VIZP Vodohospodářské inženýrství VIZP –
Vodohospodářské inženýrství
a životní prostředí
a životní prostředí
Přednáška č 3
Přednáška č.3
– Vodní toky
Vodní toky
9Přirozené vodní toky
9Při
é d ít k
9Účel úprav vodních toků, návrhové veličiny
9Opevnění upraveného koryta
9Ek l i
9Ekologizace vodních toků
d í h ků
Přirozené vodní toky
Korytový průtok – maximální průtok, který provede koryto bez vylití z břehů, v našich podmínkách zpravidla Q1 až Q2.
Základní geometrické charakteristiky používané pro morfologické p
posouzení přirozených toků p
ý
9 šířka hladiny, průměrná a maximální hloubka koryta při korytovém průtoku
korytovém průtoku 9 poměr šířky říční nivy a k šířce koryta
9 rozvlněnost trasy – poměr délky osy koryta a délky údolnice
9 sklon dna koryta
kl d k t
9 šířka meandrujícího pásu
Faktory ovlivňující vývoj říční sítě
Jednotlivé toky i celé říční sítě jsou důsledkem dlouhodobého dynamického vývoje, který ovlivňuje celá řada faktorů, kterými mohou být zejména 9 klimatické a meteorologické faktory
g
y zásadním způsobem p
působí na srážko‐odtokový režim a v důsledku na vodnost toku (mimo jiné m‐denní a N‐leté průtoky), ta se může s časem měnit 9 fyzikálně geografické vlastnosti – zejména sklonitosti svahů a zejména údolnice
j
9 pedologické a geologické faktory – na nich závisí vlastnosti aluviálních sedimentů říčních teras (především čára zrnitosti)
aluviálních sedimentů říčních teras (především čára zrnitosti)
9 rostlinná pokrývka může nezanedbatelně omezit erozní procesy zejména břehů přirozených toků
j é bř hů ři
ý h t ků
Základní morfologické typy přirozených koryt v Česku
Morfologie přirozených toků je úzce spjata s podélným profilem
Morfologie přirozených toků je úzce spjata s podélným profilem
9 Horské toky – velký sklon dna (často > 4%), málo zakřivená trasa, šířka koryta blízká šířce údolí, materiál dna tvořen buď šířk k
blí ká šíř úd lí
iál d
ř b ď
rostlým skalním podložím nebo velmi hrubým štěrkem, dominantní eroze
dominantní eroze
9 Podhorské toky – postupné rozšiřování údolí, snížení sklonu d t
dna, trasa koryta se zakřivuje, sedimentace nesoudržného k t
kři j
di
t
d ž éh
materiálu do říčních teras, postupné snižování zrnitost materiálu dna se zmírňuje
materiálu dna se zmírňuje
9 Střední úseky toků – sklon dna < 1%, materiál dna tvořen zejména písky a štěrky, další významné zakřivování trasy koryta
ejména písk a štěrk další ý namné akři o ání tras kor ta
9 Dolní úseky toků – sklon dna často < 1‰, materiál dna tvořen jemným hlinitým materiálem, velmi široká říční niva, významné zakřivení trasy koryta
Větvící se a meandrující koryta
Větvící se koryta jsou typické pro štěrkové toky s velmi intenzivním chodem splavenin (typické řeky v Beskydech a na Slovensku) 9 Koryto je tvořeno řadou samostatných ramen s pohyblivými nánosy, dynamický vývoj spojen se změnou morfologie dna
9 Poměrně široká a mělká koryta, dominantní pohyb dnových splavenin
p
Pro meandrující koryta je charakteristická vysoká hodnota koeficientu zakřivenosti osy podmínkou 3D spirálovité proudění
koeficientu zakřivenosti osy, podmínkou 3D spirálovité proudění
9 Dynamický vývoj koryta je vyvolán zejména břehovou erozí, významný pohyb jemnozrnných plavenin
ý
ý h bj
ý h l
i
9 Poměrně hluboká koryta, ve vrcholu oblouku významně asymetrický tvar příčného profilu
