98 Ochranné hráze na vodních tocích křížení linie hrází s původním zasypaným korytem toku (obr. 5.4). V případě nových ochranných hrází lze odpovídající skladbou materiálů omezit průsaky jejich tělesem a omezit vysakování vody na jejich vzdušním líci. Vhodným zavázáním do podloží (podzemní stěna, ozub, předložený koberec u odsazených hrází) lze též lokálně zvýšit bezpečnost hrází v místě zhoršených základových podmínek. Zkušenosti z povodňových událostí minulých let (kap. 4.3) ukazují, že řada poruch ochranných hrází nastává ještě před jejich přelitím z důvodu filtračních deformací, a to obvykle v nejslabším místě hrázové linie. Takovými místy jsou již zmíněná křížení hráze s původním korytem toku, místa průchodu nevhodně uložených potrubí, úseky starších hrází vybudovaných z nevhodných, např. propustnějších materiálů, apod.
8.1.2
Protipovodňové stěny
V řadě případů jsou pro ochranu před povodněmi navrhovány povodňové zdi. Jde zejména o stísněné lokality nebo také o místa, kde jsou průchody v linii ochranných hrází zajištěny mobilními stěnami, např. při křížení se stávajícími komunikacemi. V případě ochranných protipovodňových stěn může nastat problém se značně zkrácenou průsakovou dráhou v podloží. Tato okolnost je nepříjemná zejména v případě propustného podloží ochranných protipovodňových zdí. V těchto podmínkách je třeba vždy řešit otázky omezení průsaku podzemním těsnicím prvkem (stěna, clona), resp. podchycení prosakovaného množství odvodňovacími prvky (drenáž, odlehčovací vrty). Návrh a realizace těchto opatření naráží v urbanizovaných územích velmi často na kolizi s vedeními inženýrských sítí, dochází k zásahům do stávajících komunikací a mnohdy i existujících staveb.
8.2
Faktory související s hodnocením průsakového režimu
Průsakový režim v prostoru ochranných hrází je třeba studovat komplexně, tj. jak průsak samotným tělesem ochranné hráze, tak průsak podložím hráze či zdi. V souvislosti s hodnocením vlivů průsakového režimu na spolehlivost ochranných hrází je třeba zabývat se zejména následujícími faktory: • geologická stavba podloží ochranných hrází i jejich okolí zahrnující: – geologické složení a mocnost vrstev v podloží, – antropogenní vrstvy – navážky, zasypané původní meandry, umělé prohloubeniny v zahrází (např. těžebny nerostů), apod., – „pohřbené“ vodní toky, • hydrogeologický režim území ve vazbě na geologické podmínky: – režim proudění podzemních vod v období mimo povodně (napjatý, volný), – vazba a interakce mezi vodními toky a podzemní vodou, – přítoky vody do zvodně (např. z vyšších údolních teras), – parametry zvodně jako propustnost materiálů, zásobnost zvodně, apod., • konstrukční řešení ochranné hráze: – materiál tělesa hráze a jeho vlastnosti (zejména propustnost, stlačitelnost, apod.), – založení ochranné hráze,
Ukázka elektronické knihy, UID: KOS181135
Průsakový režim
99
– těsnění podloží hráze, ponechání „průtočného okna“ pod těsnicím prvkem pro zachování přírodního režimu ve zvodni, – drenážní prvky hráze a podloží, • vodní útvary, jejich vazbu na zvodeň, hydrologické a hydraulické parametry: – morfologii a geometrii koryt vodních toků a melioračních kanálů v lokalitě vzhledem k propustným geologickým vrstvám v podloží ochranné hráze, – existenci říčních ramen, jezer, nádrží, zatrubnění umožňujícího komunikaci mezi toky a slepými rameny, – vazbu na zvodeň (drenážní účinek, břehová infiltrace), – hydrologické faktory – dobu trvání povodňových stavů, – hydraulické veličiny – rychlost vody, vymílací schopnost dna a břehů, vodní stavy, – jakost vody, unášené látky, možnost kolmatace břehů, • antropogenní činnosti: – těžbu nerostů v zahrází, – jímání podzemní vody v zahrází (vodárenství, závlahy), – urbanizaci území, podzemní části budov, podzemní vedení, • možnosti vzniku vnitřní eroze zemin: – klasifikaci a vlastnosti zemin tělesa hráze a jejího podloží (granulometrie, plasticita, ulehlost, pevnostní charakteristiky), – geometrické podmínky odolnosti proti vnitřní erozi na rozhraní vrstev, – hydraulické parametry (hydraulický gradient, specifický průsak), – podmínky v místě vysakování vody v zahrází, – možnost vzniku privilegovaných průsakových cest. Z hlediska výskytu a proudění podzemní vody je třeba při návrhu prvků protipovodňové ochrany zohlednit následující požadavky: • Založení protipovodňových prvků musí zajistit jejich stabilitu. Kromě statického a dynamického zatížení od vody v toku je třeba vzít v úvahu zatížení od prosakující podzemní vody, tj. tlaku vody na návodní i povodní podzemní konstrukce, vztlaku, objemového zatížení průsakem. • Založení prvků ochrany před povodněmi (ochranných hrází, zdí) musí zajistit jejich dostatečnou bezpečnost a spolehlivost proti porušení v důsledku filtračních deformací. Jde o zajištění potřebné délky průsakové dráhy, umožnění kontroly a o lokalizaci průsaků a mnohdy také zajištění odvodnění podloží. • Podzemní konstrukce protipovodňových opatření by neměla ovlivnit přírodní režim proudění podzemní vody v období běžných vodních stavů v recipientu, tj. nesmí způsobit nepřípustné vzdutí hladiny podzemní vody v území za ochrannou linií. Tento požadavek obvykle vylučuje založení protipovodňových prvků až na nepropustnou bázi. To platí také pro podzemní protiprůsakové prvky. Z toho důvodu je v průběhu povodní třeba obvykle počítat s průsaky do přilehlé zvodně a zabývat se zvýšenou hladinou podzemní vody (piezometrickou úrovní) v prostoru za protipovodňovou linií mimo jiné také v prostoru chráněné zástavby. V případě ochranných hrází je třeba hodnotit průsakové poměry v komplexu zemní těleso hráze – podloží.
