142NVS - Nádrže a vodohospodářské soustavy

Created by Nikol Vypior (osobní/personal)

Zápisky z přednášek a příprava ke zkoušce ..... Legenda: Zelené očíslované buňky = zkušební okruhy Červené = k dodělání

#PPO, #abraze, #ekologie, #minimální zůstatkový průtok, #nádrže, #odběry, #povodně, #protipovodňová opatření, #průtoky, #přehrady, #přítoky, #statistika, #voda, #vodní hospodářství, #vodní stavby, #vodohospodářská soustava, #vodárenství, #zabezpečenost

abrazní sruby

• návrhová povodeň z pohledu chráněného území - chci ochranu na Q50
  • potřebuji hydrogram TPV_50
• návrhová povodňová vlna pro.......
• kontrolní povodňová vlna - nebude překročená Mezní bezpečná hladina
  • dle druhu hráze a kategorii TBD

bleskové, přívalové povodně

• do nasyceného povodí
• doména malých horských povodí

Vliv na své okolí

• změna hydrologie
  • plošší mdenní průtoky
• splaveninový režim - nechodí za odtokem - hladová voda - zahlubuje se koryto

průtoková

regionální

• dlouhotrvající vydatné deště
• tání sněhu

přirozené

Nové Heřminovy

• na začátu nádrže rampa - sedimenty budou vozit pod vývar
• rybí přechod

v době mrazů

• ledové nápěchy, bariéry
• koryto zaroslé ledem

Povodně

ledová

Kdy nádrž bude největší?

a) nádrž v profilu

b) vyhodnocuji kolik může dávat nadlepšenía to pouštím pořád + přítok (jaký přítok má danou zabezpečenost - čára překročení průtoků)

c) nádrž šetří vodou, když je velký přítok z mezipovodí, neposílá tolik

a) profil přímo v odběrném místě - pojmu i bouřky, které by byli v mezipovodí

zvláštní

v době oblevy

• ledové zácpy, koryto zaroslé ledem, odchod dnového ledu

Kompenzační řízení používáme pouze pokud nelze vybudovat nádrž v OP (odběrném profilu)

aktivní zóna ZÚ

• Část která přivádí rozhodující průtok a ohrožuje se tak život lidí a majetek v tomto území
• Když tam něco postavím tak to vzduch vodu a zvětší se tak ZÚtakže se tam nesmí stavět

32. Operativní řízení nádrží při povodních. Využití meteorologických a hydrologických předpovědí.

Operativní řízení

• Pohotové účinné a cílevědomé působení na objekt řízení v kratších časových intervalech
• Kladou se ještě vyšší nároky a to tak aby bylo optimální
• Realizace v kratších časových intervalech– několikadenních denních několikahodinových hodinových– jde tak vesměs o diskrétní řízení v diskrétním čase a na diskrétním matematickém modelu

Operativní řízení v reálném čase

• Rozhodnutí je odvozené ze změřených aktuálních dat a matematického modelu ještě použitelné v měnících se provozních podmínkách
• podmínky neurčitosti– nahodilost vágnost podmínek jevů a procesů
•  

záplavová území

• území zasažená N-letou vodou

31. Průchod povodňové vlny suchou nádrží. Vysvětlit princip návrhu a průběh povodně, kdy co kudy odtéká.

Převod vody

např. VD Přísečnice

Kompenzační řízení odtoku

• mezipovodí (s neřízeným, přirozeným odtokem) mezi odběrným profilem (Op) a kompenzační nádrží, kde kontroluji přítok z povodí
• Qk - odtok z kompenzační nádrže - pro doplnění přirozeného odtoku z mezipovodí
• Tau - doba dotoku mezi nádrží a profilem = postupová doba

1. Návrh - měsíční krok

On = Qn + Ok

Ok = On - Qn = On - (Qop - Qk)

Ok by mohlo vyjít záporně, ale vždy musí jít MZP (Qmin_k)

VH řešení (bilance přítok, odtok): P = Qk → odvodím Vz

2. Operativní řízení - denní krok

- jedu podle času t = den

- nárazová nádrž - vyrovnává případné deficity

Poldry, suché nádrže

• zpravidla boční nádrže
• plnění jen dočasné, za povodní - snižuje průtok v toku
• vyprízdnění po po přechodu povodně
• dno zpravidla obhospodařováno

33. Posuzování bezpečnosti vodních děl při povodích. Kontrolní povodňová vlna. Kontrolní maximální hladina. Mezní bezpečná hladina.

heis.vuv mapa → podklady pro srážkodotokové poměry

25. Současná míra ochrany území. Co to je, jak se vyjadřuje a jak se stanoví.

26. Návrhová míra ochrany před povodněmi. Jak se stanoví.

přeliv Hostivař, Orlík

21. Kompenzační řízení odtoku. Návrh potřebného objemu kompenzační nádrže. Řízení kompenzační nádrže v reálném čase. Nárazová nádrž.

Abraze břehů

= eroze břehů, přetváření, odnos erodonovaného materiálu vertikálně

ovlivňuje:

• morfologické podm., geologické podm.
• klimatické podm.
• .....

modifikace průtokových řad a výparu

modifikovat i výpar!

současná míra ochrany

• hydrogram TPV50 - transformací ověřit, jestli nepřekročí neškodný odtok
• "Stávající ochrana území je Q5-Q10 nebo <Q10"

Návrhová míra ochrany

27. Typy technických protipovodňových opatření.

PPO s retencí (retenční nádrže, suché nádrže, území určená pro rozliv povodní). PPO podél vodního toku (ochranné hráze, stabilní a mobilní stěny, odlehčovací koryta, zkapacitňování koryt vodních toků). Typy a reálný význam přírodě blízkých protipovodňových opatření.