Podélný profil přirozených toků
Pro přirozené
P
ři
é toky je charakteristický proměnlivý průběh t k j h kt i ti ký
ě li ý ůběh
podélného profilu dna koryta
9 Pravidelné střídání brodových úseků a tůní
9 Dynamický vývoj dnových útvarů v závislosti na okamžitých průtokových poměrech ⇒ postupné přesouvání brodů a tůní
Trasa a příčné profily zakřiveného úseku
Charakter významně
Charakter
významně zakřivených úseků toků vyplývá z 3D zakřivených úseků toků vyplývá z 3D
spirálovitého proudění ⇒ asymetrický tvar profilu v oblouku
9 SSvislé složky rychlosti od hladiny ke dnu u vnějšího (konkávního) i lé l žk
hl i d hl di k d
ějšíh (k ká íh )
břehu oblouku ⇒ eroze břehového materiálu a posun břehové hrany konkávní břeh velmi strmý
hrany, konkávní břeh velmi strmý
9 Proud se ode dna vrací k hladině u vnitřního (konvexního) břehu oblouku
bl k ⇒ postupné ukládání materiálu z konkávního břehu, t
é kládá í t iál k ká íh bř h
sklon konvexního břehu pozvolný, velmi výrazné nános
9 V místě přechodu jednoho oblouku do druhého krátký přímý brodový úsek se
přímý brodový úsek se symetrickým profilem
Účel úprav vodních toků
M i ákl d í úč l
Mezi základní účely provádění úprav vodních toků patří
ádě í ú
d í h t ků tří zejména
j é
9 zvýšení protipovodňové ochrany území,
9 úprava odtokových poměrů povodí a říční nivy,
9 zajištění spádu pro využití vodní energie,
9 umožnění odběru vodu pro různé účely,
p
y,
9 umožnění zaústění přítoků a odvádění vody z okolních pozemků,
9 omezení eroze dna a břehů koryta,
9 úprava splaveninového
úprava splaveninového režimu řeky a chodu splavenin,
režimu řeky a chodu splavenin
9 umožnění ekonomicky úspornou a technicky vhodnou realizaci sta eb blí kém okolí kor t řek jako jso mostní objekt
staveb v blízkém okolí koryt řek, jako jsou mostní objekty, komunikace apod.
Podklady pro navrhování úprav
Při navrhování úprav toků se klade velký důraz na ekologický stav, Při
navrhování úprav toků se klade velký důraz na ekologický stav,
norma ČSN 75 2101 Ekologizace úprav vodních toků je nadřazena technickým normám TNV 75 2101 Úpravy řek a TNV 75 2102 Úpravy potoků. Z ostatních podkladů je třeba zdůraznit
9 geodetické podklady
geodetické podklady – zejména podrobné zaměření koryta a ejména podrobné aměření koryta a
jeho blízkého okolí
9 hydrologické údaje
hydrologické údaje – m‐denní a N‐leté
m denní a N leté průtoky
9 dokumentace přítoků, všech zaústění (kanalizace, drenáží apod.), vodních děl a všech dalších objektů na toku v upravovaném d í h děl š h d lší h b k ů
k
é
úseku – zpravidla součástí technickoprovozní evidence toku
9 vodohospodářské studie toku zejména obsahující průběh hladin povodňových průtoků
Návrhové veličiny
Návrhové veličiny vyplývají z analýzy účelů návrhu úpravy, mohou jimi být například
9 návrhový průtok pro kapacitu koryta, případně pro odolnost
9 návrhová hloubka vody
á h á hl bk
d – zajištění hloubky pro odběr vody, jiště í hl bk
dbě
d
minimální plavební hloubka
9 požadovaná šířka hladiny a poloměr zakřivení oblouku –
zvláště sledované u splavných toků
9 návrhová úroveň hladiny – problematika zaústění přítoků, vztah s hladinou podzemní vody
9 požadovaná rychlost proudění – zabránění zanášení koryta …
Návrh trasy koryta
Ná h t
Návrh trasy koryta významně ovlivňuje sklonové poměry toku.
