Vodní stavby

á (správné odpovědi jsou pak uvedeny v „Klíči“).
1. Vodní hospodářství je:
a) starý obor, neustále aktuální a vyvíjející se;
b) starý obor, neměnný, přírodě neporučím, nedá se vyvíjet;
c) starý obor, ale vlivem rozvoje výpočetní techniky došlo k jeho
změně;
d) zcela nový obor, vytvořený na základě zákonů a norem EU.
2. Zákon o vodách je:
a) samostatný, nevztahuje se k jiným zákonům;
b) platný pouze v resortu ministerstva zemědělství;
c) úzce spjatý s dalšími zákony včetně např. i stavebního zákona;
d) platný výhradně pro místní správu a správce toků.
- 17 (64) -
Vodohospodářské stavby • Modul 03 • Vodní stavby
Poznámka
Laboratoř vodohospodářského výzkumu v Ústavu vodních staveb - výuka
studentů

Obr. 2.1 Boční kontrakce při Obr. 2.2 Přepadající paprsek přes
zúžení průtočného profilu ostrohranný přeliv

Obr. 2.3 Přepad a vodní skok Obr.2.4 Laminární a turbulentní
proudění (Reynoldsův pokus)

Obr.2.5 Ztráty v potrubí (místní a třením po délce)
- 18 (64) -
Úprava odtokových poměrů, vodní toky, jakost vody
3 Úprava odtokových poměrů, vodní toky,
bystřiny, splaveniny, plaveniny a jakost
vody v tocích
3.1
3.2
Úprava odtokových poměrů
Vodní toky umožňovaly v historii vznik prvních osad a měst, v jejich
blízkosti docházelo k rozvoji zemědělské výroby, obchodu a později průmyslu.
Vodní toky byly významnými zdroji obživy, umožňovaly vodní dopravu, byly
zdrojem energie na pohon mlýnů, hamrů aj., ale současně vytvářely
i přirozenou ochranu sídlišť. Vodní tok způsoboval i řadu potíží, zaplavovaná
území umožňovala rozšiřování nemocí, povodně narušovaly zemědělskou
výrobu, ničily domy a devastovaly okolí toků.
Úkolem úprav vodních toků je protipovodňová ochrana objektů a ploch,
řešení odtokových poměrů a splaveninového režimu, stabilizace břehů a dna
koryta, zajištění zaústění přítoků, odpadů a umožnění odběru vody, úprava
vodního režimu přilehlých pozemků, případné energetické využití toku apod.
Veškeré úpravy je třeba navrhovat mimořádně citlivě v souladu s požadavky
ekologické stability toku, jeho okolí a přírody, respektovat požadavky
uspořádání zástavby v intravilánech, dopravních zařízení, inženýrských sítí
apod.
Koryta přirozených vodních toků
Uspořádání koryta vodního toku, jeho podélný profil a rozsah inundace jsou
výsledkem mnoha složitých pochodů, při nichž voda postupně vytváří
a mění trasu, příčný profil, sklon, rychlost, unášecí sílu apod. Hlavním zdrojem
vody je povrchový přítok z dešťových srážek, tání sněhu; v menším rozsahu
jsou to pramenné vývěry, zajišťující minimální průtoky v období letního sucha
a v zimě za velkých mrazů. Každému vodnímu toku patří sběrné povodí,
z jehož plochy voda povrchově a podzemně odtéká do vodního toku. Povodí je
ohraničeno rozvodnicí, která tvoří geografickou hranici mezi povodími.
Kvalitativní vlastnosti povodí se vyjadřují řadou ukazatelů, kterými jsou
průměrná šířka povodí, míra symetrie, členitost obvodu, protáhlost, průměrná
nadmořská výška, průměrný sklon apod.
Při posuzování stability dna vychází se buď ze stanovení tečného napětí,
které vyvolává proudící voda na dně koryta, někdy označované jako „unášecí
síla“, nebo z určení „vymílací rychlosti“, při jejímž dosažení a překročení
dochází k vymílání dna. Koryto toku se prouděním vody neustále mění
a přetváří. Sklon toku od pramene k ústí postupně klesá; s tím souvisí
transportní schopnost. Splaveniny se postupně obrušují, zmenšují. Ve vodním
toku se pak dosahuje rovnovážný stav, kdy množství přinášených splavenin
v konkrétním profilu se rovná množství odnášených splavenin.
Koryto přírodního vodního toku v přímém úseku a nesoudržných zeminách
má přibližně parabolický příčný profil, v obloucích vzniká vždy v důsledku
nerovnoměrného rozdělení rychlostí asymetrický profil. Rychlost vody
