hrany konstrukce dna. Horní provozní hladina - 5 aţ 20 cm pod hranou přelivu, vymezuje horní úroveň vyuţitelného objemu vody v nádrţi. Dolní provozní hladina - stanovena dle účelu a funkce vodojemu.

Vyuţitelný objem vodojemu Je tvořen třemi dílčími akumulacemi: -

Ah – provozní akumulace, vyrovnává nerovnoměrnosti mezi přítokem vody a odběrem. Ap – akumulace poţární vody. Ar – rezervní akumulace vody pro případ poruchy.

13.8.2 Stavební konstrukce vodojemů Ze stavebního hlediska rozeznáváme dva typy vodojemů: -

zemní vodojemy věžové vodojemy

Zemní vodojemy Dno vodojemu je umístěno pod kótou terénu, nádrţe jsou zasypány. Zemní vodojem se skládá ze dvou akumulačních komor a armaturní komory. V případě malých vodojemů, jejichţ objem nepřekročí 250 m3 je moţné navrhnout pouze jednu akumulační komoru. Dělení zemních vodojemů dle půdorysného tvaru: -

2011

kruhové krabicové

100


Obr. č. 97: zemní vodojem s kruhovým půdorysem

Obr. č. 98: Krabicový vodojem

Věţové vodojemy Věţové vodojemy se pouţívají na rovinatém území, v našich klimatických podmínkách je nutné je izolovat. Mají pouze jednu akumulační komoru. Na výstavbu věţových vodojemů se vyuţívá ocel a ţelezobeton. Dělení věţových vodojemů dle tvaru: -

kulové – do objemu 250 m3 čočkovité – do objemu 1500 m3

Obr. č. 99: Věţový ţelezobetonový vodojem

2011

Obr. č. 100: Schéma kovového věţového vodojemu

101


Obr. č. 101 a 102: Věţový a zemní vodojem

13.8.3 Tlaková funkce vodojemu Tlak ve vodovodní síti se sniţuje s rostoucím odběrem vody a naopak k největšímu tlaku v síti dochází v noci, kdy je odběr vody v síti nejmenší. Tento tlak se blíţí tlaku vodního sloupce, jehoţ hladina je na stejné úrovni jako vodní hladina ve vodojemu. Vysoký tlak v síti má nepříznivý vliv, jelikoţ dochází k velkým ztrátám vody, ke kterým dochází při úniku vody z netěsnících spojů. Maximální dovolený tlak v síti nesmí překročit jmenovitý tlak trubního materiálu a maximální tlak vnitřního vodovodu je 60 m vodního sloupce (tzn - maximální přípustný tlak je 0,6 MPa, s výjimkou krátkých úseků, kde je uváděn tlak 0,8 MPa). V případech, kde jsou výškové rozdíly větší, je nutno zásobovací oblast rozdělit na tlaková pásma samostatnými vodojemy (obr. 103). Minimální tlak ve vodovodní síti je dán výškou zastavění (aby voda, která vytéka v nejvyšším podlaţí měla dostatečnou výtokovou rychlost). U jednopodlaţních budov je minimální tlak dán hodnotou 8 m vodního sloupce.

Obr. č. 103: Tlakové poměry v rozvodné síti

2011

102


V nejvýše poloţených místech se poţaduje minimální hydrodynamický tlak 0,15 MPa, na obvodu sídlišť 0,2 MPa. Tlakové poměry v přívodu a rozvodu vody je nutno zvaţovat ve stavu relativního klidu (tlak hydrostatický) a při návrhových průtocích (hydrodynamický tlak). Tlaky jsou ovlivňovány způsobem dopravy vody do vodojemu, umístěním vodojemu, proměnlivostí odběru apod.

Obr. č. 104: Varianty umístění vodojemu vzhledem k zásobované oblasti

a) Schéma umístění vodojemu před zásobenou oblastí. b) Věţový vodojem v centru zásobované oblasti, kam je voda čerpána.

Jde o velmi častou variantu. Řad mezi čerpací stanicí a vodojemem má funkci přiváděcího řadu a zároveň, pro část zásobené oblasti (před vodojemem) má funkci zásobovacího řadu.

c) Umístění vodojemu za zásobovací oblastí. Přiváděcí řad od čerpací stanice slouţí v podstatném úseku taky jako řad zásobovací. d) Hlavní vodojem před zásobenou oblastí a vyrovnávacím vodojemem za ní.

2011

103


13.8.4 Armaturní komora vodojemu V armaturní komoře jsou umístěny armatury a potrubí, které zajišťují funkci vodojemu. V minulosti byla na trubní materiál pro vystrojení armaturních komor vyuţívaná šedá litina, ocelová svařovaná potrubí, PE a PVC. V současnosti se pouţívá nerezová ocel. V armaturní komoře jsou umístěny potrubí, tvarovky, ovládací armatury, měřící zařízení a zařízení pro doplňkovou dezinfekci vody.

Potrubí v armaturní komoře:

-

Přívodní potrubí

Je osazeno uzávěry na přítoku do jednotlivých komor. Přítok vody je regulován uzávěry nebo ventily. Přívodní potrubí je v akumulační komoře vyvedeno nad maximální provozní hladinu.

-

Odběrné potrubí

Odběrné potrubí je umístěno u dna nádrţe a je opatřeno uzávěry na odběru z jednotlivých akumulačních komor a na odtokovém potrubí z vodojemu. Na odběrném potrubí je umístěn průtokoměr na měření odtoku z vodojemu.

-

Odpadní potrubí

Odpadní potrubí se vyuţívá při vypouštění vodojemu především při jeho čištění.

13.8.5 Návrh výpočtu akumulace vodojemu Při návrhu akumulace vodojemu se vychází ze třech dílčích akumulací: -

Ah – provozní akumulace, Ap – akumulace poţární vody, Ar – rezervní akumulace vody.

Provozní akumulace Provozní akumulace Ah se nejčastěji stanoví porovnáním přítoku a odběru z vodojemu. Ze součtové čáry rozdílů mezi přítokem a odtokem v jednotlivých hodinách se sečtou absolutní hodnoty největšího záporného a kladného rozdílu. Součet těchto dvou hodnot stanoví potřebný objem provozní akumulace vodojemu.

2011

104


Velikost provozní akumulace se pohybuje v rozmezí:

Ah = 15 % - 35 % Qm

[m3]

Akumulace poţární vody Návrh objemu akumulace poţární vody se stanoví ze vztahu:

Ap = 3,6 . Qp . t . n Qp

….

odběr poţární vody v l.s-1 z odběrného místa, pohybuje se v rozmezí 7,5 – 40 l.s-1,

t

….

doba v hodinách, po kterou je nutno zajišťovat odběr poţární vody, minimální hodnota 0,5; doporučená hodnota pro běţnou zástavbu jsou 2 hodiny,

n

….

počet odběrných míst, pro běţnou bytovou zástavbu se volí n = 1.

Rezervní akumulace Navrhuje se pro případ výpadku zdroje vody, případně poruchy na přítoku do vodojemu. Za běţný návrh se povaţuje vztah:

Ar = 50 % Qm

[m3]

Celková akumulace vodojemu Stanoví se ze vztahu: Ac = Ah + Ap + Ar

[m3]

Celková akumulace vodojemu musí činit minimálně 60 % maximální denní potřeby Qm.

13.9 Vodovodní síť Vodovodní sítě mají funkci dopravit k odběrateli potřebné mnoţství vody o potřebném tlaku. Vodovodní síť tvoří: - hlavní řady (jde o potrubí, která rozvádí vodu v jednotlivých pásmech či okruzích a nezásobují přímo odběratele), - rozváděcí řady (trubní síť bezprostředně rozvádějící vodu ve spotřebišti),

2011

105


- vodovodní řady (jednotlivá vodovodní potrubí s příslušenstvím, tj. s objekty vodovodní sítě), - domovní přípojky (napojené na rozváděcí řady a umoţňující převedení vody přímo k odběrateli). Podle půdorysného uspořádání trubní sítě ve spotřebišti lze rozlišovat dvě typické sítě. větevnou a okruhovou.

Větevná síť Ve větevné síti (obr. 105) jednotlivé vedlejší řady odbočují z hlavního zásobovacího řadu a z nich zase další uliční řady. K místům odběru je voda dopravována pouze jedním směrem, takţe při poruchách na potrubí mohou nastat velké provozní potíţe, jelikoţ je nutno uzavřít celou větev. V koncových tratích je nepatrný pohyb vody a dochází tudíţ často ke změně kvality vody a v zimě hrozí zamrznutí vody v potrubí. Tato soustava navrhuje jen v malých spotřebištích, kde by při dané zástavbě bylo propojení jednotlivých větví obtíţné a nákladné.

Okruhová síť V okruhové síti (obr. 106) je celý vodovodní systém prostřednictvím hlavních i vedlejších řadů účelně propojen, takţe do kaţdého místa spotřebiště se můţe dostat voda v potřebném mnoţství a také tlaku. Soustava poskytuje maximální bezpečnost, vyrovnává kolísající spotřebu vody a tlakové poměry. Dává moţnost později rozšířit trubní sítě města.

Kombinovaná síť Základem kombinované sítě je okruhová síť, ke které jsou připojeny dílčí sítě větevné.

Obr. č. 105: Větevná síť: 1) zásobní řad, 2) hlavní rozvodný řad, 3) rozvodný řad.

2011

Obr. č. 106: Okruhová síť: 1) zásobní řad, 2) hlavní rozvodný řad, 3) rozvodný řad.

106


13.9.1 Trubní materiály vodovodní sítě Všechny části vodovodní sítě, které jsou v kontaktu s pitnou vodou, musí být navrţeny a provedeny z takového materiálu, aby nedocházelo ke zhoršování kvality dodávané vody. K výstavbě vodovodního potrubí se pouţívají materiály kovové a nekovové (tab.4).

Tabulka č. 4: Materiály vodovodní sítě

Kovové trouby ocel

litina šedá

Nekovové trouby plastické hmoty

tvárná

PE

sklolaminát

beton

azbestocement

PVC

A) Litina šedá Litina je slitina ţeleza s uhlíkem a dalšími prvky. Litina sama o sobě nemá negativní vliv na kvalitu vody. Při kontaktu s vodou za nepřítomnosti kyslíku ale vede ke korozi litiny. V současnosti jsou trouby u výrobce chráněny na vnitřním povrchu výstelkou. Vnější povrch trub bývá chráněn sintronovou vrstvou a často bývá opatřen ještě povrchem asfaltovým.

Výhody:

Nevýhody:

-

odolnost proti korozi,

-

menší pevnost,

-

formovatelnost,

-

malá odolnost proti nárazům,

-

odolnost proti otěru,

-

nízká mez průtaţnosti.

-

schopnost tlumit chvění.

B) Litina tvárná Tvárná litina postupně nahrazuje litinu šedou.

Výhody:

2011

-

odolnost proti nárazům,

-

formovatelnost,

-

prodlouţení ţivotnosti,

-

odolnost proti otěru,

-

vysoká mez průtaţnosti,

-

schopnost tlumit chvění.

-

odolnost proti korozi,

107


C) Ocel Ocel je slitina ţeleza s dalšími prvky. Obsah prvků provázející ţelezo (tj. uhlík, křemík a fosfor) je malý. Ocelové trouby se vyuţívají především tam, kde je dosaţeno vysokého zatíţení a provozního tlaku. V současnosti se jiţ tento materiál nevyuţívá a dává se přednost jiným materiálům.

Výhody:

Nevýhody:

-

vysoká pevnost,

-

citlivá na korozi,

-

pruţnost,

-

nutná vnější i vnitřní ochrana.

-

houţevnatost,

-

odolnost proti únavě.

D) PVC Trubky z PVC jsou vyráběny z polyvinylchloridu, který neobsahuje změkčovadla. Označení: tvrdé PVC, neměkčené PVC, PVC-U. Trubky a tvarovky, které jsou dodávány na kompletaci systému dodávány, jsou opatřeny těsnícím krouţkem, coţ zaručuje při správné montáţi dokonalou těsnost.

Výhody:

Nevýhody:

- malá provozní drsnost (sniţuje náklady na přepravu tekutin, sniţuje se tendence k zanášení potrubí),

- citlivost na špatné provedení pokládky (poškození nárazem atd.),

- vysoká odolnost proti abrazi,

- pokles pevnosti s časem,

- zanedbatelná nasákavost,

- sníţení pevnosti při skladování na slunci.

- nízká hmotnost.

E) PE Polyetylénové vodovodní trubky jsou vyráběny z lineárního polyetylénu, typ PE 80 a typ PE 100. Barva trubek je modrá nebo černá s modrými pruhy. PE potrubí jsou určeny k dopravě vody o teplotě do 20°C. Při vyšší teplotě aţ do 80°C jsou nutné podmínky bez tlaku. PE potrubí se nedoporučuje pouţívat pro dopravu vody v zeminách silně kontaminovaných organickými látkami.

2011

108


F) Sklolaminát Trouby ze sklolaminátu (označované jako GRP) se vyznačují vysokou pevností, stálosti a nízkou hmotností. Podstatou materiálu jsou polyesterové pryskyřice, skelná vlákna a křemičitý písek. Sklolaminát je stálý v teplotním rozmezí -40 °C aţ 100 °C. Jsou také odolné proti ultrafialovému záření a mají dobré hydraulické parametry. Nevýhodou tohoto materiálu je nutnost pouţití daných tvarovek, které jsou vyráběny výrobcem.

G) Azbestocement V současnosti se trouby z tohoto materiálu nenavrhují a nevyrábí. Nevýhodami tohoto materiálu byly nízká pevnost v ohybu, prostupnost pro určité organické látky a nutnost pouţití litinových tvarovek. Hlavní nevýhodou materiálu byly škodlivé účinky na lidské zdraví vlivem uvolňování mikrovláken. Výhodami byly dlouhá ţivotnost a odolnost proti korozi.

H) Beton Na našem území byly z tohoto materiálu vybudovány některé vodovody (např. část skupinového vodovodu Kladno-Slaný-Kralupy-Mělník). Po více jako 20 letech provozu byly zaznamenány poruchy ve spojích a přechodech s jinými materiály. V současnosti se vyuţití ŢB trub nedoporučuje.

Výhody:

Nevýhody:

- vysoká pevnost a tuhost,

- vysoká hmotnost,

- vysoká odolnost proti namáhání.

- nesnadná instalace armatur, - citlivost na určité typy půd.

13.10 Vodovodní přípojky Vodovodní přípojka spojuje rozvodnou síť veřejného vodovodu s vnitřním vodovodem budovy nebo objektu. Jde o část vodovodního potrubí od rozváděcího potrubí po hlavní uzávěr vnitřního vodovodu, který je umístěn za vodoměrem. Veřejná část přípojky je součástí veřejného vodovodu. Kaţdá nemovitost má mít vlastní samostatnou přípojku. Pokud jde o velké objekty, potom je moţnost zvýšení jejich počtu se správou vodárny. Přípojka se pokládá kolmo k uliční čáře. V místě, kde potrubí prostupuje zdivem nebo základy, se musí přípojka opatřit chráničkou, která je dobře utěsněná na obou koncích. Celá vodovodní přípojka by měla být navrhována z jednoho druhu materiálu, u plastů z jednoho kusu, pokud to celková délka přípojky umoţňuje.

2011

109


14 Potřeba vody Potřeba vody (v oboru vodárenského zásobování a stokování) je plánovací údaj pro zajištění zásobování obyvatelstva, průmyslu a zemědělství vodou příslušné jakosti. Tuto hodnotu je třeba odlišit od spotřeby vody, čímţ máme na mysli mnoţství vody dodané odběratelům.

14.1 Základní názvosloví v potřebě vody Potřeba vody - mnoţství vody, které je potřebné pro zajištění dodávky vody pro odběratele. Stanovuje se výpočtem. Spotřeba vody - mnoţství vody skutečně odebrané z vodovodního zařízení za danou časovou jednotku. Specifická potřeba vody - mnoţství vody dodávané odběrateli za jednotku času, nebo potřebné na jednotku výroby za jednotku času. Udává se v litrech na osobu, resp. lůţko za den. Průměrná denní potřeba vody (Qp) - výpočtová hodnota získaná ze specifické potřeby vody násobením počtem příslušných jednotek. Maximální denní potřeba vody (Qm) - průměrná denní potřeba vody násobená součinitelem denní nerovnoměrnosti kd, který závisí na velikosti a charakteru spotřebiště. Maximální hodinová potřeba vody (Qh) - největší potřeba vody pod dobu jedné hodiny ve dnech s maximální denní potřebou. Vypočte se z maximální denní potřeby, která se vynásobí součinitelem hodinové nerovnoměrnosti kh.

14.2 Výpočet potřeby vody Všeobecně se potřeba vody mění podle klimatických poměrů (jaro, léto), podle ţivotního rytmu (pracovní dny, víkend) či pracovního vypětí a klidu (ranní a večerní špičky, pracovní směny, atd.) a podle místních poměrů. V minulosti se k výpočtu potřeby vody vyuţívaly směrnice (např. Směrnice MLVH č. 9/1973 nebo Metodický pokyn Ministerstva zemědělství pro výpočet potřeby vody z roku 1995. V současnosti jiţ není závazný ţádný předpis pro výpočet potřeby vody.

14.2.1 Výpočet dle Metodického pokynu ministerstva zemědělství ČR Tento pokyn byl zpracován na základě revize potřeb vody, tentokrát vyvolané přechodem z plánovaného hospodářství na trţní, kdy došlo ke zvýšení ceny vody a v důsledku toho k prudkému poklesu její spotřeby.

2011

110


14.2.2 Výpočet dle Směrnice MLVH ČSR a MZ ČSR č. 9/1973 Ačkoliv je tato směrnice stará a její doporučované hodnoty jiţ zdaleka neodpovídají současnému provozu, stále ještě nebyly zrušeny a v praxi se s nimi stále pracuje. Potřeba vody se vyčísluje podle zpracovaných územních plánů. U sídlišť, kde nejsou známy výhledové počty obyvatel a podklady pro výpočet vody pro zemědělství a průmysl, lze zvýšit potřebu vody vypočtenou podle současného stavu aţ o 20%. Při výpočtu se rozlišuje potřeba vody pro obytná pásma obcí, pro průmyslové závody a pro zemědělství a vychází se ze specifické potřeby vody, coţ je potřeba vody.