8.3
Hydraulické řešení
Při návrhu prvků ochrany před povodněmi je třeba vždy provést zhodnocení režimu proudění podzemní vody a výše uvedených souvisejících faktorů. To se často provádí hodnocením průsakových poměrů s využitím programových prostředků určených k řešení úloh hydrauliky podzemní
Ukázka elektronické knihy, UID: KOS181135
100 Ochranné hráze na vodních tocích vody. V následujícím textu je proto proveden stručný přehled základních předpokladů přijímaných při řešení a také výčet jednotlivých používaných matematických modelů s uvedením oblasti použití při řešení úloh souvisejících s problematikou ochranných hrází, resp. povodňových zdí. V této kapitole nejsou vysvětlovány podrobněji základní stavové proměnné ani všeobecně známé principy, předpoklady a postupy používané v hydraulice podzemních vod. V tomto případě odkazujeme na rozsáhlou běžně dostupnou odbornou literaturu [Bear, 1972, 1979], [Hálek, Švec 1973], [Kovács 1981], [Mucha, Šestakov 1987], [Bear, Verruijt, 1992], [Říha, 2005].
8.3.1
Předpoklady při modelovém řešení
Zkušenosti ukazují, že komplikované hydrogeologické a průsakové poměry lze při jejich popisu a studiu do jisté míry schematizovat. Při přijímání zjednodušení nesmí být však zásadním způsobem snížena věcná přesnost a vypovídací schopnost výstupů a z nich přijímaných závěrů. Studium průsakových poměrů ochranných hrází je obvykle vedeno následujícími úvahami: • Přírodní proudění podzemních vod v období mimo povodeň a jeho změny obvykle neovlivňují spolehlivost vlastního protipovodňového prvku (ochranné hráze, povodňové zdi). Kolísání hladiny podzemní vody bývá ve srovnání se stavem při povodních relativně malé a pomalé. Při řešení se často poloha hladiny podzemní vody v období mimo povodeň považuje za ustálenou. Podmínkou je, že navržené podzemní části protipovodňové linie nesmí narušit přírodní režim podzemních vod. • Proudění podzemní vody v příbřežní zóně v zahrází je velmi často ovlivněné vysokými vodními stavy ve vodním toku při povodni (obr. 8.1). Proudění je tak prakticky vždy třeba považovat za časově proměnné – neustálené (nestacionární). • Průsak v tělese ochranné hráze probíhá vždy o volné hladině. • Při průsaku tělesem ochranné hráze a jejím podložím při povodni je obvykle dominantní propagace zvýšení hladiny v toku do zvodně ve směru kolmém na osu toku, resp. na osu ochranné hráze (zdi) vedené podél vodního toku. V tomto případě lze často zanedbat složku proudění podzemní vody ve směru osy hráze a také veličiny vstupující do problému lze v tomto směru obvykle považovat za neměnné. Problém lze potom formulovat jako dvojrozměrný ve vertikální rovině (2Dv). V případě složitých geologických podmínek, příčných staveb, apod. je nicméně třeba tento předpoklad dobře zvážit, případně proudění považovat za prostorové (3D). • Při řešení poměrů v širší oblasti, zejména v případě rozsáhlejšího sledovaného území a především při proudění v napjaté zvodni je často možné zanedbat vertikální složku proudění podzemní vody. Problém lze potom formulovat s využitím Dupuitových postulátů jako dvojrozměrný v horizontální rovině (2Dh) se zohledněním prostorových změn úrovně bázálního a stropního izolátoru. • Kombinací dvou výše uvedených předpokladů je aproximace proudění jednodimenzionálním modelem (1D), kdy výstupem je průběh piezometrické výšky, hydraulického gradientu a specifického průsaku v hydrogeologickém kolektoru ve směru kolmém na osu toku a hráze (obr. 8.3). Dalšími běžnými předpoklady jsou: – konstantní hustota vody (nezávislá na tlaku, teplotě, rozpuštěných látkách), – velmi malá stlačitelnost zvodně, – v čase konstantní vlastnosti materiálů (propustnost, stlačitelnost, atd.).
Ukázka elektronické knihy, UID: KOS181135