a odstředivá síla narůstá od dna k hladině. Důsledkem toho je proudění vody
- 19 (64) -
Vodohospodářské stavby • Modul 03 • Vodní stavby
při hladině ke konkávnímu břehu, kde se otáčí ke dnu a podél dna ke
konvexnímu břehu. Složí-li se tento pohyb s prouděním vody v korytě, vzniká
spirálovitý pohyb, při němž jsou splaveniny transportovány ke konvexnímu
břehu při současné abrazi konkávního břehu.
Vývoj koryta vodního toku ovlivňují různé překážky v korytě vodního toku,
složení podloží z různě tvrdých materiálů, ale významnou měrou se na tom
podílí i činnost člověka.
3.3 Hrazení bystřin
Bystřina je podle ČSN 75 2106 přírodní tok s malým povodím, s náhlými
a výraznými změnami průtoků, se strmými průtokovými vlnami, které
prohlubují dno, podemílají svahová úpatí a tvoří nátrže břehů; přemísťují
značně a nepravidelně splaveniny, které dočasně ukládají ve štěrkových
lavicích a nánosech na bystřinném dně, na zaplavovaném území, nebo je
odnášejí do toků vyššího řádu a vodních nádrží.
Úkolem hrazení bystřin a strží je systémovou kombinací lesnicko-
technických opatření preventivně, postupně a účelně upravovat genezi odtoků
z povodí usměrňováním hospodářských aktivit, s cílem retence dešťových vod,
zvyšování vsaku a retardace odtoku. Je třeba zakládat a udržovat stanovištně
vhodnou ochrannou vegetaci na silně erodovaných svazích a březích, sanovat
plošnou a rýhovou erozi půd, ustálit bystřinná koryta k neškodnému průtoku
povodní a umožnit přežívat rostlinám a živočichům velmi suchá období bez
nákladných opatření.
Při řešení hrazení bystřin je třeba splnit podmínky přírodní, geografické,
požadavky ochrany přírody, neškodného odvedení vod v souladu s územním
plánem, uchováním krajinného rázu při respektování socioekonomických
potřeb a využívání krajiny. Vlastnímu návrhu jednotlivých opatření musí
předcházet podrobný průzkum povodí, koryta bystřiny a jejího okolí.
Hrazením bystřin se soustřeďuje povrchový odtok do koryta bystřiny,
upravuje se podélný svah bystřiny a zpevňuje průtočný profil, a tím se zvyšuje
odolnost bystřiny proti nepříznivému působení vodní eroze. Nezbytnou
součástí hrazení bystřin je úprava povodí bystřiny, která spočívá v návrhu
opatření zabezpečujících maximální vsak vody do půdy. Na zemědělsky
obhospodařovaných plochách se navrhují protierozní osevní postupy
a agrotechnika; při návrhu polních cest se vychází ze zásad komplexních
pozemkových úprav. Pozemky na vysokých sklonech se zpravidla zatravňují,
příp. zalesňují, svážná území se stabilizují.
Úprava bystřiny spočívá v úpravě podélného sklonu bystřiny, který se
upravuje na vyrovnaný sklon, čímž se zajistí stabilita dna bystřiny. Směrové
poměry u bystřiny se navrhují podle podobných zásad jako u úprav vodních
toků. Příčný profil bystřiny se navrhuje obvykle lichoběžníkový, svah se
zpevňuje tuhými stavebními konstrukcemi z kamene do betonu, polotuhými
z drátoštěrkových matrací, dlažby na sucho, haťoštěrkovými válci a především
vegetačními konstrukcemi. Rozsah opevnění závisí na objemu
transportovaných splavenin, rychlosti proudící vody apod. Při úpravě a hrazení
bystřin se uplatňuje v maximální míře vegetace. Vegetace plní účel protierozní
tím, že zpevňuje břehy, ale má také význam estetický a krajinotvorný. Kvalitní
- 20 (64) -
Úprava odtokových poměrů, vodní toky, jakost vody
vegetační doprovod bystřiny plní v krajině funkci biokoridoru. Orientační
hodnoty návrhového průtoku bystřiny jsou uvedeny v tab. 3.1.
Tab. 3.1 Orientační hodnoty návrhového průtoku
Druhy objektů a kultur Návrhový průtok
pro kapacitu
průtočného profilu
Městská zástavba, průmyslové objekty, liniové stavby
(železnice, dálnice a silnice I. tř. včetně mostů,
uzavřené profily – ČSN 73 6201).
Q
100