28. Výpočet transformace povodňové vlny v nádrži. Metoda Runge – Kutta 2. řádu.

N = 10 000 let

• statistická metoda - extrapolace čáry překročení - určení kulminace
• deterministická metoda - srážkoodtokvý hydrologický model
  • maximální srážka - syntetický hyetogram
• doba opakování, hydrogram kontrolní povodňové vlny

Sedimentace splavenin

← změnou unášecí rychlosti ← změnou změnou hloubky a rychlosti vody v nádrži

materiál se dlouhodobě ukládá a nádrž se zanáší

hrubý materiál (sunuté zeminy) se usazují na konci vzdutí nádrže a při zaústění přítoků

jemnější materiál (plaveniny) se dostávají dále do nádrže

→ zmenšování prostor nádrže (všech) → vliv na plnění nádrže → vliv na charakteristiku nádrže

Sesuvy břehů

❓Jaké nadlepšení si budu moci dovolit s dnes navrženým Vz ❓

30. Průchod povodňové vlny nádrží s hrazeným bezpečnostním přelivem. Princip návrhu retenčního objemu a řízení v reálném čase.

Bezpečnost vodního díla

• ohrožení existence stavby?
• Posuzování vodních děl při povodních
  • ČSN 75 2935
  • Vyhl. 590/2002 Sb. zezávazňuje ČSN

Posouzení: (vydává Vodní díla - TBD)

• A - I. (10 000 → ztráty na životech,..), II. (2 000 let)
• B - III.-IV. (1 000 - 200 let)
• C - IV. (100 - 50 let)

• Kam nejvýše vystoupí hladiny → KONTROLNÍ MAXIMÁLNÍ HLADINA
• MBH = MEZNÍ BEZPEČNÁ HLADINA - při dosažení dochází k poruše

• KPV → transformace → KMH → posouzení KMH vs. MBH

podle toho:

• dohled, revize, opravy,..
• redukce kapacity při výpočtu dle objektů

kontrolní povodňová vlna

Morfologické vlastnosti údolí

popisují čáry zatopených ploch a objemů = CHARAKTERISTIKA NÁDRŽE

Batygrafické čáry

tvar údolí nelze vyjádřit analyticky → popisují morfologické vlastnosti údolí

= čára zatopených ploch a objemů = charakteristika nádrže

pokud přísun splavenin a nárůst organické hmoty výrazně ovlivní objem nádrže → odstranění nebo úprava čar (nesmí přesáhnout změnu 5%)

• zatopené plochy: Fz = f1 (h)
• zatopené objemy: V = f2 (h) - integrální (součtová) čára (integrace podle hloubky h)

Studie odtokových poměrů (SOP)

Cílem zajištění určité míry ochrany.

• Současná míra protipovodňové ochrany
  • neiterpoluji!
• Návrhová míra ochrany
  • přisoudíme lepší
  • dle doporučení → Plány povodí, standardy
    • extravilán - bez ochrany
      • ochrana jen cenných plodin, výjimka
    • intravilán
      • malá Q20, souvislá Q50, historická centra Q100
      • Q100 obecně preferovaná
      • aktivní zóna záplavového území - nejsou možné stavební pozemky
        • pouze ochranné hráze
• Varianty PPO
  • zkapacitnění koryta toku
  • retenční nádrž, poldr,..
  • kombinace
  • klidně zařadit vše, aby se ukázalo vše (:
  • Kritéria: Proveditelnost, reálné z majetko-právních poměrů, dopady na ŽP, cena,..
• Výsledné doporučení - projednáno se zastupitelstvem, správcem. Průběžné konzultace s dotčenými orgány (DOS).

PPO - Protipovodňová opatření

• přírodě blízká
• technická
  • podpora dotacemi hlavně MZe
    • prevence před povodněmi
    • další dotace
  • MŽP méně

Charakteristika abraze

• Objem abraze Q [m3/m]
• ...

Stanovení MZP

• Metodický pokyn z roku 1998
• Odbor ochrany vod MŽP
• nakládání s povrch. vodami, ekologické funkce, zohledňuje možnosti plavby

• Získat Qm-denní, podle rozmezí Q355d se stanoví MZP - doporučené
• Vodohospodářský úřad stanoví hodnotu
• Momentálně se řeší
  • mezirezortní připomínkové řízení trvá přes 10 let
  • koordinuje MŽP

Budoucí možná řešení:

• Hydrologická metoda - jako stávající
• Hydraulicko - habitatový
  • morfologie, granulometrie,..
• Regionální souvislost
  • ČR rozdělení do oblastí

hrazený přeliv

a) držím Qneš

b) redukce kulminace (Nechranice, Římov)

c) nesnížím kulminační průtok, pouze udělám čas na přípravu

Transformace povodňové vlny

• nezprůměrováváme hodnoty
• jedná se o konkrétní hodnoty v daném čase

Qn a MZP

Qn je MZP (minimální zůstakový průtok)

Změnové koeficienty pro hydrologická povodí 3. řádu

• tabulky pro všechny povodí 3. řádu celé ČR: x-yy-zz
• Jak fungují?
  • kalendářní měsíce
  • teploty - aditivní - přidávám přímo °C - průměrná teplota o x větší
  • srážky - multiplikativní - na úrovni x% dnešní srážky
  • odtoky - multiplikativní - na úrovni x% dnešního odtoku

→ úprava hodnot

• V lednu odtok vyšší koeficienty - padá rovnou déšť místo sněhu → rovnou odtéká

PPO podél vodních toků, bez retence

• zkapacitňování koryt, ochranné hráze, stabilní a mobilní stěny (pro dolní části toků, potřebný čas pro výstavbu)
• odlehčovací koryta a štoly - nutná vhodná dispozice
  • Jablonec nad Nisou

• dopady realizací v prostředním městě
  • zpětné vzdutí do předchozí obce
  • do dalšího města pokračuje voda bez rozlití, 

Eulerova aproximace

lineární → dopuštíme se chyby

Runge-Kutte 2. řádu

ČÁRA ZATOPENÝCH PLOCH

Charakteristika nádrže

závislost zatopené plochy a objemu na úrovni hladiny v nádrži

přírůstek hladiny → zatopená plocha → výpočet objemu

12. Vodní bilance. Způsob sestavení a její dvě složky: vodohospodářská a hydrologická bilance.

Klimatická změna

• scénáře - vyvíjeny dlouhou dobu
• Martin Hanel - ČZU
• 34 scénářů

34. Vlivy nádrže na okolí: na hydrologický režim, na režim podzemních vod, abraze svahů, vliv na splaveninový, kyslíkový a teplotní režim vodního toku.

