Skripta

VODNÍ STAVITELSTVÍ

Přednášky:
Názvosloví, historie a postavení vodního hospodářství
Hydrografická síť, úprava odtokových poměrů, úpravy vodních toků
Jezy a odběrná zařízení
Vodní cesty a plavba, ochrana před velkými vodami
Vodní nádrže
Ochrana a organizace povodí, revitalizace krajiny
Odvodňovací a závlahové stavby
Voda v kulturní krajině a urbanizovaném prostředí, péče o čistotu vod, revitalizace
Druhy, využití a zneškodnění odpadů
Inženýrské sítě
Vodní zdroje, jejich ochrana a jímání
Úprava vody a systémy zásobování pitnou vodou
Stokování a čištění odpadních vod
Základy balneologie a balneotechniky
DOPORUČENÁ LITERATURA:
Šrytr P. a kol., Městské inženýrství, Praha Academia, 1999
Martoň, J. a kol., Získavanie, úprava, čistenie a ochrana vod, Alfa Bratislava, 1991
Raplík, M. a kol, Úprava tokov, Alfa Bratislava, 1989 …………………
Internet: europe.eu.int/water ……………………………………… …………………
Odborné časopisy SOVAK, Vodní hospodářství, Inžinierske stavby …………..……..
Normy a předpisy pro vodní hospodářství
Názvosloví vodního stavitelství a hospodářství:
VODA JE ....... H2O + .........
nejrozšířenější kapalina na Zemi
jeden z hlavních faktorů životního prostředí
součást přírodního bohatství
živel
základ života
Podle výskytu rozlišujeme
povrchovou vodu, což je podle zákona o vodách č. 138/73 Sb. voda přirozeně se vyskytující na zemském povrchu
podzemní vodu, což je voda v zemských dutinách a ve zvodnělých zemských vrstvách
Jsou i další druhy vody, např.
zvláštní vody, mezi něž zařazujeme např. léčivé minerální vody (ty spravuje zdravotnictví) nebo vody důlní (ty se řídí horním zákonem č. 41/57 Sb.)
půdní vody (adsorpční, kapilární nebo gravitační)
srážkové vody a atmosférická voda
ostatní vody
Zvláštní kategorií jsou odpadní vody, což jsou vody, které mají následkem svého použití (v obcích, průmyslu, zemědělství apod.) změněnou jakost nebo teplotu.
VODNÍ HOSPODÁŘSTVÍ JE ......
soubor technických oborů, které se zabývají využíváním vodních zdrojů a jejich ochranou. Do hospodářství vodního patří např. vodárenství, stokování a čištění odpadních vod, hydrotechnika, hydromeliorace, vodní doprava, rybníkářství.
VODNÍ STAVBY JSOU ....
Objekty, které slouží k zachycování (jímání), soustřeďování, hromadění, vzdouvání, dopravě, úpravě a čištění vody, k úpravě toků, dopravě po vodě, využívání vodní energie, k zamezení záplav a jiných škodlivých účinků vod.
Evropská vodnÍ charta…….
Bez vody není života. Je drahocenná a pro člověka ničím nenahraditelná.
Zásoby sladké vody nejsou nevyčerpatelné. Proto je nezbytné udržovat je, chránit a podle možností rozhojňovat.
Znečištění vody způsobuje škody člověku a ostatním živým organismům závislým na vodě.
Jakost vody musí odpovídat požadavkům pro různé způsoby jejího využití, zejména musí odpovídat normám lidského zdraví.
Po vrácení použité vody do zdroje nesmí dojít k znehodnocení, které by bránilo jeho dalšímu využití pro veřejní i soukromé účely.
Pro zachování vodních zdrojů má zásadní význam rostlinstvo, především les.
Vodní zdroje musí být zachovány.
Odpovědné orgány musí plánovat účelné hospodaření s vodními zdroji.
Ochrana vody vyžaduje zintezívnění vědeckého výzkumu, výchovu odborníků a informování veřejnosti.
