Příklad technického řešení vodního díla a zajištění bezpečnosti hráze

1. Úvod

Zamýšlené VD Skalička je umístěno na středním toku Bečvy. Jde o koncepci navazující na původně uvažované VD Teplice, jehož příprava se datuje do 50. let 20. století, kdy byl proveden poměrně rozsáhlý geologický a hydrogeologický průzkum zaměřený především na profil blíže lázní Teplice nad Bečvou. Původně uvažovaný, morfologicky výhodný profil hráze byl tehdy z obavy z interakce s podzemními krasovými strukturami přesunut výše proti toku Bečvy k obci Černotín (obr. 1) s novým označením „vodní dílo Skalička“.

Dle studie [1] má VD Skalička nezastupitelnou roli při systematické ochraně sídel na dolním toku Bečvy před povodněmi, zejména Přerova a obce Troubky. Tato ochrana dále zahrnuje řadu dalších místních opatření na dolním toku Bečvy, která však bez VD Skalička nemohou zabezpečit odpovídající míru ochrany před povodněmi. V novějších studiích [1], [3], [5] se počítalo s ochranou sídel před povodní odpovídající epizodě z roku 1997 s dobou opakování cca N = 500 let.

Obr. 1 Prostor VD Skalička

Navrhované VD Skalička tedy mělo dle [1] transformovat povodňovou vlnu PV 1997 s kulminačním průtokem cca 950 m³/s na neškodný odtok cca 660 až 700 m³/s (tj. cca Q20) v území pod VD. Manipulace na vodním díle bude probíhat tak, že až do průtoku cca 660 m³/s bude voda převáděna korytem Bečvy. Při překročení tohoto průtoku začne řízené plnění nádrže VD Skalička. Prázdnění nádrže bude respektovat neškodný odtok z nádrže pod hrází (cca 660 m³/s).

V návaznosti na provedené studie byla v letech 2020 až 2021 zpracována rozsáhlá hydrogeologická studie [2], z níž, mimo jiné, následně vycházela multikriteriální analýza hodnocení variant VD Skalička [3]. Výstupem těchto prací byla doporučení na uspořádání VD Skalička jako boční víceúčelové nádrže. Usnesení vlády [4] následně schválilo realizaci vodního díla Skalička ve variantě boční suchá nádrž s manipulovatelným vtokovým objektem. Dle [4] se má pokračovat v předprojektové a projektové přípravě schválené varianty vodního díla Skalička ve variantě boční suchá nádrž při zohlednění technických doporučení ze studií [2] a [3]. V současné době zpracovávaná technická studie [6] má být vyhotovena do června 2025.

Hrázové těleso má dle doporučované varianty boční nádrže ležet na levém břehu Bečvy (obr. 2) v těsném souběhu s vodním tokem.

Obr. 2 Předběžné umístění hráze VD Skalička v boční variantě [5]

2. Popis lokality

Zájmová lokalita je při hranici Zlínského a Olomouckého kraje (obr. 1), zamýšlené VD Skalička má ležet v rozsahu staničení cca 46 až 52 km řeky Bečvy. Jde o širokou údolní nivu Bečvy se zbytky říčních teras, niva přechází při okraji v úpatí členité pahorkatiny. V údolní nivě je řada menších vodních nádrží, které jsou pozůstatky těžby štěrkopísků v území.

V lokalitě, částečně v prostoru budoucí nádrže, resp. v její blízkosti, leží chráněné přírodní lokality, kterými jsou části Hranického krasu, lázně Teplice nad Bečvou, části EVL/PP Štěrkáč, PR Doubek a biocentrum u Kamence a u Zámrsk.

Práce [2] si kladla za cíl doplnit poznatky z dřívějších inženýrsko-geologických a hydrogeologických průzkumů lokality a spolu s navazujícím modelováním proudění podzemní vody jak v kvartérním kolektoru, tak v krasových strukturách, objasnila geologickou stavbu území a umožnila vymezit možná rizika a jejich omezení technickým řešením prvků vodního díla.