29. Průchod povodňové vlny nádrží s nehrazeným bezpečnostním přelivem. Princip návrhu retenčního objemu a řízení v reálném čase.

nehrazený přeliv

• při t1 uzavírám spodní výpusti, voda se blíží k hladině bezpečnostního přelivu
• t2: uzavřeno SV, voda přepadá přes BP
• t3: kulmnace
• t4: vyprázdnění retenčního prostoru

• na Hmax musí být vyhrazeno vše

Neškodný odtok

• neškodný průtok - různý v úsecích
• neškodý odtok - takový, aby nezpůsobil v úsecích pod ním průtok větší než Qneš

PPO s retencí

• vyhradíme část oběmu, aby byl prázdný a zachytil část objemu povodně → transforaqmční účinek
• preferována
• potřebuji povodňovou vlnu!
• hya výpočet neustáleného proudění + hydrologické modelování

• Výstavba vodních nádrží– musím mít retenční prostor
• Výstavba suchých nádrží neboli poldru
• Zajištění území určených k řízeným rozlivům povodní

ČÁRA ZATOPENÝCH OBJEMŮ

Střední scénář průběhu klimatické změny

• jeden scénář, který bude aplikovaný na ČR všemi institucemi
• Potřeba jednotného přístupu a jednoho pravděpodobného vývoje
• VÚV, Czech GLOBE
• aplikovány pro jednotlivá Povodí
•  

35. Kvalita vody v nádrži. Teplotní režim nádrže. Eutrofizace a zanášení nádrží.

Řešení ochranného objemu nádrže

• Ochrana před povodňovou vlnou úpravou toku nebo zadržením ve vyhrazeném prostoru nádrže – ochranný/retenční prostor
• teoretické zachycení celé povodně je nemožné (nehospodárné)– obrovský objem, velký prostor
• Spokojíme se se snížením kulminačního průtoku povodně = přetvoření (transformace) povodňové vlny

Modely

15. Minimální zůstatkový průtok. Co to je a způsob stanovení.

24. Neškodný průtok a neškodný odtok z nádrže. Způsob stanovení.

CN křivky

• číslo odtokové křivky
• dva hlavní ukazatelé
  • půda
  • způsob využití povodí
• lze modifikovat pro určitý stav v povodí
  • ukazatel předchozích srážek
    • menší váha na starší srážky

Tvorba povodňových vln TPV_N

• nestandardní hydrologický podklad - mohu počítat sám, ne jen ČHMÚ
• HEC-HMS - využívá i ČHMÚ
  • tvorba hydrologického modelu
  • sestavím model, určím Nletost
  • potřebuji srážky - volně dostupné; prostorové interpolace - N-letý srážkový úhrn
  • rozprostření do hodin v rámci dne - hyetogramy (teoretické srážky)
  • parametry jednotkového hydrogram
  • srážko-odtokvý model

Povodňová vlna

• teoretické
  • doby opakování → déšť
  • využívány pro návrhy a posouzení
  • nebo pomocí N-letých objemů povodňových vln
• historické
  • odehrály se
  • časový záznam - hydrogram
  • Správci a ČHMÚ zaznamenali
  • prověření funkce - jak by se byla bývala nádrž starala, kdyby byla řízena konkrétním způsobem

• musím nasčítávat objem povodňové vlny, když nestihne předchozí odtéct

6. Charakteristika nádrže a její sestrojení (čára zatopených ploch a čára zatopených objemů).

Bilance (množství vody)

1. Hydrologická bilance - ČHMÚ →  porovnání přírůstků a úbytku vody s vyhodnocením změn vodních zásob v povodí

• srážková výška Hs = odtok Ho + výpar Hv +- R (retence)
• pro rok od 1.11.

2. Vodohospodářská bilance (VH bilance) → pošlou na VÚV → porovnáním požadavků na odběry povrchové vody a na vypouštění odpadních vod svi užitečnou kapacitou vodních zdrojů= hodnocení dopadu lidské činnosti

• podklady dodávají podniky, správci
  • evidují všechny subjekty, které odebírají buď 500m3/měsíc nebo 6000m3/rok → mají povolení k nakládání a platí (cca 5kč/m3)
• bilančním krokem je měsíc
• kolik vody je k dispozici - na dílech, kde je více než 1 000 000 m3
  • evidují množství vody
  • nemusí dělat rybníky

algoritmus vlivu výparu

x...objem

y...plocha

aplikace scénářů na režimovou funkcí nádrží

• použitelnost v praxi?
• informační přínos?

NVS_vliv VD

NVS eko

Suchá nádrž Jelení (Karlovice)

• otvor, při povodni zahcen
• plní se retenční nádrž
• odtéká neškodný průtok
• dokud nedojde k přelivu bezpečnostního přelivu
• kapacita propusti není ovlivněna dolní vodou, zavzdutím → velký spád
• betonová zavazovací křídla
• kamenný zához a práh ve dně

kapacita

• odpad v tělese hráze - o volné hladině
• tlak - hrozí ohrožení konstrukce
• Přepad - padá shora - 
• Výpust - výpočet BR, energetická bilance
• kapa

Hydrologický model

• hydrologický model (srážko-odtokový) → srážky na průtoky v uzavřeném profilu
• dává se přednost fyzikálním = konceptuálním modelům
  • fyzicko geografické podklady
  • způsob využití
  • hydrologická skupina půdy v povodí, jaká bude infiltrace?
• jak velká srážka?

5. Rozdělení prostorů v nádrži a základní principy jejich návrhu. Objem stálého nadržení, zásobní objem, retenční objem (ovladatelný a neovladatelný). Rozdíl mezi maximální hladinou Hmax a mezní bezpečnou hladinou MBH.

