ČVUT – Fakulta stavební Hydraulika přelivů sypaných přehrad

ČVUT – Fakulta stavební Hydraulika přelivů sypaných přehrad

ČVUT – Fakulta stavební
Katedra hydrotechniky
Hydraulika přelivů sypaných přehrad
Literární rešerše
Miroslav Holeček
Mechanika tekutin
léto 2006
Obsah:
1. Úvodem k přelivům sypaných přehrad
2. K hydraulice přelivů
2.1 Rozdělení přelivů (přepadů) dle různých hledisek
2.2 Přelivy používané u sypaných přehrad
2.3 Přímý přepad
2.4 Boční přepad
2.5 Šachtový přepad
2.6 Krátce k hrazeným přelivům
3. Zdroje
2
2
3
5
7
10
12
16
17
3.1 Knižní zdroje
3.2 Internetové zdroje
17
18
Seznam použité literatury
20
Příloha 1 – výpis některých AJ-ČJ termínů
22
1
1. Úvodem k přelivům sypaných přehrad
Pojmem přeliv se obecně označuje konstrukce, přes kterou přepadá voda. Přepadem se
pak označuje hydraulický jev, pro který je charakteristická volná hladina (beztlakové
poměry) a rozdíl hladiny před a za vlastní konstrukcí přelivu. V oboru vodního
hospodářství je tento jev předmětem zájmu odborníků, jelikož je rutinně využíván
v praxi (dešťové oddělovače, jezy, zařízení pro měření průtoku,…).
V oboru přehradního stavitelství má hydraulika přelivů a jejich navrhování
značný význam, jelikož přelivy, spolu se základovými výpustmi a odběrnými objekty,
představují základní funkční objekty vodních děl. Tento význam ještě více podtrhuje
skutečnost, že přelivy představují základní bezpečnostní zařízení pro převádění
velkých vod během povodňových situací (mluví se o bezpečnostních přelivech) a na
jejich dobré funkci může záviset bezpečnost celého vodního díla. Dobře navržený
bezpečnostní přeliv je pak obzvláště důležitý u sypaných přehrad, kde důsledkem
chybného návrhu může v krajní situaci dojít k přelití vody přes korunu hráze a vlivem
účinků sil proudící vody k porušení jejího násypu, což může vést až ke katastrofálnímu
konci protržení hráze a vzniku průlomové povodňové vlny.
V době největšího rozmachu přehradního stavitelství v České republice ve 20.
století patřily sypané přehrady svým typem k nejvíce používaným. Přehled všech
našich významných vodních děl včetně historie výstavby, základních technických
parametrů, fotodokumentace i zajímavostí přináší nově vyšlá publikace pro širší
veřejnost Přehrady Čech, Moravy a Slezska [5].
2. K hydraulice přelivů
Bezpečnostní přeliv jako objekt sloužící k převedení povodňových průtoků kromě
vlastní přelivné konstrukce tvoří další součásti. U všech typů přehrad je důležité, aby
byla voda bezpečně převedena pod vodní dílo a také aby byla zbavena přebytečné
energie, projevující se velkými rychlostmi a nebezpečím poškození koryta pod vodním
dílem. Obecně bezpečnostní přeliv tvoří tyto součásti:
1. Přívodní kanál (je – li přítomen – např. u postranních přelivů).
2. Vlastní konstrukce přelivu (včetně pilířů, hradících uzávěrů atd.).
3. Skluz, kaskádový svod – zařízení sloužící k odvedení vody od přelivu (u
gravitačních betonových přehrad to může být přímo vzdušní líc tělesa
přehrady).
4. Objekt sloužící k tlumení kinetické energie vody (u nás nejčastěji vývar, pro
vysoké přehrady odrazový („lyžařský“) můstek popř. můstek s rozrážeči).
V zahraniční anglicky psané literatuře jsou tyto součásti souhrnně označovány jako
approach channel, control structure, downstream channel popř. terminal structure.
Následující řádky budou věnovány v největší míře vlastním přelivům.
2
2.1 Rozdělení přelivů (přepadů) dle různých hledisek
1. Podle tloušťky přelivné stěny:
• Přepad přes ostrou hranu.
t < 2/3 h,
kde t je tloušťka přelivu a h je výška přepadového paprsku.
• Přepad přes jezový přeliv.
2/3 h < t < 2h
• Přepad přes širokou korunu.
t > 2h
2. Podle způsobu hrazení:
• Nehrazené (volné) přelivy.
Přepadové množství je funkcí výšky vody v nádrži.
• Hrazené přelivy.
Množství přepadající vody je možno regulovat (klapkou, segmentem, stavidlem,
sektorem, vakem).
3. Podle půdorysného uspořádání přelivu a přepadající vody:
• Přímý (čelní) přepad.
Voda (tekutina) přitéká, přepadá i odtéká kolmo na přelivnou hranu (korunu).
• Boční přepad.
Voda proudí rovnoběžně s korunou přelivu (a se směrem toku) a po kolmém přepadu
odtéká odpadním potrubím (v případě přehrad většinou skluzem popř. kaskádovým
svodem), často opět rovnoběžně.
• Šikmý přepad.
Voda přitéká k přelivné hraně pod jiným úhlem, než pravým. Takto lze docílit zvětšení
délky přelivné hrany.
4. Podle tlakových poměrů:
• Beztlakové přelivné plochy.
Pro návrhové parametry na přelivné ploše nevzniká tlak ani podtlak.
• Tlakové přelivné plochy.
Příčný profil přelivné plochy je navržen tak, aby na ni při přepadu vznikal tlak.
• Podtlakové přelivné plochy.
Přepadající voda má tendenci „odtrhnout se“ od konstrukce přelivu a tím vyvolává
podtlaky. Tyto přelivy mají větší kapacitu než tlakové popř. beztlakové přelivy, ovšem
za cenu nebezpečí vzniku kavitace, popř. rozkmitání konstrukce.
5. Podle ovlivnění přepadu spodní vodou:
• Dokonalý přepad.
Kapacita přepadu není ovlivněna spodní vodou.
• Nedokonalý (zatopený) přepad.
Spodní voda ovlivňuje (zmenšuje) kapacitu přepadu. Toto ovlivnění se vyjadřuje
součinitelem zatopení σz, který závisí na hydraulických a geometrických
charakteristikách přepadu/přelivu.
3
6. Podle bočního zúžení:
• Bez bočního zúžení.
Při vhodné hydraulické úpravě bočních pilířů (stěn) – vhodným zaoblením a
předsazením – není kapacita přepadu ovlivněna zúžením.
• S bočním zúžením.
Do výpočtu se zavádí tzv. efektivní šířka přelivného pole jako funkce typu úpravy
zhlaví pilířů.
7. Podle výšky přelivu:
• Vysoké přelivy.
s / h > 2,8,
kde s je výška přelivu a h je výška přepadového paprsku.
• Střední přelivy.
• Nízké přelivy.
s / h < 0,2. Limitním případem je stupeň ve dně (s = 0)
8. Podle tvaru příčného průřezu konstrukce přelivu:
• Ostrohranné.
• Proudnicové.
Předivná plocha je vytvořena podle teoretického tvaru přepadajícího paprsku
(parabola) – hydraulicky nejvýhodnější. Do této skupiny se někdy řadí i např.
eliptické, složené kruhové a další tvary, které nejsou proudnicovými v pravém smyslu,
mají však také výhodné hydraulické vlastnosti a jsou zejména konstrukčně výhodné.
• Ostatní.
Kruhové, obdélníkové a atd. (převážně u starších konstrukcí).
• Speciální.
Např. přeliv násoskový.
9. Podle půdorysného tvaru přelivné hrany:
• Přímé přelivy.
• Speciální tvary přelivů.
Sem lze řadit např. obloukové, hvězdicovité, kašnové. Jejich výhodou je zvětšení
délky přelivné hrany.
10. Podle tvaru průřezu přelivného otvoru:
• Obdélníkové.
U bezpečnostních přelivů v naprosté většině případů.
• Lichoběžníkové, parabolické, trojúhelníkové a další.
Tyto tvary se používají u měrných ostrohranných přelivů (měření průtoku).
11. Podle dispozičního uspořádání na vodním díle (přehradě):