Z geologického hlediska lze v oblasti identifkovat:

• krasové struktury v oblasti devonských vápenců; jejich výchozy (obr. 3) zasahují až do zájmové lokality – prostoru nádrže vodního díla Skalička (ohbí Bečvy východně od Černotína, lokalita Kamenec), současně jsou krasové vody zdrojem lázeňských pramenů, infiltrační zóny krasových vod byly lokalizovány do protiproudních oblastí zmíněných krasových prvků, pravděpodobně v místech tektonicky porušených vápenců v ohbí řeky Bečvy; krasové struktury zahrnují také Zbrašovské aragonitové jeskyně, Hranickou propast, jeskyni Na Kučách a další menší útvary v lokalitě,
• terciérní vrstvy tvořící bazální izolátor v podloží štěrkopískového hydrogeologického kolektoru,
• svrchní kvartérní uloženiny tvořící štěrkovou a štěrkopískovou výplň údolí (hydrogeologický kolektor) překryté přípovrchovými náplavovými hlínami tvořícími stropní izolátor kolektoru. Hydrogeologický kolektor má v území proměnnou mocnost od 5,5 m až do cca 25 m.

Obr. 3 Elevace vápenců (červeně) [2]

3. Technické řešení ve variantě boční nádrž

Nádrž je navržena v levobřežní nivě řeky Bečvy. Voda v nádrži bude vzdouvána hrází délky cca 7 km (přesněji bude délka hráze specifikována ve zpracovávané studii [6]), která je z převážné části vedena po levém břehu toku Bečvy v jejím souběhu. Situace díla dle studie [5] je vidět na obr. 2, přesnější poloha hráze VD je předmětem probíhajících projekčních prací [6]. Těleso hráze se dle [5] předpokládá z místních štěrkovitých materiálů s návodním asfaltobetonovým (AB) těsněním překrytým vrstvou sypaného materiálu a svahem opevněným kamennou rovnaninou nebo pohozem. Těsnění podloží se původně nepředpokládalo, hráz měla být v celé délce vybavena předloženým návodním těsnicím kobercem. Vzorový příčný řez hrází dle [5] je vidět na obr. 4.

Na vtoku do nádrže má být osazen manipulovatelný třípolový vtokový objekt. Výtokový objekt byl navržen se dvěma segmentem hrazenými poli. Pro přívod vody do nádrže je v zátopě navrženo přívodní koryto, které vede od vtokového objektu až k výtokovému objektu (obr. 2). Toto koryto po většině své délky prořezává relativně málo propustný pokryv hydrogeologického kolektoru tvořený náplavovými hlínami. Součástí stavby je úprava a rozšíření stávajícího koryta Bečvy.

Obr. 4: Původně navržený příčný profil hráze VD Skalička v boční variantě [5]

4. Vybrané problémové okruhy

Hydrogeologická studie [2] a navazující multikriteriální analýza [4] vymezila některé problémové okruhy pro další projekční zpracování a naznačila možnosti jejich řešení. V souvislosti se souběhem hráze VD s Bečvou jde o následující body:

• situativní umístění hráze VD,
• uspořádání příčného řezu tělesa hráze, volba druhu těsnění,
• těsnění podloží hráze,
• zajištění bezpečnosti tělesa hráze ze strany Bečvy,
• koncepce vtokového a výpustného objektu,
• přívodní koryto.

4.1 Situativní umístění hráze

Geofyzikální průzkum doplněný vrtnými pracemi [2] naznačil přítomnost výchozů devonských vápenců v ohbí řeky Bečvy při dolním okraji zamýšlené nádrže a také v prostoru nádrže blíže osady Kamenec (obr. 3). Práce [2] a [3] doporučují trasovat hráz pokud možno mimo uvedené výchozy, popř. provést technická opatření pro zamezení vsakování povrchových vod do krasových struktur z prostoru nádrže (v lokalitě Kamenec).

Při konci vzdutí nádrže blíže obce Milotice nad Bečvou se nachází přírodní památka Hustopeče-Štěrkáč, která bude dotčena výstavbou hráze. S ohledem na ochranný účel nádrže a její transformační schopnost je snahou příliš nezmenšit objem nádrže. Podnětem pro další projekční zpracování je zvážit potřebu ochrany na povodeň z roku 1997, a to s ohledem na charakter chráněného území pod VD. Nabízí se otázka, zda není postačující ochrana na stoletý průtok.