Vodohospodářská bilance

• zákon o vodách → evidence množství a jakosti povrchových vod
• Vyhláška 431/2001 Sb. 
  • množství a jakost
  • zvlášť povrchová a podzemní
• Sestavuje VÚV TGM
• Informace
  • pro měrné profily → profil bilančně napjatý nebo pasivní
    • deficitní nebo téměř → vodoprávní úřady → nepovolují nakládání s povrch. vodami,...
  • plánování

N-letá srážka x N-letý průtok x realita a stav v povodí

Ochranný (retenční) prostor

Protipovodňové opatření

Objem povodňové vlny - podstatný i její průběh

hydrologie není stacionární v čase

Pravděpodobnostní hodnoty se mění v čase

na střední průběh klimatické změny

Režimová funkce nádrže

• trojrozměrný graf

19. Režimová funkce nádrže V = f(Op, Pt).

režimová data

pro návrh VHS nebo optimalizaci strategického řízení

Hydrologické podklady

• N-leté průtoky(ČHMÚ) - vztahujeme k nim zabezpečenost
  • statistiká metoda - dostatečně dlouhá průtoková řada, v každém roce největší průtok → roční maxima, volba rozdělení (u nás tří parametrické log. normální rozdělení)
    • seřazení od nejmenšího k největšímu → distribuční funkce (ne pravděpodobnost překročení)
    • přiřazení pravděpodobnosti dle Čegodajeva - empirická distribuční funkce
    • proložení křivky - teoretická distribuční funkce - tří parametrické log. normální rozdělelní

• nestandardní hydrologický průtok - nemusí vydat pouze ČHMÚ

Nehrazený bezpečností přeliv (BP)

• Hs - hladina stálého nadržení - nikdy nejdu pod
  • živočichové, jakost vody, nevyužitelný spád
• Hz - hladina zásobního prostoru
• Hmax - vodoprávně projednaná - pro návrhovou povodňovou vlnu (tisíciletá)
• Mezní bezpečná hladina - odpovídá ohrožení vodního díla
• Retenční prostor Vr - kontrolovatelný a nekontrolovatelný

Ochraný prostor

nepoužívat za každou cenu celou dobu

Ztráty vody z nádrže

• typicky ztráta výparem
• průsakem tělesem (drenážní systémy, pod hráz) nebo do podloží
• netěsnosti uzávěrů - spíš dočasné

Výpočet objemu - bilance

připravené dvojce - závislost plocha a objem

proložit polynomem,.. → x objem, y plocha

Ft - plocha na počátku

Hv - výparná výška

Rámové propusti, Benešovy

transformová povodňová vlna

23. Hydrologické podklady pro řešení ochranného objemu nádrže a jejich zpracování. Způsob odhadu N-letých průtoků a teoretických N-letých povodňových vln.

očištění od antopogenních vlivů

• limnigraf měřící vodní stav pod nádrží? Ne. Část vody odběr, vsak, regulace odtoku - nadlepšování,.. → ovlivněná průtoková řada
• Zpětně očistit - potřebuji tabulky odběrů, průběhu hladin, teploty, výpar,..

vlna, která dostatečně reprezentuje přítok

délka

posledních 20 - 40 let průtokové řady

Vodohospodářské řešení

14. Ztráty vody z nádrže. Způsob zahrnutí ztrát výparem do VH řešení zásobní funkce nádrže.

Výpočet výparné výšky

Beran a Vizina - VÚV

na měsíc → násobit délkou měsíce

operativní data

slouží pro dispečink - rozhodovací proces

Hrazený BP

Hladina Hmax

• vodoprávně projednaná maximální hladina - maximální hladina, která bude v nádrži dosažena při průchodu návrhové povodňové vlny (např. hladina v profilu hráze pro Q100, Q1000,apod.) – záplavová čára po obvodu nádrže => nelze umísťovat stavby, kempy, karavany, apod.

Prostory v nádrži

Zásobní prostor

• Akumulace vody, hospodaření s vodou
• VH studie → potřeba vody pro zajištění odběrů
• Vyrovnávání časové nerovnoměrnosti mezi přítokem a odtokem z nádrže a to s určitou předem stanovenou za bezpečností

Posouzení nádrže

Ztráta výparem

• řada průběhů teplot vzduchu - lze vypočítat
• doporučení normy - Vodohospodářská řešení vodních nádrží
  • ČSN 75 2405
  • Příloha B: Přibližné stanovení ztráty vody výparem z volné hladiny
  • ROzdělení na kalendářní měsíce
• Kalkulujeme jako nevratný odběr 

Postupně bilanční metoda

17. Řešení zásobního objemu nádrže postupně bilanční metodou v reálné a syntetické řadě.

Povodně na Vltavě

Nejstarší nádrže

• před Kristem
• Marib, Purron, Kofini, Sadd-el-Kafara

funkční objekty

Požadovaná míra ochrany

Bezpečnostní přelivy

Hladina MBH

• nesmí být překročena - hladina, při které hrozí bezprostřední ohrožení stability VD a je ohrožena jeho bezpečnost -  sypačka – přelití a eroze vzdušního líce, betonová – např. překlopení, posunutí, apod.
• jakmile se dostaneme na Hmax => za každou cenu jí uhájit, využít kapacitu všech funkčních objektů, nesmí být překročena

Prostor stálého nadržení

• v úzkých a hlubokých údolích nebývá velkou ztrátou na objemu
• zajišťuje  minimální provozní hladinu, zachycuje nečistoty, odděluje vodu horší jakosti, zajišťuje minimální hladinu pro VE (minimální spád na turbínu - nejmenší sací výška)
• součástí mrtvý prostor, který nelze gravitačně vyprázdnit
• střet protichůdných zájmů - hlubší technicko-ekonomický rozbor + zvážení mimoekonomických hledisek

stanovení dle:

• dodržení požadované kvality vody v zásobním prostoru - zejm. vhodné teploty
• požadavky hygienické a estetické
• požadavky plynoucí ze zimního režimu nádrže
• rekreace
• chov ryb a vodní drůbeže

• alespoň 12m u nádrží +40m

Reprezentativnost vstupních podkladů

Zabezpečenost dodávky vody (= spolehlivost, reliability)

• různá dle priority odběratele
• Čegodajův vztah - není nikdy 100%

• Třídy významu
  • A - odběratelé přípravy vody pro 50tis. + obyv., jaderné el. a tepl nad 500MW
  • B - MZP, vodovody do 20. tis, průmysl celostátního významu
  • C - průmysl krajského významu , vodovody do 20. tis., živočišná výroba
  • D - VE, místní průmysl, závlahy, rekreace, lesnictví

• poruchový rok - stačí jeden poruchový měsíc

Hodnoty doporučených zabezpečeností:

tab. v normě

nepožadujeme 100% → ekonomicky nevýhodné

8. Distributivní vlastnosti průtokových řad. Popisné statistiky. Jejich vliv na velikost zásobního objemu nádrže.

ČSN 75 2405

Vodohospod. řešení VN

• náležitosti, seznam podkladů
• výsledek řešení
• zabezpečenosti
• výpar
• modifikace dat, kdy syntetická řada

Zabezpečnost podle opakování

• Podíl počtu let ve kterých bude dodávka zajištěna bez omezení
•  

ukončení těžby uhlí 2033

plavební komora Kamýk

• Velký spád: 15,5m
• Jeden vtok

Bílina a jezera na mostecku apod.