Voda je společným majetkem, jehož hodnota musí být všemi uznávána. Povinností každého je užívat vodu účelně a hospodárně.
Hospodaření s vodními zdroji by se mělo provádět v rámci povodí a ne v rámci politických a správních hranic.
Voda nezná hranic; jako společný zdroj vyžaduje mezinárodní spolupráci.
Normy VE VODNÍM HOSPODÁŘSTVÍ:
ČSN - české technické normy
ČSN ISO - mezinárodní norma ISO, zavedená do soustavy ČSN
ČSN EN - evropská norma, zavedená do soustavy ČSN
TNV - odvětvová technická norma vodního hospodářství v působnosti MZe ČR nebo MŽP ČR
Historie vodního stavitelství :
Počátky vodního hospodářství a vodního stavitelství je možno najít v raných dobách rozvoje slavných starověkých civilizací.
Jsou známy ochranné hráze proti záplavám, odvodňovací a závlahové kanály z doby 4 000 let př.n.l. v Mezopotámii.
V Egyptě asi 30 km jižně od Káhiry, je zachováno těleso hráze vytvářející vodní nádrž z doby asi 3 000 let př.n.l. Zhruba ze stejného období pochází nádrž Moeris, údajně o objemu 12 miliard m3.
Výstavba prvních vodovodů v Babylónii a v Sýrii se předpokládá někdy kolem r. 2500 př.n.l.
Za první realizovaný vodohospodářský projekt komplexního využití vodních zdrojů na světě je možno označit soustavu zahrnující soubor staveb v Babylónii (asi z r. 1740 př.n.l.) pro závlahy, úpravy toků. Využití vodní energie, vodovody a lázně. Ze stejného období tu pochází i první veřejná kanalizace.
Kolem r. 1200 př.n.l. byly postaveny první vodovody z pálené hlíny a kameniny na Krétě, v Řecku, v severní Africe i jinde.
Pozoruhodná vodohospodářská soustava zajišťující potřeby Jeruzaléma vznikla za vlády krále Šalamouna (kolem r. 1000 př.n.l.). Voda jímaná v povodí řek byla nejprve vedena do soustavy tří nádrží (Šalamounovy rybníky) a odtud do města. Splašková voda se sváděla do usazovacích nádrží.
K největším starověkým stavbám patřil Císařský kanál v Číně (1650-485 př.n.l.), spojující Peking s ústím řeky Jang-č-ťiang.
Staří Řekové dokázali odvodnit Kopajské jezero o rozloze 25 tisíc hektarů.
V okolí Madrásu ve starověké Indii bylo kolem 50 000 nádrží.
V Persii asi v 6. stol.př.n.l. byla na řece Kor vybudována nádrž pro závlahy, která v omezené míře slouží i dnes.
Nejslavnější starověké vodovody byly v Římě. V r. 305 př.n.l. byl postaven první, tzv. Aqua Appia, o délce 16,6 km. O 40 let později byl vybudován Anio Vetus (63,7 km), v roce 145 př.n.l. vodovod Marcia (91,6 km), v r. 127 př.n.l. Tepula o délce 189 km a další. Odpadní vody byly odváděny hlavním kanalizačním sběračem (tzv. Cloaca maxima s podkovovitým průřezem o výšce i šířce 3,6 m) do Tibery.
Římské impérium je založeno na silnicích a vodovodech (výrok G.J. Caesara-Octaviana). Zbytky římských akvaduktů udivují i dnes např. v jižní Francii (Nimes, Fréjus) a ve Španělsku (Segovia)
V r. 97 př.n.l. byl v Římě ustaven první ředitel vodovodů Curator aquarum.
Agrippa Marcus Vipsanius, * 63 př. n. l., † 12 př. n. l., římský vojevůdce a diplomat. Římu dal řadu významných staveb (první veřejné lázně, vodovod, Pantheon), byl i zeměpiscem a kartografem.
I ve vodném hospodářství a stavitelství se středověk taktně přechází několika převážně zdvořilostními větami.