k t ý
ě li ň j kl
é
ě t k
Minulost
Náhrada přirozené zakřivené trasy koryta zkrácenou plynulou. Střídání přímých úseků s geometrickými oblouky : lemniskátové
Střídání přímých úseků s geometrickými oblouky : lemniskátové
křivky, složené kružnicové oblouky Současnost
Pokud možno minimální zásahy do trasy koryta
Zkrácení trasy koryta
Zk
á í
k
⇒ zvětšení podélného sklonu ⇒
ě š í dél éh kl
zvýšení ýš í
rychlosti proudění ⇒ zrychlení průchodu povodňových vln
Důsledek : zvýšení protipovodňové ochrany v místě úpravy, zhoršení vývoje povodňové situace v níže ležících úsecích toku.
Návrh příčného profilu
ZZ hlediska potřeb provádění úprav se zpravidla pro návrh příčného hlediska potřeb provádění úprav se zpravidla pro návrh příčného
profilu úpravy používají jednoduché geometrické obrazce 9 Obdélníkový profil –
Obdél ík ý
fil zejména v městských tratích
j é
ě ký h
í h
9 Lichoběžníkový profil
berma
9 Složený průřez
kyneta
9 Profily s ohrázováním
9 Miskovitá koryta
Miskovitá koryta
9 Nepravidelné profily
Posouzení stability upraveného koryta
Posouzení správné funkce koryta pomocí metody založené na P
í á éf k k t
í
t d
l ž é
rychlosti proudění – koryto by se nemělo zanášet ani podléhat nevhodné erozi
nevhodné erozi
vu < v < vv
vv = 5.88∙h1/6∙de1/3 vu ≅ 0.7 ∙ vv
vv nevymílací rychlost, vu usazovací rychlost, de efektivní zrno Druhá metoda je založená na posouzení tečného napětí τ, koryto Druhá
metoda je založená na posouzení tečného napětí τ koryto
je stabilní pokud platí
τ < τc
τ = ρ ∙ g ∙ R ∙i τc = 760 ∙ d
de
τc ‐ kritické tečné napětí
Oba principy umožňují posuzovat stabilitu vybraných částí koryta (dno koryta břehové svahy) a to jak v přímém úseku tak i v
(dno koryta, břehové svahy), a to jak v přímém úseku, tak i v oblouku
Stabilizace podélného sklonu
Stabilizace dna se zpravidla neprovádí plošným opevněním dna, ale St
bili
d
idl
ádí l š ý
ě í d
l
zabezpečením dna ve vybraných profilech. Nabízí se následující technická řešení
technická řešení
9 pevné a pohyblivé jezy, problém s migrací živočichů, nyní často požadavky na doplnění o rybí přechody
požadavky na doplnění o rybí přechody
9 stupně ve dně
9 balvanité skluzy – preferovány z ekologického hlediska
9 dnové prahy
d
é
h
Hrazení bystřin
Systematická úprava toků v horských oblastech s velkým sklonem Systematická
úprava toků v horských oblastech s velkým sklonem
dna a jeho potenciální erozí.
Realizace zejména v první polovině 20.století jako důsledek li
j é
í l i ě 20 l í j k dů l d k
extrémních povodní z let 1880 a 1897.