• hydrologicky perfektní? → musí být napojeno na řeku - nelze držet na úrovni řeky → velký odpar z plochy
• Libouš a Nechranice propojit, jezero Bílina
• napouštění z externích zdrojů - Ohře (stranná) → Armáda (cca 10 let) a Vršany (cca 2 roky)

Švihov

• povolený odběr 5,25m3/s
  • odhad velmi těsný, využití pro další obce ve Středočeském kraji?
  • → hodnota vodoprávně povolená a i reálně odebíraná, nyní se více šetří + pokles zásobení krajiny vodou
• Momentálně odběr přes 3m3/s

kompenzační řízení

• Co by se stalo při zvýšení kóty plného zaplnění? Dopady?
  • Vliv na využití - rekreace,..
  • Zmenšení retenčního prostoru → zmenšení PPO
• Plánuje se/chtělo se realizovat zasakování dále za Opatovicemi

účinnost suché nádrže

• Retenční objem
• Způsob odlehčení
  • koryto, průleh
    • potřebná kapacita!
    • mohu vytvořit přelivnou hranu na odlehčení o dané kótě a délce hrany na korytě

opatřen bezpečnostním přelivem!

převod průtoku přesahující kapacitu

VD Nýrsko

• odběr pro Plzeň až u Starého Plzence

kompenzační řízení odtoku

Přítok a nakládání s vodou

• přirozený přítok → do první nádže, na horních tocích
• ovlivněný přítok → manipulacemi, odběry, vypouštěním, převody vody
• NAKLÁDÁNÍ (s povrchovou vodou)
  • lidská činnost, kterou lze měnit množsví a jakost vody
  • nutné povolení - právo k vodě
    • kdo měl dříve, níže právo, má "přednost"
• Povodí jsou subjekty s právem hodspodařit majetkem státu

povinnost norem

povinné pokud vyžaduje Vyhláška a vyšší předpis

co zadává investor

ČSN 75 1400

• třída spolehlivosti hydrologických podkladů
  • I.-IV.
    • redukce zásobního prostoru součinitely
• pro návrh musí být od ČHMÚ

Zabezpečnost podle trvání

• Podíl délky trvání bezporuchového provozu z celkové doby provozu
• Celková doba provozu nádrže zpravidla vyjádřená v počtu měsíců
• Celkové trvání poruch– opět v počtu měsíců

Sucho

uzel Opatovice

Dnes hlavně odbět na chlazení na elektrárnu Opatovice.

3 základní podklady

Velikost zásobního prostoru

Zabezpečnost dodávky vody

Zabezpečení dodávky vody

• Vzhledem k charakteru přítoků a někdy i výstupu nelze uvažovat o stoprocentním zabezpečení požadavků na vodu
• Míra zabezpečení vyjadřuje pravděpodobnost, že požadovaná dodávka vody neklesne pod danou hodnotu
• Žádáme-li vysokou zabezpečnost musíme počítat s tím, že vzrostou nároky na zásobní objem nádrže ve srovnání s případem, kdy při stejném odběru (nalepšeném odtoku) vystačíme s menší za bezpečností
• Zabezpečnost má úzký vztah k ekonomickému hodnocení vodního díla
•  

meteorologické sucho

• deficit srážek

zemědělské sucho

• nedostatek vody v půdě, dle využitelné vodní kapacity
• opatření v krajině, vzdorují v řádu týdnů

očekává se nárust obyvatelstva a snižování vydatnosti vodních zdrojů

Pastviny

Technické podklady

• přehradni profil
• Generel LAPV - územně hájené rezervy

Zásobní funkce nádrže

statistika druhého řádu

• Součinitel variace Cv

Kryry (?)

• závlaha pro chmel, Rakovnicko
  • norma vs. praxe vs. evapotranspirace → nesoulady
  • později bude potřeba více vody pro závlahu

VD Rozkoš

• závlahová voda v Polabí
• boční nádrž!
• přivaděč z Úpy (jez ve Zlíči), z nádrže teče do Metuje, voda může téct i zpět do Úpy (při vysoké hladině)
  • PPO pro Skalici,.. na Úpě
  • nemá BP (bezpečnostní přeliv) - uzavření nátoku z Úpy
• na odtoku MVE

• Hráz v nádrži, s přelivnou hranou
  • sedimenty v horní části
  • rekreace - v severní části kempy apod.
    • stálé nadržení v horní části
    • v dolní části manipulace

Nádrž s přímým odběrem

• na vodárenských nádržích + zajištění MZP
• odběrné objkety - etážové, břehové, sdružené objekty

Klíčava

• součástí systému Kladenských vodáren
• bude stačit při nárustu počtu obyvatel?

Kompenzační nádrž

• mezipovodí mezi OP (odběr. profilem) a hrází kompenzační nádrže
• dokopenzovávám co chybí v mezipovodí → kompenzační dávka

On = Op + MZP

příklad vlivu součinitele variace na zásobní objem

• A:
  • průměr: 10
  • Cv = 15 
• B:
  • průměr: 10
  • Cv = 2

• Pravděpodobnost A je více otevřená
• B potřebuje větší retenční prostor

Zabezpečenost dodávky - dle objemu

Pd.. dle objemu dodané vody

• Podíl skutečně dodané vody z požadovaného objemu dodané vody za dobu provozu nádrže

Stanovice

• u KV, vodárenská nádrž

7. Hydrologické podklady pro řešení zásobního objemu nádrže.

socioekonomické sucho

• výrazný dopad nedostatku vody na společnost, hospodářství, ŽP

Sezónní/roční

• ve vodném období se naplní nádrž
• délka cyklu jeden rok
• deficit nezasahuje do dalších let

Hydrologické podklady

• rozkolísanost, četnost, šikmost

Nároky a požadavky na vodu

• z potřeb v území
• každoročně Vodní bilance ČR - vytipuje nedostatky

hydrologické sucho

• pokles HPV a tedy i hladin vodních toků
• komplexní opatření, vzdorují pouze víceleté nádrže

Vliv oteplování

• udržitelnost MZP?
• bude se stavět přehrada pro závlahy? Kolik té vody budou potřebovat?