Vesnická zástavba, památkově chráněné objekty,
silnice II.tř.
Q
50

Nesouvislá zástavba, komunikace nižšího řádu, místní
liniové objekty, lesní dopravní síť – ČSN 73 6108.
Q
10
až Q
20

Orná půda, louky a pastviny, les, území s přípustným
krátkodobým zaplavením.
Q
1
až Q
10


Odolnost koryta bystřiny se zvyšuje vkládáním prahů, snížením podélného
sklonu nivelety dna příčnými objekty, opevněním koryta bystřiny kamenným
pohozem a dlažbou, zvýšením drsnosti dna a zvětšením průtočného profilu.
Z příčných staveb v bystřině se používají přehrážky ( obr.3.1 ), skluzy, stupně
a prahy, sloužící k zachycení splavenin a zmenšení sklonu dna bystřiny.


1-přeliv,
2-výtokové otvory,
3-vývar,
4-opevnění vývaru.



Obr. 3.1 Vyrovnání podélného sklonu toku soustavou přehrážek
Přehrážky primární upraví dno bystřiny do vyrovnaného sklonu; sekundární
přehrážky upraví podélný profil bystřiny do rovnovážného sklonu. Retenční
přehrážky s velkým retenčním prostorem zachycují především splaveniny.
Přehrážky se budují kamenné, betonové, drátokamenné, srubové apod.
V koruně přehrážky se navrhuje přepadová sekce lichoběžníkového tvaru;
vývar přehrážky se opevňuje. Voda z přehrážky při malých vodních průtocích
protéká otvory ve zdi.
Stupně tvoří úzké příčné stavby v korytě bystřiny; výška stupňů se
pohybuje od 0.3 do 2.0 m. Stupně se navrhují kamenné, betonové, dřevěné,
srubové apod. Uspořádání je podobné jako u přehrážek. V některých případech
se stupně nahrazují skluzy; k tomuto účelu dobře slouží i balvanité skluzy se
- 21 (64) -
Vodohospodářské stavby • Modul 03 • Vodní stavby
zvýšenou drsností, s podélným sklonem 1:8 až 1:12, překonávající výškový
rozdíl 1 až 2 m.
Prahy jsou úzké stavby ve dně bystřiny, sloužící ke stabilizaci dna. Prahy se
zavazují do boků a mají maximální výšku do 0.3 m.
3.4 Úprava vodních toků
K hlavním úkolům úpravy vodních toků patří protipovodňová ochrana
pozemků a objektů, úprava odtokových poměrů a splaveninového režimu,
stabilizace břehů a dna, umožnění odběru vody, plavebního, energetického
a rybářského využití, umožnění zaústění, úprava hladiny podzemní vody
v přilehlém území, zvýšení účinků samočisticích procesů ve vodním toku,
zvýšení estetické funkce vodního toku v krajině aj. Úprava toků se netýká jen
vlastního koryta, ale celého přilehlého území, jehož vodní poměry souvisejí
s tokem. Společně se stavebně technickou úpravou je třeba řešit biologické,
resp. ekologické změny, které se úpravou vyvolají. Tyto změny je třeba
předvídat a úpravy navrhnout a provést tak, aby se zlepšily celkové vodní
i krajinné poměry.
Úpravy toků se chápou jako soubor vodohospodářských, lesnických,
zemědělských a podle potřeby i jiných zásahů a opatření na toku, jeho přítocích
a celé ploše povodí, jejichž účelem je zabránit nebo alespoň zmírnit škody
způsobené tokem a dosáhnout větší jeho užitečnosti. Na tocích se buduje řada
staveb – jezy, stupně, zaústění různých recipientů. Při návrhu úprav vodních
toků se musí přihlížet především k podmínkám přírodním, technicko-
hospodářským, územnímu plánování, ochraně přírody a životního prostředí.
K hlavním podkladům, potřebným pro návrh úpravy toků patří směrný
vodohospodářský plán a směrný územní plán, vodohospodářská studie dané
oblasti, projektové dokumentace realizovaných, plánovaných a dotčených
úprav a vodních děl, hydrologické údaje, podklady biologické a zemědělsko-
výrobní, údaje o podzemních vedeních, hydromeliorační úpravy v zájmovém
území apod.
Přípravné práce spočívají v podrobném průzkumu celého zájmového území,
studiu průzkumných prací realizovaných v dané oblasti, zaměření toku
a přilehlého území, v průzkumu hydrologickém, geologickém,
hydrogeologickém a hydropedologickém. Důležitý je průzkum splaveninového
režimu, biologický a zemědělsko-výrobní, ekonomický aj. Měřický elaborát
obsahuje výkres polohy s vyznačením polygonu a trasy předpokládané úpravy
v měř. 1:500, příčné profily neupraveného vodního toku v měř. 1:50 až 1:500,
podélný profil neupraveného vodního toku a předpokládané trasy úpravy,
údolní profily, zaměření stávajících objektů, zaměření hladin, směrových
a výškových bodů včetně seznamů nivelovaných hamů a cejchů. Výzkumné
práce se provádějí jen ve složitých případech.
Zásady úpravy vodních toků vycházejí z účelu, který má vodní tok splnit,
tj. odstranění záplav a břehových nátrží, směrové stabilizaci vodního toku,
úpravě hladiny podzemní vody v přilehlém území, umožnění odběru vody,
odstranění hygienických závad, zaústění přítoků, dešťové kanalizace, odpadů,
odvodňovacích zařízení a plavby. Při úpravě vodních toků se musí vyřešit
odtokové poměry v údolní nivě, trasa vodního toku, podélný sklon, niveleta
- 22 (64) -
Úprava odtokových poměrů, vodní toky, jakost vody
