Navrhování suchých nádrží

Odborná podpora pro omezování
rizika povodní – zvláštní povodně
a bezpečnost suchých nádrží,
připravované dotační tituly z OPŽP
2014 – 2020
Ministerstvo životního prostředí n Státní fond životního prostředí ČR
www.opzp.cz n zelená linka 800 260 500 n [email protected]
Úvod
 Rozmach v budování suchých nádrží
- Extrémní povodně minulých let
- Programy ochrany před povodněmi
- Suché nádrže - dotační fondy - EIB 2002 až 2011
- I. etapa – 14 SN v ceně cca 0,42 mld. Kč (Žichlínek
386 mil. Kč)
- II. etapa – 30 SN v ceně cca 2,43 mld. Kč (Teplice
2,06 mld. Kč)
„Krize“ v navrhování a budování hrází
Nedostatek kvalifikovaných kapacit (projekčních,
dodavatelských)
Systém investorské přípravy (Povodí, LČR, obce, soukromé
subjekty)
otázky financování (časový stres, pozdní uzavírání smluv,
financování před dokončením prací)
investor mnohdy nedisponuje technickou komisí
z různých (např. „úsporných“) důvodů podceněna
technická kontrola a dozor investora
3
Definice
 TNV 75 2415 - Suchá nádrž (SN):
- je vodní nádrž určená k ochraně před účinky povodní, ve
které je celkový objem nádrže téměř shodný se součtem
ovladatelného a neovladatelného ochranného prostoru. Plní
retenční funkci a snižuje povodňový průtok ve vodním toku;
může mít v poměru k celkovému objemu zanedbatelné stálé
nadržení, které plní krajinotvornou či ekologickou funkci.
MOŽNOSTI POUŽITÍ SN
 zapadají do celkové koncepce PPO v řešeném povodí
 je k dispozici vhodné místo pro realizaci SN
- dostatečný objem retenčního prostoru,
- majetkoprávní vztahy k pozemkům
- jiné zájmy v území
 povodně mají
- rychlý nástup bez možnosti varování ohroženého území,
- vysoké kulminační průtoky při relativně malém objemu vlny
 je třeba zachytit splaveniny (včetně rozměrného spláví)
Definice
 ČSN 75 2410 - Malé vodní nádrže (dále MVN):
– objem nádrže po normální hladinu nepřesahuje 2 mil. m 3
– největší hloubka vody v nádrži nepřesahuje 9 m
 SN překračují často parametry dle ČSN 75 2410
Definice, odchylky
 MVN - Zjednodušení návrhu oproti „klasickým“ velkým
přehradám
 Pouze přiměřeně pro nádrže s objemem pod 5 tis. m3
 Za vodní nádrž se považuje i tzv. suchá nádrž (nedoporučuje se
termín „polder“, resp. „poldr“)
 Zvláštní kategorie „vzdouvacích staveb“ jsou ochranné hráze na
vodních tocích
Definice „poldru“
 Poldr = nízko položené území (typické pro Nizozemí),
které bylo odvodněno a obvykle je kultivováno.
Toto území je chráněno hrázemi.
Odvodnění musí být mnohdy zajištěno čerpáním, v
některých případech stačí odvodnění za nízkého stavu
hladiny moře (odliv) stavidlovými otvory.
Definice „poldru“
 poldr – prostor v říčním údolí přilehlý k toku, který po naplnění vodou při povodni
plní retenční funkci a snižuje povodňový průtok v toku. Po průchodu povodně se
prostor zcela vyprázdní (je suchý) a zpravidla se zemědělsky využívá .
Postup při návrhu suché nádrže
 Prokázání splnění účelu
- Primární je vodohospodářské řešení (SOP, VH plán, …)
- Technicko-ekonomické hodnocení
 Průkaz realizovatelnosti
- Územní a majetkoprávní otázky
- Kvantifikace vlivů díla
- Stavebně-technické předpoklady
- Požadavky na bezpečnost a spolehlivost díla
- Finanční krytí
 Jednotlivé úrovně dokumentace
- IZ
- DÚŘ
- DSP
- Realizační dokumentace
- Na všech úrovních kvalifikovaná technická supervize investora !!!
Mapové podklady
 VH mapy - 1 : 50 000
- Základní VH údaje,
- VH souvislosti
- Vazba na ostatní VH prvky
 Mapy 1 : 10 000
- Klasické, ZM10 (Zabaged)
- RZM – pozor na přesnost !!!
 Ortofotomapy
 Zaměření místa hráze a zátopy
Nejpozději na úrovni DÚŘ, Nezbytné pro vodohospodářské řešení
Kvalifikovaný geodet – účast vodohospodáře
Hydrologické a klimatické
podklady
Zákl. hydrologické údaje ve smyslu ČSN 75 1400
- Č. hydrologického pořadí, plocha povodí, Qa, …
- N – leté průtoky, M – denní průtoky
V případě návrhu a posouzení retenční fce (u SN vždy)
- parametry povodňových vln - doporučuje se provést vlastní analýzu
- vliv vodních děl v soustavě
Podle účelu
- Teplota, jakost vody, splaveninový režim
Hydrologické nejistoty dané:
-
dobou hydrologických pozorování
přesností měření a vyhodnocení průtoků ve vodoměrných profilech
změnami režimu odtokových poměrů (urbanizace, zásahy v povodí,…)
metodami vyhodnocení
Nejistoty v hydrologických podkladech
ČSN 75 1400 Hydrologické údaje povrchových vod
Třída
Hydrologický údaj
I
II
III
IV
Směrodatná chyba v [%]
8
10
20
10
15
Dlohodobý průměrný průtok (Qa)
M – denní průtoky (Q30d až Q300d)
M – denní průtoky (Q330d až Q364d)
N – leté průtoky (Q1 až Q10)
N – leté průtoky (Q20 až Q100)
12
15
30
20
30
20
25
45
30
40
30
40
60
40
60
Spolehlivost KPV ?????
klasické postupy (extrapolace)
modelování (srážky, odtok)
Údaje N-letých průtoků pro VD Vranov
N
1
2
5
10
20
50
100
200
500
1000
10000
2008
107
129,9
173,1
216,2
269,1
355,7
435
527,6
673
802,1
1374
1998
108
141,5
188,5
225
263
314,5
355
400
458
510
685
IG a hydrogeologické podklady
 Na úrovni DÚŘ !!!
 Skladba a propustnost vrstev podloží
- Průzkumné vrty
- Skladba vrstev
- Úroveň HPV
- Nálevové zkoušky
- Průzkum v profilu hráze i v zátopě
- Průzkum naleziště
- zemníky, lomy, …
- podle skladby tělesa hráze
- Sledování a dokumentace poměrů během výstavby
- přítomnost geologa
- ověřování dosažených vlastností sypaniny během výstavby
IG a hydrogeologické podklady