• Korunové.
Jsou integrovány přímo do tělesa hráze přehrady.
• Postranní.
Bývá umístěn na straně popř. mimo těleso přehrady, voda přepadá souběžně se
směrem toku. K přelivu je někdy voda přiváděna samostatným kanálem, k vývaru pak
odváděna skluzem.
4
• Boční.
Bezpečnostní přeliv je umístěn mimo těleso hráze, popř. na styku hráze a břehu údolí
(potom mluvíme o břehovém bezpečnostním přelivu). Voda přepadá do spadiště
převážně ve směru kolmém na směr toku, odtud je odváděna skluzem popř.
kaskádovým svodem.
• Šachtové.
Povodňový průtok je odváděn šachtovým objektem umístěným mimo hráz. Voda je
odváděna do vývaru odpadní štolou.
Pozn. 1: Výše uvedené dělení je uvedeno pro orientaci. V literatuře lze najít některé
rozdíly popř. podrobnější dělení. Např. Čábelka [6] šachtové přelivy dělí dále na
šachtové přelivy (v užším smyslu), šachto – věžové přelivy a věžové přelivy.
V odborném názvosloví doposud nepanuje jednoznačnost a snad to ani není úplně
možné – některé typy objektů jsou unikátní a mohou se jevit jako kombinace dvou
popř. více typů.
2.2 Přelivy používané u sypaných přehrad
Sypané přehrady jsou vytvořeny postupným navážením a hutněním zeminy. Podle
převládajícího obsahu násypového materiálu se dále rozlišují sypané zemní
(jemnozrnné zeminy) a sypané kamenité (hrubozrnné zeminy). Sypané zemní pak
mohou být homogenní (násypový materiál tvoří stabilizační i těsnící funkci) nebo
nehomogenní (těsnění tvoří zvláštní těsnící prvek).
Bezpečnostní přelivy přehradních vodních děl mají svá specifika, která v důsledku
zjednodušují hydraulické poměry a hydraulický návrh:
• Velké nádrže – jedná se o vysoké přelivy – přítoková rychlost je zanedbatelná.
Výjimku tvoří postranní přelivy, k nimž je voda přiváděna samostatným
kanálem.
• Při návrhu je přeliv navržen zpravidla tak, aby šlo o dokonalý přepad.
• Protože je v nádrži zanedbatelná rychlost, jedná se o přímý přepad (ať už je
dispozičně bezp. přeliv řešen jakkoliv)
Pro sypané přehrady je teoreticky možné použít všechny typy přelivů. Výjimkou jsou
korunové přelivy, které jsou integrovány do tělesa hráze vodního díla, jak je obvyklé u
přehrad betonových. O volbě typu přelivu rozhodují morfologické, geologické,
hydrologické a ekonomické poměry. Hrazené přelivy se navrhují zejména při nutnosti
převádění velkých průtoků. Průřez přelivného otvoru bývá zpravidla obdélníkový.
Korunové přelivy sypaných přehrad jsou provedeny včleněním samostatného
betonového bloku do násypu hráze (většinou na straně). Příčný průřez korunových
přelivů bývá často vytvořen jako proudnicový, aby bylo dosaženo nejlepších
hydraulických poměrů (největší součinitel přepadu) a délka přelivné hrany tak mohla
být co nejkratší.
U sypaných přehrad se s velkou výhodou používají boční popř. břehové přelivy,
pokud místní poměry disponují dostatkem místa k vytvoření dlouhé přelivné hrany.
Požadovaného přepadového průtoku je tudíž možno dosáhnout při malých
5
přepadových výškách. Tímto se sníží celková výška násypu hráze, což u sypaných
přehrad, vzhledem k malým sklonům návodního i vzdušného líce, znamená ušetření
objemu materiálu i prací.
Posledním ze třech nejčastěji používaných dispozičních řešení je šachtový přeliv.
Výhodou šachtových přelivů je jejich možnost integrace do sdruženého funkčního
objektu společně se základovými výpustmi i odběrnými zařízeními. Délku přelivné
hrany lze s výhodou zvětšit např. hvězdicovitým tvarem. Používají se zejména při
menších přepadových množstvích a tam, kde se předchozí typy z různých důvodů jeví
jako nevýhodné. Jako první byl vybudován v roce 1896 na přehradě Blackton, u nás
pak na přehradě Labská (1916).
V následující tabulce jsou stručně uvedeny informace o dispozičním řešení
bezpečnostních přelivů tuzemských sypaných přehrad s celkovým objemem
akumulované vody větším než 1 mil. m3. Typy přelivů jednotlivých vodních děl jsou
zjednodušeně rozděleny pouze do 4 kategorií, v souladu s poznámkou 1 (viz odstavec
2.1). Jsou uvedena pouze přehradní díla, jež byla vybudována během 19. a 20. století.
Rovněž hráze vodních děl s objemem menším než 1 mil. m3 jsou často vybudovány
jako sypané.
Za zmínku stojí také naše historická vodní díla – rybníky. Ty mají často
nezanedbatelný objem (Rožmberk, Máchovo jezero,…) a které byly budovány
výhradně jako zemní [5].
Tab. 1: Bezpečnostní přelivy tuzemských přehrad.
Korunový boční popř. břehový
Počet
Sypané zemní:
45
Sypané kamenité:
18
Z toho hrazených:
Z toho hrazených:
11
8
3
3
21
2
8
0
šachtový
ostatní není
samostatný sdružený
5
5
3
1
0
0
0
0
2
4
0
1
0
1
0
0
Vodní dílo (VD) Rozkoš nemá bezpečnostní přeliv, hladina zde nemůže vystoupit výše
jak 1 m pod úroveň koruny hráze – je dáno úrovní vtoku do přivaděče mezi VD a
řekou Úpou a hladiny Úpy ve Zlíči. Horní nádrž VD Dlouhé Stráně také nemá bezp.
přeliv – není potřeba.
Termínem “ostatní” jsou označeny nádrže disponující kašnovým bezpečnostním
přelivem v rámci sdruženého funkčního objektu. Jedná se o VD Pilská u Žďáru nad
Sázavou (sdružený funkční objekt zde byl vybudován jako jeden z prvních
v tuzemsku), VD Němčice a VD Trnávka.
VD Hracholusky sestává jak z korunového přelivu o 2 polích hrazeného klapkami, tak
ze šachtového přelivu tvořící sdružený objekt. Důvodem byly zejména bezpečnostní
důvody při nedostatku zkušeností s budováním objektů tohoto typu – první realizace
sdruženého funkčního objektu u nás.
Hrazený šachtový přeliv (segment) je součástí sdruženého funkčního objektu dolní
nádrže VD Dlouhé stráně.
Hrazený boční přeliv (stavidlo) se nachází na pražském VD Hostivař a pryžovým
vakem je hrazen boční (původně nehrazený) bezpečnostní přeliv VD Baška.
6
2.3 Přímý přepad
Základní rovnice, používaná pro výpočet přímého přepadu, je odvozena jako mezní
případ ustáleného výtoku ideální kapaliny svislým otvorem. Elementární průtok,
vyjádřen jako součin elementární plochy a Torricelliho výrazu pro bodovou rychlost
(odvozeného z Bernoulliho rovnice), se integruje po výšce přepadového paprsku
v mezích od nuly do h.
Obr. 1: Základní hydraulické a
geometrické vlastnosti přímého
přepadu. Čárkovaně je naznačena
hladina při nedokonalém přepadu.
Rovnice (Bazinova), zpravidla používaná pro výpočet přepadu pro velké nádrže (pro
přítokovou rychlost v0 ≈ 0 a dokonalý přepad, má tvar:
Q = m ⋅ b0 ⋅ 2 g ⋅ h
3
(1),
2
kde h je výška nesníženého přepadového paprsku (ve vzdálenosti min. 3h od přelivné
hrany), g je gravitační zrychlení, b0 účinná šířka přelivu, m součinitel přepadu. Pokud
není velikost rychlostní výšky zanedbatelná (např. pro postranní přelivy, k nimž je
voda přiváděna přívodním kanálem), je nutné použít nezjednodušenou (Weisbachovu)
rovnici ve tvaru:

α ⋅ v2
Q = 2 ⋅ µ P ⋅ b0 ⋅ 2 g ⋅  h +
3
2g





3
2
α ⋅ v2
− 
 2g



3
2




(2),
kde µP je součinitel přepadu, α Corriolisovo číslo, v přítoková rychlost před přelivem.
Ostatní výrazy jsou shodné s výrazy rovnice (1). Pro účinnou šířku přelivu se pro
nezatopený přepad zpravidla používá vztah:
b0 = b − 0,1 ⋅ ξ ⋅ nk ⋅ h
(3),
kde b je skutečná šířka přelivného pole, ξ je součinitel závislý na tvaru zhlaví pilíře, nk
je počet míst kontrakce (dvě na jednom přelivném poli). Pokud je polí víc, dílčí účinné
šířky se sečtou. Pozornost je třeba věnovat výpočtu zúžení krajních polí – břehové
pilíře mohou nepříznivě ovlivňovat průtočnost krajních polí. Pro komplikovanější
případy přepadu (zatopený přepad) je možné použít některý z dalších způsobů, uvádí
je např. Bém. [1]
7
Součinitel přepadu je funkcí mnoha proměnných. Jsou to zejména geometrické
charakteristiky přelivu, drsnost přelivné plochy, přepadová výška h, případně teplota
(viskozita) vody a další. Pro běžně používané typy příčných průřezů přelivných ploch
uvádí literatura vztahy pro výpočet součinitele přepadu jako funkce přepadové výšky h
a geometrie (např. výšky přelivu s, poloměru zakřivení r). Ty byly stanoveny a
odvozeny experimentálně v hydraulických laboratořích, viz např. [9], [1], [12].
Rovnice (1) popř. ostatní tvary používané pro výpočet přepadu a odvozené jako
mezní případ výtoku otvorem, vychází z nesprávných předpokladů. Nad přelivnou
hranou dochází k zakřivení proudových vláken – proudění není paralelní, ale konvexní
po zakřivené dráze, uvnitř přepadového paprsku dochází k deformaci tlakového pole a
rozdělení rychlosti po svislici není parabolické. Také výška přepadového paprsku nad
přelivem není rovna h (přes kterou se v klasických rovnicích vycházejících z výtoku
otvorem integruje), ale pouze cca 0,85h [1], [13], [20]. Teorie konvexního proudění,
tak jak ji odvodil Laufer, je uvedena např. v [1], [22].
Kratochvíl ve své experimentální studii z konce čtyřicátých let uvádí (str. 31): „V
poslední době se mnoho brojí proti této rovnici a proto se hydraulikové snaží nalézt
vztah pro výpočet průtočného množství bez součinitele µ.“ Na mysli má rovnici du
Buatovu, což je vztah obdobného tvaru jako Bazinova popř. Weisbachova rovnice.
Tato alternativní cesta vyjádření přepadového průtoku vychází např. z vyjádření Q
ze známé rovnice pro výpočet kritické hloubky yk a znalosti poměru h/yk, který je
podle předpokladu pro určité typy tvarů přepadových ploch konstantní:
yk =
3
Q2
g ⋅ b2
(4),
h
=k
yk
(5),
→
h
Q = b⋅ g ⋅ 
k
3
(6),
kde Q je průtok, g gravitační zrychlení, b v tomto případě šířka přepadu (účinná šířka)
a k vyjadřuje konstantní poměr podle (5). Např. pro ostrohranný zavzdušněný přepad k
= 1,4, pro přepad se zaokrouhlenou korunou k = 1,21 až 1,25. Tento předpoklad je
blízký skutečnosti, nicméně Kratochvílova měření na přehradě Kníničky (Brněnská
přehrada) naznačila, že tomu tak úplně přesně být nemusí. Měření stejně tak
nepotvrdila předpoklad, že nad korunou vznikne kritická hloubka [20]. Další
alternativu ke klasickému výpočtu přepadu, beroucí v potaz teorii konvexního
proudění, uvádí např. Bém [1].
Rovnice se přesto v praxi běžně používá, odchylky plynoucí z výše uvedených
nesprávných předpokladů jsou rovněž zahrnuty v součiniteli přepadu, který se zjišťuje
experimentálně.
Zvláštní význam mají proudnicové plochy vysokých přelivů, vytvořené jako
spodní obálka teoretického tvaru přepadového paprsku Bazinova ostrohranného
přelivu – parabolické. Je to např. Scimemiho nebo Creagerova beztlaková plocha,
z tlakových Smetanova a další. Rovnice příčného průřezu přelivné plochy v obecném
tvaru je udávána jako:
 x
y
= a ⋅ 
hn
 hn



b
(7),
8
kde x, y jsou souřadnice příčného průřezu přelivné plochy, hn je návrhová přepadová
výška, a, b jsou konstanty dle různých autorů s ohledem na požadované tlakové
poměry. Pro potřeby naší praxe se s výhodou používá návrh souřadnic řídící křivky
odvozením z tabulkových hodnot proudnicové plochy jednotkové (hn = 1 m). Od jisté
souřadnice – dotykového bodu [xT,yT] – pak vzdušní líc plynule přechází z plochy
proudnicové v rovinnou plochu určitého sklonu. Pro úpravu návodního líce se používá
několik různých schémat, souřadnice lze odečíst z tabulek [1], [9].
Velikost součinitele přepadu mn je udávána např. pro Scimemiho plochu hodnotou cca
0,5 (hodnoty se v různých pramenech mírně liší). Pro jiné přepadové výšky než
návrhové je nutné součinitel přepadu přepočítat. Jeden z možných tvarů redukční
rovnice je např.:
 h
m = mn ⋅ 
 hn



c
(8),
kde mn je hodnota součinitele přepadu pro návrhovou přepadovou výšku, c je
konstanta dle různých autorů (v rozmezí cca 0,12 – 0,17). Při použití četných vztahů
udávaných v literatuře je třeba vzít v potaz fakt, za jakých podmínek a v jakých
mezích jsou tyto vztahy použitelné.
Přelivné podtlakové plochy se pro nebezpečí rozkmitání konstrukce popř.
kavitace navrhují zřídka, ačkoliv jsou hydraulicky výhodnější. S podtlakovým
režimem se můžeme setkat i u beztlakových případně tlakových přelivných ploch,
pokud se vyskytne povodeň větší, než návrhová. Ta může být převedena pouze při
větší přepadové výšce h, než je návrhová a na přelivné ploše se vytvoří podtlak.
Přepadovým výškám větším než 1,6 hn je nutné se vyhýbat – pokládají se za nestabilní.
Zajímavé výsledky ukázaly pokusy s aplikací odsávacího zařízení umístěného za
korunou přelivu, které zvyšují stabilitu přepadu i pro výšky větší než 1,6hn [1].
S rostoucími poznatky se v některých zemích podtlakové plochy začaly při návrhu
používat, doporučená velikost maximální podtlakové výšky udává [22] -4,0 m vodního
sloupce. Pro výpočet podtlaků na přelivné ploše při známé energetické výšce přepadu
a rovnici příčného průřezu přelivné plochy se uvádí např. tento výraz:
 p