Ochranná (retenční) funkce

• Ochrana před povodněmi

hydrogram zachycení vlny:

boční rybník

• nemusí se ho týkat povodně → nemusí mít boční přeliv

Boční

• Suchá nádrž mimo tok
• při povodni část odvedu do poldru, tokem teče pouze část
• nutné zajistit vypouštění

Povodňovou vlnu nad poldrem odlehčíme poldrem na redukovanou povodňovou vlnu s nižší kulminací

dle odběru

Časové řady

Vlastnosti

statistika třetího řádu

→ šikmost

• Součinitel asymetrie Cs
  • symetrická = 0

13. Zabezpečenost dodávky vody (dle trvání, opakování a objemu dodané vody). Požadované zabezpečenosti podle trvání dle ČSN 75 245 VH řešení vodních nádrží.

Zásobní funkce

Víceleté nádrže

• nemusí se ve vodném období naplnit
• deficit 3-6 let, naplní se např. v následných 2 vodných letech
• Obrovské nádrže na tocích s malou vodností
• Směrodatná seskupení několika málo vodných let za sebou
• Nutno vycházet z poznání dlouhodobých zákonitostí průtokového režimu v profilu
• Nutné navrhnout zásobní objem tak aby se umožnila akumulace vody ve vodných letech pro zachování odběru O a nalepšeného průtoku Qn v málo vodných letech
• Vz vzdoruje delšímu suchu
• typicky vodárenské nádrže (Švihov)

Nutný zásobní prostor (pro krytí požadavku)

• velikost ovlivňuje vodnost toku

Časová diskretizace

• na průměrné hodnoty - denní, měsíční, roční
• okamžité hodnoty - 10min, 1h, 3h

příklad vlivu součinitele variace na zásobní objem

• A:
  • Q = 10
  • Cv = 2
  • Cs = 1

• B:
  • Q = 10
  • Cv = 2
  • Cs = 3

• B potřebuje více Vz - existuje možnost takhle malých průtoků, kdy už bych musela nadlepšovat, dotovat

Hospodaření s vodou v nádržích

Údolní

průtočné

Statistické veličiny

• průměr:
• rozptyl:
• Směrodatná odchylka:
• Součinitel variace

účely zásobní funkce

• zásobení pitnou vodou = vodárenská nádrž
  • povolení k nakládání - Vodoprávní rozhodnutí k povolení odběru (Vodoprávní úřad)
• užitková voda, voda pro chlazení (→ voda pro průmysl)
• závlahová voda, zemědělská
• nadlepšování minimálních průtoků - "Minimální zůstatkový průtok" (MZP) - dle 365denního průtoku
• plavba
• výroba elektrické energie (→ špičkové + přečerpávání, ale i v průběžném - ovšem to není potřeba zásobit se)

Funkce - úprava vlastností vody

VD Přísečnice

Typologie nádrží

dle cyklu

Časový interval povyprázdnění a následného naplnění nádrže = doba T

VD Švihov

Korelace (asociace dvou veličin)

= míra závislosti dvou veličin (souvislosti), těsnosti

• korelační analýza - vyčíslení korelačního součinitele r <-1; 1>

Lze proložit regresní přímkou:

Pearsonův korelační koeficient r

• směrnice a kladná a r=1; čím větší, tím těsnější
• r<0 
• žádný vztah (statisticky významný) → r=0

akumulace elektrické energie

• Přečerpávací vodní elektrárna
• Baterie
• Vodík

Příklad - Hydrologická analogie

Limnigraf za soutokem → chci postavit nádrž → METODA HYDROLOGICKÉ ANALOGIE → Plochy povodí → rozdělím Qa v poměru

• Zpřesnění zohledněním distribuce srážek → dle nadmořské výšky → Specifický odtok qa [m3/s/m2] [l/s/km2] → Kolik procent je s jakým odtokem?
• Uvažuje se o přehradě: Zřízení lymnigrafu v profilu přehrady. Prostřednictvím analogonu (lymnigraf) a korelace si doplním chybějící data

Stacionarita

= vlastnost průtokové řady, kdy se v čase významně nemění pravděpodobnostní

stacionární řada

konstantní

Centrální a satelitní stanice

usazovací nádrže

odkaliště

dále na Teplé - VD Březová

• ochrana lázeňské části před povodněmi

Postranní nádrž

• postavení nádrže na bočním toku - má morfologii apod.
• vodnost má hlavní tok → převod vody z jezové zdrže,...

Chladící nádrže

VD Stanovice

• na Lomnickém potoce, čerpá se voda z Teplé
• postranní vodárenská nádrž
• odběr vody na úpravnu → KV

Vrcholová

• PVE Dlouhé Stráně
• Štěchovice

Vodohospodářský rok

vodné období (březen, duben)

Převod vody

• gravitačně - štola o volné hladině
• čerpání

4. Typologie nádrží 2: Podle způsobu řízení odtoku s přímým odběrem, s kompenzačním řízením. Podle vodohospodářského cyklu: roční (sezónní) řízení odtoku, víceleté řízení odtoku.

Autokorelace ((samo)korelace mezi jednotlivými členy v téže řadě)

• Určuje stupeň lineární závislosti například hodnoty průtoku na svých předchozích hodnotách
• hledání závislosti na předchozích hodnotách, analýza periodicity
• autokorelační koeficient
  • ACF s nestejnou vahou autokorelačních koeficientů
    • dávám do souvislosti sousední členy v průtokové řadě (větší váha než ↓)
      • ovlivňuje únor březen?; korelované páry, n-1 párů; r>0
    • páry ob jeden (menší váha než sousední členy)
      • n-2 párů; r=0; vytrácí se těsnost
• počet posunů souborů dat vůči sobě určují řád autokorelační funkce
• závislost koeficientu korelace na počtu posunu, bez posunu koeficient = 1
• typy ACF
  • abs. náhodný proces
  • mocniná ACF
  • exponenciální ACF
  • tlumený harmonický pohyb (Qr)

nestacionární řada

• nehomogenita = antropogenní - lidsky zaviněné
• způsobené přirozeně
  • změna odtokových poměrů - změna využití ploch
  •  
• Může dojít ke změně - znatelné na datech:

• přirozenými či antropogenními změnami

Vnitřní struktura hydrologických řad

Vliv ACF na velikost zásobního prostoru

Vysoký korelační vztah → potřebuji větší zásobní prostor - za sebou chodí stejně velké průtoky (Vz1 > Vz2)

Sucho nebude pravděpodobně trvat déle než 5-6 let:

11. Metoda fragmentů pro modelování syntetických průtokových řad s měsíčním krokem.

• Fragment je 12 relativních hodnot reálných průměrných měsíčních průtoků v každém roce
• Fragmenty se náhodně přiřazují k předem na generovaným průměrným ročním průtokům (lze získat libovolně dlouhou umělou řadu průměrných měsíčních průtoků)
• Dodržuje statistické parametry včetně autokorelační funkce
• Korelace jsou porušeny jen na mezích fragmentů
• metoda však nedodržuje korelace mezi vektory měsíčních průtoků v různých kalendářních měsících protože každá dvojice těchto průtoků se v různých rocích jinak transformuje - rozdíl od regresních modelů
• omezený počet reálných fragmentů

vyrovnávací funkce pod MVE

Záchytné nádrže

zachycení splavenin a odpadů

chystá se u Orlíku

• reversibilní Francisovi - jak turbínový, tak čerpadlový režim - nahrazení dvou Kaplanových

Modelace

Pouze na úrovni Tau1 - je ještě statisticky významný (mocniná ACF)

tα (5%) = 1,645

C Vodohospodářské soustavy

Harcov, Liberec

Retenční (ochranný objem) > zásobní prostor

1. Funkce a účely nádrží.

základní úkon: transformace průběhu přítoku na časový průběh odtoku:

(přítok - odtok = retence): P>O - nádrž se plní; P<O - nádrž se prázdní

• hospodaření s vodou
• rekreace, chov ryb

2. Rozdíl mezi pojmy: nádrž, přehrada, jez, jezová zdrž.

přehrada- hradí a akumuluje vodu v nádrži

jez - hradí, pouze vzdouvá vodu → tvoří jezovou zdrž (vzdutí od jezu)

bleskové povodně 2010

2 povodňové vlny

1. Q = 20m3/s

2. Q = 30 m3/s

Autoregresní posloupnost x. řádu

Syntetické řady

B2 metoda fragmentů

Povodně v 2. pol. 19. stol.

prof. Otto Intze 

→ přehrady v Jizerských horách

• Intzeho typ
  • zděné tížné
  • spodní výpust se šoupátkovou věží, šoupátko na patě vzdušného líce
  • korunový BP

9. Autokorelační vlastnosti průtokových řad. Významnost autokorelačních koeficientů. Vliv autokorelace časové řady na velikost zásobního objemu nádrže. Typy autokorelační funkce.

ACF pro roční průtoky → tlumený harmonický pohyb

• 5. - 6. rok, 12. rok
• vliv sluneční aktivity
  • oscilační pohyb, zřetejnější
  • délka periody 11 let
• autokorelace hydrologických dat více zašumněné

Řada ročních průtoků Qr

B1 Metoda linerního regresního modelu

VD Fojtka

Vodohospodářská soustava

• vodohospodářské prvky spojené vzájemnými vazbami v účelový celek
• 3 charakteristické složky: prvek– vazba– účel
• Členění:
  • Subsystém povrchové vody
  • Subsystém podzemní vody
  • Subsystém nakládání s vodami
• Kaskáda = za sebou = navazují vzdutími
  • Vltavská, Labská, na Chrudimce

Umělé nádrže

přehrady, vytvořeny člověkem

3. Typologie nádrží 1: Nádrže umělé a přírodní. Typy podle umístění vzhledem k vodnímu toku: údolní průtočné, boční, postranní, vrcholové.

16. Základní rozvaha při návrhu zásobní funkce nádrže. Kdy je řízení odtoku sezónní a kdy víceleté.

• zásobení vodou - vážit, jesti je nádrž nutná
• vodohospodářská bilance - analyzuje potřebu vody a v možnosti jejího uspokojení v dané oblasti
• Vytipování vhodné lokality pro výstavbu + zvážení spolupráce s podzemními zdroji či jinými nádržemi v soustavě, ne jako izolovaná nádrž
• rámcová vodohospodářská bilance - stačí a roční vydatnost zdroje pro požadovaný a roční odběr?
• Možnost přehradního profilu a údolí: V_morf; při V_morf > V_potřeb můžeme zvážit další účel
• základním úkolem je vyrovnávat časovou nerovnoměrnost mezi přítokem a odtokem z nádrže s určitou předem stanovenou za bezpečností

• cyklus nádrže definujeme jako časový interval povyprázdnění a následného naplnění nádrže

Denní řízení odtoku (cyklus)

• nepřesahuje jeden den
• vodojemy, vyrovnávací nádrže pod špičkovou VE
• proměnlivý přítok, konstantní odtok = vyrovnávací nádrž
  • ranní a odpolední energetická špička
  • pro daný výkon součtová čára → přítok P se musí rovnat odtoku O za 24h
• konst. přítok, proměnlivý odtok = rozdělovací nádrž → vodojem
  • možný samospád či čerpání
  • dle potřeby vody
  • vydatnost zdroje má vliv na potřebu vodojemu
  •  

Andersonovy meze

Rovnoměrné rozdělení pravděpodobnosti

všechny čísla mají stejnou šanci

A.1 Absolutně náhodné procesy

B Model řady měsíčních průtoků Qm

Vodohospodářské prvky

A.1.1 Monte Carlo metoda

• vstup reálná čísla ročních průtoků
• generuji náhodná čísla
• všechna čísla mají stejnou šanci existence

aplikace lineárního regresního modelu

Regresní analýza

• výpočet odhadů koeficientů lineární regrasní funkce: y = kx + q
• korelační dvojice naměřené u výběrového souboru o n členech
• metoda nejmenších čtverců

10. Lineární regresní model pro modelování syntetických průtokových řad. Modelování řad s ročním a měsíčním krokem.

Závlahová voda

• sezónní, u nás stále doplňková závlaha
  • v manipulačním řádu uvedeno vegetační období