O vysoké úrovni Arabů v raném středověku svědčí nákladné vodovody a Andalusii (8. stol.). Arabové rovněž dočasně obnovili průplav mezi Středozemním a Rudým mořem.
Feudální rozdrobenost neumožňovala budování rozsáhlých vodohospodářských děl. Postupný rozvoj zaznamenaly pouze mlýny, rybníky, vodní doprava a v pozdním středověku též městské vodovody (veřejné studny s roznáškou vody, popř. v kombinaci s přívodem vody do města)
Po zřejmém úpadku se ve 14. A 15. stol. Rozvíjejí opět veřejné lázně, i když........např. francouzský "král slunce" Ludvík XIV. Neměl na zámku Versailles ani jedinou vanu.
Se splašky to bylo všelijaké. Ve městech byla po staletí hlavním sběračem ulice. Snahy o nápravu se prosazovaly jen obtížně. I když kanalizace v Paříži byla zřízena koncem 12. stol., bylo ještě v r. 1697 pro městskou radu aktuální nařízení, že každý kdo ráno vylévá odpadní vodu na ulice, je povinen předem volat "Gare l´eau" (Pozor voda!).
V Praze byl vydán zákaz vypouštět splašky do ulic již v první polovině 14. stol.
Historie vodního stavitelství u nás:
NEJEN KAREL IV. ......
Dával provádět větší vyklizovací práce pro plavbu na Vltavě i na Labi.
Postavil v Praze most.
V jezech dal postavit normovaná vrata pro plavbu vorů.
V r. 1340 zřídil nejvyšší vodohospodářskou instituci státu "Cech přísežných mlynářů zemských"
byl vybudován novoměstský vodovod (1348)
Po celých Čechách dal stavět sta rybníků.
Na hradě Střekově zřídil úřad "Královského hraběte plavebního"
V roce 1375 dal započít - za pomoci Rožmberků - stavbu průplavu Vltava - Dunaj.
Avšak již dávno před touto slavnou dobou našeho středověku byla na našem území budována vodní díla. Byly to hlavně mlýny, pevné jezy a plavební zařízení. Zmínky o nich jsou např. v Dalimilově kronice.
Na území Prahy vznikly ve 12. století pozoruhodné vodovody. Vyšehradský vodovod přiváděl vodu dřevěným potrubím z pramene Jezerky (vybudován kolem r. 1155). Voda pro Strahovský klášter byla jímána na svazích Petřína a vedena kamenným kanálem. Oba vodovody spolu se zásobováním vodou Pražského hradu a již uvedeným novoměstským vodovodem prokazují dobrou úroveň pražského vodárenství v té době.
V roce 1660 byla postavena klenutá stoka od kostela sv. Jindřicha k Prašné bráně se zaústěním do městského příkopu; soustavné kanalizace se však Praha dočkala až na počátku 20. století.
Rybníky
Celková plocha rybníků v českých zemích v r. 1380 dosáhla 75 000 ha.
Největší rozmach rybníkářství však nastává v 15. a 16. století , kdy byly vybudovány rozsáhlé soustavy na Pardubicku (230 rybníků napájených labskou vodou Opatovickým kanálem, dlouhým 35 km, z let 1498-1514),
na Poděbradsku (Žehuňský rybník z roku 1492 a zaniklý rybník Blato, tehdy největší rybník v Čechách i ploše téměř 1000 ha)
Na Moravě byl založen rybník Dářko (r. 1480) a také jihomoravské Kobylské a Brumovické jezero; obě jezera však byla dávno přeměněna v úrodnou půdu. V roce 1585 zaujímaly rybníky v českých zemích rozlohu asi 180 000 ha (pro srovnání; v polovině 19. století pouhých 35 400 ha, v r. 1970 57 100 ha).
V roce 1585 byla pro napájení rybníka v pražské Stromovce vybudována tzv. Rudolfova štola, která odebírala vodu z Vltavy pod Letenskými sady.