Při výpočtu se rozeznává: Občanská vybavenost – jde o souhrn ploch, objektů a vedení nevýrobního charakteru, která bezprostředně sloţí potřebám obyvatelstva v souvislosti s bydlením, jako jsou obchody, školy, kina, divadla, atd. Technická vybavenost - souhrn ploch objektů a vedení nevýrobního charakteru s převládající technickým rázem, nezbytným k provozu sídlišť, jako jsou inţenýrské sítě, čištění města, atd. Základní vybavenost obytné území - základní vybavenost je občanská a technická vybavenost, která slouţí pouze pro potřebu obyvatel příslušného území. Vyšší vybavenost obytného území - jde o občanskou a technickou vybavenost, která je vyuţívaná, kromě obyvatel vlastní obce, téţ obyvateli příslušného spádového území. Specifická občanská vybavenost - občanská zařízení, která se vyskytují nahodile.

14.2.3 Základní oblasti výpočtu potřeby vody Potřeba vody se určuje pro tyto základní oblasti: a) voda pro obytné pásmo obcí -

voda pro bytový fond voda pro občanskou a technickou vybavenost

b) voda pro zemědělství -

voda pro pracovníky v zemědělských podnicích voda pro hospodářská zvířata voda na závlahy

c) voda pro průmysl 2011

voda pro zaměstnance závodu (pití, umývání) voda pro provoz průmyslových závodů (technologická, chladící) 111


I) Výpočet potřeby vody pro obyvatelstvo Potřeba vody pro bytový fond QA1 = N.qA.10-3 N

[m3.den-1]

…. počet obyvatel se stejným vybavením bytů,

qA …. specifická potřeba vody (podle vybavení bytů) [l/osoba/den].

Tabulka č. 3: Hodnoty specifické potřeby vody pro bytový fond

Kategorie I

u bytů ústředně vytápěných s koupelnou a ústřední přípravou teplé vody

280 l.obyv-1.den-1

Kategorie II

u bytů s koupelnou, s lokálním ohřevem teplé vody

230 l.obyv-1.den-1

Kategorie III

u ostatních bytů připojených na vodovod, včetně bytů se sprchovým koutem

150 l.obyv-1.den-1

Kategorie IV

u obyvatel nepřipojených na vodovod, odebírajících vodu z uličních stojanů

40 l.obyv-1.den-1

Potřeba vody pro občanskou a technickou vybavenost Potřeba vody pro občanskou a technickou vybavenost (QA2) se vypočte jako součet základní a vyšší vybavenosti (Q1) a specifické vybavenosti (Q2). Základní a vyšší vybavenost: Q1 = Nc.q1.10-3

[m3.den-1]

NC …. celkový počet obyvatel (všichni obyvatelé v zásobované oblasti bydlící), Q1

…. specifická potřeba vody (podle vybavení obce) [l/osoba/den].

Tabulka č. 5: Hodnoty specifické potřeby vody pro občanskou a technickou vybavenost

A U venkovských obcí do 1000 obyvatel 2011

20 l.obyv-1.den-1 112


B 1000 aţ 5000 obyvatel

30 l.obyv-1.den-1

C 5000 aţ 20000 obyvatel

70 l.obyv-1.den-1

D 20000 aţ 1000000 obyvatel

125 l.obyv-1.den-1

Specifická vybavenost Do specifické potřeby vody se započítává potřeba vody, která není zahrnuta do základní a vyšší občanské vybavenosti. Bliţší specifikace je zahrnuta v příloze A a B dané směrnice. Q2 = NUJ . q2UJ . 10-3 NUJ

[m3.den-1]

…. počet účelových jednotek

Q2UJ …. specifická spotřeba vody ba účelovou jednotku (l.UJ-1.den-1)

II) Výpočet potřeby vody pro zemědělství Potřeba vody pro pracovníky (potřeba vody pro jednu směnu) QB1 = N. qB . 10-3 N

…. počet pracovníků,

qB …. specifická potřeba vody pro zaměstnance [l/prac./směnu]. Specifická potřeba vody pro zaměstnance se vypočte jako součet přímé a nepřímé (viz tab. 4). Nepřímá potřeba vody je členěna dle charakteru provozu.

Tabulka č. 6: Specifická potřeba vody pro zaměstnance

Nepřímá potřeba vody

Přímá potřeba vody

Horký a špinavý provoz

220 l.os.-1.směnu-1

Na pití

5

l.os.-1.směnu-1

Horký nebo špinavý provoz

120 l.os.-1.směnu-1

Na vaření

25 l.os.-1.směnu-1

Čistý provoz

50 l.os.-1.směnu-1

Potřeba vody pro zvířata (QB2) Je zadána konkrétní hodnotou na jedno zvíře. Specifická potřeby jsou uvedeny v tabulce č. 5. 2011

113


Tabulka č. 7: Specifická potřeba vody pro ţivočišnou výrobu

[l/kus/den] průměrná

maximální

dojnice, včetně ošetřování mléka a splachování

60

80

z toho třeba pro mléčnici

10

18

býci

50

70

telata

10

15

ostatní skot ve vazných stájích

25

35

ve volných stájích

20

35

prasnice se selaty

20

30

prasnice s kanci

15

20

selata od odstavu do 30 kg váhy

6

10

ostatní prasata

10

15

Koně

40

60

dospělé ovce a berani včetně ročků

8

10

jehňata

4

6

slepice

0,35

0,75

husa, kachna

1,2

1,5

perlička, krůta

0,8

1,0

Skot

Vepřový dobytek

Ovce

Drůbeţ chovaná ve výběhu

III) Výpočet potřeby vody pro průmysl Pro stanovení potřeby vody se uvaţují všichni pracovníci pracující přímo v závodě (nezapočítávají se pracující na montáţích, stavbách, mimozávodové dopravě apod.).

Technologická voda (QC1) 2011

je dána individuálně podle daného závodu.

114


Potřeba vody pro pracovníky (QC2) Viz II – potřeba vody pro pracovníky v zemědělství

14.2.4 Výpočet celkové potřeby vody Průměrná denní potřeba Qp pro obec XYZ se vypočte ze vztahu: Qp = Qob + Qze + Qpr

[l.den-1]

(Pozn. Pozor na dosazování jednotek)

Qob ….

[l/den] - průměrná denní potřeba pro obyvatelstvo:

Qob = QA1 + QA2

Qze ….

[l/den] - průměrná denní potřeba pro zemědělskou výrobu:

Qze = QB1 + QB2

Qpr

[l/den] - denní potřeba pro pracovníky v průmyslu:

Qpr = QC1 + QC2

….

Maximální denní potřeba Qm pro obec XYZ se vypočte ze vztahu: Qm = Qmob + Qmze + Qmpr [l.den-1] Qmob ….

[l/den] - maximální denní potřeba pro obyvatele, počítaná podle vzorce: Qmob = Qob. kd

kd

…. součinitel denní nerovnoměrnosti podle tabulky č. 6.

Tabulka č. 8: Součinitel denní nerovnoměrnosti

velikost obce

kd

do 1 000 obyvatel

1,5

1 000 - 5 000 obyvatel

1,4

5 000 - 20 000 obyvatel

1,35

20 000 - 100 000 obyvatel

1,25

Qmze ….

l/den] - maximální denní potřeba pro zemědělskou výrobu,

Qmpr ….

[l/den] - maximální denní potřeba v průmyslu.

2011

115


Poznámka: Denní potřeba vody v závodech s přetrţitým provozem se povaţuje rovnoměrná po všechny pracovní dny. Potom Qmpr = Qpr. V závodech s nepřetrţitým provozem je třeba týdenní průběh denní potřeby vyšetřit samostatně podle obsazení sobotních a nedělních směn, čili hodnota Qmpr se musí vyhledat samostatně. Na maximální denní potřebu vody se dimenzuje: - zařízení na odběr ze zdroje, - kapacita úpravny vody, - potrubí pro dopravu vody do vodojemů.

Maximální hodinová potřeba vody Qh pro obec XYZ se vypočte ze vztahu: Qh = Qhob + Qhze + Qhpr [l.hod-1] (Pozn. Pozor na dosazování jednotek)

Qhob

….

[l/h] - maximální hodinová potřeba pro obyvatele, počítaná podle vzorce:

Qhob = Qmob .kh kh

….

součinitel hodinové nerovnoměrnosti, který se pouţívá o hodnotě: kh = 1,8 aţ 2,1, přičemţ vyšší hodnoty se pouţívají u spotřebišť výslovně sídlištního charakteru.

Qhze

….

[l/h] - maximální hodinová potřeba pro zemědělskou výrobu, podle vzorce:

Qhze = Qmze .kh

Poznámka: V případě, ţe průběh potřeby vody pro ţivočišnou výrobu je známý a neodpovídá průběhu potřeby vody pro obyvatelstvo, vypočte se Qhze samostatně (bez pomoci kh). Qhpr

2011

….

[l/h] - maximální hodinová potřeba pro pracovníky v průmyslu.

116


Poznámka: Nejsou-li k dispozici podrobnější údaje, uvaţuje se Qhpr ve výši 50 % z hodnoty vypočítané pro příslušnou směnu po dobu 1 hod na konci směny. Zbytek potřeby se uvaţuje rovnoměrně rozdělený po celou směnu.

Celková maximální hodinová potřeba vody se pouţívá při: - návrhu čerpacích zařízení dodávajících vodu přímo do spotřebiště, - návrhu vodojemů.

Poznámka: Převodní konstantou 1/86400, nebo 1/3600 lze hodnoty vypočtených potřeb převést na jednotky [l.s-1].

2011

117


15 Armatury vodovodních sítí Spolu s čerpacími stanicemi, přechody přes řeku a vodojemy patří mezi objekty na vodovodních sítích i armaturní šachty s různými typy uzavíracích armatur. Armatury představují akční prvky potrubí a přejímají ve vodárnách, úpravnách vody, zásobnících sítí přepojovací, řídící a regulační funkci. Provozní bezpečnost, pohotovost a hospodárnost závisí na nasazení vhodných armatur, ty musí splňovat základní poţadavky:        

funkčnost dostatečná odolnost proti tlakovému zatíţení a silám v potrubí ovládání těsnost odolnost proti korozi příznivé hydraulické poměry hygienická nezávadnost snadná montáţ a demontáţ

15.1 Materiály armatur U pouţitého materiálu musí být prokázána vhodnost pro dané medium, tlak, teplotu, mechanické namáhání a vlivy okolí na řadu let. Pouţitý materiál také určuje trvanlivost armatury tj. její plnou funkčnost. Šedá litina byla první materiál, ze kterého bylo moţno varábět po technické a hospodářské stránce tělesa armatur pro vodárenství. Její dobré licí vlastnosti, chování při tuhnutí, moţnost volného tvarování a také dobrá korozivzdornost byly a stále jsou ideální vlastnosti materiálu. Nedostatek šedé litiny je lomová křehkost, proto se dnes vyuţívá převáţně tvárná litina. Pro vřetena a hřídele se dnes téměř výhradně pouţívá nerezová ocel. Pro těsnění se pouţívají převáţně elastomery (syntetický kaučuk) Uzávěry vodovodních potrubí se navrhují tam, kde je to z provozních důvodů potřebné a to např.:  

     2011

Na rozhraní zásobních pásem (tzv. pásmové uzávěry). V místech rozvětvení sítě (tzv. sekční uzávěry) - v místě styku více řadů se osadí tolik uzávěrů, kolik je řadů, menší počet je nutné konzultovat se správcem a provozovatelem vodovodu. Pro kříţení řadů je podle prostorových moţností přípustná jak tvarovka ve tvaru kříţe, tak dvě tvarovky T. V dlouhých ulicích bez odbočujících větví pro moţnost rozdělení řadu na více úseků (tzv. dělící uzávěry). U prostupu stěnou sdruţené trasy na obou stranách ( v zemi i ve sdruţené trase). Na zaokruhovaných řadech před i za odbočením přípojky, u níţ se nesmí přerušit zásobování vodou (např. nemocnice apod.). Na odbočkách pro podzemní a nadzemní hydranty. Na odbočkách výpustí do kanalizace. 118




Na odbočkách pro přípojky.

Na trasách vodovodních sítí se navrhují následující armatury:        

šoupata klapky ventily kohouty vzdušníky hydranty regulační ventily montáţní vloţky

15.2 Armaturní šachty Armaturní šachty se budují na vodovodních sítích pro ochranu a pro usnadnění přístupu k armaturám, dále pro manipulaci a kontrolu armatur. Šachty se navrhují tak, aby v nich umístěné vodovodní potrubí, armatury a ostatní příslušenství vodovodu byly dostatečně chráněné před mrazem. Armaturní šachty musí splňovat následující poţadavky, jak na stavební objekt, tak na vystrojení: 

     



    2011

Na řadech do DN 300 mm včetně se světlá výška šachty navrhuje min. 1,8 m, půdorysné rozměry se odvodí z podmínky, ţe mezi stěnou šachty a okrajem přírubového spoje má být ve všech směrech min. vzdálenost 0,2 m (u svařovaného spoje 0,3 m). Na řadech od DN 350 mm včetně se min. světlé rozměry šachty navrhují individuálně, s ohledem na provozní potřeby. Šachta musí být vodotěsná. Šachta musí být odvětraná přirozenou cirkulací vzduchu. Vstupní otvory musí být min. 0,6 x 0,6 m, jejich počet závisí na provozních potřebách. Rozměry manipulačních otvorů musí umoţňovat snadnou manipulaci armaturou. Kromě tvarovek a armatur na vodovodu musí být i ostatní vybavení šachet z nekorodujících materiálů (ţebříky, stupadla, ochranné koše ţebříku, manipulační lávky, zábradlí, úchyty potrubí apod. Únosnost poklopů ve stropní desce musí odpovídat třídě zatíţení v místě šachty, musí být uzamykatelné, nepropustné, v případě nutnosti opatřené tepelnou izolací. V nezpevněném terénu se vyvedou 0,3 m nad úroveň terénu, okolí poklopu bude zpevněno dlaţbou. Rozebíratelné spoje trub nesmí být zabudované do stavební konstrukce. Spoje litinových trub se v šachtách navrhují přírubové. Armatury musí být připojovány přes montáţní vloţky, Straubovy spojky apod., aby byla umoţněna jejich snadná výměna. Šachty mohou být vybaveny snímači zatopení, neoprávněného vstupu apod. 119




Návrh šachet musí být projednán s provozovatelem vodovodu.

Podle vystrojení šachty mohou být šachty :   

s uzávěrem (uzávěry ručně ovládané, s elektropohonem), vzdušníkové (automatické vzdušníky), vodoměrné (měření na řadech, na přípojkách, měření dočasných odběrů) s regulačními ventily.

Obr. č. 107: Plastová vodoměrná šachta DN 1000

Obr. č. 108: Armaturní šachta UW 3042

2011

120


15.3 Šoupátka Šoupátkoje armatura, která v otevřeném stavu uvolňuje celý průřez potrubí. Uzavírací těleso se pohybuje pravoúhle ke směru průtoku média. Hlavním úkolem je těsné uzavření průtoku. K utěsnění vřetene se pouţívá „ O“ krouţek. Popis jednotlivých části šoupěte je vyobrazen na obrázku č. 109.

Obr. č. 109: Schéma šoupátka: 1 – vřeteno, 2 - stírací krouţek, 3 - “O” krouţek, 4 - kluzné loţisko, 5 – víko, 6 - opěrný krouţek vřetene, 7 - zpětné těsnění, 8 - imbusový šroub, 9 - těsnění krytu, 10 - matice klínu, 11 - klín, 12 - těleso

Šoupátka se rozdělují a) podle těsnění uzávěru, b) podle typu konstrukce tělesa s ohledem na přípustné tlakové zatíţení, c) podle způsobu připojení šoupátka.

15.3.1 Rozdělení podle těsnění uzávěru Šoupátka kovotěsnící Tato šoupátka se dříve výhradně pouţívala jako uzavírací armatury, docházelo však k zanášení zahloubení ve spodní části tělesa a při následném uzavření docházelo k netěsnostem. Z tohoto důvodu se dnes postupně přechází na měkkotěsnící šoupátka. Kovotěsnící šoupátka se pouţívají u potrubí s vyššími tlaky od 25 bar ( 2,5 MPa), zejména u vypouštěcích potrubí, která jsou většinu času uzavřena. 2011

121


Obr. č. 110: Šoupátko kovotěsnícíze šedé litiny

Šoupátka měkkotěsnící V dnešní době se téměř výhradně pouţívají měkkkotěsnící vodovodní armatury. K utěsnění se pouţívá plastoelastický konstrukční prvek, nemají zahloubení a mají hladký kruhový průtok. Nevýhodou takto těsněných armatur je místně rozdílný plošný tlak a účinnost těsnění. Elastomery podléhají trvalé změně tvaru a jejich vlastnosti se mění v závislosti na provozních podmínkách a stáří. Výhodou je konstrukce bez zahloubení, kdy nedochází k zanášení tohoto zahloubení a schopnost elastomeru vyrovnávat mírné deformace tělesa armatury.

Obr. č. 111: AVK šoupátko měkce těsnící, stavební délka F4

2011

122


15.3.2 Rozdělení podle typu konstrukce tělesa s ohledem na přípustné tlakové zatíţení

Plochá šoupátka Plochá nebo také noţová šoupátka jsou uzávěry šoupátkového typu. Uzavírací orgán je vytvořen plochou hradící deskou, která je zasouvána do průtočného profilu. Hradící deska a její těsnící systém jsou ekonomicky konstruovány dle poţadované funkce revizních uzávěr (RNS) nebo uzávěr zavírající do průtokového média (FNS). Rozhodující předností těchto šoupátek je jejich krátká stavební délka a zanedbatelný ztrátový součinitel.

Obr. č. 112: Ploché deskové šoupátko: 1 – těleso, 2 – loţiskový kolík, 3 – vřeteno, 4 – deska, 5 – vedení desky, 6 – vřetenová matice, 7 – sloupek, 8 – šestihranný šroub, 9 – šestihranná matice

Oválná šoupátka

Obr. č. 113: Oválné šoupátko: 1 – těleso, 2 – srdce, 3 – těsnící krouţky, 4 – matice vřetena, 5 – vřeteno, 6 – víko, 7 – ucpávkové těleso, 8 – těsnění, 9 – víko ucpávky, 10 – jehlancový nástavec

2011

123


15.3.3 Rozdělení způsobu připojení šoupátka Přírubová šopátka Jsou šoupátka, která se napojují na vodovodní řád pomocí příruby, coţ je zesílený okraj tvaru mezikruţí opatřený otvory pro spojení šrouby s přírubou prvku, ke kterému se bude šoupátko montovat.