dna, příčný profil koryta vodního toku, splaveninový režim, vlivy zaústění,
opevnění koryta a objekty na toku.
Návrhový průtok Q
a
se stanoví v souvislé zástavbě a průmyslových areálech
Q
a >
Q
50
, v intenzivně obhospodařovaných vinicích a chmelnicích Q
a
> Q
20
,
u orné půdy se používá Q
5
až Q
20
, v oblasti luk a lesů Q
2
až Q
5.
U složených
profilů se návrhový průtok pro dimenzování kynety se volí v rozmezí
třicetidenní až jednoleté vody.
Trasa vodního toku musí splňovat optimální požadavky z hlediska
technického, biologického, ekonomického a estetického, musí umožňovat
plynulý odtok vody, ledochod, příp. vodní dopravu. Konkávní břehy se
umísťují do rostlého terénu; průkopy a napřimování vodních toků se navrhuje
zcela výjimečně, ve zdůvodněných případech. Úhel křížení vodního toku
s liniovými stavbami ( silnice a železnice apod. ) nemá být menší než 60
o
.
Trasu vodního toku tvoří přímé úseky, jednoduché a složené oblouky postupně
navazující přechodnou křivkou na přímý úsek. Kruhový oblouk se navrhuje
pouze při středovém úhlu do 20
o
, ve stísněných poměrech a při malých
rychlostech vody. Složené kruhové oblouky se navrhují souměrné, přibližně
stejné délky. Poloměry oblouků se určují v závislosti na šířce hladiny a nemají
být menší než 6B, kde B je šířka hladiny při navrhovaném průtoku. Mezi
kruhové oblouky se vkládají přímé úseky minimální délky 2 až 4B, kde B je
šířka hladiny v korytě vodního toku. Použijí-li se k přechodu lemniskáty, přímé
úseky není třeba navrhovat. Objekty na vodním toku, jako stupně a skluzy se
navrhují v přímé trati. Podélný sklon nivelety dna vodního toku se plynule
zmenšuje od pramene k ústí. Při návrhu podélného dna se musí přihlédnout na
odolnost dna při návrhovém průtoku. Podélný sklon dna musí zajistit stabilitu
dna vodního toku. Výšková poloha dna se navrhuje s ohledem na optimální
výšku hladiny podzemní vody v přilehlém území a se zřetelem na provoz
vodních děl na toku, zaústění přítoků, odpadů a výpustí. Ve vodním toku se
navrhují tůně a přirozené úkryty pro vodní živočichy.
Příčný profil koryta vodního toku se stanoví v závislosti na poměru velkých
a malých průtoků, návrhovém stupni ochrany a na poměrech místních, tj. zda
se jedná o území zastavěné, intenzívně zemědělsky obdělávané apod. Zvláštní
pozornost se musí věnovat vlivu objektů na průtočný profil; sklony svahů
určuje stabilita zemních materiálů. Příčný profil se navrhuje lichoběžníkový
( prostý lichoběžníkový, složený lichoběžníkový, lichoběžníkový s opěrnými
zdmi ), obdélníkový s opěrnými zdmi, kombinovaný, nepravidelný apod. Ve
většině případů, kde je to možné, se navrhuje přírodní uspořádání s využitím
místních materiálů a vegetace ke zpevnění břehů a dna.
Dimenze kynety se navrhují tak, aby při průtoku Q
210d
byla minimální
hloubka vody 0.4 m a střední průřezová rychlost v ≥ 0.4 m s
-1
, při průtoku
Q
180d
nesmí docházet k podmáčení ani přesoušení okolního území. Svahy delší
než 9 m se rozdělují lavičkami. Opevnění koryta vodního toku se stanoví
v závislosti na odolnosti koryta proti účinkům proudící vody, vlnění, chodu
splavenin a ledů, povrchově stékající vody apod. Koryto vodního toku se
opevňuje tam, kde nestačí jeho přirozená odolnost. Nevymílací rychlosti pro
různé materiály a břehová opevnění jsou podle VÝBORY (1978) uvedeny
v tab.3.2. Dříve často používané způsoby opevnění jsou znázorněné v obr. 3.2.
Ve městech, kde je málo volného prostoru kolem vodního toku, se navrhují
příčné profily koryt s opěrnými zdmi.
- 23 (64) -
Vodohospodářské stavby • Modul 03 • Vodní stavby
Tab.3.2 Nevymílací rychlosti pro různé materiály a opevnění
Nevymílací rychlost (m.s
-1
)
při h (m)
Druh opevnění Tloušťka
opevnění
Pevnost
v tlaku
0.4 1.0 2.0 3.0
Dlažba spárovaná do štěrku t = 0.2m 3.2 4.0 4.5 5.0
Dtto na cementovou maltu 3.5 4.5 5.0 5.5
Dtto spárovaná t = 0.4m 5.5 6.5 7.5 8.0
t = 0.3m 4.0 5.0 5.5 6.0 Drátokamenné matrace
t = 0.5m 5.0 6.0 6.5 7.0
Kamenné zdivo 1kN.cm
-2
3.0 3.5 4.0 4.5
(Pevnost v tlaku) 3kN.cm
-2
6.5 8.0 10.0 12.0
Vegetační opevnění
Drn a osetí 1.0 1.4 1.7
Vrbový porost hustý 1.8 2.5 2.7
Vrbová krytina 2.6 3.0 3.3
Haťoštěrkové válce 3.2 3.5 3.8
Výběr opevnění ovlivňují hlediska krajinářská, odtoky vody, chod
splavenin, eroze srážkovou vodou, možnosti výstavby, dostupné materiály,
údržba apod. Opevnění se opatřují filtrem je-li nebezpečí vzniku vymílání,
kontaktní sufóze apod. K opevnění dna se používají pohozy, štětování, dlažby,
záhozy apod.
Kontrolní otázky
Vlastník, správce toku, návaznosti na stavební činnost.
Jaké znáte možnosti úprav toků z hlediska trasy a příčného profilu?
Plaveniny a splaveniny – na čem závisí začlenění a dle jakých podmínek?
Jak se stanovuje granulometrická ( zrnitostní ) křivka vzorku materiálu dna
vodního toku, způsob odběru vzorku a výběr místa pro odběr?