2
1 
2 ⋅ h   4 ⋅ r ⋅ cos θ

 ρ ⋅ g  max
=
⋅ 1 +
− 1
 ⋅
hn
27  r ⋅ cos θ  
h

(9),
kde (p/ρg)max je podtlaková výška, h je energetická výška (pro velké nádrže výška
přepadového paprsku), hn je návrhová přepadová výška, r je poloměr křivosti plochy
pro souřadnice x, y a θ je úhel poloměru svírající se svislicí. Hodnoty r a θ se vypočtou
např. pomocí vztahů používaných v diferenciální geometrií. Rovnice vychází z teorie
konvexního proudění (Lauffer) po kruhové dráze a její platnost je podmíněna dvěma
předpoklady:
• hloubka proudění je ve srovnání s poloměrem křivosti plochy malá
9
• Rozdíly hodnot energetické výšky v profilu kolmém na přelivnou plochu –
v průřezu, jímž prochází poloměr křivosti – jsou zanedbatelné
[22].
Pilíře je nutné u podtlakových přelivů navrhovat tak, aby oblast podtlaků
nezasahovala mimo pilíř, rovněž drážky hradících uzávěrů nesmí do této oblasti
zasahovat (přepadový paprsek by se mohl zavzdušnit, a přelivná plocha ztratit svůj
beztlakový charakter) [1].
2.4 Boční přepad
Jak již bylo naznačeno, u přelivů velkých nádrží se nejedná o boční přepad v pravém
slova smyslu, s jakým se lze setkat např. u bočních dešťových oddělovačů a jehož
hydraulikou se podrobně zabývá např. Kolářová [14]. Ve skutečnosti se opět jedná o
přímý přepad s tím, že voda přepadá kolmo na pomyslný směr toku. Po přepadu do
spadiště mění voda směr, vzniká složité prostorové šroubovité proudění. Průtok
spadištěm po délce vzrůstá a voda je odváděna k vývaru skluzem s nadkritickým
sklonem, popř. kaskádovým svodem.
Obr. 2: Schéma bočního přelivu
s přímou přelivnou hranou.
Pro návrh přelivu platí rovnice (1).
Přelivná hrana může být i zakřivená,
aby se docílilo částečného usměrnění
proudění na počátku spadiště. Protože
výška přepadového paprsku bývá
malá, příčný profil přelivu se často
neprovádí jako proudnicový, ale např.
pouhým kruhovým zaoblením. Příčný
profil spadiště bývá lichoběžníkový
popř. obdélníkový, podélný sklon se
navrhuje v jednotném sklonu 2 – 10
%. Maximální šířka je rovna šířce
skluzu. Rozměry spadiště se navrhují
tak, aby byl zajištěn dokonalý přepad – max. hladina vody ve spadišti h’n nesmí sahat
výše než do poloviny přepadové výšky. Pro zjištění největší hloubky vody ve spadišti
h’n (pro menší přepadová množství popř. pro předběžný návrh) za předpokladu říčního
proudění ve spadišti a při navrhnutých rozměrech (sklon dna, délka spadiště, úhel
zúžení spadiště ve dně), je možné použít např. Komorův graf [4], [15], [16], [20].
Matematický výpočet hladiny proudění ve spadišti vychází z věty o hybnosti
napsané ve směru proudění pro dva sousední profily. Změna hybnosti je způsobena
součtem všech externích sil, jmenovitě gravitační složkou síly, tlakovými sílami
působícími na oba profily a konečně pohybu brání síla třecí (Hinds, Favre, Li).
V inženýrské praxi se nepoužívá diferenciální rovnice, ale diferenční rovnice
přizpůsobená pro výpočet po úsecích:
10
∆y = −
α ⋅ Q1 ⋅ (v1 + v 2 )
g ⋅ (Q1 + Q2 )
⋅ [(v 2 − v1 ) + (Q2 − Q1 ) ⋅
v2
] + i0 ⋅ ∆x − i E ⋅ ∆x
Q1
(10),
kde ∆y je rozdíl hloubky vody dvou sousedních profilů, ∆x vzdálenost mezi profily,
Q1, Q2, v1,v2 průtok resp. rychlost v 1. resp. 2. profilu, i0 sklon dna, iE sklon čáry
energie, α koeficient zahrnující vliv turbulence, jehož hodnotu autoři doporučují volit
větší než 2 [22]. Rovnice je odvozena pro předpoklad konstantního dna spadiště a
konstantního přepadového množství přes boční přeliv. [5], [15], [16], [20], [22].
Pokud povodeň svou velikostí překročí povodeň návrhovou, boční přeliv se
může začít chovat jako zatopený (zatopená bývá jen cca první čtvrtina přelivné hrany),
a to z důvodu nedostatečné kapacity vlastního přelivu popř. některé další jeho součásti
(skluzu, nevhodně navrženého přemostění). K jistému ovlivnění kapacity přelivu může
dojít již při stoupnutí hladiny ve spadišti nad úroveň přelivné hrany. Modelový
výzkum také prokázal, že vlivem složitého šroubovitého proudění ve spadišti dochází
k časovému kolísání hladiny ve spadišti (při konstantním průtoku). Zajímavý je také
charakter šroubovitého pohybu. Při průtocích menších, než je průtok návrhový, vodní
částice po přepadu sleduje přelivnou plochu ke dnu, dále pak po dně směrem k zadní
stěně spadiště, nahoru podél stěny a po hladině směrem k přelivu. Pro průtoky větší
než návrhové je tento pohyb opačný (po přepadu vodní částice putuje nejprve po
hladině směrem k zadní stěně spadiště). Součinitel zatopení σz pro boční přepad není
vhodné uvádět jako σz = f (hσ/h), jak je obvyklé u přímého přepadu, ale např. jako
funkci poměru návrhového a skutečného průtoku σz = f (Qn/Q) – výška zatopení dolní
vodou hσ není jednoznačná [17], [18].
K odvedení vody ze spadiště se navrhuje v tuzemsku nejčastěji skluz.
Alternativně je to kaskádový svod, viz např. Chanson [11]. Skluz je koryto s velkým
sklonem dna (desítky procent) s nerovnoměrným bystřinným prouděním. Snahou bývá
navrhnout skluz přímý (každá nepravidelnost je potenciálním zdrojem poruch
proudění) a v jednotném sklonu, u něhož se nejméně projevuje vznik příčných vln,
které nerovnoměrně zatěžují vývar, snižují jeho účinnost a zvyšují hloubku vody ve
skluzu. Toto je ovšem u delších skluzů jen velmi těžko splnitelné, k zamezení vzniku
příčných vln se proto navrhuje průřez s větší hloubkou vody popř. zvětšením drsnosti
povrchu skluzu. Výpočet průběhu hladiny ve skluzu se počítá některou z metod
nerovnoměrného proudění, přičemž se vychází z kontrolního profilu, kde se
předpokládá kritická hloubka. Dispozičně se spadiště a skluz navrhuje tak, aby se tento
kontrolní profil nacházel na rozhraní spadiště a skluzu (obr. 2) [4].
Důsledkem bystřinných poměrů ve skluzu jsou velké rychlosti, ty
zapříčiňují provzdušnění proudu, přítomnost vzduchu v mezní vrstvě zmenšuje tření a
rychlost proudění dodatečně roste. S většími rychlostmi se zvětšují odporové síly,
dokud nenastane rovnováha. Další jev plynoucí z provzdušnění proudu při vysokých
rychlostech je omezení poruch způsobených kavitací, které ovlivňuje konkrétně
koncentrace vzduchu ve spodních vrstvách (uvádí se, že přítomnost 4 – 8 % vzduchu
ve vrstvě blízké dnu skluzu zabrání kavitaci při rychlostech proudění až do 45 m/s, při
použití aerátorů). Přenos atmosférických plynů (kyslík, dusík) hraje svou roli při
okysličování znečištěných úseků a také vysvětlují velkou úmrtnost ryb pod velkými
hydraulickými stavbami [10]. Provzdušnění proudu zvětšuje celkovou hloubku
proudící směsi vody a vzduchu a tím i nároky na výšku bočních stěn. Na významu
11
začíná nabývat pro rychlosti větší než 10 m/s. K výpočtu lze použít některý
z literaturou uváděných vztahů, kterým lze spočítat procento provzdušnění proudu.
Např. Douma [22] uvádí empirický vztah:
 0.2 ⋅ v 2

u = 10 ⋅ 
− 1
 g⋅R

1
2
(11),
kde u je procentuální obsah vzduchu v objemu proudící vody, v je střední průřezová
rychlost, R hydraulický poloměr a g gravitační zrychlení. Při výpočtu se nejprve
vypočte průběh hladiny bez provzdušnění a ten se poté opraví s ohledem na
provzdušnění. Hickoxovu metodu uvádí [20] a v [10] je předloženo řešení pro ustálené
nerovnoměrné proudění vycházející z rovnice kontinuity a rovnice energie.
Dalším doprovodným hydraulickým fenoménem je tvorba mezní vrstvy. Např. Bauer
(1954) předpokládá, že se mezní vrstva začne tvořit ihned po vstupu proudu do skluzu,
její tloušťka se po proudu zvětšuje. Pro její výpočet udává:
δ
x
=
0,024
x
 