Obr. č. 114: Přírubové šoupátko

Hrdlová šoupátka Jsou šoupátka, která se napojují na vodovodní řád pomocí napojovacího hrdla. Toto hrdlo je opatřeno vystrojením specifickým pro daný materiál vodovodní sítě, viz obrázek 115.

Obr. č. 115: Šoupátko s hrdlovým výstupem pro litinové potrubí : 1 - rchní díl, 2 - těleso, 3 - vřeteno z nerez. oceli, 4 - klín, 5 - vedení klínu, 6 – matice klínu, 7 - pouzdro O-krouţků, 8 – “O”krouţek, 9 - zpětné těsnění, 10 - pojistný krouţek, 11 - stírací krouţek, 12 - těsnění víka, 13 - šrouby s vnitřním šestihranem, 14 - ochrana hran, 15 - kluzné podloţky, 16 - hrdlové těsnění

2011

124


Šoupátka se závitovým hrdlem Jsou šoupátka, která se napojují na vodovodní řád pomocí závitového hrdla. Toto hrdlo je opatřeno závity, napojovaný kus potrubí je opatřen převlečnou matkou (viz obrázek 116).

Obr. č. 116: Šoupátko se závitovým hrdlem

Nátrubková šoupátka a šoupátka z PVC

Obr. č. 117: Nátrubkové šoupátko z tvárné litany, PVC šoupátko

15.4 Uzavírací klapky Klapka je uzavírací armatura, u které se uzavírací těleso (talíř klapky) otáčí kolem osy napříč prouděním. V otevřené poloze stojí talíř klapky vodorovně nebo kolmo k ose potrubí a je obtékán.

2011

125


Klapky dělíme: a) podle způsobu připojení:  uzavírací klapka přírubová  uzavírací klapka mezipřírubová

b) podle uloţení talíře klapky:  uzavírací klapky s centrickým uloţením  uzavírací klapky s excentrickým uloţením  uzavírací klapky s dvojitým excentrickým uloţením

Obr. č. 118: Uzavírací klapka přírubová

Obr. č. 119: Uzavírací a regulační klapka mezipřírubová s ručním ovládáním

2011

126


1. excentricita

2. excentricita a Obr. č. 120: Uzavírací klapka s dvojitým excentrickým uloţením: 1. excentricita - osa ovladaciho hřidele je mimo osu těsněni taliře, 2. excentricita - osa ovladaciho hřidele je mimo osu průtoku

3 3 11

22 4

5

Obr. č. 121: Uzavírací klapka s dvojitým excentrickým uloţením (řez): 1- tělo, 2 – talíř, 3 – sedlo, 4,5 – hřídel, čep

15.5 Zpětná klapka Zpětná klapka zabezpečuje, aby nedošlo k opačnému proudění, neţ je poţadováno. Je to armatura průtočná pouze v jednom směru. Tato armatura je otevírána průtokem média a těsně uzavírána zpětným prouděním. Pouţívá se tam, kde je nutno vytvořit zábranu opačnému proudění vody, např. za čerpadlem, na přiváděcím řadu, za vodojemem, u vodoměru. Klapka při ztrátě tlaku uzavře vlastní tíhou průtok a je-li umístěna na konci potrubí, nazývá se koncová (ţabí). Zpětné klapky dělíme dle způsobu provozu na: a) Volně pohyblivé – pohyb uzavíracího elementu je řízen silami proudění.  zpětná klapka s výkyvným talířem 2011

127


  

zpětná klapka s otočným talířem membránový zpětný ventil zpětný ventil

b) Řízené – pohyb otevírání a zavírání je mechanicky řízen podle specifických kriterií zařízení. Řízené omezovače vyţadují pohon, který umoţňuje uzavírání z kaţdé polohy.

Obr. č. 122: Zpětná klapka: 1 – litinová klapka, 2 – těsnící krouţek, 3 – víko

Obr. č. 123: Ţabí klapka

15.6 Kulové kohouty Kulový kohout je uzavírací armatura, u které se uzavírací těleso otáčí kolem osy napříč prouděním a přes, které prochází medium při jeho otevřené poloze. Uzavíracím tělesem je koule, která je v tělese uloţena excentricky. V kouli je průchozí otvor, který má stejnou jmenovitou světlost jako je světlost připojení. Pootočením o 90°do otevřené polohy vzniká hladký potrubní průchod, který zaručuje bezporuchové proudění. Tyto armatury jsou vhodné pro vodu se sklony k inkrustaci a vysráţení usazenin a následné čištění „jeţkem“, tam kde nesmí být přerušováno proudění.

2011

128


5 4 3 2

1 Obr. č. 124: Popis kulového kohoutu: 1 - tělo kulového kohoutu, 2 - uzavírací koule, 3 - těsnění uzavírací koule, 4 - “O” krouţek vřetene, 5 - ovládací páčka

15.7 Hydranty Hydranty jsou armatury pouţívané pro odběr vody přímo ze zásobovací sítě. Vedle svého výlučného pouţití pro hasiče k hašení poţárů jsou dnes stále častěji nasazovány k provozním účelům ve vodárnách a pro odběr vody ve veřejném a soukromém sektoru. Vodárny pouţívají hydranty k proplachování, odvzdušňování, vyprazdňování, k tlakovému odlehčení u dílčích úseků, nouzovému odběru vody atd.

15.7.1 Podzemní hydranty Vyrábí se ve světlostech DN 80 a DN 100. Výhodou podzemních hydrantů je menší riziko poškození a jednoduchá instalace. Neomezují dopravu. Mezi negativa můţeme zařadit omezenou přístupnost parkujícími vozidly, nutnost stojanu pro odběr a obtíţné nalezení za ztíţených podmínek (sníh, bláto, atd.).

Obr. č. 125: Podzemní hydrant foto, tech. výkres: 1 – ventil, 2 – ventilová komora, 3 – těleso hydrantu, 4 – víko hydrantu, 5 – matice vřetena, 6 – těsnící objímka, 7 – korunová matice, 8 – výtokový nátrubek s ozubem, 9 odvodnění hydrantu

2011

129


15.7.2 Nadzemní hydranty Vyrábí se ve světlostech DN 80, DN 100, DN150 a ovládají se speciálním klíčem. Charakteristickým rysem nadzemních hydrantů je typický stojan stojící na zemi s přípojkami pro odběr. Jeho výborná lokalizace, rychlá přístupnost a pouţitelnost jsou velkými výhodami, naopak narušení dopravního prostoru či vyšší náklady na pořízení a údrţbu jsou jeho negativními stránkami.

Obr. č. 126: Nadzemní hydranty

15.8 Vzdušníky Vzdušníky jsou armatury, které se pouţívají k eliminaci vzduchu, který se hromadí na nejvyšších či jinak specifikovaných místech sítě. Jejich funkce spočívá v odvedení tohoto nashromáţděného vzduchu. Vzduch je často příčinnou poruch na vodovodním zařízení. Vzduchové kapsy mohou způsobit náhlé změny tlaku (tzv. „tlakové rázy“), které mohou vést aţ k závaţnému poškození potrubí. Potrubí je proto nutno odvzdušňovat a pokud moţno udrţovat bez vzduchu. Potrubní síť zpravidla nevyţaduje pouţití zavzdušňovacích či odvzdušňovacích armatur, je totiţ průběţně odvzdušňována odběrovými a domovními přípojkami. Zavzdušňovací a odvzdušňovací armatury se zpravidla umísťují tam, kde se očekává nahromadění vzduchu, a to v následujících místech: -

2011

Na geodetických výškových bodech potrubí Na hydraulických výškových bodech potrubí Na převyšujících výškových bodech potrubí U regulačních armatur Při změnách průřezu

130


Podle druhu provedení je dělíme na: a) ventily s plovákem,  jednokomorové (jednoduchý)  dvoukomorové (třícestný) b) talířové ventily zatěţované pruţinou, c) řízené pístové ventily.

Obr. č. 127: Malé zavzdušňovací a odvzdušňovací ventily ( DN 3/4„„ – DN 2„„ )

Obr. č. 128: Velké zavzdušňovací a odvzdušňovací ventily ( DN 80 – DN 200 )

2011

131


16 Objekty na stokové síti Stoková síť je tvořena: 

stokovými úseky,



objekty.

Objekty se navrhují pro zajištění správné funkce stokové sítě a pro bezpečné provádění všech potřebných prací při kontrole, čištění a údrţbě stok. Podle účelu dělíme stokové objekty na:                  

vstupní šachty, spojné šachty, spojené komory, rozdělovací komory, spádiště, skluzy, uliční vpusti, lapače splavenin, kanalizační přípojky, shybky, podchody pod dráhou a silničními komunikacemi, proplachovací objekty, odlehčovací komory, dešťové nádrţe, větrací zařízení, sněhové svrţe, výustní objekty, čerpací stanice.

Nejčastějším materiálem pro stavbu objektů na stokové síti je beton i ţelezobeton. Můţeme pouţít také materiály, jako jsou: kanalizační cihly, stavební dílce a další materiály obdobných uţitných vlastností jako je materiál stok. Vstupní otvory objektů na stokových sítí musí být vybaveny kruhovými poklopy, které musí být bezpečné proti vysunutí jedoucími vozidly. Na místech, na které nemají dopravní prostředky přístup, mohou být poklopy čtvercové s panty, o rozměrech minimálně 600 x 600 mm. Minimální vstupní otvor kruhových poklopů je kruh o průměru 600 mm. Na silnicích v extravilánu a na dálnicích nemají být šachty umístěny ve vozovce.

2011

132


OSAZENÍ POKLOPŮ V TERÉNU 

Poklopy podzemních objektů stokové sítě musí být navrţeny tak, aby v komunikačních plochách netvořily překáţku (nejvyšší přípustná odchylka můţe být - 5 mm pod okolní úroveň terénu a + 0 mm nad okolní úroveň terénu).



Poklopy mimo komunikační plochy mají naopak vyčnívat nad terén, v intravilánu 100 mm a v extravilánu 300 – 500 mm.



V zemědělských kulturách mají být označeny směrovou tyčí.

16.1 Vstupní šachty Vstupní šachty ne navrhují tam, kde se mění:    

směr nebo sklon přímých úseků stok, příčný profil nebo materiál stoky, na horním konci kaţdé stoky, v místě spojení dvou nebo více stok, pokud v těchto místech nejsou nahrazeny jiným objektem, který splňuje současně účel vstupní šachty.

Světlá výška manipulační části šachty od pochozího dna nebo podesty (lavičky) ke stropu manipulační části nebo k ukončení vstupní části DN 1000 je obvykle 1800 mm. Nejmenší výška při mělkém uloţení stoky můţe být 1000 mm. Vzdálenost dvou vstupních šachet v přímé trati průlezných a neprůlezných stok má být nejvýše 50 m, u průchozích stok budovaných ve výkopu je největší dovolená vzdálenost vstupních šachet 200 m. Výškové napojení průběţných stok v šachtách je plynulé (dno do dna). Vedlejší připojované stoky se napojují s převýšením (obvykle dnem do hladiny průměrného denního průtoku v hlavní stoce, nebo dle poţadavku provozovatele). V místě spojení stok a v místě směrového lomu nesmí být mezi směrem přítoku a odtoku úhel menší neţ 90°, s výjimkou spadišť. Odpadní vody se převádějí dnem šachty ve ţlábku šířky odpovídající šířce stoky, nebo kynety stoky a hloubky zpravidla h = 1/3 DN aţ 2/3 DN, popř. i na celou výšku profilu.

Vstupní šachta se skládá z částí: -

-

2011

Vstupní část (tzv. komín): - Kruhové prefabrikáty, Přechodový prefabrikovaný díl, Vyrovnávací věnec, Litinový poklop. - Pozn. Pokud je vstupní část vyšší neţ 10 m, řeší se vstup individuálně (např. točité schodiště). Manipulační část: - Kruhový tvar – min, půdorysný rozměr je 1000 mm,

133


-

- Obdélníkový tvar – půdorysný rozměr min. 800 x 1000 mm. Monolitický základ.

Obr. č. 129: Vstupní šachta kruhová ze ţelezobetonových skruţí (kótováno v cm) – [1] kruhové prefabrikáty, [2] přechodový prefabrikovaný díl, [3] vyrovnávací věnec, [4] litinový poklop, [5] manipulační část, [6] monolitický základ.

Obr. č. 130: Vstupní šachta Uponal DN 1000

2011

134


16.2 Spojné šachty Soutok stok se provádí ve vstupních (spojných) šachtách nebo spojných komorách. Připojení nebo spojení stok do jmenovité světlosti DN 400 včetně se provádí ve vstupní (spojné) šachtě (viz obr. 131) Spojení stok ve spojných komorách se pouţívá tam, kde se spojují stoky jmenovité světlosti DN 500 a větší (u nekruhových stok pro šířky 600 mm a větší), viz obr. 131. Ve dně je provedeno ţlábkové spojení jednotlivých stok, které musí být provedeno tangenciálně na směr hlavní stoky, tzn. úhel < 90°.

Obr. č. 131: A) Spojná šachta a B) Spojná komora

16.3 Lomové šachty Změny směru stoky se provádí: 

2011

U neprůlezných stok kruhovým obloukem ve vstupní šachtě nebo ve spojné komoře, popř. ve spadišti. Poloměr oblouku ţlábků v šachtě při změně směru nebo při napojení stok musí být < 0,75 D. V místě spojení stok a v místě směrového lomu musí být úhel < 90°. 135




U průlezných a průchozích stok se změna směru provádí obloukem. Poloměr oblouku je min. desetinásobek šířky stoky, menší pouze se souhlasem provozovatele. Vstupní šachta se pak umísťuje na začátek a konec oblouku.

16.4 Rozdělovací komory Rozdělovací komory mají ve stokové síti opačnou funkci neţ spojné komory. V těchto objektech se přítok do komory jednou stokou usměrňuje do dvou i více stok na odtoku z komory. K regulaci odtoku jednotlivými stokami za rozdělovací komorou se k ní často instalují také stavítka. Tím můţeme umoţnit odstavení jednotlivých větví pro případ revize nebo opravy.

16.5 Spadiště Spadiště je objekt, který umoţňuje strmý sklon terénu překonat stupněm ve dně stoky tak, aby nebyly nepřekračovány maximální moţné průtočné rychlosti ve stokách. Maximální dovolené výšky spadiště pro: 

DN 250 aţ DN 400

4 m;



DN 450 aţ DN 600

3 m.

Je-li stupeň vyšší neţ 600 mm, bezdeštný průtok (splašky) je sveden vertikální rourou min. DN 200 (DN300) vyústěnou na dno spadiště. Za přívalu protéká voda nejen obtokovou vertikální rourou, ale většina vody přepadá z horní stoky do vodního polštáře u dna spadiště. Část stěn i dno spadiště, vystavené nárazu dopadajících odpadních vod musí být vybavené pevným a odolným obkladem (např. ţulovou dlaţbou). Ten musí být součástí konstrukce, nikoli jen obkladem. Konstrukce spadiště se skládá z: 

běţné vstupní šachta,



přítokového potrubí,



vlastního spadiště,



odtokového potrubí.

2011

136


Obr. č. 132: Příklady spadišť

16.6 Skluz Skluzy se vyuţívají u strmých přímých úseků stok, kde by bylo budování kaskády spadišť velmi nákladné. Skluz je úsek stoky v šachtě se strmým sklonem a s průtokovou rychlostí 5 aţ 10 m·s-1. V odůvodněných případech, zejména u zvlášť dlouhých a strmých úseků, nebo při velkém průtoku odpadních vod, se skluz ukončuje objektem na tlumení přebytečné pohybové energie. Lze popř. pouţít ţelezobetonových rozráţečů ve dně komory. Dno skluzu se obvykle obkládá dlaţbou (obr. 133).

Obr. č. 133: Schéma kanalizačního skluzu

2011

137


16.7 Dešťové vpusti a lapače splavenin Dešťové vpusti jsou povaţovány za objekty, které zpravidla nejsou provozované provozovatelem kanalizace, ale jinými právnickými osobami. Např. uliční (dešťové) vpusti jsou součástí komunikačních staveb dle zákona č. 135/1964 Sb. Zřizují se pro odvodnění vozovek, chodníků, zpevněných ploch. Dešťové vpusti můţeme rozdělit na: -

uliční vpusť,

-

chodníková vpusť,

-

horská vpusť.

Zásady při návrhu dešťových vpustí: 

Platí ČSN 73 6005 [17], ČSN 73 6101 [18], ČSN 73 6110 [19], ČSN 73 6005 [14].



Na jednu vpusť se počítá 400 m2 odvodňované plochy.



Vzdálenost vpustí od sebe bývá cca 40 m, max. do 60 m. Je závislá na podélném sklonu komunikace, chodníku nebo zpevněné plochy, na návrhovém přítoku dešťových vod.



Hltnost vpusti se uvaţuje 10 – 25 l·s-1 v závislosti na sklonu terénu, údrţbě apod.



Osazují se v nejniţším místě odvodňované plochy (u obrubníku).



Na dálnicích a rychlostních komunikacích nesmí nýt umístěny v jízdních pruzích.



Hloubka – odpad musí být v nezámrzné hloubce a musí respektovat jiná podzemní vedení.



Neumísťovat na nároţí křiţovatek, na přechodech pro chodce a před vjezdy. Zejména však mimo stezky pro cyklisty.

16.7.1 Chodníkové vpusti Jsou vhodné tam, kde se poţaduje zachování plynulosti povrchu vozovky a také při malých sklonech odvodňovacích ploch. Vtok není z hora, ale z boku, při zachování minimální účinné plochy vtoku 0,025 m2. Setkáme se s nimi také u zastávek MHD. Schéma chodníkové vpusti je znázorněno na obr. 134.