Obr.3.2 Různé způsoby opevnění svahů vodních toků
a) haťové, b) se záhozovou patkou, c) a d) dlažbou
Svahy se opevňují vegetačními prostředky - zejména osetím, drnováním,
haťovými povázky a válci, zápletovými plůtky, haťoštěrkovými stavbami
a nevegetačními prostředky, především kamennými pohozy, štěrkovými
- 24 (64) -
Úprava odtokových poměrů, vodní toky, jakost vody
koberci, záhozy, kamennými a výjimečně betonovou dlažbou, drátokamennými
matracemi (gabiony), nábřežními zdmi, dřevěnými sruby aj. Vegetační
a nevegetační úpravy se mohou vzájemně kombinovat. K opevnění břehů se
používají i biologické způsoby ochrany, především vegetace, příklad řešení
podle SÝKORY cit. ŠÁLEK (1986) je uveden v obr. 3.3

Obr. 3.3 Opevnění břehů vodních toků pomocí vegetace
Zaústění přítoků se navrhuje zpravidla do konkávní strany vodního toku,
osa přítoku má svírat s osou vodního toku ( tečnou k ose ) úhel α ≤ 30
o
; sklon
vyústního toku má být stejný jako u hlavního toku. Okolí zaústění se zpevňuje.
Soustřeďovací a usměrňovací stavby se používají k soustředění vodního toku
do navrženého koryta. Soustřeďovací stavby se dělí na podélné a příčné, pevné
a pohyblivé. Příčné a podélné stavby se navrhují 0,3 m nad hladinou
návrhového průtoku, při němž nastává průtok splavenin. Příčné stavby, nebo
také výhony se navrhují vstřícně proti vodě nebo odchýlené po vodě.
Uspořádání podélných a příčných staveb na vodním toku je znázorněno
v obr. 3.4.
Soustřeďovací stavby se zřizují z lomového kamene, d