∆
(12),
0 ,14
kde δ je tloušťka mezní vrstvy, x je vzdálenost od počátku a ∆ je absolutní drsnost.
Tato hodnota se dále může použít např. ve výpočtech spojených s odhadem ztráty
energie ve skluzu [22].
2.5 Šachtový přepad
Šachtový přeliv tvoří vtoková část (nálevka), přechodná část, zpravidla svislá šachta,
přechod ze šachty do štoly a odpadní štola (obr. 3). Vtoková část má nejčastěji tvar
kruhové nálevky, k vidění jsou ale i jiné tvary, např. podkovovitý, hvězdicovitý apod.
Přechod ze šachty do štoly se většinou provádí jako kruhové koleno, jsou ale známy i
případy kolmého zaústění (např. Les Království).
Hydraulicky šachtový přeliv při malých přepadových výškách funguje jako dokonalý
přepad. Průtok je určen kapacitou přepadu. Při vzrůstajících průtocích se začne vtok
v důsledku nedostatečné průtočné kapacity šachty zespoda zahlcovat, průtok je určen
kapacitou šachty, jedná se o výtok otvorem resp. talkovým potrubím, průtok se
zvyšuje již jen s odmocninou přepadové výšky a pro určení kapacity je (při
konstantním průměru šachty i kolena) rozhodující profil před rozšířením (viz obr. 3 –
profil S). Odpadní štola se zpravidla navrhuje v nadkritickém sklonu s dostatečnou
kapacitou, aby bylo dosaženo proudění o volné hladině. Pokud by byla navržena jako
tlaková (je – li odpad např. vylámán ve skále – veden mimo hráz), rozhodující profil
pro výpočet kapacity celého objektu bezpečnostního přelivu by pak byl na jejím konci
– výtoku.
12
Jako kritérium dokonalého přepadu se většinou uvádí poměr h/r < 0,45 (Wagner
1954), kde h je výška přepadu a r je poloměr kruhové nálevky (obr. 3). Pro větší
hodnoty se vtok začíná pozvolna zahlcovat. Při hodnotách
h/r = cca 1 dojde
k úplnému zahlcení přepadu a objekt začne fungovat jako tlakové potrubí – dojde
k úplnému zahlcení[6], [22].
Pro výpočet šachtového přepadu v oblasti dokonalého přepadu se používá
rovnice (1). Hodnotu součinitele přepadu m uvádí Rolle [5] ve tvaru:
α
r
m = A⋅ 
h
(13),
kde r je poloměr nálevky v úrovni přelivné hrany, h je výška přepadového paprsku, A,
α jsou konstanty, které jsou funkcí profilu nálevky a poměru r/h. Např. pro
parabolický obrys uvádí A = 0,367 a α = 0,086 a platí v rozsahu r/h = 5,6 až 25 [20].
Pro nízké přelivy je součinitel přepadu navíc funkcí výšky přelivu s (obr. 3) a na rozdíl
od přímých jezů m se s rostoucí výškou s snižuje [22]. Za účinnou šířku přelivné hrany
se uvažuje obvod přelivné hrany, při kruhové nálevce je b0 = 2πr. Jsou – li přítomny
pilíře, uvažuje se vliv boční kontrakce podle rovnice (2).
V oblasti zahlceného průtoku funguje přeliv jako výtok otvorem resp. tlakovým
potrubím a výpočet průtoku se vztahuje k těžišti kritického průřezu S:
D