2011

138


Obr. č. 134: Chodníková vpusť

16.7.2 Uliční vpusť Těleso uliční vpusti nemá být zatěţováno bezprostředně, zatíţení se má přenášet přímo na hutněné, pruţné podloţí. Při budování uličních vpustí je potřeba dodrţet jisté technické poţadavky, a to: 

vnitřní průměr 450 mm (u nás 500 mm),



max. zapuštění do vozovky 10 mm, na dálnicích 5 mm.

Uliční vpusť se skládá z: 

litinové mříţe s rámem,



koše na bahno,



podkladové konstrukce rámu,



tělesa vpusti,



odpadu na přípojku.

2011

139


Obr. č. 135: Schéma uliční vpusti

16.7.3 Horská vpusť Umísťuje se v místech strmých sklonů odvodňovaného terénu nad 8 %, dále tam, kde se očekává přítok dešťových vod z nezpevněných ploch, nebo v jiných otevřených příkopech. Rám dvojité mříţe se osazuje přímo na konstrukci tělesa výpusti. Navrhují se jako zděné, monolitické nebo prefabrikované šachty obdélníkového půdorysu s potrubím na odvodnění sráţkové vody bez pachové uzávěrky. Sedimentační prostor vznikne umístěním odpadu ve výšce 600 mm nade dnem vpusti.

Obr. č. 136: Schéma horské vpusti

2011

140


16.7.4 Lapač splavenin Navrhuje se zpravidla tam, kde přechází odvodnění extravilánu otevřenými příkopy do trubního systému. Lapač splavenin retarduje povrchový odtok, zachytí nečistoty před vtokem do stokového systému. Lapač splavenin musí být vybaven: 

česlemi,



sedimentačním prostorem,



prohlubní na zachycení splavenin (těţkých látek).

Obr. č. 137: Schéma lapače splavenin

16.8 Výustní objekty Výustní objekty jsou zařízení na vypuštění odpadních vod do vodního recipientu nebo nádrţí. Umísťují se většinou do ploch konkávních břehů s dostatečnou hloubkou vody a dostatečným proudem, aby nedocházelo k zanášení stok splaveninami z recipientu. Z výškového hlediska se doporučuje dno výpusti umístit nad hladinu Q355. Zahlcení výustních objektů nad max. hladinu stoky, případně po vrchol stoky je nepřípustné. Vyústění se provádí: 2011

gravitačně - je-li terén odvodňovaného území vysoko nad recipientem, 141


-

s opatřením proti zpětnému rázu – je-li odvodňovaný terén v inundačním pásmu,

-

přečerpáváním – je-li odvodňované území pod úrovní velkých vod.

Jako ochrana proti zpětnému vzdutí vody z recipientu se uţívá: -

zpětná klapka,

-

kanalizační uzávěr,

-

stavidlo.

Ochrana výustního objektu proti účinkům proudící vody se provádí dlaţbou z lomového kamene nebo kamenným záhozem. Ve výjimečných případech můţe být chráněn i štětovými stěnami.

Obr. č. 138: Příklady výustních objektů

16.9 Sněhové svrţe Sněhová svrţ bývá umístěna v komoře. Sníh je přiváţen vozidly a otvorem o průměru cca 800 mm shazován na plošinu v komoře. Pro pracovníky je plošina zpřístupněna schodištěm. Z plošiny se sníh shazuje do stoky, aby byl plynule odplavován. Svrţe byly umísťovány na stokách o velkém průměru, kde proudilo větší mnoţství poměrně teplé městské odpadní vody. U nás se jiţ nenavrhují, sníh se vyklápí přímo do vodoteče.

2011

142


Obr. č. 139: Schéma sněhové svrţe

16.10 Větrací zařízení Přirozené provětrání stokové sítě se děje za přívalových dešťů, kdy proudící voda strhuje a vytlačuje vzduch a plyn vznikající ve stokách. Umoţňuje nasávání vzduchu poklopy šachet a uličních vpustí. Za běţného provozu (za bezdeštného průtoku) jsou stoky větrány kanalizačními přípojkami, uličními vpustěni a otvory v poklopech šachet.

16.11 Čerpací stanice Potřeba čerpání odpadních vod je dána morfologií terénu, kde má být proveden návrh odvodnění. Mezi základní typy můţeme zařadit: 

plochý terén odvodňovaného území – při návrhu stokové sítě nelze dosáhnout minimálního sklonu stok;



koncepce společné čistírny odpadních vod pro několik obcí.

Odpadní vody je nutno čerpat na vstupní čerpací stanici v ČOV, neboť v mnoha případech je to jediný způsob, jak zajistit gravitační průtok čistírnou a odtok do recipientu. Poruchy čerpacích stanic na stokové síti mají být signalizovány do místa s trvalou obsluhou. 2011

143


Základní podmínky pro návrh výtlačných potrubí, pro kategorizaci, vybavení, strojní a energetické rezervy a projektování čerpacích stanic jsou dány v ČSN 75 6001 a ČSN 75 6221. Čerpací stanice můţeme rozdělit na: -

průběţné – na trase stok (sběračů),

-

koncové – přečerpávání odpadních vod do vodního recipientu neb do ČOV.

16.12 Kanalizační shybka Shybka na kanalizační síti je objekt, který umoţňuje převedení odpadních vod pod překáţkou (vodní tok, jiná stoka, kolektor, metro, komunikace apod.), kdyţ gravitačně je převést nelze. Kanalizační shybky z hydraulického hlediska dělíme na: 

shybky úplné – leţí-li strop shybky pode dnem přítokové a odtokové stoky viz obr. 140;



shybky neúplné – leţí-li strop shybky nade dnem přítokové a odtokové stoky viz obr. 141.

Horní zhlaví (komora) - tvoří vtokový objekt, přechod ze stoky do shybky. Před horním zhlavím bývá na shybce, na jednotné stokové soustavě umístěna odlehčovací komora. Ta umoţňuje nouzové odstavení shybky pomocí stavítka. Přítoková stoka před shybkou má být vedena ve směru shybky v délce desetinásobku DN u velkých profilů a dvacetinásobku u malých profilů, aby bylo zajištěno uklidnění hladiny. Dolní zhlaví (komora) - tvoří výtokový objekt, přechod ze shybky do stokové sítě. Výtok musí být uspořádán tak, aby nedocházelo ke zpětnému vzdutí v ramenech shybky. Dolní i horní zhlaví shybky umoţňuje revizi, čištění i údrţbu shybky.

TECHNICKÉ POŢADAVKY NA SHYBKY -

Materiál pro trubní část shybky (sestupné rameno, spojovací část, vzestupné rameno) je moţno pouţít stejný, jako pro stoky.

-

Minimální profil shybky je DN 200.

-

Sklon spojovacího potrubí je min 6 ‰ směrem k výstupnímu ramenu.

-

Sklon sestupného ramene je libovolný.

-

Sklon výstupného ramene je 1:5 nesmí být však větší neţ 1:3.

Podle počtu ramen se shybky dělí na jednoramenné a víceramenné.

2011

144


Obr. č. 140: Schéma úplné shybky

Obr. č. 141: Schéma neúplné shybky

16.13 Odlehčovací komory Odlehčovací komory se pouţívají k odlehčení směsi splaškových a dešťových odpadních vod z jednotné stokové soustavy. Na stejném principu pracují separátory, které rozdělují kromě průtoku odpadních vod i jejich znečištění. Konstrukčně musí být odlehčovací komora uspořádána tak, aby: 

oddělovala z celkového průtoku nad ní mnoţství, o které má být průběţná stoka odlehčena,



odlehčené mnoţství odpadních vod odváděla odlehčovací stokou do recipientu.

Odlehčení se děje nejčastěji přepadem přes přeliv, jehoţ koruna je umístěna nade dnem odlehčovacího koryta. Výška přelivné hrany přepadu odpovídá průtoku, při němţ má být odlehčovací komora uvedena v činnost.

2011

145


Základní typy odlehčovacích komor -

-

-

odlehčovací komory s přepadem přímým: -

přímý kolmý přepad,

-

přímý šikmý přepad,

-

přímý obloukový přepad,

-

přímý lomený přepad.

odlehčovací komory s přepadem bočním: -

boční přepad jednostranný s přímou hranou,

-

boční přepad jednostranný v oblouku,

-

boční přepad jednostranný se šikmou hranou,

-

boční přepad oboustranný se šikmými hranami.

odlehčovací komory se škrtící tratí s přepadem, odlehčovací komory s přepadajícím paprskem (štěrbinové), odlehčovací komory s horizontální dělící stěnou (etáţové), ostatní odlehčovací komory (s násoskou, stavítkem atd.).

16.13.1 Odlehčovací komory s přímým přepadem Odlehčování se provádí ve směru osy přívodní stoky. Rozdíl mezi jednotlivými typy je v orientaci přelivu na směr přítoku odpadní vody do odlehčovací komory.

Obr. č. 142: Odlehčovací komory s přímým přepadem

2011

146


16.13.2 Odlehčovací komory s bočním přepadem Směr odlehčování je odkloněn od směru přívodní stoky. U odlehčovací komory s bočním přepadem v oblouku se vyuţívá odstředivá síla proudící vody v oblouku, coţ má za následek zvýšení účinnosti bočního přepadu. Oboustranný přepad umoţňuje zkrácení přelivné hrany a tím i délku odlehčovací komory oproti jednostrannému přepadu.

Obr. č. 143: Odlehčovací komory s bočním přepadem

2011

147


17 Vybrané procesy pouţívané při čištění průmyslových odpadních vod 17.1 Adsorpce: Adsorpce je jev, ke kterému dochází na styku kapalné anebo plynné fáze s fází tuhou. Některé látky z výše uvedeného prostředí jsou přitahovány k povrchu tuhé fáze, při čemţ se na jeho povrchu hromadí. Tento děj nazýváme adsorpce. Adsorbované látky se nazývají adsorbát a adsorbující látka adsorbent. Koncentrace adsorbátu na povrchu adsorbentu je po proběhnutí adsorpce mnohonásobně větší neţ v prostředí, z něhoţ je látka adsorbována. Příčinou adsorpce jsou:   

mezimolekulární síly (van der Waalsovy) - fyzikální adsorpce chemická vazba - chemická adsorpce elektrické síly - iontová adsorpce

Fyzikální adsorpce je vratná, molekuly adsorbátu nejsou při ní vázány na určité místo povrchu adsorbentu a mohou tvořit i více vrstev. Děj opačný adsorpci se nazývá desorpce. Chemická adsorpce bývá nevratná. Adsorbovaná látka je při ní vázána na určitá místa povrchu adsorbentu, kde dochází k chemické reakci. Iontová adsorpce můţe být nevratná, jako je tomu např. u adsorpce kovových iontů na hydroxidech (ţelezitém, hlinitém) nebo vratná, kterou nazýváme iontovou výměnou. U většiny adsorpčních dějů se uplatňují různé typy adsorpce a jejich podíl na konečném výsledku je obtíţné přesně vymezit. V rovnováţném stavu, který se dostaví po určité době styku adsorpčního prostředí s adsorbentem dochází k rozdělení adsorbované látky mezi adsorbent a prostředí. Tento vztah vyjadřuje adsorpční izoterma, která se zjišťuje experimentálně.

17.1.1 Kinetika adsorpce Adsorpce je výsledkem na sebe navazujících dějů, a to: a) transportu látky k povrchu absorbentu, b) průnik do mikropórů částice, c) vlastní adsorpce.

U kontaktních nádrţí s vysokým stupněm promíchávání, zvláště pak při adsorpci ze zředěných roztoků a výměnné iontové adsorpci, je nejčastějším limitujícím krokem rychlost difuze v pórech, kdeţto u kontinuálních průtočných systémů, u nichţ prochází voda vrstvou adsorbentu, bývá časově limitujícím dějem rychlost difuze k povrchu částice.

17.1.2 Charakteristika adsorbentů Základními charakteristickými vlastnostmi adsorbentů jsou: 2011

148


-

zrnitost, charakterizovaná křivkou zrnitosti - sestrojenou jako závislost hmotnostního podílu částic menších neţ je určitá velikost ok síta k celkové hmotnosti absorbentu;

-

pórovitost, určená objemem pórů v hmotnostní jednotce látky [m3.g-1],

-

specifický povrch, udávající plochu povrchu hmotnostní jednotky adsorbentu [m2.g-1],

-

chemické vlastnosti, z nichţ má význam zejména polarita adsorbentu, určující do jaké míry bude ovlivňovat polarita adsorbátu schopnost jeho adsorpce. Čím je adsorbent polárnější, tím větší bude mít tendenci adsorbovat látky polárního charakteru a naopak čím je méně polární, tím menší vliv bude mít polarita adsorbátu na dosaţený výsledek adsorpce. Záleţí na poměru počtu polárních a nepolárních míst na povrchu adsorbentu.

17.1.3 Faktory ovlivňující adsorpci Vliv adsorbátu a rozpouštědla Adsorptivita látky se u homologických řad organických sloučenin zvyšuje s klesající rozpustností adsorbátu v roztoku, z něhoţ je látka adsorbována (pravidlo Lundelinovo). Proto např. vzrůstá adsorpce mastných kyselin na aktivním uhlí z vodného prostředí se zvyšujícím se počtem C-atomů v molekule (kys. mravenčí - kys. octová - kys. propionová - kys. máselná atd.), neboť rozpustnost uvedených látek se v této řadě sniţuje. Naopak při adsorpci z toluenu je pořadí opačné, neboť rozpustnost mastných kyselin se v tomto rozpouštědle s rostoucím počtem C-atomů v molekule zvyšuje. Adsorpce látek stejného typu na nepolárním adsorbentu roste s jejich relativní molekulovou hmotností (Mr) aţ do její určité výše, podle charakteru adsorbentu, zejména jemnosti jeho struktury. Velikost molekuly se za tímto maximem stává limitujícím faktorem pro průnik adsorbátu k povrchu mikropórů adsorbentu. Touto limitující hranicí relativní molekulové hmotnosti, nad níţ se adsoptivita látky sniţuje, bývá u aktivního uhlí cca 10000, u druhů s jemnou strukturou i niţší.

Vliv pH Nejsou-li v molekule adsorbátu přítomny charakteristické skupiny schopné disociace, nemá pH roztoku na adsorpci prakticky vliv. Obsahuje-li však adsorbát skupiny schopné disociace, má pH rozhodující vliv na adsorpci. Např. mastné kyseliny s počtem C-atomů v molekule od 4 do 8 se adsorbují z vodného prostředí na aktivním při pH< cca 4,0. V rozsahu pH od této hodnoty k cca 7 aţ 8 dochází k poklesu adsorpce aţ téměř k nulovým hodnotám. Z toho vyplývá, ţe se adsorbují jen nedisociované molekuly mastných kyselin, kdeţto u jejich disociovaných iontů k adsorpci nedochází. Také odstraňování mnoha barviv na aktivním uhlí se vzhledem k jejich charakteru obvykle provádí z kyselého prostředí. Opačně se chovají organické báze, které jsou naopak málo disociované v alkalické oblasti, v níţ se také adsorbují.

2011

149


Vliv teploty Vliv teploty na rychlost adsorpce je pozitivní, neboť se sniţuje viskozita kapaliny a zvyšuje se rychlost difuze. To má význam při adsorpci z plynného prostředí, kde je třeba dosáhnout rychle rovnováhy. Při adsorpci z kapalného (vodného) prostředí je tento faktor méně významný. Celkově adsorbované mnoţství látky se při zvyšování teploty poněkud sniţuje.

Výpočet absorpce: Koncentrace látky v roztoku po přidání absorbentu začne klesat, aţ se ustálí na rovnováţné koncentraci (cr). Velikost cr závisí na mnoţství látky, kterou odstraňujeme a na mnoţství absorbentu.

a

….

absorbované mnoţství,

c0, cr

….

koncentrace před a po adsorpci – její pro vyjádření pouţíváme stanovení CHSKCr, BSK5, TOC,

m

….

mnoţství absorbentu.

17.1.4 Způsob pouţití adsorbentu Způsoby s dávkováním adsorbentu Tento způsob se uplatňuje zejména při pouţití práškovitých adsorbentů. Adsorbent v tomto stavu je moţno dávkovat do upravované vody v promíchávané kontaktní nádrţi (reaktoru), z níţ se po určité době, potřebné pro dosaţení rovnováhy, nebo alespoň stavu této rovnováze blízkému, dispergovaný adsorbent separuje. Při tom lze pouţít sedimentaci, filtraci, centrifugaci apod. Jestliţe jsou za sebou řazeny dva nebo více takových stupňů, při čemţ do kaţdého reaktoru je dávkován čerstvý adsorbent, nazývá se proces dvou- příp. vícestupňový. Výhodou vícestupňového procesu je oproti jednostupňovému dosaţení lepší účinnosti, nebo při stejné účinnosti úspora adsorbentu. Ještě lepších výsledků lze dosáhnout protiproudovou adsorpcí, sestávající také ze dvou nebo více stupňů. Na rozdíl od vícestupňové adsorpce není do kaţdého stupně přidáván čerstvý adsorbent, ale adsorbent z následujícího stupňů je po adsorpci a separaci přidáván do stupně předchozího. Čerstvý adsorbent je přidáván pouze do posledního stupně. Tím je dosaţeno toho, ţe s ním přichází do styku jiţ poměrně čistá voda. Sorpční schopnost dosud nevyčerpaného adsorbentu je při tom vyuţívána jeho přídavkem do koncentrované vody. Provoz s dávkováním adsorbentu můţe být diskontinuální, u něhoţ můţe být kaţdý stupeň realizován jednou nádrţí, v níţ proběhne adsorpce a po ní separace sedimentací. Naproti tomu v kontinuálním provozu protéká voda reaktorem a adsorbent je do ní průběţně 2011

150


dávkován a také separační proces probíhá kontinuálně mimo reaktor. Při kontinuálním provozu je ovšem třeba počítat s tím, ţe molekuly vody odtékající z reaktoru, byly ve styku s adsorbentem různě dlouhou dobu, i kdyţ jejich průměrná doba zdrţení v reaktoru je podílem jeho objemu (V) a průtokového mnoţství za časovou jednotku (Q). U adsorpčního procesu se musí brát v úvahu i doba potřebná pro adsorpci, neboť tento proces je časový.