Granulometrický rozbor
Geotechnické charakteristiky
Pevnostní charakteristiky
Zhutnitelnost
IG a hydrogeologické podklady




Granulometrický rozbor
Geotechnické charakteristiky
Pevnostní charakteristiky
Zhutnitelnost
Vzorek
1745
1746
Sonda
S-I
S-2
Hloubka
1,3
0,8
fI%]
49.4205
52.4714
Podíl
s[%]
47.8630
21.9066
frakcí
g[%]
2.7165
25.6220
cb[%]
0.0000
0.0000
b[%]
0.0000
0.0000
d10
0.0014
0.0010
d30
0.0162
0.0094
d60
0.1176
0.3102
3 1.40
52.80
wp [%]
20.60
22.20
Ip
10.80
30.60
Vlhkost
20.00
18.30
le
1.06
1.13
Cu
81.991
303.346
Ce
1.566
0.276
Průměry
Konzist. WL [%]
meze
-7
Koef.fi1trace
-7
3.848.10
2.439.1 O
Symbol
F4=CS
F2=CG
Název
jíl písčitý
jíl
štěrkovitý
IG a hydrogeologické podklady




Granulometrický rozbor
Geotechnické charakteristiky
Pevnostní charakteristiky
Zhutnitelnost
IG a hydrogeologické podklady