• při vláhovém deficitu mají odběry zdarma

Voda pro průmysl

• z potřeb technologie
• voda pro energetiku
  • vodní elektrárny - voda pouze protéká, není spotřebovávána
  • derivační kanál - ponechat  toku MZP
  • požadavek ne veškerý průtok přev VE
    • jezy potřebují, aby přes ně voda šla (degradace v létě - objemové změny)
    • okysličení vody
  • tepelné elektrárny - chlazení, předpokládá se odklon
  • jaderné elektrárny - 

Vodní nádrž

• Omezený prostor který slouží k hospodaření s vodou
  • Akumulace vody k jejímu pozdějšímu využití
  • Zachycení zvýšených průtoků k ochraně údolí pod nádrží
  • K vytvoření určitého vodního prostředí pro živočichy
  • Úprava vlastností vody
• vyrovnávání časové nerovnoměrnosti mezi přítokem a odtokem z nádrže s určitou předem stanovenou zabezpečností

Přirozené nádrže

jezera, využití problematické vzhledem k ochraně přírody

22. Nádrž s převodem vody z jiného povodí.

18. Řešení zásobního objemu víceleté nádrže metodou rozdělení na sezónní a víceletou složku.

• Pro návrh jsou směrodatná seskupení několika málo vodných let za sebou
• Nutno vycházet z poznání dlouhodobých zákonitostí průtokového režimu
• Zásadní objem se navrhuje tak aby se umožnilo akumulace vody ve vodných letech pro zachování odběru popřípadě nauku v málo vodných letech

Řešení zásobního objemu

Deterministická

Předprojektové studie nádrže

1. Vodohospodářská bilance  - analyzuje potřebu vody a možnosti jejího uspokojení v dané oblasti, zahrnuje také analýzu všech možných racionalizačních opatření vedoucích k úsporám vody, uvažuje spolehlivou dlouhodobou prognózu potřeby vody
2. Vytipování vhodné lokality pro výstavbu nádrže– zvážení začlenění nádrže mezi stávající vodní zdroje
3. Rámcová vodohospodářská bilance– zjistíme zda pro požadovaný roční odběr stačí roční vydatnost vodního zdroje s požadovanou za bezpečností s uvážením minimálního zbytkového průtoku
4. Možnost umístění potřebného objemu nádrže V vzhledem k možnostem přehradního profilu a údolí hledem k možnostem přehradního profilu 

Stochastická

A.1.2 známý typ rozdělení pravděpodobnosti reálné řady

Vodárenské nádže

• zajišťují dodávky vody pro obyvatelstvo
• zvláštní režim - požadavek na kvalitu
• většinou ty nahoře - nejsou antropogenně ovlivněny třeba v okolí zemědělství
• Švihov, Vrchlice - okolí změděl.
• Výpočet pořeby vody (často od zadavatele)
• specifická potřeba vody [l/os/den]
• součinitel roční nerovnoměrnosti a hodinové nerovnoměrnosti
• Vybavenost, požární voda

Povolení k odběru (nakládání s povrch. vodami)

Plavba

• nadlepšování pro plavební hloubku  v toku (nízká priorita)
• Minimální plavební hladina na nádrži - v sezónně nesmí podkročit
  • občas složité s ostatními funkcemi, jdou proti sobě 

20. Řešení objemu nádrže s krátkodobým cyklem. Vodojem. Vyrovnávací nádrž pod špičkovou vodní elektrárnou.

A.1.3 zachování autokorel. fce

bilance v syntetické řadě

• zabezpečenost už musí být na úrovni Po (dle opakování)

VH řešení v reálné řadě

pro současné klima a pro klim. změnu

Nádrž s převodem vody

1. do údolní nádrže s hlavním přítokem vlastním (přirozeným) přivádíme přidanou vodu z jiného povodí
2. do postranní nádrže přivádíme vodu přivaděčem z hlavního toku a mnohem větší vydatnosti

• převádíme průtok s povodí s aktivním vodohospodářskou bilancí do povodí s pasivní bilancí– efektivně zvyšujeme využití nádrže
• převodem průtoku můžeme též v některých případech řešit ochranu území před velkými vodami
• přivaděče bývají dlouhé a široké, jedná se o nákladné objekty
• Rozkoš u české skalice, žermanice na lučině

Rozdělení Vz (oddělené řešení)

• Celkový zásobní objem nádrže je rozdělen navíc letou složku a sezónní složku objemu nádrže
• Víceletá složka se stanoví z průměrných ročních přítoků a odběrů
• Sezónní složka vyjadřuje nároky na zásobní objem vyplývající z proměnlivosti přítoků a odběru během roku

Vyřešení v syntetické řadě Qm

Pro nádrže významnosti A  je potřeba řešit vodohospodářské řešení pravděpodobnostně → vygenerování syntetické řady a na ní potom nasadíme postupně bilanční metodu (500-1000 let)

VH řešení v syntetické řadě Qr

Víceletá složka Vz^v

vní a druhý rok neklade nárok na víceletou složku (kladou pouze na sezónní složku)

nárok na víceletou složku klade 3. rok

Postupně bilanční metoda

Sezónní složka Vz^s

• vstupem reálná řada Qm (měsíční průtoky) v letech → průměrný roční průtok (Qr)
• vyberu pouze ty roky, kde je průměrný průtok vyšší než nadlapešený průtok (Qr > On)
• jaký deficit vznkne v daném roce?
• f = distribuční funkce

Nacházelovy grafy

a poměrný zásobní objem Beta_z

Metody přímého řešení celého zásobního

• Při řešení v časové řadě průtoku dáváme přednost přímé metodě
• Vyhneme se nepříjemnému dělení zásobního objemu na sezónní a víceletou složku
• Řešení zpravidla provádíme v řadách průměrných měsíčních průtoků
• Pro určení parametru řízení odtoku s dostatečnou spolehlivostí potřebujeme řady průměrných měsíčních průtoků o délce 500 až 1000 roků– musíme namodelovat

Nomogramy

• Sloupce dle zabezpečenosti dle opakování
• Řádky dle vztahu Cv a Cs

→ zvolím graf

• na vodorovné ose součinitel variace Cv
• vyberu součinitel nadlepčení alfa =...
• Vyjde mi beta

poměrná víceletá složka