Dynamická adsorpce Za dynamickou adsorpci označujeme proces, při kterém roztok adsorbátu protéká v koloně (adsorbéru) nehybnou vrstvou granulovaného adsorbentu. Při průtoku vrstvou adsorbentu se látka adsorbuje v horní části kolony (pokud je průtok kolonou shora) a v dalších jejích částech protéká čistá kapalná fáze. Po určité době provozu se vytvoří situace, při níţ je v horní části kolony adsorbent zcela vysycen, k adsorpci zde nedochází a koncentrace látek ve vodě v tomto prostoru je shodná s koncentrací v přiváděné vodě. V dolní části kolony je naopak koncentrace adsorbovatelných látek v protékající vodě prakticky nulová. Mezi oběma těmito zónami se vytvoří přechodná zóna, v níţ směrem po proudu vody koncentrace adsorbovatelných látek klesá - nazývá se pracovní vrstva nebo adsorpční zóna. Místo, kde zóna přechází do čerstvého adsorbentu se nazývá čelo zóny.

17.1.5 Pouţívané adsorbenty Aktivní uhlí Mezi nejobvyklejší adsorbenty patří aktivní uhlí. Je povaţováno za adsorbent s převaţujícím nepolárním charakterem. Při adsorpci na něm se uplatňují především mezimolekulární síly, ale částečně i chemické vazby. Vyrábí se tepelným zpracováním organického materiálu, jako je hnědé uhlí, rašelina, dřevo, kosti aj. Při tom získává pórovitou strukturu, která sestává z malých grafitových krystalků a amorfního uhlíku. Jemná struktura dává předpoklad pro jeho důleţitou vlastnost podmiňující vysokou adsorpční schopnost, a tou je vnitřní povrch 400 aţ 1500 m2.g-1, výjimečně i více. U aktivního uhlí se rozlišují 3 skupiny velikosti pórů: · makropóry - průměr přes 25 nm · mezopóry - průměr 1 - 25 nm · mikropóry - průměr pod 1 nm

Aktivní uhlí se dodává ve formě prášku nebo granulí. Prášek se získá mletím produktu. Velikost částic je u něj 5 - 150 mm, lze však dodávat i jemnější nebo hrubší výrobek. Granulát je buď ve tvaru nepravidelných částic zbylých po mletí a prosetí nebo je formován lisováním. Nepravidelné částice mají velikost 0,25 aţ 5 mm. Lisování se provádí např. do tyčinek 0,8 x 4 mm. Práškové uhlí se pouţívá u způsobů s dávkováním adsorbentu. Tento způsob má výhodu v operativní moţnosti změny typu pouţitého adsorbentu a v realizaci, která nevyţaduje instalování kolon. Další výhoda, oproti granulovanému aktivnímu 2011

151


uhlí, spočívá ve větší rychlosti adsorpčního procesu. Nevýhodou je nutnost následné separace adsorbentu od kapaliny, v níţ je adsorpce prováděna a nemoţnost jeho regenerace. Granulované uhlí je pouţíváno v koloně, tedy v dynamickém procesu, a to z plynného nebo z kapalného prostředí.

Použití aktivního uhlí pro čištění odpadní vody V odpadních vodách lze pouţít aktivní uhlí k odstranění toxických a biologicky nerozloţitelných organických látek. Pouţívá se jednak práškové aktivní uhlí, které se dávkuje do aktivační nádrţe, v níţ v součinnosti s působením uvedeným výše stabilizuje proces a podporuje biologickou aktivitu systému. Tím se účinnost biologického systému zvyšuje. Moţné je i dávkování práškového aktivního uhlí do biologicky vyčištěné odpadní vody. Potom však musí následovat jeho separace, např. na pískových filtrech. Tento způsob lze pouţít např. pro vyrovnání účinků silně kolísajícího zatíţení biologického stupně. Granulované uhlí lze pouţít v koloně zařazené za biologickým stupněm čistírny městských odpadních vod pro dočištění odpadní vody. Jinou moţností jeho pouţití je při čištění fenolových odpadních vod.

Polymerní pryskyřice Jedná se o polymerní organické látky, při jejichţ výrobě lze ovlivnit strukturu pórů a tím i aktivní povrch, čímţ je moţno docílit i určité selektivity pro adsorpci organických sloučenin. Vyrábí se obvykle pod označením Amberlite-XAD. Jsou vhodné pro odstranění: aromatických uhlovodíků, chlorovaných uhlovodíků, fenolů, chlorovaných nebo nitrovaných fenolů, naftalenu a jeho derivátů, alkoholů a ketonů. Z uvedeného vyplývá, ţe polymerními pryskyřicemi lze účinné zachytit pesticidy (DDT, aldrin, endosulfan, chlordan, fenoxykyseliny aj.). Tyto sloučeniny lze odstranit na zbytkové koncentrace pod 1 mg.l-1, přičemţ účinnost adsorpce je závislá na druhu adsorbované látky. Ve srovnání s aktivním uhlím lze docílit vyššího efektu odstranění organických látek při podstatně větším zatíţení. Zatěţování se hodnotí podle objemových jednotek vody proteklé za časovou jednotku objemovým mnoţstvím adsorbentu [m3.m-2.h-1]. Zatímco u aktivního uhlí bývá 2 - 4 m3.m-2.h-1 , u polymerních pryskyřic lze pracovat se zatíţením aţ 10 m3.m-2.h-1.

Bentonit Výchozí surovinou pro výrobu bentonitu je kaolin, coţ je v přírodě přeměněný ţivec. Zahříváním kaolinu za tlaku v slabě alkalickém prostředí vzniká bentonit neboli montmorillonit sodný. Montmorillonity, coţ jsou v podstatě hlinitokřemičitany, lze pouţít jako iontoměniče (pro změkčování vody) a jako adsorbenty olejů, tuků a ropných látek. Zatímco pouţití montmorillonitů jako iontoměničů bylo vytlačeno účinnějšími ionexy na organické bázi, nachází jejich pouţití jako adsorbentů stále uplatnění. 2011

152


Jiné adsorbenty Méně účinné, zato však levné jsou adsorbenty, jako je koks a popílek, pouţívané např. k čištění fenolových odpadních vod. Také pouţití rašeliny se jeví jako perspektivní. Koks lze aplikovat vsádkovým způsobem nebo častěji v koloně, na jejíţ náplň se voda rozstřikuje. Při tom mohou spolupůsobit mikrobiální rozkladné děje, kterými jsou fenoly v aerobních podmínkách rozkládány. Pro uvedený účel se pouţívá koks z vysokotepelné karbonizace hnědého uhlí. U vsádkového postupu se koksový prach mísí s vodou v hmotnostním poměru cca 1:5. Koks adsorbuje vedle fenolů i mastné kyseliny, např. octovou. Regenerace koksu je moţná jeho zahřátím na teplotu 550 °C. Z popílků jsou pro adsorpci fenolů vhodné jen některé druhy z hnědého uhlí. Odpadní voda se smísí s popílkem, který se pak odstraní usazením. Popílek se neregeneruje ale skládkuje se. Vodu lze tímto postupem zbavit fenolů téměř úplně. V jiném postupu čištění fenolových odpadních vod se jejich suspenze s popílkem aeruje. Při tom se vícemocné fenoly přeměňují oxidačními pochody na sloučeniny podobné látkám huminovým a tyto se adsorbují na popílek.

17.2 Koagulace a flokulace Ve vodách jsou hlavními znečišťujícími látkami dva druhy nečistot. Rozpuštěné vysokomolekulární organické látky a nerozpuštěné koloidní látky. Koloidní látky se podle svého charakteru rozdělují na hydrofilní a hydrofobní. Obě skupiny těchto znečišťujících látek jsou látky, které z vody nelze odstranit přímo mechanickými procesy, jako je sedimentace filtrace, a to z důvodu, ţe se jedná o částice příliš malé, nebo mají nepříznivé fyzikálně-chemické vlastnosti. Pochod, při němţ se malé částice shromaţďují do větších útvarů (agregátů), aniţ při tom dochází ke zrušení fázového rozhraní mezi jednotlivými částicemi a disperzním prostředím a ke zmenšení plochy jejich povrchu, se nazývá agregace. Malé částice si zachovávají identitu, pouze ztrácejí kinetickou nezávislost – agregát se pohybuje jako celek (kinetická jednotka).

Obr. č. 144: Agregace disperzních částic

2011

153


Agregace, při níţ vznikají shluky volně vázaných částic, se nazývá flokulace. Je vratná – velmi mírným zásahem mohou být agregáty převedeny zpět na koloidní systém (peptizace). Mohou také přecházet na pevněji vázané shluky. Pochod, při kterém vznikají agregáty pevně vázaných částic (vzdálenost částic v agregátu je řádově rovna velikosti molekul), je označován jako koagulace. Koagulace není vratná (na rozdíl od flokulace) – vytvořený koagulát nelze bez vynaloţení dostatečně velké energie peptizovat – převést zpět na koloidní systém. Po dosaţení určité velikosti agregátů dochází k sedimentaci (podle rozdílu hustot dolů nebo vzhůru), coţ vede k zániku disperzního systému – jeho rozdělení na makrofáze. Není-li známa povaha agregátu, nebývají tyto termíny rozlišovány a často se pouţívá pouze termínu koagulace. Hlavními stabilizačními mechanismy, které brání agregaci částic do větších celků jsou dva: elektrická dvojvrstva - tento stabilizační mechanismus se uplatňuje především u nerozpuštěných hydrofobních koloidních látek. Hydrofobní koloidní částice nemají afinitu k vodnímu prostředí a vytvářejí vůči němu ostré rozhraní, které je rozhraním mezi kapalnou a pevnou fází. Koloidní částice na sebe působí dvěma druhy sil: a) přitaţlivou Van der Walsovou silou, b) odpudivou elektrostatickou silou, kterou na sebe působí shodně nabité částice.

Výsledná energie je potom součtem těchto sil. Jestliţe je velikost elektrického náboje dostatečně velká, vytvoří se nám energetická bariéra, která brání spojení částic. Pro překonání této bariéry je potřeba sníţit elektrostatické odpudivé síly, coţ je podstatou destabilizace koloidu a aglomeraci, při které dochází ke spojení částic. Stabilita hydrofobního koloidu je tedy závislá na velikosti elektrického náboje na povrchu koloidu. Jako příklad hydrofobního koloidu můţe být hydroxid ţelezitý vznikající hydrolýzou ţelezité soli. Na povrchu hydroxidu, který tvoří jádro koloidních částic, se adsorbují ionty Fe3+. Tyto ionty tvoří tzv. vnitřní iontovou vrstvu, která elektrostatickými silami přitahuje opačně nabité ionty vytvářející vnější elektrickou vrstvu. Vnější vrstva je sloţena ze dvou částí. První pevně ulpívá na koloidní částici a pohybuje se spolu s ní, stejně jako vnitřní vrstva, s níţ tvoří adsorbční dvojvrstvu. Druhá se označuje jako difusní vrstva, která neulpívá na povrchu koloidů a můţe se pohybovat s okolní kapalinou. Mezi roztokem a povrchem koloidní částice vzniká rozdíl elektrického potenciálu (U).V adsorbční vrstvě je tento pokles prudký a téměř lineární, v difusní vrstvě je potom pokles nelineární a méně strmý (obrázek 145). Potenciálový rozdíl mezi adsorbční a difuzní vrstvou (jinak řečeno rozdíl potenciálů, který vzniká v důsledku rozdílných nábojů vnitřní a vnější pevné vrstvy) se nazývá elektrokinetický potenciál nebo zeta-potenciál , pomoci něhoţ se určuje stabilita koloidů. Zeta-potenciál je statistická veličina, nemá stejnou velikost pro všechny přítomné koloidní 2011

154


částice, ale vykazuje prakticky u všech částic stejné znaménko. Hodnota zeta potenciálu  se obvykle pohybuje v rozmezí od 50-100 mV. Při hodnotě zeta-potenciálu větší neţ 40 mV je koloidní částice stálá, ke koagulaci dochází při poklesu zeta potenciálu pod 30mV. Snahou koagulačního procesu je přiblíţit zeta potenciál co nejvíce 0, kdy dochází k rychlé koagulaci.

Hydratační obal - tento stabilizační mechanismus se projevuje především u rozpuštěných hydrofilních makromolekul organických látek. Příčina agregátní stability těchto látek je zaloţena na tom, ţe ve své struktuře obsahují velké mnoţství hydrofilních silně polárních skupin. Dipóly molekuly vody, jakoţto silně polárního rozpouštědla, se prostorově orientují kolem těchto funkčních skupin a vytvoří kolem organické makromolekuly prostorově orientovaný hydratační obal (obrázek 146). Díky tomuto obalu se makromolekuly navzájem odpuzují a nekoagulují do větších celků. Snahou koagulačního procesu je neutralizovat náboj hydratačního obalu těchto látek.

Obr. č. 145: Elektrická dvojvrstva vzniklá na povrchu koloidní častice hydroxidu ţelezitého

2011

155


Obr. č. 146: Hydratační obal makromolekuly huminových látek

17.2.1 Destabilizace znečišťujících látek Jestliţe chceme dosáhnout koagulace znečišťujících látek do větších celků, je nutné omezit výše popsané stabilizační mechanismy. Potlačení těchto mechanismů lze dosáhnout : -

Změnou pH: cílem je převézt disociované látky na nedisociovanou formu, nebo alespoň disociaci potlačit. Tím se původně disociovaná funkční skupina převede na méně polární nedisociované formy, okolo kterých se vytváří tenčí hydratační obal a omezuje se tak stabilita makromolekuly.

-

Srážením: přídavkem vhodného chemického činidla se velké mnoţství ve vodě přítomných organických látek převede na nerozpustné sraţeniny. U těchto sraţenin se jiţ neuplatňuje stabilizace hydratačních obalem.

-

Přídavkem koloidů s opačným znaménkem povrchového náboje, kdy dojde k nábojovému vyrovnání původně přítomných částic nečistot a přidaného koloidu s opačným znaménkem. Vznikají elektroneutrální agregáty těchto dvou druhů částic, které se jiţ mohou dále spojovat do větších celků, schopných mechanické separace.

17.2.2 Pouţívané koagulanty a flokulanty Anorganické koagulanty Nejobvyklejšími anorganickými koagulanty jsou soli ţeleza a hliníku. Jejich přídavkem do vody dochází k hydrolýze za tvorby příslušných hydroxidů. Fe3+ + 3H2O = Fe (OH)3 + 3H+ Al3+ + 3H2O = Al (OH)3 + 3H+ Fe2+ + 2H2O = Fe (OH)2 + 2H+

2011

156


Hydrolýzou soli hliníku a ţeleza jsou uvolňovány ionty H+, čímţ dochází k okyselování roztoků. Není-li KNK (kyselinová neutralizační kapacita) dostatečně velká, můţe dojít k tak velkému poklesu pH, ţe nejsou vytvořeny optimální podmínky pro koagulaci. Potom musí být přidávána do roztoku zásada neutralizující vodíkové ionty, např. NaOH, Ca(OH)2 nebo Na2CO3. Obvyklými koagulanty pouţívanými při chemickém číření jsou: síran hlinitý Al2(SO4)3*18H2O,síran ţelezitý(obchodní název preflok) Fe2(SO4)3*9H2O, chlorid ţelezitý bezvodý FeCl3,chlorid ţelezitý hexahydrát FeCl3*6H2O,síran ţeleznatý FeSO4*7H2O.

Organické syntetické koagulanty Jedná se o organické sloučeniny kationtového charakteru o relativní molekulové hmotnosti 104 aţ 105. Jsou k dispozici jen ve vodném roztoku, jejich dávky jsou menší, a proto je menší i produkce kalu, který bývá poměrně hustý. Při čistění průmyslových odpadních vod bývají dávky 5-50 g.m-3 . Lze je pouţít úplně nebo částečně místo anorganických flokulantů, přičemţ neovlivňují pH roztoku.

Přírodní flokulanty Flokulanty jsou látky podporující tvorbu velkých, dobře usaditelných vloček. Pouţívají se v kombinaci s koagulanty. Mezi nejčastěji pouţívané flokulanty patří aktivovaná kyselina křemičitá, různé typy jílů (bentonit, kaolin), sráţený uhličitan vápenatý, křemelina, práškové aktivní uhlí a jemný písek. Mezi organické přírodní flokulanty patří algináty, např. alginát sodný vznikající z kyseliny alginové, škrob.

Syntetické organické flokulanty Jsou to sloučeniny sestávající z makromolekul, vzniklých asociací syntetických monomerů, z níţ některé nesou elektrický náboj nebo ionizovatelnou skupinu. Rozdělují se na aniontové, kationtové, neiontové podle toho jak jsou jejich funkční skupiny disociovány.

Proces agregace lze rozdělit na tyto na sebe navazující etapy: 1.

Dávkování chemikálií a jejich promísení s vodou pomocí mechanických míchadel, nebo vhodným dávkováním chemikálií do přívodního potrubí vody. Přitom proběhne hydrolýza koagulantů za vzniku koloidních částic.

2.

Neprodleně po promísení dochází ke koagulaci, to je destabilizací koloidního systému jiţ výše zmíněnými destabilizačními procesy

3.

Výsledkem destabilizace koloidního systému je flokulace, při níţ vznikají nejdříve mikrovločky, tato fáze se nazývá perikinetická flokulace. Trvá jen několik minut a v jejím průběhu je vhodné rychlé míchání disperze.

4.

V další etapě flokulace, kdy částice dosahují velikosti nad 1mm, dochází k jejich další

2011

157


agregaci za tvorby makrovloček. Tato fáze se nazývá ortokinetická, trvá 20-30 min. a v jejím průběhu nesmí být míchání příliš intenzivní, aby se vytvořené vločky nerozbily. 5.

Poslední etapou je oddělení vloček s adsorbovanými nečistotami od vyčířené vody.

Dávky koagulantů závisí na kvalitě čištěné vody a stanovují se empiricky koagulačním pokusem s odstupňovanými dávkami při sledování dosaţeného výsledku. Čistící účinky koagulace nejsou tak vysoké jako u biologických způsobů čistění. Dle BSK5 bývá čistící účinnost 60-70%, záleţí však na vlastnostech odpadní vody. Nevýhodou čířicího postupu je zasolování čištěné vody (přídavek síranu a chloridu). Vůči biologickým způsobům má však výhodu v tom, ţe je moţno čistit i odpadní vody obsahující toxické látky. Důleţitým faktorem při číření je pH prostředí. Ovlivňuje jednak tvorbu vloček kaogulantu, jednak má vliv na adsorbci koloidních částic na těchto vločkách.