Q = µ ⋅ S ⋅ 2⋅ g ⋅H + 
2

(14),
kde µ je součinitel výtoku, určený např. modelovým výzkumem, S = πD2/4 je plocha
kritického profilu S, D je průměr kritického profilu, H je tlaková výška od hladiny.
Obr. 3: Hydraulické charakteristiky šachtového
proudnicového přelivu.
K návrhu přelivné plochy šachtového přelivu
podle obr. 3 se používají tabulky poměrných
souřadnic x/h´ a y/h´ podle Wagnera, které jsou
navrhnuty jako spodní obálka přepadového
paprsku přes ostrohranný přeliv. Wagner
zkoumal na modelu detailněji i tvar paprsku při
podtlacích. Rovněž součinitel přepadu m sestavil
do tabulek. Ten je v porovnání s přímým
přepadem menší (vliv geometrie přepadu –
vzájemné ovlivňování sousedních proudových
vláken při dostředném pohybu) [6], [9], [12].
Šachtovými přelivy se ve VÚV zabýval zejména Haindl. Ten pro proudnicovou
plochu, která má v čárkovaných souřadnicích x´, y´ rovnici y´ = 1/8 x´2 experimentálně
odvodil pro součinitel m výraz ve tvaru (13), kde A = 0,461, α = 0,033 [7], [12]. Jeden
13
z jeho výzkumů hydraulického chování šachtového přelivu byl proveden v souvislosti
s budováním sdružených funkčních objektů některých našich sypaných přehrad
(Hracholusky, Jirkov, Pilská). Poukázal zejména na možnost tvorby vtokového víru,
nepříznivě ovlivňujícího kapacitu přepadu. Jako kritérium pro možnost vytvoření víru
udává h/D > 0,345 (D je průměr šachty). V krajně nepříznivých podmínkách – např.
při přítoku vody k šachtě pouze z jedné strany – tento vír způsobí, že k zahlcení
přepadu dojde již při cca polovičním průtoku, který odpovídá zatopení přepadu za
ideálních podmínek, kdy je tvorbě víru zabráněno (při vysokých výškách hladin nad
korunou popř. vhodným proti vírovým opatřením). Obr. (4) tento jev popisuje, křivka
“a” odpovídá nepříznivým podmínkám při nátoku na přeliv z jedné strany, křivka “c”
ideálním podmínkám při zabránění vzniku víru. Křivka “b” představuje chování
přepadu při spirálovém průtokovém režimu, kdy byly na vstupu osazeny usměrňující
žebra. Skutečná konsumpční křivka se v zatopené oblasti pohybuje mezi křivkami “a”
a “c”, její průběh závisí na intenzitě víru [2], [7]. Haindl (a jeho spolupracovníci) se
dále zabýval zahlcováním šachtového přelivu „pražského přelivu“ – např. [3] – za
jakých podmínek a v kterém místě nastane. Jedná se o hydraulicky složitý proces,
který se řeší jako dvoufázové proudění vody a vzduchu. V [8] shrnuje své výsledky a
podává návod ke graficko – početnímu popř. numerickému řešení.
Obr. 4: Konsumpční křivka šachtového
přelivu
modelu
vodního
díla
Hracholusky. Na vodorovné ose jsou
průtoky, na svislé ose hodnoty poměru
h/r.
Na koruně přelivu popř. i ve vtokové
části věžových objektů šachtových
přelivů se umísťují usměrňující žebra,
jež zabraňují tvorbě náhodných vírů a
usměrňují proudění (tzv. „pražský typ“
šachtového
přelivu).
Dojde
ke
spirálovitému průtočnému režimu, které
sice nemá největší dosažitelnou kapacitu
(pro dané h viz křivka “b” na obr. 3), ale
tento režim má dle Haindlových
výzkumů řadu předností oproti prostému
přepadu, přičemž intenzita víru je
kontrolována. Vlivem odstředivé síly je voda částečně přitlačována k přelivné ploše
(menší podtlaky), voda nepřepadá na dno šachty přímo, což způsobuje menší
namáhání a chvění. Pro provoz je tento režim taktéž výhodnější – lépe projdou
povodňové splaveniny [4], [6], [7].
Pokud se šachtový přeliv navrhuje mimo těleso hráze, např. do boku údolí
výlomem do původního horninového masivu popř. vybudovaném v zářezu v boku
údolí, výše uvedené výhody spirálovitého proudění nehrají takovou roli a naopak pro
co možná nejmenší objem výlomových prací je požadována největší průtočná
kapacita, která je dosažitelná pouze zabráněním tvorby vtokových vírů. Proto je třeba
zabezpečit plynulý přítok k celému obvodu přelivné hrany a tvorbě vírů zabránit
14
vhodným proti – vírovým opatřením, např. umístěním různě dlouhých pilířů na
přelivnou hranu popř. proti vírovým křížem. Experimentálně tuto problematiku
studoval Mojs, který zjistil nejúčinnější tvar proti – vírové zábrany ve tvaru svislé
tenké stěny, tvořené v půdoryse úsečí kružnice se středovým úhlem cca 153 stupňů a
vyduté směrem do nádrže [6].
Při praktických návrzích se návrhový průtok šachtových přelivů českých
sypaných přehrad většinou nachází v zahlcené oblasti konsumpční křivky, na Moravě
a na Slovensku byl upřednostňován volný přepad. Po vydání ČSN 73 6815 v roce
1972, kdy byla posuzována bezpečnost sypaných přehrad vybavených šachtovými
přelivy proti přelití, nově budované šachtové přelivy se navrhují tak, aby ani při
stoupnutí hladiny na úroveň koruny hráze nedošlo k zahlcení – to znamená v oblasti
volného přepadu [3].
Na starších přehradách je možné vidět také šachtový přeliv se širokou korunou,
který je podle Bollricha vhodný při poměru H/r < 0,2 a při jeho návrhu je možné
využít práce H. Blaua. [6].
Přechod mezi kolenem a odpadní štolou – rozšíření – je třeba důkladně
zavzdušnit (Obr. 3). Podtlaky, způsobené strháváním vzduchu vodním proudem, jsou
úměrné čtverci průtoku vody, přítok vzduchu je přímo úměrný podtlakům [7]. Jednou
z možných metod použitelnou pro dimenzování zavzdušňovacího potrubí, je např.
vztah Campbell – Quitonův [23]:
fa =
Qa β ⋅ Qn
=
va
45
(15),
kde fa je potřebná plocha zavzdušňovacího potrubí, Qa vzduch strhávaný vodním
proudem → potřebný přívod vzduchu, Qn návrhový průtok šachtového přelivu, va
rychlost proudění vzduchu (doporučená rychlost je 45 m/s) a β = Qa/Qn součinitel
zavzdušnění. Ten se zpravidla určuje experimentálně, pro jisté druhy proudění ve štole
(např. pro vznik vodního skoku za zúženým profilem a následného tlakového
proudění) uvádějí někteří autoři jeho velikost v závislosti na Froudově čísle v nejužším
průřezu před vodním skokem. Problémem zavzdušnění se zabýval i Haindl a spol. na
modelu šachtového přelivu Hracholusk, výsledky viz [6], [7], [23].
Z provozních důvodů (průchod splavenin) se průměr šachty navrhuje min. 3m.
Při větších průtocích je vnitřní strana kolena namáhána podtlaky. Koleno je nutné
zabezpečit proti silovému účinku proudu. Rychlosti vody dosahují v místě přechodu
z šachty do štoly značných hodnot – až 50 m/s. Proudění v odpadní štole se většinou
navrhuje s volnou hladinou při nadkritickém sklonu dna, které je hydraulicky
jednodušší a omezuje vznik tlakových pulsací a vibrací, což je obzvláště nepříznivé při
průchodu štoly tělesem hráze. Zvýšené úsilí je konečně nutné při návrhu tlumení
kinetické energie. Obvyklý vývar je v porovnání s běžnými korunovými přelivy málo
účinný, výtok je soustředěn na malou šířku, měrný průtok a rychlost je velká, může
dojít k vytvoření vodního válce se svislou osou, jímž je vývar značně namáhán. Často
se místo vývaru navrhuje odrazový („lyžařský“) můstek [5], [6].
15
2.6 Krátce k hrazeným přelivům
Hrazené přelivy se realizují hlavně na významnějších vodních dílech (není pravidlem).
Dále např. tam, kde je žádoucí udržovat hladinu na konstantní úrovni (stálý spád pro
energetické využití). Pro velké návrhové průtoky je jako hradící uzávěr ve světovém
měřítku nejčastěji používán segment. Uzávěry mohou být zdvižné (nejčastěji zdvižný
segment) nebo spustné, popř. sklopné. Zdvižné uzávěry z hydraulického hlediska
fungují při částečném vyhrazení jako výtok velkým otvorem:
3
3
Q = 2 ⋅ µ ⋅ b0 2 ⋅ g ⋅  h2 2 − h1 2 
3