Podstata technického řešení 9 Stabilizace
Stabilizace podélného sklonu toku kaskádou stabilizačních podélného sklonu toku kaskádou stabilizačních
stupňů ve dně se vzdáleností v desítkách metrů
9 Výstavba štěrkových přehrážek
Výstavba štěrkových přehrážek k zachycení chodu splavenin
k zachycení chodu splavenin
Opevnění příčného profilu
Opevňování částí profilů
9 opevnění dna koryta –
opevnění dna koryta plošně se provádí jen výjimečně
plošně se provádí jen výjimečně
9 opevnění dna berem – zpravidla zatravnění
9 opevnění paty břehových svahů – nejvíce rizikové místo
9 opevnění břehových svahů
ě í bř h ý h
hů
Základní technické postupy opevnění břehových svahů a jejich pat
9 Vegetační opevnění
9 Nevegetační opevnění
9 Kombinované opevnění
p
Vegetační opevnění
Pro vegetační opevnění využíván materiál rostlinného původu
9 Výhody: materiál z blízkého okolí, regenerační schopnost, ý
y
, g
p
,
zapojení do okolní krajiny
9 Omezení:
Omezení: nutné klimatické, půdní a hydrobiologické podmínky, nutné klimatické půdní a hydrobiologické podmínky
nutnost správné druhové skladby
D h
Druhy vegetačního opevnění
t č íh
ě í
9 Opevnění travním porostem (osetí, drnování travní koberce, nástřik), pouze nad hladinou Q180d až Q90d, (pro horní část břehových svahů), odolává dlouhodobě rychlosti 2m/s.
9 Opevnění vrbovým porostem (vrbové řízky, vrbový pokryv, haťové povázky, válečky, zápletové plůtky), opevnění celých břehových svahů i jejich pat, 2x odolnější než tráva
Nevegetační opevnění
Poddajné typy nevegetačního opevnění
Poddajné
typy nevegetačního opevnění mohou reagovat na mírné mohou reagovat na mírné
deformace koryta
9 Kamenný zához
Kamenný zához – lomový kámen (až 200 kg), opevnění pat svahů
lomový kámen (až 200 kg) opevnění pat svahů
9 Kamenný pohoz – opevnění břehových svahů (sklon max 1:2)
9 Rovnanina – neopracované balvany s vazbou, vyklínování spár
N
Nepoddajné nevegetační opevnění
dd j é
č í
ě í
9 Kamenné dlažby na sucho, na cementovou maltu, …
9 Dlažby z betonových tvárnic, pouze pokud není dostatek kamenů
9 Velkoplošné betonové desky – pouze pro umělé kanály
p
– v intravilánech obcí a měst s nutností 9 Svislé opěrné zdi
obdélníkových profilů (betonové, zděné, gabiony)
Revitalizace vodních toků
Revitalizace vodních toků ‐ snaha o zmírnění negativních dopadů technických úprav toků na jejich ekologická stav
Hlavní cíle revitalizací
9 Zvýšení
Zvýšení proměnlivosti charakteru proudění, zvýšení biologicky proměnlivosti charakteru proudění zvýšení biologicky
aktivního povrchu koryta, zvýšení retence vody v korytě, zpomalení doby dotoku, zlepšení migrační prostupnosti koryta, p
y
p
g
p
p
y
zlepšení krajino‐tvorné funkce toku
Možnosti obnovy přirozeného stavu
Možnosti obnovy přirozeného stavu
9 Dlouhodobá samovolná renaturace (umožnění zanášení)
9 Renaturace povodněmi (ponechání morfologických změn)
9 Technická
Technická revitalizace
revitalizace – cílené zásahy do koryt vodních toků se cílené zásahy do koryt vodních toků se
snahou snížení negativních dopadů úprav na ekologický stav
Závěr
9 Přirozené vodní toky, základní morfologický typy
9 Účel provádění úprav, základní přístupy řešení
9 Návrhové veličiny pro úpravy toků, podélný profil úpravy, příčný p
profil úpravy
p y
9 Přístupy k opevnění upraveného koryta 9 Možnosti zlepšení nevhodného ekologického stavu upravených toků
D
Doporučené odkazy pro hlubší studium č é dk
hl bší di
Raplík, Výbora, Mareš: Úprava tokov, Alfa, 1987
p , ý
,
p
,
,
Mareš: Úpravy toků, ČVUT v Praze, Fakulta stavební
htt //h d lik f
http://hydraulika.fsv.cvut.cz/Toky/default.htm
t /T k /d f lt ht
Download

null