17.3 Flotace Flotace je fyzikálně – chemický separační proces, pouţívaný k oddělovaní tuhé fáze (pro částice 0,1 – 2,00 mm) od kapalné, při kterém se nerozpuštěné látky spojují s mikrobublinkami plynů a vytvářejí flotační komplexy, jejichţ specifická hmotnost je menší neţ specifická hmotnost kapaliny. V důsledku toho stoupají flotační komplexy k hladině, ze které jsou odstraňovány. Metoda je vhodná pro odstranění nerozpuštěných látek, jejichţ specifická hmotnost je blízká specifické hmotnosti vody, a proto tyto látky nelze odstranit sedimentací, která probíhá pomalu nebo vůbec. Flotace je vhodná pro vody z papírenského, textilního (prádelny a barvírny), potravinářského (tuky) průmyslu, ze zpracování ropy, dále k oddělovaní vločkovitých kalů (vznikají při čištění zaolejovaných vod a stabilizovaných emulzí).

Obr. č. 147: Flotace

Při čištění průmyslových odpadních vod se uplatňuje především tlaková flotace (všechna nebo část odpadních vod je pod tlakem nasycena vzduchem, převedena do flotační nádrţe, kde vzduch rozpuštěný ve vodě expanduje za vzniku jemných bublinek (průměr 0,01 mm) a elektroflotace (elektrolýza vody za vzniku vodíku a kyslíku).

2011

158


Pro zlepšení účinnosti flotace lze před nebo do flotační nádrţe dávkovat roztoky běţných koagulantů a flokulantů.

17.3.1 Elektroflotace Proces vyuţívá elektrolýzy vody za vzniku vodíku a kyslíku (bublinky). Bublinky jsou jemné a při vhodném umístění elektrod (nejvýhodnější jsou katody ve tvaru síťky umístěné u dny flotační nádrţe) jsou rozváděny do celého objemu reaktoru (není potřeba směs míchat). Velikost bublinek závisí do jisté míry na tvaru pouţitých elektrod, účinnost flotace je závislá na velikosti a mnoţství bublinek. Pro dosaţení potřebného mnoţství bublinek je třeba pracovat s určitou proudovou hustotou (při překročení optimální hodnoty dochází k turbulenci a rozbíjení vloček). Další výhodou pouţití elektroflotace je nezávislost na teplotě čištěné vody. Rozlišuje se: Postup s rozpuštěnou (obětovanou) anodou -

Hliníkové, ocelové.

-

Během elektrolýzy se rozpouštějí, coţ má za následek vytvoření hydroxidů a fungují tedy i jako koagulační činidlo.

-

Flotační jednotka je sloţena ze tří oddílů, v jejichţ spodní části jsou uloţeny elektrody. V prvé sekci dochází k rozpouštění anody, tvořené hliníkovými deskami za vzniku Al(OH)3, který působí jako koagulant. Velikost dávky je závislá na znečištění přitékající vody a reguluje se proudovou husototu. Ve druhé sekci je jako anoda pouţita grafitová deska, nad kterou je umístěna mříţková katoda. Toto uspořádání zajišťuje vznik velmi jemných bublinek plynu. Ve třetí sekci jsou vertikálně umístěné grafitové anody a nad nimi opět mříţková katoda. Vertikální uloţení elektrod zaručuje dlouhý styk OV s povrchem elektrod.

-

Závaţným nedostatkem této metody – vznik třaskavé směsi vodíku s kyslíkem (schopné exploze v širokém rozmezí vzájemného poměru obou plynů).

Postup se stálými elektrodami z inertního materiálu -

Elektrody jsou stálé (nerozpustné) a koagulační činidlo nebo polymerní organický flokulant se dávkuje samostatně do OV dle stupně jejího znečištění.

-

Elektrolýzy se pouţívá pouze pro vytvoření bublinek kyslíku a vodíku  spotřeba elektrické energie je niţší neţ postup s obětovanou elektrodou i něţ u tlakové flotace.

-

Katoda – nerezová ocel, anoda – titan ) někdy se pro sníţení přepětí potahuje ušlechtilým kovem (např. paladiem), vkládané napětí 5 – 10 V.

-

Pro zvýšení bezpečnosti je katodový a anodový prostor oddělen diafragmami, takţe se kyslík a vodík odvádějí odděleně.

-

Výhodou je nezávislost na teplotě čištěné vody.

2011

159


17.3.2 Zařazení flotace do technologického procesu v ČOV 1. primární čištění ov -

česle, síta, lapáky štěrku a písku, lapáky tuků a olejů

2. sekundární čištění ov -

biologické čištění (biologická aktivace)

3. terciální čištění ov -

postupy sniţující zbytkové koncentrace organických látek (adsorpce na aktivním uhlí, výměna iontů, biologické rybníky)

Flotace se uplatňuje v primárním cyklu při odstraňování tuků a olejů (tenzidů, detergentů a dalších škodlivých látek). Uplatňuje se rovněţ v sekundárním čištění k zahušťování kalů. Kromě odstraňování znečištění z odpadních vod se flotace uplatňuje také k získávání uţitkových sloţek z odpadních vod.

Z hlediska řízení technologického procesu flotace rozlišujeme: -

flotace částic bez úpravy jejich velikosti a povrchu,

-

flotace s předběţnou úpravou velikosti částic flokulací nebo koagulací (flotoflokulace, flotokoagulace),

-

flotace k zahuštění a odvodnění kalů (flotoflokulační sedimentace).

17.4 Membránové procesy Základem těchto postupů jsou polopropustné membrány, propouštějící molekuly vody (disperzum), a podle typu membrány pak jen další částice určité velikosti nebo určitého elektrického náboje. V přírodě jsou takovými membránami buněčné blány organizmů. Pro účely uvedené níţe jsou vyráběny uměle. Polopropustné membrány jsou charakterizovány především velikostí pórů, které určují i velikost částic jimi procházejících. Jestliţe oddělíme polopropustnou membránou dva roztoky o nestejné koncentraci, příp. roztok s určitým obsahem dispergovaných látek (rozpuštěných i koloidních) od čisté vody, nastane prolínání vody do koncentrovanějšího roztoku, který se tím bude zřeďovat. Dispegované částice do zředěnějšího roztoku proniknout nemohou, neboť jim v tom brání membrána. Pokud by jí nebylo, došlo by po určité době k vyrovnání koncentrací v obou prostorách difuzí. V daném případě oddělených prostor membránou nařeďování roztoku o vyšší koncentraci pokračuje, roste jeho objem i hydrostatický tlak ph, aţ dojde k ustavení rovnováhy. Uvedený jev, který je výrazem snahy o dosaţení thermodynamické rovnováhy v obou oddělených prostorách nazýváme osmózou. Jejím kvantitativním vyjádřením je osmotický tlak. Jeho velikost po je přímo úměrná molární koncentraci dispergovaných částic a teplotě a je namířen proti koncentrovanějšímu roztoku. Ve stavu rovnováhy je osmotický tlak roven hydrostatickému přetlaku (po = ph). Jestliţe je koncentrovanější roztok podroben tlaku vyššímu, neţ je tlak 2011

160


osmotický, přechází voda z prostoru o vyšší koncentraci do prostoru o koncentraci niţší a dochází tak k dalšímu zakoncentrování částic v prvém prostoru. Někdy bývá k membránovým procesům zařazována i mikrofiltrace, neboť v některých případech je uspořádání procesu obdobné jako při ultrafiltraci. U mikrofiltrace však není filtrační přepáţkou polopropustná membrána. Jen nejjemnější mikrofiltry zachytí částice velikosti hrubé koloidní frakce. Podle typu filtrační přepáţky a pouţitého tlaku rozlišujeme následující tlakové membránové procesy (tab. č. 9). Tabulka č. 9: Jednotlivé membránové procesy

Proces

Velikost zachycených částic

Tlakový rozdíl

mikrofiltrace

> 0,1 m

0,1 – 0,4 MPa

ultrafiltrace

10 – 100 nm

0,5 – 1,0 MPa

nanofiltrace

1 – 10 nm

2 – 4 MPa

reverzní osmóza

0,1- 1 nm

(3) – 6 MPa

Hnací silou, která nutí ionty nebo malé molekuly procházet membránou, můţe být i jejich koncentrační spád. Při tom velké částice membránou neprojdou. Na tomto principu, jímţ lze v roztoku oddělit větší částice od menších, pracuje dialýza. Polopropustné membrány mohou být vyrobeny také na bázi ionexů. Ty nesou na své polymerní struktuře buď kladné náboje (anexy) nebo náboje záporné (katexy). Membránami ionexového typu difundují vedle molekul vody jen vodíkové ionty a anionty, neboť kationty s výjimkou H+, vázaných na molekuly vody vodíkovými můstky, jsou odpuzovány kladnými náboji membrány. Podobné membrány katexového typu propouštějí kromě molekul vody jen kationy a z aniontů pouze OH- , vázané rovněţ na molekuly vody vodíkovými vazbami. Kombinací membrán katexového a anexového typu vznikají membrány nepropustné pro ionty vůbec, tedy pro soli, kyseliny i zásady. Hnací silou, která nutí ionty procházet ionexovou membránou, můţe být elektrické napětí, jehoţ působením přecházejí kationty ke katodě (záporná elektroda) a anionty k anodě (kladná elektroda), přičemţ je provedena selekce iontů podle charakteru membrány. V tomto případě se mluví o elektrodialýze.

17.4.1 Membrány Membrány, jako aktivní separační rozhraní v membránových procesech, se mohou rozdělovat a třídit podle různých kritérií. Na základě chemického sloţení rozeznáváme membrány organické (polymerní) a anorganické. Starší generace polymerních membrán byla vyrobena na bázi přírodních polymerů (celulosa a její deriváty) a nyní se stále více uplatňují syntetické polymery, např. polysulfon, polyamid, polyetherimid, polyethersulfon, polyvinylidenfluorid, polytetrafluorethylen, které jsou chemicky a fyzikálně stabilnější (odolnost vůči organickým rozpouštědlům, pH, teplotě). Poslední generací jsou anorganické (keramické) membrány vyrobené z oxidů hliníku, zirkonu a titánu, silikátových materiálů, 2011

161


karbidů, zeolitů apod., které vynikají extrémní pevností a odolností. Podle struktury rozeznáváme membrány: - Isotropní (symetrické), které jsou na řezu homogenní, mohou být porézní i neporézní. - Asymetrické s hustou velice tenkou aktivní vrstvou, která membráně propůjčuje její separační vlastnosti. Aktivní i nosná vrstva jsou vyrobeny z jednoho materiálu. - Kompozitní – sloţené s více vrstev různých materiálů a rozdílné vrstvě, plnící zejména funkci drenáţe (odvodu permeátu), a vše je fixováno na nosné makroporézní podloţce (většinou tzv. netkaná textilie), která membráně propůjčuje dobré mechanické vlastnosti (pevnost, manipulovatelnost).

Pro hodnocení membránových procesů, a zejména membrán z pohledu kvalitativních a kvantitativních znaků, se pouţívají dva základní ukazatele: selektivita a propustnost (tok permeátu).

Selektivita udává schopnost membrány přednostně propouštět (preferovat) jednu sloţku z nástřiku, a tím vzájemně oddělit dvě či více sloţek. Selektivitu je moţné vyjádřit pomocí stupně zakoncentrování: β = ci (retentát) / ci (nástřik) Stupeň zakoncentrování (obohacení) - pouţívá se zejména u ultrafiltrace a vyjadřuje poměr koncentrace sloţky i v retentátu k její koncentraci v nástřiku. Tento jednoduchý vztah je vhodný zejména v těch případech, kdy produkt je membránou zadrţován a hromadí se v retentátu (koncentrátu) a jde o jeho zakoncentrování.

Propustnost membrány je definována jako rychlost toku permeátu vztaţená na jednotku plochy membrány a času (např. m3.m-2.h-1) – je brána jako výkonové kritérium procesu. Slouţí k porovnání propustnosti jednotlivých druhů membrán (výrobci udávají tyto hodnoty pro modelové roztoky separované za standardních podmínek), nebo k porovnání efektivity různých membránových procesů. U porézních membrán selektivita závisí na velikosti a uniformitě pórů. Čím jsou póry membrány jednotnější z hlediska velikosti a tvaru, tím se zvyšuje i tzv. ostrost separace. Na výkonu membrány kromě velikosti pórů, se významně podílí i porosita, která je definována jako poměr plochy (průřezu) pórů k celkové ploše membrány. U některých polymerních symetrických membrán dosahuje hodnot aţ 70 %, naopak u „jaderných“ membrán bývá maximálně 15 %. I přes značnou rozmanitost membránových separačních procesů lze definovat obecnou rovnici transportu látky přes membránu, podle které tok permeátu je přímo úměrný velikosti hnací síly procesu a ploše membrány a nepřímo úměrný odporu.

2011

162


Tok permeátu = (Hnací síla procesu x Plocha membrány )/ Odpor transportu částice

Charakteristika toků Pokud se podíváme na charakteristiku toků pro, většinu membránových procesů je typické uspořádání s tzv. příčným tokem („crossflow“ filtrace) neboli tangenciálním tokem, díky kterému nedochází k hromadění (akumulaci) zadrţovaného materiálu (částic, molekul, iontů) před membránou a tím i vytváření filtračního koláče. Na rozdíl od „tradiční“ filtrace při membránové filtraci se silným tangenciálním tokem nad membránou, je moţné proces výrazně prodlouţit a získat vyšší mnoţství permeátu. Z celé řady membránových procesů se uplatnily především elektrodialýza, reverzní osmóza a ultrafiltrace.

Elektrodialýza Elektrodialýza je elektromembránový proces, při kterém působí stejnosměrné elektrické pole na pohyb disociovaných sloţek solí ve vodném roztoku tak, ţe kationty pohybující se ke katodě jsou propouštěny kation výměnnými membránami a zadrţovány anionvýměnnými membránami, zatímco anionty přitahované k anodě, jsou propouštěny anionvýměnnými membránami a zadrţovány na kation výměnných membránách. Vhodnou kombinací kation- a anion výměnných membrán dochází k rozdělování iontů ve vstupním roztoku a vytváří se proud odsolený, tzv. diluát a proud koncentrovaný, tzv. koncentrát. Separace je tedy dosahováno vlivem elektrického pole a na základě rozdílné permselektivity ionexových membrán pro jednotlivé sloţky v roztoku. U obou elektrod cirkuluje tzv. elektrodový roztok (většinou roztok indiferentní soli, popř. vstupující zpracovávaný roztok), který zajišťuje pravidelné omývání jejich povrchu a neúčastní se elektrodialyzační separace. Cílem elektrodialýzy můţe být získávání produktů jen z jednoho typu roztoku (diluátu nebo koncentrátu), v některých případech jsou však kladeny kvalitativní poţadavky na oba produkty (zvláště při zpracování odpadních vod), např. kdyţ diluát musí splňovat podmínky pro vypouštění do vodoteče a koncentrát mít maximálně výhodné parametry pro další zpracování. Pouţití elektrodialýzy je v oblasti úpravy vod (odsolování brakických a povrchových vod, čištění důlních vod, odsolování vod po terciárním biologickém čištění); v průmyslu (čištění odpadních vod z galvanických lázní, čištění odpadních roztoků při výrobě hnojiv, separace anorganických a organických roztoků, čištění organických látek); v potravinářství (demineralizace syrovátky, stabilizace vína); ve farmacii (čištění fermentačních roztoků, čištění sér a vakcín).

2011

163


Obr. č. 148: Elektrodyalýza – schematické znázornění separačního procesu.

CM

….

ketexová membrána;

D

….

fluátová komora;

e1, e2

….

elektrodové komory;

AM

….

anexová membrána;

K

….

koncentrátor komora.

Reverzní osmóza Reverzní osmóza (RO) je jedním z řady membránových procesů, vyuţívajících k separaci látek rozpuštěných v kapalině semipermeabilní membránu, která je propustná pro vodu a zachycuje mikroorganismy, koloidy, ionty rozpuštěných solí i molekuly organických látek. Jedná se o prvotřídní technologii, která nachází uplatnění v mnoha oborech nejen z hlediska svých technických moţností, ale i s ohledem na další skutečnosti. Výhody pouţití reverzní osmózy: -

separace probíhá při teplotě, kdy nedochází k poškození termolabilních látek (separace bílkovin, enzymů, antibiotik),

-

za provozu reverzně osmotického zařízení nevznikají obtíţně likvidovatelné látky,

-

provoz RO stanic lze velmi efektivně řídit a kontrolovat moderními řídícími prostředky s vyloučením obsluhy.

2011

164


Příklady moţností pouţití reverzní osmózy: -

odsolování vody, sniţování obsahu solí (odsolování mořské vody, čištění brakických vod),

-

příprava velmi čisté vody (pro výrobu polovodičů a mikročipů, TV obrazovek, pro farmaceutický průmysl na přípravu infuzních roztoků, k výrobě antibiotik apod.),

-

chemický průmysl (ve výrobě pro zpětné vyuţití technologických vod, likvidace odpadních vod s moţností recyklování cenných komponent),

-

potravinářský průmysl (příprava varní vody v pivovarech, úprava ovocných a zeleninových šťáv, zpracování mléka, zakoncentrování syrovátky),

-

vodárny, teplárny, elektrárny (přídavná voda pro napájení kotlů klasických tepelných i atomových elektráren, recirkulace demineralizované chladící vody pro chladící věţe).