Granulometrický rozbor
Geotechnické charakteristiky
Pevnostní charakteristiky
Zhutnitelnost
Koncepční úvahy – musí sledovat:
- Posouzení vlivu SN v celém komplexu
- Na vodohospodářské poměry (množství, jakost vody), soustava, …
- Na životní prostředí (fauna, flóra, …)
- Účely díla a hlavní funkce SN
- Retenční
- Rekreační
- Bezpečnost a spolehlivost díla – zejména při povodních (posudek)
- Soulad s územně plánovací dokumentací a VH plánem
- Začlenění do krajiny, ochrana přírody, apod.
- Potřeby zemědělství a lesnictví
- Stavebně-konstrukční řešení, umístění nádrže a hráze, …
Vodohospodářské řešení
•
Stanovení objemů jednotlivých prostorů
•
Vyšetření způsob optimálního využití objemu a řízení odtoku
•
Stanovení požadavků na návrhové parametry
- Spodní výpusti
- Bezpečnostního zařízení
- Odběrů, kapacit přivaděčů, apod.
•
Posouzení bezpečnosti díla při povodních na parametry kontrolní povodně
•
Zjišťování vlivu vodního díla na průběh průtoků v toku
- Na ostatní VD po toku
- V místě soutoků
Podklady pro ekologické hodnocení
•
 Pravidlo „pětinásobku“
- Náklady „ušetřené“ na průzkumu se projeví pětinásobkem
nákladů na sanaci problémů při výstavbě a během provozu
- „Ušetřené“ provozní náklady (údržba, TBD, …) se projeví
pětinásobkem nákladů na sanaci poruch, popř. havárií
21
Obsah vodohospodářského řešení
 Dle významu a funkce nádrže
 Obsah :
- úvodní část - identifikační údaje :
- název a kategorie VD
- název a staničení vodního toku,
- číslo hydrologického pořadí,
- názvy krajů a obcí,
- katastrální území,
- dále:
- požadavky na nádrž jako celek,
- stupeň dokumentace,
- použité podklady,
- zdůvodnění rozsahu VH řešení a popis metody,
- odkazy na předpisy, normy, zákony, vyhlášky apod.,
- seznam použitých značek,
- použitý software,
- výsledky vodohospodářského řešení a jejich zhodnocení,
- seznam platných rozhodnutí, souvisejících s vodním dílem.
Řešení ochranné funkce nádrže

-
Koncepce
Rozbor stavu v širším území, SOP
Umístění nádrže (nádrží)
Návrh parametrů objektů
Návrh rozdělení retenčních prostorů
 Neškodný průtok pod nádrží
- Může se v čase měnit
- Požadavky, důsledky urbanizace
dV t 




Q
t

O
t

;
- Morfologie koryta, zanášení
dt
- Vliv mezipovodí pod VN či SN
 Hydrogram návrhové povodňové vlny (PV100)
- Rozdělení objemů vody v nádrži
- Transformace – pro různé povodňové scénáře
 Převedení KPV
 http://storm.fsv.cvut.cz/123456.php?id=4projekty-ke-stazenidetaily&sekce=RIV&item=ASW-suche-nadrze
Ot   OV t 
Neškodný odtok pod nádrží
-
Zaměření koryta a objektů
Hydraulický výpočet
Posouzení míry ochrany – N – letost
Přijatelná míra ochrany – “Strategie
České republiky“
ochrany před povodněmi pro území
Charakter chráněného území
Míra ochrany
Historická centra měst, historická zástavba, provozy používající při
výrobě nebezpečné látky
Q100
Souvislá zástavba, průmyslový areál, významné liniové stavby a
objekty
Q50
Rozptýlená bytová a průmyslová zástavba, souvislá chatová zástavba
Q20
Návrhové charakteristiky povodně
 NPV – odpovídá kategorii VD (PV100 , PV1000)
-
Transformovaný – pečlivý výběr povodňové vlny
Při návrhové (maximální) hladině
 Kontrolní povodňová vlna (KPV)
-
Převedena při hladině < MBH (obvykle koruna hráze po sednutí)
Dle kategorie - ČSN 75 2935
Označení Hodnotící hlediska
Kategorie
výše
VD)
Škody
škody
I.
II.
III.
IV.
Ztráty lidských životů
mimořádně vysoké ekonomické škody,
velmi
předpokládají se ztráty lidských
škody na životním prostředí a sociální
vysoké
životů
dopady v rozsahu státu
předpokládají se ztráty lidských
vysoké ekonomické škody, škody na
vysoké
životů
životním prostředí a sociální dopady
ztráty lidských životů jsou
v rozsahu regionu, případně státu
nepravděpodobné
ztráty lidských životů se
značné ekonomické škody, škody na
předpokládají
střední životním prostředí a sociální dopady v
ztráty lidských životů jsou
rozsahu regionu
nepravděpodobné
předpokládají se ojedinělé ztráty
nízké ekonomické škody, škody na
lidských životů
životním prostředí a sociální dopady
ztráty lidských životů jsou
lokálního rozsahu
nízké
nepravděpodobné
nízké ekonomické škody pouze u
ztráty lidských životů jsou
vlastníka VD, ostatní škody jsou
nepravděpodobné
nevýznamné
Požadovaná míra
bezpečnosti VD
p  1/N
N
[let]
0,000 1 10 000
0,000 1 10 000
0,000 5
2 000
0,001
1 000
0,005
200
0,005
200
0,01
100
0,05
20
SPECIFIKA OBJEKTŮ SN
HRÁZE