4.2 Uspořádání příčného řezu tělesa hráze, těsnění hráze a podloží

V souběhu hráze s korytem Bečvy bude docházet v kvartérních horninách tvořících hydrogeologický kolektor ke složitému průsakovému režimu. Při průchodu povodní do Q20 převáděných Bečvou bude podzemní voda proudit z koryta Bečvy podložím směrem k prázdné nádrži. V případě netěsněného podloží by došlo k vysakování podzemní vody do přívodního koryta v nádrži a do opuštěných těžebních jam v zátopě. V případě odstranění stropního izolátoru v prostoru základové spáry hráze (obr. 4) by docházelo k sycení tělesa hráze a namáhání asfaltobetonového těsnicího prvku vztlakem. Při plnění nádrže se směr průsaku podložím postupně mění a zejména v dolní části nádrže bude směřovat naopak k řece Bečvě. V této souvislosti je třeba posoudit uspořádání drenážního systému s cílem zajistit jeho řádnou funkci ve vazbě na bezpečnost tělesa hráze.

Doporučením studií [2] a [3] je provedení těsnicího prvku podloží v celé délce hráze (obr. 5). Současně se doporučuje ponechat, popř. obnovit stropní izolátor hydrogeologického kolektoru v rozsahu základové spáry hráze tak, aby se oddělily vody prosakující tělesem hráze a podložím a aby se zamezilo sycení vzdušní stabilizační části hráze směrem od řeky Bečvy.

4.3 Zajištění bezpečnosti tělesa hráze ze strany Bečvy

V případě povodňových průtoků v Bečvě je nežádoucí vystavit vzdušní patu hráze účinkům proudění, kdy rychlosti vody v korytě Bečvy při extrémních průtocích mohou dosahovat až několika m/s. Současně by dle předběžného návrhu dle [5] docházelo k zaplavování patního drénu a ztrátě jeho funkce (obr. 4). Doporučuje se proto provést ochranu vzdušní paty hráze VD Skalička ochrannou hrází, na jejíž koruně lze umístit obslužnou komunikaci (obr. 5). Výška ochranné hráze musí zajistit bezpečnost hráze VD Skalička i před vyššími průtoky odpovídajícími kontrolní povodňové vlně (viz níže).

Doporučená úprava drenážního systému má spočívat v oddělení průsakových vod tělesem hráze a podložím. Průsaky tělesem hráze zachycené patním drénem a také případné průsaky ochrannou hrází budou zaústěny do sběrného koryta mezi tělesem hráze VD a ochrannou hrází (obr. 5). Sběrné koryto musí svou kapacitou odpovídat očekávanému průsakovému množství na odpovídající délku hráze v souběhu z Bečvou, gravitační odvedení prosáklé vody do Bečvy nebude s ohledem na výškové poměry možné. V místě dna sběrného koryta, kde je oslabena krycí vrstva povodňových hlín, je třeba provést posouzení na porušení vztlakem vody v hydrogeologickém kolektoru.

Obr. 5 Upravený návrh příčného profilu hráze VD Skalička dle doporučení [2], [3]

Ochranná hráz musí zajistit s potřebnou rezervou ochranu vzdušní paty hráze VD především při průtocích Q20, které budou převáděny Bečvou až do začátku odlehčení. Současně je třeba zabývat se otázkou průchodu kontrolní povodňové vlny (KPV), která v tomto případě může ohrozit hráz ze strany Bečvy, např. podemletím její vzdušní paty. Ochranná hráz tak musí zajistit dostatečnou bezpečnost díla i při průchodu kontrolní povodňové vlny v Bečvě. Určitou možností, jak snížit kulminační průtok KPV v Bečvě, je částečné převádění extrémní povodňové vlny (patrně s dobou opakování 10 000 let pro vodní dílo I. kategorie) prostorem nádrže. Tomu ovšem musí odpovídat koncepce funkčního zařízení, přitom je třeba posoudit spolehlivost manipulace na vtokovém a výpustném objektu během extrémní povodňové situace.