(16),
kde µ je součinitel výtoku otvorem, b0 účinná šířka přelivného pole, g gravitační
zrychlení, h2 hloubka spodní hrany otvoru (koruna přelivné plochy) pod hladinou a h1
hloubka vrchní hrany otvoru (spodek uzávěru) pod hladinou. Voda přepadá až při
velkých povytaženích uzávěru, kdy se voda odlepí od jeho dolní hrany. Tento přechod
je složitý a závisí na geometrických charakteristikách uzávěru, přelivné plochy a taktéž
na vírech, jimiž do paprsku proniká vzduch. Hodnota návrhového součinitele výtoku
se uvádí 0,66 až 0,72 – dosahuje nižších hodnot, než u přepadu volného. Přes spustné a
sklopné uzávěry voda přepadá [4].
Kratochvíl při svých měření na Kníničkách zjistil, že hodnota součinitele přepadu je
funkcí hladiny vody v nádrži h2 a velikosti pootevření – výšce výtokového otvoru a =
h2 – h1. Se vzrůstajícím otevírání stavidla se µ zmenšuje. K přechodu výtoku otvorem
ve volný přepad dochází skokem [19].
Při hydraulickém návrhu hrazeného přelivu je třeba vzít v úvahu zejména tyto
problémy:
1.
2.
3.
4.
Tvar krajních a mezilehlých pilířů.
Výběr hradícího uzávěru.
Návrh vhodného umístění uzávěru vzhledem k přelivné ploše.
Řešit otázku spjatou s tvorbou podtlaků.
Pozornost je třeba věnovat tvorbě podtlaků, které mohou vést k nadměrnému
namáhání uzávěru vlivem dynamických účinků. Obecně se velikost podtlaků
zmenšuje, je – li uzávěr situován dále po proudu, tímto se ovšem zvyšuje potřebná
velikost uzávěru a tím i jeho cena. Stejně tak je možné snížit podtlaky zvýšením
návrhové výšky hn, ovšem za cenu robustnějšího tvaru příčného profilu přelivu.
Velikost podtlaků se při vyhrazování (otevírání) zdvižných uzávěrů zvětšuje. Pro
určitou polohu otevření dosahují podtlaky max. hodnoty, načež se začnou zmenšovat.
Při úplném vyhrazení uzávěru tlakové poměry na přelivné ploše dosahují hodnot
shodných s volným přepadem. Cílem odborníků je nalézt polohu vyhrazení jako funkci
návrhové výšky hn a vodorovného umístění hradícího uzávěru (např. vzhledem
k přelivné hraně) X, při které vznikají největší podtlaky a pro tento stav konstrukci
posoudit. Podtlaky vznikají zpravidla hned za uzávěrem [22].
16
Další problém, kterým je třeba se zabývat, je tvorba podtlaků podél pilířů. Ty dosahují
větších hodnot, než na středu přelivného pole. Pro některé tvary přelivných ploch je
k jejich zjištění možné použít grafické výsledky modelového výzkumu např. WES
(USACE Waterways Experiment Station) [22].
3. Zdroje
V předchozích odstavcích byly popsány základy hydrauliky přepadu vody
v souvislosti s nejčastěji používanými dispozičními scénáři u sypaných přehrad.
Obecně problematika přepadu vody zahrnuje velmi široké spektrum problémů, jak
naznačuje odstavec 2.1. Pro jejich hlubší pochopení je, jako v každém oboru, nutné
věnovat úsilí a čas při hledání relevantních informací. Tyto informace – výsledky
práce zkušených odborníků publikované v jakékoliv formě – je dále pro úspěšnou
aplikaci nutné pochopit a vstřebat.
Lze si jen stěží představit, že bude někdy možné, při daném intelektu, významně
zkrátit čas a úsilí nutného k pochopení obecně jakéhokoliv problému. Ale naopak,
dobře si lze představit nezanedbatelné ušetření času při vyhledávání těchto
relevantních informací se stále se zdokonalujícím a lépe dostupným technologickým
fenoménem, jímž je v dnešní době především internet. Toto médium usnadňuje jak
vyhledávání zdrojů v klasické knižní formě v databázích knihoven, tak získávání
zdrojů v podobě textových souborů (nejčastěji pdf dokumenty, umístěné přímo na
webových stránkách) při jejich vhodném vyhledávání za pomocí klíčových slov
některým z vyhledávacích nástrojů (např. www.google.com, popř. vlastní vyhledávací
nástroje integrované přímo na webových stránkách významných institucí). Informace
obsažené v těchto dokumentech se svým obsahem prozatím nemůžou rovnat těm
klasickým, zejména kvůli autorským zákonům, nicméně některé agentury popř.
univerzity (US Bureau of Reclamation popř. US Corps of Engineers) na svých
stránkách publikují výsledky prací svých vědeckých pracovníků ve formě návodů pro
projektování, výzkumných zpráv (výše uvedené agentury) nebo alespoň ve formě
článků, studií, rozšířených abstraktů či abstraktů a lze předpokládat, že kvalita i
množství těchto „on – line“ informací se bude stále zlepšovat a zvětšovat.
3.1 Knižní zdroje
Tituly, z nichž vychází kapitola 2, jsou uvedeny v seznamu použité literatury. Zdrojem
byly zejména Státní technická knihovna, knihovna Katedry hydrotechniky stavební
fakulty ČVUT a Ústřední knihovna fakulty stavební ČVUT. Tyto tituly obsahují
obstojné množství informací týkající se tohoto tématu a seznamy použité literatury,
uvedené na konci každého z titulů, jsou dobrým vodítkem, jak informace dále rozšířit.
Jiná otázka je, kolik z těchto titulů by bylo reálné sehnat.
Dobrým vodítkem pro rešerši jsou odborné časopisy a v nich publikované
souhrny prací. Zejména je to časopis Vodní hospodářství, který na svých webových
stránkách uvádí seznam všech publikovaných článků ve formátu sešitu programu
Microsoft Excel (http://www.vodnihospodarstvi.cz/files/vh51-05.xls). Dále je to
časopis Fakulty stavební ČVUT Stavební obzor, ten rovněž na svých internetových
17
stránkách uvádí obsah publikovaných článků od doby svého vzniku v roce 1992
(http://web.fsv.cvut.cz/obzor/rocniky/index.htm). Obsah časopisu Vodohospodárky
časopis, od roku 1993 Journal of Hydrology and Hydromechanics, je možné od roku
1998 nalézt na: http://www.ih.savba.sk/jhh/. Je – li možné zjistit obsah starších čísel,
se mi ani po kontaktu editora nepodařilo zjistit.
3.2 Internetové zdroje
Tyto řádky budou věnovány velice stručnému popisu internetových adres, kde se
nacházejí informace ve formě volně stažitelných dokumentů. Některé z nich vznikly
převedením starších textů do digitální formy, a proto je jejich kvalita snížená.
Převážně se jedná o dokumenty pdf, které lze otevřít např. pomocí programu „Foxit
Reader 2.0“. Instalátor lze stáhnout zde:
http://us01.foxitsoftware.com/foxitreader/foxitreader_setup.exe (1,5MB).
1. Stránky U.S. Bureau of Reclamation.
Na adrese http://www.usbr.gov/pmts/hydraulics_lab/pubs/index.cfm je možné najít
velké množství publikací, které zahrnují výzkumné zprávy, inženýrské monografie
popř. manuály. Hydraulikou přelivů se zabývá např.:
• Design of Small Dams (1987). Dokument pdf (60,8 MB), 860 s. Kapitola 10 je
věnována návrhu přelivů, jsou zde popsány všechny základní typy přelivů
používaných u sypaných přehrad, včetně obrázků, grafů, nomogramů.
(http://www.usbr.gov/pmts/hydraulics_lab/pubs/manuals/SmallDams.pdf)
• Falvey H. T: Air – Water Flow in Hydraulics Structures (1980). Pdf
(8,9MB), 143 s. Text shrnuje poznatky získané výzkumem v oblasti proudění
fází voda – vzduch, v otevřených korytech, v uzavřených potrubích a šachtách a
při volném pádu paprsku vody. Jsou zde uvedeny i výsledky Sikorovi práce.
(http://www.usbr.gov/pmts/hydraulics_lab/pubs/EM/EM41.pdf)
• A.J. Peterka: Spillway Tests Confirm Model – Prototype Conformance
(1954). Pdf (19,5MB), 62 s. Experimentální studie porovnávající výsledky
modelového výzkumu s přímým měřením na prototypu šachtových přelivů
přehrad The Heart Butte a Shadehill. Některé obrázky jsou bohužel nečitelné.
(http://www.usbr.gov/pmts/hydraulics_lab/pubs/EM/EM16.pdf)
• Falvey H. T.: Cavitation in Chutes and Spillways (1990). Pdf (12,1 MB),
145 s. Monografie osvětlující teoreticky problém kavitace, obsahuje doporučení
pro návrh skluzů pro omezení škod (provzdušňovače – aerátory) a uvádí
výsledky experimentů US BoR. Dále je možné stáhnout program pro výpočet
škod. (http://www.usbr.gov/pmts/hydraulics_lab/pubs/EM/EM42.pdf)
18