Největší a nejznámější je soustava rybníků na Třeboňsku, vybudovaná v letech 1505-1604 Josefem Štěpánkem z Netolic († 1528) a Jakubem Krčínem z Jelčan (1535-1604). Pro napájení soustavy vodou z Lužnice byla vybudována Zlatá stoka (1506-1520) o délce 42,5km a o průtočnosti až 2,5 m3s-1. Největší rybník soustavy, Rožmberský, dokončený v r. 1590, byl vytvořen hrází dlouhou 2430m a vysokou až 11,5 m. Současně s rybníkem bylo budováno další vodohospodářské dílo tzv. Nová řeka, umělý kanál o průtočnosti 90 – 100 m3s-1 a o délce 13,5 km
Nádrže
O hospodaření s vodou v pravém smyslu však můžeme mluvit až u nádrží budovaných od 18. stol. (i dříve) pro potřeby hornictví.
Pozoruhodná soustava vznikla v okolí Bánské Štiavnice, jejíž nádrže byly vytvořeny přehrazením údolí horských potoků přehradami na tehdejší dobu velmi smělými (např. hráz Rozgrund z r. 1744 dosáhla výšky 30 m).
Přibližně ve stejné době byly budovány nádrže na Příbramsku a v dalších oblastech s těžbou, popř. zpracováním rud.
Protipovodňová ochrana
Mimořádné povodně s katastrofálními následky z let 1890, 1897 a dalších daly podnět k výstavbě významných vodních děl na konci 19. stol. a na začátku 20. stol., jejichž hlavním účelem byla ochrana před povodněmi. Jen ojediněle se v této době budují nádrže pro zásobování vodou s energetickým, popř. dalším využitím.
Zásobování vodou
Rozvoj zásobování vodou v Praze se od 15. stol. opírá o vodárenské věže s čerpáním vltavské vody. Z nichž např. Staroměstská a Šítkovská (u dnešního Mánesa) fungovaly až do r. 1913.
Čistírny odpadních vod
V roce 1906 byla dána do provozu i čistírna odpadních vod v Bubenči, ale i v Brně, Bratislavě, Košicích a v řadě dalších velkých měst.
Závlahy
První závlahy ve východních Čechách jsou známy z r. 1857, kde šlo o zavlažování luk v poříční zóně. Rychle se však rozvinuly a zejména závlaha postřikem u nás brzy zdomácněla.
Vodní doprava
Využití vodních toků pro vodní dopravu na našem území mělo zřejmě počátek již v době keltské. První historický záznam o plavbě lodí se vztahuje k r. 750 a již v 11. století bylo Labe vodní cestou mezinárodního významu. Na Vltavě a ne dalších tocích převažovala voroplavba, využívaná pro dopravu dalšího zboží, např. soli, stavebnin, piva atd. Pro zlepšení plavebních podmínek se prováděly místní úpravy, zejména odstraňování překážek v řečišti.
V 19. století se postupně rozvíjí mezinárodní plavba po Labi, budují se přístavy a překladiště.
Využití vodní energie
Využívání vodní energie pro přímý pohon mlýnů se u nás datuje od 8. století. V prvních desetiletích 20. století byla na československých tocích zřízena řada vodních elektráren, z nichž nejvýznamnější ve Vranově na Dyji dosáhla výkonu 16 300 kW.
Současnost vodního stavitelství a hospodářství u nás, organizace a perspektivy:
Vodní hospodářství Brněnského kraje
Vývoj vodního hospodářství po roce 1989 je výrazně poznamenán dynamickým nárůstem tržních cen vody, který spolu s existencí přirozených monopolů působících v podmínkách transformující se ekonomiky podmínil zásadní trendově změny ve spotřebě pitné i užitkové vody. Tyto změny přirozeně ovlivňují i rozvoj vodního hospodářství na území Brněnského kraje.
Rozhodujícími vodními zdroji pro zásobování kraje jsou chráněné oblasti přirozené akumulace vod Kvartér řeky Moravy a dále Východočeská křída (vodní zdroj Březová) a Žďárské vrchy nacházející se mimo řešené území.