Ultrafiltrace Ultrafiltrace je vhodná pro zachycení částic od cca 5 mm do 0,1 mm, coţ odpovídá molekulám o relativní molekulové hmotnosti Mr od 10 000 do 100 000. Je tedy vhodná pro čištění koloidních roztoků, např. olejových emulzí, pro separaci hydroxidů kovů, vyloučených v koloidní formě apod. Principem separace je screeningový efekt, tj. mechanické zachycení částic větších neţ je velikost pórů. Nejčastěji jsou pouţívány asymetrické membrány s velikostí pórů 1 aţ 10 mm, sestávající z aktivní separační vrstvy, tloušťky 0,1 aţ 0,5 mm a silnější podpůrné vrstvy tloušťky 150 aţ 300 mm. Obě vrstvy mohou sestávat ze stejného nebo různého materiálu, zpravidla z polymerů. Moduly jsou trubkové, vinuté nebo z dutých vláken. Při pouţití ultrafiltrace a nanofiltrace a v některých případech i mikrofiltrace se uplatňuje cirkulační způsob provozu. Filtrované medium je pod tlakem proháněno modulem, při čemţ voda, případně v ní rozpuštěné částice velikosti menší neţ jsou póry membrány, procházejí touto membránou, jako permeát a jsou odváděny. Suspenze, příp. emulze je modulem nebo více za sebou řazenými moduly cirkulována. Tím dochází k postupnému zakoncentrování látek v cirkulované směsi, která je dle potřeby odváděna. Pouţitelnost ultrafiltrace je pro čištění řezných a chladících emulzí, zaolejovaných vod z kompresoroven a z mycích zařízení (mytí aut, strojů aj), odmašťovacích lázní a oplachové vody, odpadní vody z elektrochemického lakování, tedy odpadních vod, jejichţ hlavní znečisťující sloţkou jsou nepolární extrahovatelné látky. Dále nachází pouţití i při čištění odpadních vod z textilního průmyslu, z prádelen, z výroby kosmetiky aj.

Iontová výměna Vlastnosti iontoměničů Měniče intů (ionexy) jsou vysokomolekulární látky, nesoucí na svém skeletu funkční skupiny, které jsou disociovatelné. Při disociaci těchto funkčních skupin se uvolňují jednoduché ionty, zvané protiionty, kdeţto funkční skupiny jsou pak nabity nábojem 2011

165


opačným. Protiionty jsou ke zbytku ionexu, nesoucího funkční skupiny, vázány nepříliš pevnými vazbami opačných elektrických nábojů a jsou za vhodných podmínek vyměnitelné za jiné ionty, obsaţené ve vodném roztoku, s nímţ je ionex ve styku. Ionexy se dělí na: katexy - u nichţ je protiiontem kation (kladně nabitý); anexy – u nichţ je protiiontem anion (záporně nabitý). U katexů bývají obvykle H+ nebo Na+, u anexů OH- nebo Cl-. Podle druhu protiiontu se říká, ţe ionex pracuje v H+ cyklu nebo Na+ cyklu respektive v OH-cyklu nebo Cl- cyklu. Jak bylo uvedeno, dochází k výměně protiiontů ionexu za ionty v roztoku. U katexu dochází k výměně kationtů, u anexu k výměně aniontů, při čemţ se vytváří rovnováha mezi ionty vázanými na ionex a ionty ve vodném roztoku. Podíl iontů vázaných na ionex bude tím větší, čím větší bude jeho afinita k tomuto iontu. Vzájemný poměr mezi afinitou dvou iontů k ionexu vyjadřuje konstanta Kr (u katexu Krk, u anexu Kra). Čím je větší, tím větší bude podíl iontů, které byly vyměněny. Označme symbolem „I“ skelet ionexu včetně funkční skupiny bez protiiontu. Potom můţeme vyjádřit výměnnou reakci, např. protiiontů OH- za ionty NO3- z roztoku rovnicí:

I  ...OH   NO3  I  ...NO3  OH 

Mezi zúčastněnými ionty se vytvoří rovnováha:

c( I  ...NO3 ).c(OH  ) 

c( I  ...OH  ).c( NO3 )

 Kra

kde:  c( I  ...NO3 )......a......c( I  ....OH  ) jsou molární koncentrace NO3 a OH vázaných na anex

c( NO3 ).....a.....c(OH  ) jsou molární koncentrace iontů v roztoku a Kra je rovnováţná konstanta anexu

Afinita iontů k měniči iontů vrůstá: -

s rostoucím nábojovým číslem iontu, se zvětšujícím se poloměrem iontů (při stejném náboji).

Pro kationty platí řada:

( H  )  Na   K  Mg 2  Ca 2  Fe 2  Al 3  Fe 3

2011

166


Pro anionty platí řada:

(OH  )  HCO3  Cl   Br   I   NO3  SO42 Umístění iontů H+ a OH- v těchto řadách souvisí s velikostí disociační konstanty funkční skupiny a je platné pouze pro silně kyselé katexy a silně zásadité anexy.

Dělení ionexů a nosiče funkčních skupin Katexy silně kyselé mají funkční skupinu – SO3- a pracují v H+ cyklu nebo Na+ cyklu. Jsou účinné v kyselé i alkalické oblasti. Katexy slabě kyselé mají funkční skupinu – COOH a pracují v H+ cyklu. Jsou účinné jen v alkalicky reagujících roztocích, neboť v kyselém prostředí je potlačena disociace funkční skupiny. Anexy silně zásadité jsou dvojího typu a pracují v OH-cyklu nebo v Cl- cyklu. Jsou účinné v kyselé i alkalické oblasti pH Anexy slabě zásadité mají funkční skupiny stvořené primárními, sekundárními nebo teriálními aminy. Slabě zásadité anexy pracují v OH- cyklu a jsou účinné jen v kysele reagujícím roztoku, neboť v zásaditém prostředí je potlačena disociace funkční skupiny. V nedisociované formě jsou funkční skupiny neúčinné.

Nosiče funkčních skupin Jsou to látky na bázi polystyrenu, fenolformaldehydových pryskyřic. Větvení polymerních nosičů ovlivňuje fyzikální vlastnosti ionexů i jejich vlastnosti chemické. Např. s růstem větvení se zvyšuje odolnost vůči oxidačním činidlům, ale sniţuje se přístupnost k funkčním skupinám i výměnná kapacita iontů.

Hodnocení ionexů a zásady jejich provozu Uţitečná výměnná schopnost, neboli uţitková kapacita konexi, se hodnotí počtem molů elektrických nábojů, které nesou ionty vyměněné v objemové jednotce ionexu. Jestliţe 1litr ionexu vymění a molů iontů s jedním elektrickým nábojem např. Na+, Cl- nebo a/2 molu iontů nesoucích dva elektrické náboje, např Ca2+, SO42-, potom je uţitková kapacita ionexu a mol/l. Pouţití iontoměničů bývá většinou v koloně, kterou proléváme vodou, z níţ chceme odstranit určitý ion nebo více iontů. Z kolony vytéká voda (eluát), ve které je koncentrace vyměňovaného iontu podstatně sníţena a naopak zvýšena koncentrace iontu, v jehoţ cyklu ionex pracuje.

2011

167


Po vyčerpání uţitkové kapacity ionexu dojde v eluátu k prudkému zvýšení koncentrace vyměňovaného iontu. V tomto stavu jsou protiionty jiţ prakticky vyměněny, a proto nemůţe dále plnit svoji výměnnou funkci. Ještě předtím, neţ je tohoto stavu dosaţeno, je třeba ionex regenerovat, coţ se provádí jeho promytím regeneračním roztokem voleným podle toho, v jakém cyklu ionex pracuje. Při regeneraci probíhají stejné děje jako při výměně, ale opačným směrem. Toho se dosáhne zvýšenou koncentrací protiiontů obsaţených v regeneračním roztoku. K regeneraci se většinou pouţívá HCl nebo H2SO4 u katexů pracujících v H+ - cyklu. NaOH u anexů pracujících v OH- - cyklu, NaCl u ionexů pracujících v Na+ nebo Cl- - cyklu. Mnoţství látky v regeneračním rotoku bývá cca 5 násobek kapacity. Z výše uvedeného vyplývá, ţe ionexy pracují v následujících cyklech: 1. 2. 3. 4.

výměna iontů praní ionexu vodou regenerace ionexu vymytí regeneračního činidla

Frakční regenerace Při regeneraci ionexu se zpočátku vyplavuje především zachycený iont, jehoţ koncentrace v regenerátu postupně klesá, a naopak roste koncentrace regeneračního činidla. Zachycením oddělených frakcí regenerátu lze tedy získat roztoky o různé koncentraci vyplavovaného iontu a regeneračního činidla. První frakce mohou být pouţity ke znovuzískání látky obsahující zachycený iont. Další frakce pak lze pouţít v následujícím regeneračním cyklu pro počáteční fázi regenerace, za níţ se řadí regenerace čistým regeneračním roztokem. Tímto lţe šetřit na spotřebě činidla.

Kontinuální proces V tomto uspořádání postupuje upravovaná voda hmotou ionexu zdola nahoru. Určitý rozdíl vyčerpaného ionexu z dolní části kolony je při tom průběţně odváděn, regenerován mimo kolonu a pak vracen do její horní části. Tak pracuje kolona bez přerušení provozu a uspoří se i regenerační činidlo, neboť ionex přiváděný na regeneraci, je plně vyčerpán, zatímco při odstavném způsobu musí být regenerace provedena ještě před úplným vyčerpáním ionexu.

Pouţití ionexů ve vodním hospodářství Změkčování vody tj. odstranění Ca2+ a Mg2+ pouţívá se silně kyselý katex v Na+ cyklu. Výměna probíhá podle rovnice ( I  ....Na  )  Ca 2  2I  ....Ca 2  2 Na  Deionizace vody – odstranění iontů – kationty i anionty tvořící soli. Proces probíhá ve dvou stupních za sebou: odstranění kationtů výměnou za H+, odstranění aniontů výměnou za 2011

168


OH-. Pro zachycení kationtů se pouţije silně kyselý katex v H+ - cyklu. Výměnu aniontů lze provést silně zásaditým anexem, přičemţ se zachytí i anionty slabých kyselin. Jinou moţností je pouţití slabě zásaditého anexu, na kterém se zachytí jen anionty silných kyselin, nikoli anionty slabých, které nejsou disociovány v kyselém prostředí a vytvořené předchozí výměnou kationtů za H+. Oxid uhličitý lze následovně vyvařit. Pouţití této dvoustupňové úpravy se slabě basickým anexem má oproti anexu silně zásaditém výhodu v jeho niţší ceně. Zachycení kovů z OV – těţké kovy v OV, např. oplachových z galvanického pokovování lze zachytit na katexech. Někdy je vhodné vody s obsahem určitého kovu zpracovat odděleně, coţ poskytuje moţnost jeho znovuzískání. Pro zachycení těţkých kovů jsou vhodné katexy pracující v H+ - cyklu nebo v Na+ - cyklu. Vodu zbavenou kovů lze znovu pouţít v technologickém procesu. Při pouţití frakční regenerace lze znovu získat kov a uspořit regenerační roztok. Použití ionexů k neutralizaci kyselých a alkalických vod - neutralizaci kyselých i zásaditých vod lze provést na slabě kyselém katexu. Kyselé vody jsou vedeny na katex pracující v Na+ - cyklu. Zásadité vody na katex pracující v H+ - cyklu.

2011

169


Seznam literatury: [1]

ŠALEK, J., MIKA, Z., TRESOVÁ, A.: Rybníky a účelové nádrţe. SNTL Praha 1989.

[2]

VRÁNA, K., BERAN, J.: Rybníky a účelové nádrţe. Skriptum ČVUT Praha. 1998, 150 s.

[3]

VRÁNA, K.: Rybníky a účelové nádrţe, příklady. Skriptum ČVUT Praha, 1998, 91 s.

[4]

BÉM, J., JIČÍNSKÝ, K.: Hydraulika v příkladech. Ediční středisko ČVUT, Praha, 1982.

[5]

BROŢA V, SATRAPA L.: Hydrotechnické stavby 10, ČVUT Praha, 1997, 170s.

[6]

BROŢA V., SATRAPA L.: Navrhování přehrad, ČVUT Praha, 2000, 127s.

[7]

BROŢA, V. a kol. Vodohospodářské stavby. Praha: ČVUT, 1999. ISBN 80-0101021-X.

[8]

KASPRZAK, K.: Vliv odvodňování zamokřených půd na zájmy vodního hospodářství. In: Regulace vláhových poměrů v horských a podhorských oblastech ČSSR. Praha, ČSAZ 1984, č. 72, s. 51-63.

[9]

VÁCLAVÍK V.: Účelové vodohospodářské nádrţe. Učební texty VŠB-TU Ostrava, 2007

[10]

LEMBÁK, M. a VÁCLAVÍK, V. Úprava a vyuţití hlušinového odvalového materiálu při výstavbě hrází včetně na poddolovaném území. In Současnost a perspektiva těţby a úpravy nerudných surovin III.. Ostrava : VŠB - TU Ostrava, 2005.vol. III., s. 37-46.

[11]

FIALA, J., KAURA, J., SÁDLO, J.: Stavby vodní a meliorační, SNTL Praha, 1980, 312s.

[12]

ČIHÁK F., MEDŘICKÝ V.: Hydrotechnické stavby 20, ČVUT Praha, 2001, 154s.

[13]

EHRLICH, P., ZUNA, J., NOVÁK, L., ŠLECHTA, V., KŘOVÁK, F.: Revitalizační úpravy potoků – objekty, metodika 14/94, VÚMOP Praha, 1994.

[14]

KROČOVÁ, Š. Strategie dodávek pitné vody. 1. vydání. Ostrava: Sdruţení poţárního a bezpečnostního inţenýrství, 2009. 158 s. ISBN 978-80-7385-075-2.

[15]

TUHOVČÁK, L.; BIELA, R.; KUČERA, T. Vodárenství - úprava a doprava vody. Brno: UVHO FAST VUT, 2009. 180 s.

[16]

HÁJEK, V. a kol. Pozemní stavitelství III pro 3. Ročník SPŠ stavebních [online], [cit. 2011-02-24]. Dostupné z WWW: .

[17]

SOBOTA, J. Vodárenství: Studijní texty z předmětu Vodárenství a stokování [online], [cit. 2011-02-21].

[18]

MALÝ, J., HLAVÍNEK, P.:Čištění průmyslových odpadních vod, NOEL 2000 s.r.o.Brno, 1996, ISBN 80-86020-05-3

2011

170


[19]

JUST, T. a kol.: Vodohospodářské revitalizace a jejich uplatnění v ochraně před povodněmi. Praha: Artedit s.r.o., 2005. ISBN 80-239-6351-1.

[20]

MAREŠ, J., HETEŠA, J.: Revitalizace vodních toků. Brno: VŠZ Brno, 1991.

[21]

RAPLÍK, M., VÝBORA, P., MAREŠ, K. Úprava tokov. Bratislava: ALFA Bratislava, 1989. ISBN 80-05-00128-2.

[22]

MAREŠ, K. Úpravy toků, navrhování koryt. Praha: ČVUT Praha, 1997. ISBN 80-0100903-3.

[23]

EHRLICH, P. a kol.: Revitalizační úpravy potoků – objekty, Metodika 14/1994. Praha: VÚMOP Praha, 1994.

[24]

JUST, T., ŠÁMAL, V., DUŠEK, M., FISCHER, D., KARLÍK, P., PYKAL, J.: Revitalizace vodního prostředí. Praha: AOPK ČR Praha, 2003. ISBN 80-86064-72-7.

[25]

ŠIMÍČEK, V. Břehové a doprovodné porosty vodních toků - součást lužních ekosystémů. Praha: Agrospoj Praha, 1999.

[26]

TNV 75 2920 Provozní řády vodních děl.

[27]

ČSN 755401

[28]

ČSN 75 2410 Malé vodní nádrţe

[29]

ČSN 73 6101 Projektování silnic a dálnic

[30]

ČSN 75 0255 Výpočet účinků vln na stavby na vodních nádrţích a zdrţích

[31]

ČSN 73 6850 Sypané přehradní hráze

[32]

ČSN 73 1001 Základová půda pod plošnými základy

[33]

ČSN 72 1015 Laboratorní stanovení hutnitelnosti zemin.

[34]

ČSN 75 2002 Geotextilní filtry hydrotechnických staveb.

[35]

ČSN 75 7143 Jakost vod. Jakost vody pro závlahu.

[36]

ČSN 75 0150. Vodní hospodářství : Terminologie vodárenství. Praha : Český normalizační institut, 2008. 48 s.

[37]

ČSN 75 5115. Vodárenství : Studny individuálního zásobování vodou. Praha: Vydavatelství ÚNM, 1993. 20 s.

[38]

Zákon č. 254/2001 Sb., o vodách a o změně některých zákonů (vodní zákon), ve znění pozdějších předpisů [online], [cit. 2011-02-24]. Dostupné z WWW: < http://www.mzp.cz/www/platnalegislativa.nsf/d79c09c54250df0dc1256e8900296e32/ 20F9C15060CAD3AEC1256AE30038D05C/$file/150-10.pdf

[39]

Zákon o vnitrozemské plavbě, 114/1995 Sb.

[40]

Vyhláška o stanovení vodních nádrţí a vodních toků, na kterých je zakázána plavba plavidel se spalovacími motory, a o rozsahu a podmínkách uţívání povrchových vod k plavbě, 241/2002 Sb.

2011

171


[41]

Vyhláška č. 428/2001 Sb., kterou se provádí zákon č. 274/2001 Sb., a o vodovodech kanalizacích pro veřejnou potřebu a o změně některých zákonů (zákon o vodovodech a kanalizacích).

[42]

Vyhláška o vodních cestách, plavebním provozu v přístavech, společné havárii a dopravě nebezpečných věcí, 222/1995 Sb.

[43]

Směrnice 76/160/EHS Směrnice EU o vodách ke koupání.

[44]

Směrnice č. 9/1973 Ú.v. MLVH ČSR a ministerstva zdravotnictví ČSR - hlavního hygienika ČSR pro výpočet potřeby vody při navrhování vodovodních a kanalizačních zařízení a posuzování vydatnosti vodních zdrojů.

[45]

Pravidla České republiky – Ministerstva zemědělství č.j. 5106/2006 – 16000 k poskytování a čerpání přímých dotací vodnímu hospodářství a způsobu kontroly jejich pouţití.

[46]

Protierozní ochrana zemědělských pozemků, technické doporučení, Hydroprojekt a.s., Praha, 1997.

[47]

Vodní zdroje, akumulace vody [online], [cit. 2011-02-21]. Dostupné z WWW: < http://chemikalie.upol.cz/skripta/tv/3.doc >.

[48]

Hromadné zásobování vodou [online], [cit. 2011-02-21]. Dostupné z WWW: < http://www.wikiskripta.eu/index.php/Hromadn%C3%A9_z%C3%A1sobov%C3%A1n %C3%AD_vodou>.

[49]

CoJeCo - Vaše encyklopedie [online]. 14.3.2000, 5.11.2000 [cit. 2011-03-10]. Kaplanova turbína, přetlaková vodní turbína. Dostupné z WWW: .