4.4 Funkční objekty, přívodní koryto

Vtokový objekt je koncipován jako pohyblivý, dle [5] třípolový, hrazený segmentovými uzávěry. Musí umožnit postupné napouštění nádrže při překročení Q20 v Bečvě. Současně musí v období mimo povodeň zabezpečit převádění části průtoku Bečvy do přívodního koryta, které bude plnit funkci recipientu povrchových přítoků v prostoru suché nádrže, má za úkol stabilizovat hladinu podzemní vody v levobřežní nivě v hydrogeologickém kolektoru odděleném od Bečvy těsnicím prvkem podloží hráze. Nezanedbatelná je také ekologická funkce toku. Koruna vtokového objektu musí odpovídat kapacitě Bečvy pro kontrolní povodňový průtok. V případě rozhodnutí o převádění části KPV nádrží VD Skalička, musí kapacita objektu odpovídat převáděnému průtoku. Je třeba zohlednit skutečnost, že objekt může být ze strany nádrže zatopen až na úroveň odpovídající přibližně hladině vody v Bečvě na návodní straně objektu. To může významně limitovat možnost převádění extrémních průtoků odpovídajících kulminaci KPV prostorem nádrže.

Jak bylo uvedeno výše, bude mít přívodní koryto za úkol přivádět odlehčené povodňové průtoky Bečvy do nádrže, současně bude plnit ekologickou funkci v lokalitě. Převáděné povodňové průtoky budou řádově vyšší než minimální průtok mimo povodeň. Z uvedeného vyplývá, že bude koryto patrně tvořeno dvojitým lichoběžníkem s kynetou pro převádění nízkých průtoků, zahloubenou do propustných kolektorských hornin tak, aby zajistila stabilizaci hladiny podzemní vody v levobřežní údolní nivě. Předpokládá se členité koryto, např. se „stěhovavou kynetou“, balvanitými skluzy, tůněmi a vhodnou vegetací, která ovšem nesmí v průběhu povodně narušit funkci výpustného objektu, např. jeho ucpáním plávím.

Výtokový objekt bude zajišťovat prázdnění nádrže po opadnutí vody v Bečvě po povodni, převádění malých průtoků protékajících v období mimo povodně přívodním korytem a také případné převádění KPV prostorem nádrže. Při hydraulickém řešení je třeba zohlednit vzdutí řeky Bečvy do odpadního koryta propagující se zejména při vyšších vodních stavech až na vzdušní stranu objektu.

5. Závěry

V článku jsou stručně popsány dílčí problémy a otázky spojené s umístěním hráze vodního díla Skalička podél levého břehu Bečvy. Většina těchto otázek byla v „ideové rovině“ diskutována v rámci zpracování studijních prací [2], [3]. Podrobnější technické řešení uvedených problémových okruhů je součástí předprojektové přípravy [6]. Pro rozhodnutí o podrobnějším uspořádání jednotlivých součástí VD, o způsobu manipulace a převádění průtoků pro jednotlivé povodňové scénáře bude třeba nejprve upřesnit konečné umístění hráze, stanovit odpovídají objemy nádrže a provést její vodohospodářské řešení.

Poděkování

Článek vznikl za podpory projektu TAČR reg. č. TH04030087 Nástroje pro optimalizaci managementu správy hrázových systémů a podniku Povodí Moravy, s. p., který poskytnul potřebné podklady a spolupráci při řešení.

Použité podklady

1. Pobečví – studie odtokových poměrů, Pöyry Environment a.s. Brno, listopad 2011
2. VD Skalička. Hydrogeologická studie. II. etapa. IL FAUT, Ostrava. Duben 2021 (dostupné online
   http://skalicka.pmo.cz/download/vd-skalicka-hydrogeologicka-studie.zip).
3. Multikriteriální analýza hodnocení variant VD Skalička. ČVUT v Praze, VUT v Brně, Biologické centrum AV ČR, 2021 (dostupné online http://skalicka.pmo.cz/download/mka-vd-skalicka.pdf).
4. Usnesení vlády České republiky ze dne 14. července 2022 č. 597 k návrhu varianty technického řešení vodního díla Skalička včetně návrhu na zpracování aktualizace Politiky územního rozvoje České republiky z důvodu naléhavého veřejného zájmu za účelem přípravy výstavby vodního díla Skalička.
5. Bečva, VD Skalička – Technicko-ekonomická studie variant boční nádrže. AQUATIS, a.s., 2017
6. Bečva, VD Skalička – předprojektová příprava, technické řešení, AQUATIS, a.s., probíhá zpracování