• Hydraulic Model Studies of The Trinity Dam Morning – Glory Spillway
(1960). Pdf (8,9MB). Experimentální studie vhodné geometrie šachty, pilířů,
zavzdušnění pro docílení vhodných hydraulických vlastností přelivu a omezení
spirálovitého proudění. Některé části výkresů ztratily digitalizací kvalitu.
(http://www.usbr.gov/pmts/hydraulics_lab/pubs/HYD/HYD-447.pdf)
a další.
2. Stránky US Army Corps of Engineers.
Další zdroj volně stažitelných inženýrských manuálů lze nalézt na adrese
http://www.usace.army.mil/publications/eng-manuals/em.htm. Hydraulikou přelivů se
zabývá:
• EM 1110-2-1603 – Hydraulic Design of Spillways (1992). Pdf (3,8 MB), 160
s. Dokument obsahuje stručný popis hydrauliky přelivů většiny typů, vztahy pro
jejich návrh a v příloze též v nomogramech shrnuté výsledky experimentálního
výzkumu.
(http://www.usace.army.mil/publications/eng-manuals/em1110-21603/entire.pdf)
• Hydraulics Design Criteria – Spillways. 3. části – Pdf (3MB, 6,7MB,
3,9MB), 21 s., 80 s., 43 s. V textu je stručně popsáno široké spektrum jevů
souvisejících s přelivy, obsahuje množství monogramů a obrázků shrnujících
výsledky experimentů, např. vliv pilířů na tvar přepadového paprsku popř. na
velikost tlaků pro parabolické, eliptické proudnicové plochy. Je uvedeno i
několik vypočítaných příkladů. Třetí část (100-c) obsahuje v krátkosti i návody
k výpočtu bočního a šachtového přelivu, uvedeny jsou např. Wagnerovi tabulky
(Pozn.: Tyto texty jsem nalezl pomocí vyhledávacího nástroje Google –
nepodařilo se mi zjistit, jsou – li stažitelné přímo ze stránek podobných těm
výše uvedeným).
http://chl.erdc.usace.army.mil/Media/2/7/7/100-a.pdf,
http://chl.erdc.usace.army.mil/Media/2/7/8/100-b.pdf,
http://chl.erdc.usace.army.mil/Media/2/7/9/100-c.pdf
Dalšími příklady zajímavých dokumentů mohou být:
Gonzales C. A.: An Experimental Study of Free-surface Aeration on
Embankment Stepped Chutes (2005). Pdf (8,2 MB), 220 s. Disertační práce
Australské Univerzity v Queenslandu, zabývající se experimentální hydraulikou
provzdušnění proudu při proudění na kaskádovém svodu mírného sklonu (cca 16 a 22
stupňů). http://eprint.uq.edu.au/archive/00002676/
Tato práce pochází ze stránky http://eprint.uq.edu.au/view/subjects/290802.html, kde
jsou uvedeny mimo jiné některé Chansonovi práce týkající se kaskádových svodů.
19
Dalším způsobem získání informací stojícím za zmínku je použití on – line
vyhledávání vyšlých knižních titulů. Např. zadáním klíčových hesel
„book+spillway+hydraulics“ vyhledávač v databázi najde seznam titulů, které
nějakým způsobem souvisejí se zadanými hesly. U některých titulů jsou k dispozici
náhledy textů a lze je dokonce celé on – line číst (to ovšem není zadarmo, tuto službu
je nutno předplatit). Z těchto textů se jeví zajímavě zejména:
Khatsuria R. M.: Hydraulics of Spillways and Energy Dissipators. Marcel Dekker
Inc. 2004, 649 stran. Monografie se zabývá hydraulikou přelivů a s nimi souvisejících
objektů a jevů. Je rozdělena na 4 části: 1. Přelivy (Spillways), 2. Objekty tlumící
kinetickou energii vody (Energy Dissipators), 3. Kavitace a provzdušňování proudu
(Cavitation and Air Entrainment), 4. Hydraulické modelování (Hydraulics Modeling).
Obsah viz: http://www.thattechnicalbookstore.com/b0824757890.htm
Seznam použité literatury:
Bém J.: Proudnicové a podtlakové přelivné plochy. Disertační práce. Praha 1975, 292
s. [1]
Bilík M., Haindl K., Kališ J., Vácha P.: Combined Functional Hydraulic Structures of
Earth and Rockfill Dams. Ninth International Congress on Large Dams, Istanbul 1967,
s. 251 – 269. [2]
Bilík M.: Sdružené objekty šachtových přehrad se šachtovým přelivem. Časopis Vodní
hospodářství, Praha 1985, číslo 7.[3]
Broža V., Kratochvíl J., Peter P., Votruba L.: Přehrady. Praha, SNTL/Alfa 1984, 548 s.
[4]
Broža V. a kol.: Přehrady Čech, Moravy a Slezska. Liberec, nakladatelství Knihy555
2005, 251 s. [5]
Čábelka J.: Přínos hydrotechnického výzkumu k řešení šachtových přelivů. Časopis
vodní hospodářství, Praha 1971, číslo 5.[6]
Haindl K., Doležal L., Král J.: Příspěvek k hydraulice šachtového přepadu.
Vodohospodársky časopis, Bratislava 1962, číslo 3,4. [7]
Haindl. K., Haindl M.: Zahlcení šachtového přelivu. Časopis Vodní hospodářství,
Praha 1982, číslo 11.[8]
Havlík V., Marešová I.: Hydraulika 20. Skriptum. Praha, vydavatelství ČVUT 2001,
245 s. [9]
Chanson H.: Air Entrainment in Chutes and Spillways. The University of Queensland,
Department of Civil Engineering 1992, Research Report Number CE133, 88 s. [10]
20
Chanson H., Toombes Luke: Experimental Investigation of Air Entrainment in
Transition and Skimming Flows Down a Stepped Chute Application to Embankment
Qverflow Stepped Spillways, The University of Queensland, Department of Civil
Engineering 2001 , Research Report Number CE158, 74 s. [11]
Mäsiar E., Kamenský J.: Hydraulika pre stavebných inžinierov I. Bratislava, Alfa
1986, 344 s. [12]
Kolář V., Patočka C., Bém J.: Hydraulika. Praha, SNTL/Alfa 1983, 475 s. [13]
Kolářová Z.: Hydraulický výpočet bočního přepadu. Disertační práce. Praha 1991. 90
s. [14]
Komora J.: Bočné priepady pri vodných nádržiach. Bratislava, VÚV 1962, 38 s. [15]
Komora J.: Štúdium prúdenia v priepadových žľabov. Vodohospodársky časopis,
Bratislava 1962, číslo 2. [16]
Králík M.: Boční přelivy a bezpečnost přehrad. Disertační práce. Praha 2004. 129 s.
[17]
Králík M.: Boční přelivy a bezpečnost přehrad. Časopis Stavební obzor, Praha 2005,
číslo 6. [18]
Kratochvíl S.: Hydraulika přepadu vysokého jezu. Státní nakladatelství – oddělení
odborných škol, Praha 1948, 121 s. [19]
Peter P., Votruba L., Majzlík L.: Údolné nádrže a priehrady. Bratislava, SVTL 1967,
477 s. [20]
Plecháčová J.: ČJ – AJ a AJ – ČJ Vodohospodářský slovník. Nakladatelství EVAN
1997, 75+84 s. [21]
Şentürk F.: Hydraulics of Dams and Reservoirs. Water Resources Publications 1994,
788 s. [22]
Sikora A.: Zavzdušnenie šachtových priepadov. Bratislava, VÚV 1965, 103 s. [23]
21
Příloha 1 – výpis některých AJ-ČJ termínů
abutment
břehový pilíř
air intake
zavzdušnění
air-demand
zavzdušnění
air entrainment
provzdušňování proudu
*bend
koleno (přechod mezi šachtou a štolou)
broad-crested weir spillway
přeliv se širokou korunou
crest
koruna
discharge coefficient
součinitel přepadu
downstream face
vzdušní líc
drop spillway
stupeň ve dně
earth dam, fill dam
zemní přehrada
embankment dam
sypaná přehrada
energy dissipator
objekt sloužící k tlumení kinetické energie vody
flat-crested shaft spillway
šachtový přeliv se širokou korunou
flip bucket
lyžařský můstek, odrazový můstek
flood routing
řízení povodně (transformace povodňové vlny)
freeboard
převýšení (hráze nad hladinou)
free flow spillway
nehrazený přeliv
gate seat
dosedací práh
gated spillway
hrazený přeliv
gradually varied flow
nerovnoměrné proudění
head
tlak. výška
hydraulics jump
vodní skok
chute
skluz
chute spillway
boční přeliv jako celý objekt (přeliv,spadiště,skluz)
morning glory spillway
šachtový přeliv
nappe
přepadový paprsek
negative pressure
podtlak
orifice
otvor
overflow
přepad
overtoping
přelití (hráze)
pier
pilíř
rockfill dam
kaminitá přehrada
shaft spillway
šachtový přeliv
side spillway
boční přeliv
ski jump
lyžařský můstek, odrazový můstek
sluice gate
stavidlo
spillway (emergency spillway)
přeliv (bezpečnostní přeliv)
spillway chute
skluz
*spillway nappe
přelivná plocha
*stepped chute (stepped spilway) kaskádový svod
stilling basin
vývar
tailwater
dolní voda
tailrace
odpadní štola
tainter(radial,drum) gate
segment
upstream face
návodní líc
Pozn.: Uvedené výrazy mohou mít i více významů, zvláště pak překlad výrazů označených *
je třeba brát opatrně (nebyl jsem schopen ověřit).
22