[50]

http://www.cojeco.cz/index.php?detail=1&id_desc=43115&s_lang=2

[51]

http://www.ztcenergy.com/sluzby/vodni-energie/

[52]

http://www.tfd.chalmers.se/~hani/phdproject/proright.html

[53]

http://mve.energetika.cz/

[54]

http://mechmes.websnadno.cz/dokumenty/pri-str-10.00_vodnimotory_vodnidila.pdf

[55]

http://vyuka.ic.cz/elektrina-vyroba/index.htm

[56]

http://ekowatt.cz/uspory/vodni-energie.shtml

[57]

http://members.tripod.com/hydrodocs_1/turbines.html

[58]

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ossberger_turbine.jpg

[59]

http://cs.wikipedia.org/wiki/Peltonova_turb%C3%ADna

[60]

http://www.vodni-elektrarny.cz/

[61]

http://www.boehmextruplast.cz/boehm/9-Vodomerne-sachty/31-Vodomerne-sachtyBOHM-DN-1000

2011

172


[62]

http://www.betonbau.cz/index.php?page=armaturni_sachty&site=default

[63]

http://www.jmahod.cz/katalog-vyrobku/soupatka-pro-prumysl/iko-plus-uzaviracisoupatko-pn-6-pn-10-a-pn-16-s-kovovymi-tesnicimi-krouzky-trmenove-s-rucnimkolem/popis/

[64]

http://www.avkvodka.cz/katalogy-ceniky-voda-plyn/Katalog_voda.pdf

[65]

http://www.sigmat.cz/produkty/cz/sou12.htm

[66]

http://www.herz.cz/produkty/regulacni-a-uzaviraci-armatury/prirubove-armatury/

[67]

http://www.armaturygroup.cz/soubory/katalogovlist/L32.7_prirubove,privarovaci.pdf

[68]

http://stavebniserver.com/clanky/detail/podzemni_hydrant_852_pz_s_dvojitym_uzavi ranim_a_automatickym_odvodnovanim-1054/

[69]

http://www.hawle.cz/cz/produkt/hydrant-duo-nadzobjezd-k23010012516/

[70]

http://www.hawle.cz/files/pdf/buletin/info_31.pdf

[71]

http://www.sevcik-vz.cz/nozove-soupatko-deskove.php

[72]

http://shop.heckl.cz/index.php?id=1P00000101

[73]

http://www.praher-valves.com/pvc_u_armaturen.php

[74]

http://www.hornictvi.info/podzemi/kanaly/technika/07.htm

[75]

http://postmoderni.blog.cz/0903/falkirk-wheel

[76]

http://hydraulika.fsv.cvut.cz/predmety/VIN/ke_stazeni/Vodni_cesty_a_plavba.pdf

[77]

http://www.eko-kv.cz/stavby/vitkovahora/vit6.JPG

[78]

http://www.membrain.cz/obory-cinnosti/pouzivane-technologie/elektrodialyza/

[79]

www.mega.cz/elektrodialyza.html

[80]

http://cs.wikipedia.org

[81]

http://www.lezec.cz/clanek.php?key=3727

[82]

http://www.csfd.cz/film/32299-vajont-silenstvi-muzu/

[83]

http://cs.wikipedia.org/wiki/Nejvy%C5%A1%C5%A1%C3%AD_p%C5%99ehradn %C3%AD_hr%C3%A1ze_sv%C4%9Bta

[84]

http://it.wikipedia.org/wiki/Diga_del_Vajont

[85]

http://www.ketry.cz/viewtopic.php?f=11&t=605

[86]

www.vodakh.cz

[87]

http://hydraulika.fsv.cvut.cz/Predmety/VIN/ke_stazeni/Nadrze_prehrady.pdf

[88]

http://www.quido.cz/stavby/grand_coulee.html

[89]

http://ncwportal.com/douglas/photo/1148

[90]

http://earthobservatory.nasa.gov/IOTD/view.php?id=36758

2011

173


[91]

http://users.owt.com/chubbard/gcdam/html/photos/exteriors.html

[92]

http://en.wikipedia.org/wiki/Grand_Coulee_Dam

[93]

http://www.ritchiewiki.com/wiki/index.php/Grand_Coulee_Dam

[94]

http://cs.wikipedia.org/wiki/Rooseveltovo_jezero_(Washington)

[95]

http://www.fotoaparat.cz/index.php?r=25&rp=712311&gal=photo

2011

174


Seznam tabulek: Tabulka č. 1: Optimální hodnoty zahloubení hladiny podzemní vody pod povrchem terénu ... 2 Tabulka č. 2: Vyuţití energetického potenciálu vodních toků v ČR ....................................... 41 Tabulka č. 3: Typy úprav pro jednotlivé kategorie .................................................................. 95 Tabulka č. 4: Materiály vodovodní sítě .................................................................................. 107 Tabulka č. 5: Hodnoty specifické potřeby vody pro občanskou a technickou vybavenost ... 112 Tabulka č. 6: Specifická potřeba vody pro zaměstnance ....................................................... 113 Tabulka č. 7: Specifická potřeba vody pro ţivočišnou výrobu .............................................. 114 Tabulka č. 8: Součinitel denní nerovnoměrnosti .................................................................... 115 Tabulka č. 9: Jednotlivé membránové procesy ...................................................................... 161

Seznam grafů: Graf č. 1: Znázornění růstu obyvatel napojených na veřejný vodovod (zdroj: ČSÚ) .............. 88

2011

175


Seznam obrázků: Obr. č. 1: Tvary příčných řezů klenbových hrází ..................................................................... 23 Obr. č. 2: Typický tvar klenbové přehrady .............................................................................. 24 Obr. č. 3: Letecký pohled na klenbovou přehradu Hoover (USA) .......................................... 24 Obr. č. 4: Schéma deskové členěné přehrady........................................................................... 25 Obr. č. 5: Schéma klenbové členěné přehrady ......................................................................... 26 Obr. č. 6: Přehrada Coolidge, Arizona ..................................................................................... 27 Obr. č. 7: Kupolovitý tvar přehrady Coolidge, Arizona........................................................... 27 Obr. č. 8: Pilířová přehrada ...................................................................................................... 27 Obr. č. 9: Vylehčené bloky přehrady Orava ............................................................................. 28 Obr. č. 10: Schéma kotvené přehrady ...................................................................................... 28 Obr. č. 11: Tabulový uzávěr ..................................................................................................... 30 Obr. č. 12: Klínový uzávěr (šoupě) .......................................................................................... 30 Obr. č. 13: Segmentový uzávěr ................................................................................................ 31 Obr. č. 14: Klapkový uzávěr .................................................................................................... 31 Obr. č. 15: Dvouválcový uzávěr............................................................................................... 31 Obr. č. 16: Jehlový uzávěr ........................................................................................................ 32 Obr. č. 17: Přímý přeliv ............................................................................................................ 33 Obr. č. 18: Hrazený korunový přeliv ........................................................................................ 33 Obr. č. 19: Korunový přeliv ..................................................................................................... 34 Obr. č. 20: Korunový přeliv v provozu .................................................................................... 34 Obr. č. 21: Trubní přímý bezpečnostní přeliv .......................................................................... 34 Obr. č. 22: Uspořádání bočního přelivu ................................................................................... 35 Obr. č. 23: Šachtový přeliv v nádrţi......................................................................................... 36 Obr. č. 24: Schéma šachtového přelivu: ................................................................................... 37 Obr. č. 25: Uspořádání šachtového přelivu .............................................................................. 37 Obr. č. 26: Šachtový přeliv na VD Josefův Důl ....................................................................... 37 Obr. č. 27: VD Hracholusky – šachtový přeliv ve funkci ........................................................ 37 Obr. č. 28: Řez násoskou .......................................................................................................... 38 Obr. č. 29: Kaskádové skluzy................................................................................................... 39 Obr. č. 30: Tlumení energie vody vodním skokem .................................................................. 39 Obr. č. 31: Průběţná vodní elektrárna (při jezu) ...................................................................... 43 Obr. č. 32: Špičková vodní elektrárna při vzdušní patě přehrady ............................................ 44 2011

176


Obr. č. 33: Vodní elektrárna ve věţovém objektu v nádrţi...................................................... 44 Obr. č. 34: Varianty derivačních vodních elektráren ............................................................... 45 Obr. č. 35: Schéma průtočné vodní elektrárny ......................................................................... 46 Obr. č. 36: Schéma akumulační elektrárny .............................................................................. 46 Obr. č. 37: Schéma přečerpávací vodní elektrárny Dlouhé Stráně .......................................... 47 Obr. č. 38: Schéma nízkotlaké vodní elektrárny s otevřeným přivaděčem - půdorys .............. 48 Obr. č. 39: Schéma nízkotlaké vodní elektrárny s otevřeným přivaděčem - řez ...................... 48 Obr. č. 40: Schéma nízkotlaké vodní elektrárny s tlakovým přivaděčem - řez ........................ 49 Obr. č. 41: Schéma středotlaké vodní elektrárny – půdorys, řez ............................................. 49 Obr. č. 42: Schéma vysokotlaké vodní elektrárny s tlakovým přivaděčem - řez ..................... 50 Obr. č. 43: Základní charakteristika turbín podle průtoku a spádu .......................................... 51 Obr. č. 44: Francisova turbína řez, vyrobek – Fujijosida Francis turbine ................................ 52 Obr. č. 45: Kaplanova turbína skutečnost, řez ......................................................................... 53 Obr. č. 46: Půdorys instalace Peltonovy turbíny ...................................................................... 53 Obr. č. 47: Schéma Bankiho turbíny ........................................................................................ 54 Obr. č. 48: Přehrada Vajont ...................................................................................................... 55 Obr. č. 49: VD Vajont, Itálie .................................................................................................... 55 Obr. č. 50: VD Vajont, letecký pohled ..................................................................................... 55 Obr. č. 51: VD Vajont: červen 1963 ........................................................................................ 56 Obr. č. 52: VD Vajont, říjen 1963 ............................................................................................ 56 Obr. č. 53: VD Vajont: vzdušní strana hráze ........................................................................... 57 Obr. č. 54: VD Vajont, spodní výpusti ..................................................................................... 57 Obr. č. 55: VD Grand Coulee (I) .............................................................................................. 58 Obr. č. 56: VD Grand Coulee (II) ............................................................................................ 58 Obr. č. 57: VD Grand Coulee, korunový přeliv v provozu ...................................................... 58 Obr. č. 58: Pohled na těleso hráze Glan Canyon ...................................................................... 59 Obr. č. 59: Pohled na Lake Powell ........................................................................................... 59 Obr. č. 60: Turbíny hráze Glan Canyon ................................................................................... 60 Obr. č. 61: Spodní výpust přehrady Glan Canyon ................................................................... 60 Obr. č. 62: Pohled z koruny hráze Glan Canyon na spodní výpust .......................................... 60 Obr. č. 63: Visitor center na kraji svahu přehrady Glan Canyon ............................................. 60 Obr. č. 64: Schéma splavnění toku regulačními úpravami ...................................................... 63 Obr. č. 65: Schéma splavnění toku kaskádou jezových zdrţí .................................................. 64 2011

177


Obr. č. 66: Schéma průplavu Rýn – Mohan – Dunaj ............................................................... 65 Obr. č. 67: Druhy průplavů: a) s jednostranným sklonem, b) s vrcholovou zdrţí ................... 65 Obr. č. 68: Plnění plavební komory dlouhými obtoky ............................................................. 66 Obr. č. 69: Schéma plavební komory ....................................................................................... 67 Obr. č. 70: Schéma lodních zdvihadel...................................................................................... 68 Obr. č. 71: Schéma šikmých lodních zdvihadel ....................................................................... 68 Obr. č. 72: Schéma soustavy chladících nádrţí ........................................................................ 70 Obr. č. 73: Schéma odkaliště .................................................................................................... 72 Obr. č. 74: Homogenní hráz na nepropustném podloţí............................................................ 72 Obr. č. 75: Nehomogenní hráz na propustném podloţí (úprava zaloţení) ............................... 73 Obr. č. 76: Nehomogenní hráz na propustném podloţí............................................................ 73 Obr. č. 77: Odběrný věţový objekt vodárenské nádrţe ........................................................... 75 Obr. č. 78: Odběrný objekt s čerpací stanicí ............................................................................ 76 Obr. č. 79: Schéma obdélníkové poţární nádrţe ...................................................................... 78 Obr. č. 80: Příklady uspořádání odběrných objektů poţárních nádrţí ..................................... 78 Obr. č. 81: Schéma uspořádání výpusti a přelivu hospodářské nádrţe .................................... 79 Obr. č. 82: Schéma cisterny s čistícím zařízením .................................................................... 80 Obr. č. 83: Cisterny pro dešťové vody ..................................................................................... 81 Obr. č. 84: Schéma vybavení přírodního koupaliště ................................................................ 84 Obr. č. 85: Základní prvky a struktura vodovodu .................................................................... 88 Obr. č. 86: Etáţový odběrný objekt .......................................................................................... 90 Obr. č. 87: Dnový odběr z řeky ................................................................................................ 90 Obr. č. 88: Břehové jímadlo ..................................................................................................... 91 Obr. č. 89: Jímací zářez ............................................................................................................ 91 Obr. č. 90: Spouštěná studna z betonových skruţí ................................................................... 93 Obr. č. 91: Kopaná studna zděná .............................................................................................. 94 Obr. č. 92: Schéma úpravy podzemní vody ............................................................................. 95 Obr. č. 93: Schéma gravitačního vodovodu ............................................................................. 96 Obr. č. 94: Schéma výtlačného vodovodu ................................................................................ 96 Obr. č. 96: Axiální čerpadlo ..................................................................................................... 99 Obr. č. 97: zemní vodojem s kruhovým půdorysem .............................................................. 101 Obr. č. 98: Krabicový vodojem .............................................................................................. 101 Obr. č. 99: Věţový ţelezobetonový vodojem ........................................................................ 101 2011

178


Obr. č. 100: Schéma kovového věţového vodojemu ............................................................. 101 Obr. č. 101 a 102: Věţový a zemní vodojem ......................................................................... 102 Obr. č. 103: Tlakové poměry v rozvodné síti ......................................................................... 102 Obr. č. 104: Varianty umístění vodojemu vzhledem k zásobované oblasti ........................... 103 Obr. č. 105: Větevná síť ......................................................................................................... 106 Obr. č. 106: Okruhová síť ...................................................................................................... 106 Obr. č. 107: Plastová vodoměrná šachta DN 1000 ................................................................ 120 Obr. č. 108: Armaturní šachta UW 3042 ............................................................................... 120 Obr. č. 109: Schéma šoupátka ................................................................................................ 121 Obr. č. 110: Šoupátko kovotěsnícíze šedé litiny .................................................................... 122 Obr. č. 111: AVK šoupátko měkce těsnící, stavební délka F4 ............................................... 122 Obr. č. 112: Ploché deskové šoupátko ................................................................................... 123 Obr. č. 113: Oválné šoupátko ................................................................................................. 123 Obr. č. 114: Přírubové šoupátko............................................................................................. 124 Obr. č. 115: Šoupátko s hrdlovým výstupem pro litinové potrubí ......................................... 124 Obr. č. 116: Šoupátko se závitovým hrdlem .......................................................................... 125 Obr. č. 117: Nátrubkové šoupátko z tvárné litany, PVC šoupátko ........................................ 125 Obr. č. 118: Uzavírací klapka přírubová ................................................................................ 126 Obr. č. 119: Uzavírací a regulační klapka mezipřírubová s ručním ovládáním ..................... 126 Obr. č. 120: Uzavírací klapka s dvojitým excentrickým uloţením ........................................ 127 Obr. č. 121: Uzavírací klapka s dvojitým excentrickým uloţením (řez ................................. 127 Obr. č. 122: Zpětná klapka ..................................................................................................... 128 Obr. č. 123: Ţabí klapka ......................................................................................................... 128 Obr. č. 124: Popis kulového kohoutu ..................................................................................... 129 Obr. č. 125: Podzemní hydrant foto, tech. výkres .................................................................. 129 Obr. č. 126: Nadzemní hydranty ............................................................................................ 130 Obr. č. 127: Malé zavzdušňovací a odvzdušňovací ventily ( DN 3/4‘‘ – DN 2‘‘ )................ 131 Obr. č. 128: Velké zavzdušňovací a odvzdušňovací ventily ( DN 80 – DN 200 )................. 131 Obr. č. 129: Vstupní šachta kruhová ze ţelezobetonových skruţí (kótováno v cm) ............. 134 Obr. č. 130: Vstupní šachta Uponal DN 1000 ........................................................................ 134 Obr. č. 131: A) Spojná šachta a B) Spojná komora ............................................................... 135 Obr. č. 132: Příklady spadišť.................................................................................................. 137 Obr. č. 133: Schéma kanalizačního skluzu ............................................................................ 137 2011

179


Obr. č. 134: Chodníková vpusť .............................................................................................. 139 Obr. č. 135: Schéma uliční vpusti .......................................................................................... 140 Obr. č. 136: Schéma horské vpusti ......................................................................................... 140 Obr. č. 137: Schéma lapače splavenin .................................................................................... 141 Obr. č. 138: Příklady výustních objektů ................................................................................. 142 Obr. č. 139: Schéma sněhové svrţe........................................................................................ 143 Obr. č. 140: Schéma úplné shybky ......................................................................................... 145 Obr. č. 141: Schéma neúplné shybky ..................................................................................... 145 Obr. č. 142: Odlehčovací komory s přímým přepadem ......................................................... 146 Obr. č. 143: Odlehčovací komory s bočním přepadem .......................................................... 147 Obr. č. 144: Agregace disperzních částic ............................................................................... 153 Obr. č. 145: Elektrická dvojvrstva vzniklá na povrchu koloidní častice Fe(OH)3 ................. 155 Obr. č. 146: Hydratační obal makromolekuly huminových látek .......................................... 156 Obr. č. 147: Flotace ................................................................................................................ 158 Obr. č. 148: Elektrodyalýza – schematické znázornění separačního procesu. ....................... 164

2011

180

Vysoká škola báňská Technická univerzita Ostrava Hornicko-geologická fakulta Institut environmentálního inţenýrství. Vojtěch Václavík a kolektiv

Recommend Documents