výrazné a rychlé kolísání hladiny,
nelze ověřovacím provozem vyzkoušet těsnost,
povrchové vrstvy vystaveny povětrnosti a biologickým vlivům (hlodavci),
provádění kontroly a údržby
SPODNÍ VÝPUSTI





průměr potrubí volit větší (seškrcení na na vtoku),
trvanlivé materiály,
objekty pro tlumení energie pod výpustí,
dostatečná kapacita a parametry česlí před vtokem,
možnost realizace ověřovacího provozu
PŘELIVY




zásadně nehrazené,
řešit odtok vody do bezpečné vzdálenosti do podhrází,
materiály odolné povětrnostním vlivům,
esteticky příznivé řešení
Z hlediska TBD - nestandardní provoz
 Hráz suché nádrže je nutné pečlivě sledovat při výstavbě – dodržení
technologické kázně a kvalitu použitých materiálů
 Ve většině případů nelze provést zkušební napouštění a dílo je ve funkci až v
průběhu povodně
 Nedostatečná údržba, zarůstání svahů náletem, nečištění výpusti…..
 Vady a poruchy
 Příčiny
- vady projektů – hlavní příčinou
- nekvalitní výstavba
- nedostatečná údržba a provoz
Vady projektů
 Nedostatečné podklady
- geodetické
- hydrologické
- inženýrsko-geologické, hydrogeologické
 Chyby ve výpočtech
- vodohospodářské řešení, celková situace, koncepce
- hydraulika toků a objektů (zejména pojistných zařízení)
- geotechnické výpočty (statická stabilita, filtrační deformace)
- statické výpočty (betonové a ocelové konstrukce)
 Vadné technické řešení
- materiál hráze – snaha o použití místních materiálů (náplavů)
- založení hráze a objektů (nerovnoměrné sedání, filtr. deformace)
- dimenze opevnění (náv. svah hráze)
Vady při výstavbě
 ověřování předpokladů projektu
- autorský dozor, tech. dozor investora
- skutečné I-G poměry
- projekt zemní hráze končí až při dokončení výstavby !!!
- dokumentace skutečného provedení, zpětná dokumentace
 zakládání - vady
- neočištěná základová spára, kaluže, organické částice, zbytky ornice
- betonové konstrukce
- v jámě se svislými stěnami – nestabilní, náznaky sesuvu, trhliny
- nedostatečné hutnění
- „ztracené“ bednění, pažení je nevhodné
 objekty – vady
- propustný podsyp pod betonovými objekty
- hrdlové potrubí není obetonované
 nedodržení projektu
- vytýčení stavby
- rozměrové parametry (kóta koruny hráze, vyšší přelivná hrana, založení
objektu,...)
 porušování technologické kázně
- odlišné rozměry
- předepsané vlastnosti zemin (org. částice, zhutnění, vlhkost, ...)
Nedostatky v projektové dokumentaci
• Potrubí HOBAS uložené bez obetonování do násypu hráze – deformace jak v podélném směru,
tak i deformace kruhového profilu.
• Napuštěno - listopad 2004, porucha na spoji trub zjištěna v červnu 2005, havárie 5.4.2006
30
Provoz a údržba
 naráží na
- finanční náročnost
- velikost SN
 špatný technický stav
- funkčních zařízení – hrázové výpusti a přelivy
- hráz – prosednutí, sesuvy, deformace
- zásahy do tělesa hráze
 TBD, údržba
- stav tělesa hráze – deformace, antropogenní zásahy,...
- stav objektů – uzávěry, česle, …
- průsaky, nestabilita svahů - za povodní (SN)
Děkuji za pozornost.
Evropská unie
Spolufinancováno z Prioritní osy 8 – Technická pomoc
financovaná z Fondu soudržnosti
Ministerstvo životního prostředí n Státní fond životního prostředí ČR
www.opzp.cz n zelená linka 800 260 500 n [email protected]