Základním zdrojem pitné vody pro město Brno je vodní zdroj Březová n. S. (okr. Svitavy), na který jsou napojeny i město Kuřím a obce Česká a Lelekovice z okresu Brno-venkov. Doplňkových resp. záložním zdrojem je řeka Svratka s úpravnou vody v Brně-Pisárkách.
Na okrese Blansko se vyskytuje celá řada malých vodních zdrojů. Z větších zdrojů jde především o vodní nádrž Boskovice s vybudovanou úpravnou vody, s charakterem potenciálního rezervního vodního zdroje pro napojení na Březovský vodovod.
V okrese Břeclav je rozhodujícím vodním zdrojem CHOPAV Kvartér řeky Moravy, který doplňují menší jímací území v nivách řek Dyje, Svratky a Jihlavy. Podobná situace je i v okrese Hodonín, kde se v Kvartéru řeky Moravy vyskytuje celá řada jímacích území.
Zbývající dva okresy Vyškov a Znojmo disponuji většími povrchovými vodními zdroji - vodní nádrž Opatovice (Vyškov) a Vranovská přehrada (Znojmo). V okrese Znojmo je k dispozici i menší vodní nádrž Znojmo (lze propojit s Vranovskou přehradou) a řada menších jímacích území v nivě Dyje a v lesích kolem M. Krumlova.
Celkově lze konstatovat, že uspokojivý stav v zásobování obyvatelstva vodou z veřejných vodovodů vykazuje kromě Brna ještě okres Břeclav a Blansko. Nejvíce neuspokojivý stav je v okresech Znojmo a Brno-venkov.
Vlastní zásobováni vodou se děje v drtivé většině skupinovými vodovody, napojenými na významné zdroje vody a v některých případech propojovaných do ucelených oblastních systémů zásobováni (Břeclav).
Z celkového pohledu lze konstatovat, že pro další rozvoj vodního hospodářství v kraji je prioritou zabezpečeni kvalitativních parametrů pitné vody a omezení ztrát ve vodovodních sítích.
Významná je samozřejmě i ochrana povodí vodárenských toků a dalších lokálních a regionálních zdrojů vody (PHO, střední zdroje).
Další výstavbu čistíren odpadních vod (ČOV) je potřebné přizpůsobit standardům EU. Kromě potřebných rekonstrukcí stávajících, zejména velkých ČOV (Brno - Modřice), se nová výstavba bude přesouvat na velikostní skupinu sídel s 2 - 5 tis. obyvateli.
V plném využiti produkčního potenciálu zemědělských půd v jižní části kraje hraji významnou roli závlahy, jejichž prostřednictvím lze řešit vláhový deficit těchto výsušných oblastí. Velkoplošné závlahové soustavy v podstatě pokrývají všechny nejúrodnější oblasti okresů Hodonín, Břeclav a Znojmo a částečně i Brno - venkov. Rozhodujícími vodními zdroji pro ně jsou vodní toky a závlahové nádrže (zejména nádrže Novomlýnské). Jejich využívání však v současnosti naráží na výrazně ekonomické bariéry (cena odběrů).
Pozitiva:
Klesající trend ve spotřebě pitné a užitkové vody (projevuje se v celé ČR)
Významné vodní zdroje v nivách řek
Relativně dobře řešené zásobování obcí pitnou vodou ze skupinových a dálkových vodovodů (s kapacitními rezervami zajišťovanými především výstavbou Vírského oblastního vodovodu)
Negativa:
Relativně značný rozsah oblastí s napjatou bilancí mezi disponibilními zdroji a potřebami vody
Převažující nízká kvalita u drobných vodních zdrojů
Vysoké znečištěni vodních toků v nížinných oblastech
Málo účinná koncepce protipovodňové ochrany
Nedostatečná technická úroveň ČOV z hlediska standardů požadovaných EU (3. stupeň čištění)
Relativně nízký podíl obci vybavených kanalizaci a ČOV v okresech Blansko, Břeclav, Hodonín a Vyškov
Úpravy toků
- soubor technických zásahů a opatření do stávajících vodních režimů toku
- zamezení nebo zmírnění škody způsobené tokem, zvýšení užitku
1) ochrana pozemků, sídlišť a komunikací proti záplavám
2) koncentrace vody do koryt toků
3) úprava hladiny podzemní vody
4) odvodnění a závlahy
5) zlepšení splavnosti toků
6) využití vodní energie
7) úprava toků při stavbě komunikací či budov
Základní údaje:
vodní tok - místo soustředěného odtoku vody nad terénem
- vodní toky vytvářejí říční síť
složení:hlavní vodní tok
vedlejší (levostranné, pravostranné přítoky)
řečiště (koryto): ta část zemského povrchu, po kterém řeka odtéká
dělení:
a) genetické:bystřiny
horské potoky
potoky
řeky
veletoky
bystřiny: spád až desítky procent,
nepravidelný průtok v čase i v místě
horské potoky: již vytvořené koryto
veletoky: zpravidla ústí do moře,
povodí min. 100 000 km2
b) hydrologické:
toky I. řádu (ústí do moře), II. řádu, III.řádu, ...
př. Dunaj (I.), Morava (II.), Dyje (III.), Svratka (IV.), Svitava (V.), Punkva (VI.)
proces formování říční sítě:
- aktivní činnost vody (eroze + sedimentace)
- vytváří se koryto
erozivní činnost:hloubková
boční
zpětná (retrograstní)
Tvorba spádové křivky a koryta toku:
1) pramen: hloubková eroze, na dně zůstávají pouze velké balvany
- velké sklony dna, v období sucha velmi malé průtoky
2) střední tok: menší sklony, převládá boční eroze, v některých místech dochází k sedimentaci, spád řádově v promilích
3) dolní úsek toku: v nížině nebo velmi širokém údolí, převládá proces sedimentace, sklon řádově desetiny promile, zákruty (meandry)
Splaveniny a plaveniny
- splaveniny (posouvají se po dně toku, částice >0,2mm)
- plaveniny (vznášejí se v toku - nejsou v kontaktu se dnem)
- po délce toku se zpravidla průměr částic snižuje
- vymílací rychlost (vv): rychlost, kdy se dno dává do pohybu
- zanášecí rychlost (vz): rychlost, kdy dochází k sedimentaci
vv > vz, 0,7 vv = vz(pro splaveniny)
- stabilita dna: nedochází ani k zanášení ani k vymílání dna
Návrh nového koryta toku:
a) návrh stupně ochrany
druh pozemku
návrhový průtok
louky, lesy
Q2 až Q5
pole
Q5 až Q20
sady, chmelnice, vinice
min Q20
zástavba, komunikace
min Q50
města
zpravidla Q100
odolnost prvku koryta
návrhový průtok
dno nezpevněné
Q1 až Q5
dno zpevněné
Q20 až Q100
břeh nezpevněný
Q5 až Q20
břeh zpevněný
Q20 až Q100
hráze
Q100
b) návrh tvaru příčného řezu koryta
- složený lichoběžník: hlubší část kyneta, pro povodňové průtoky berma
- sklon svahů 1:2 až 1:2,5 - kyneta, ostatní: 1:2 až 1:3
- sklon bermy: 1:20 až 1:100
- pokud svah velmi vysoký, rozdělit lavičkami
a) prostý lichoběžníkový profil b),c) složený lichoběžníkový profil d) lichoběžníkový profil s opěrnými zdmi
c) návrh trasy koryta
- trasa v navzájem protilehlých obloucích (kruhových či s proměnnou křivostí)
- využívat co nejvíce starého koryta řeky
- respektovat polohu silnic a železnic
poloměr oblouku min. 6B (šířka hladiny), rovný úsek 2 až 4B
d) návrh nivelety dna
- koryto by nemělo ani podmáčet ani vysoušet okolní zeminu
- návrh takový, aby dno bylo stabilní
- většinou sklon snižován stupni ve dně, skluzy (případně jezy)
betonový stupeň: 1) kamenný zához, 2) betonový