Přehrady
Stránka přináší komplexní informace o hrazení toku, tedy o přehradách a dalších hradících zařízeních. Teoretické informace a odpovědi na základní otázky. Podle čeho rozlišujeme přehrady? K čemu přehrady a hrazení slouží? Co jsou to jezy? Co zdymadla a co vše je jejich součástí? Co jsou to poldry a k čemu slouží? Následují stručné informace o dalších podobných vodních objektech.
Témata stránky: Pojem přehrada, znaky a dělení přehrad, prvky nádrže, pojem hráz, pojmy zdymadlo a jez, účely zdymadel, pojem poldr a jeho účel.
Anglické názvy: Dam (přehrada/hráz), weir (jez), protective dam (ochranná hráz), retention space (retenční prostor), permanent holding (stálé nadržení). Controllable protective space (ovladatelný ochranný prostor), maximum level (maximální hladina), lock/lock chamber (zdymadlo/plavební komora). Fairway (plavební stupeň), weir reservoir (jezová zdrž), dry polder (suchý poldr).
OBSAH STRÁNKY PŘEHRADY
- Druhy hrazení
- Přehrady, jejich účel a znaky, pozitiva a negativa
- Ochranné hráze a jezy
- Zdymadla, účely a složení
- Suché poldry a jejich účely
PŘEHRADY, HRAZENÍ A JEJICH DRUHY
Hrazení toků existuje celá řada. Slouží k jedinému účelu, zadržet vodu a vytvořit větší hloubku v části vodního toku. Konkrétní účely jednotlivých vodních objektů se ovšem liší. V tomto textu budou podrobně popsány základní hradící stavby, které můžete u nás spatřit na vodních tocích od malých bystřin až po velké toky. O vodních tocích pojednává podrobně stejnojmenná stránka. Níže jsou též objasněny základní s tématikou hrazení toků související pojmy.
Hrazení vodních toků
Zahradit koryto vodního toku lze několika způsoby, mezi hlavní patří:
- Přehrady
- Hráze
- Jezy
Přehrady
Největší vodohospodářské stavby, které slouží vždy pro více účelů. Z těchto účelů má každá z nich vymezené odlišné hlavní účely, pro které byla vybudována primárně. Významně mění širší okolí dané lokality vodního toku a tvoří často velmi rozsáhlé jezero, přesněji řečeno velkou nádrž.
Znaky přehrad:
- Přehrazují zejména velké vodní toky
- Tvoří větší vzdutí hladiny toku a zatápějí větší plochu než rybníky = účel vytvořit nádrž (o poznání větší vzdutí než u jezů)
- Slouží oproti rybníkům zejména pro zásobování pitnou či užitkovou vodou a využití vodní energie či do třetice jako ochrana před povodněmi
- Proto také odtéká voda z nádrže za běžného stavu pouze přes elektrárnu, která je její součástí (Spodní výpusť, u rybníků přepad přes stavidlo)
- V důsledku toho i za běžného stavu dochází v nádrži k značnému kolísání hladiny a pod nádrží ke změně teplotních poměrů vody (zima = voda teplejší, léto = voda chladnější)
- K haváriím na přehradách (zejména protržení) dochází oproti rybníkům jen výjimečně = jejich hráze se staví precizněji a skládají se z odolnějších materiálů
Přehrady a rybníky
Přehrady versus rybníky (o nich viz stránka Stojaté vody). Máme-li hledat rozdíly, příliš jich nenajdeme. Rybníky i vodní nádrže slouží k velmi podobným účelům, jen prioritní účel a také velikost je od sebe odlišují. Když nestačily rybníky plnit dostatečně svůj účel retence vody a ochrany území před povodněmi, byly vybudovány větší nádrže v podobě přehrad na vodních tocích.
Přehrady lze také jednoduchým způsobem vypustit, ale nikdy nejsou vypouštěny zcela, naopak je v nich ponechána dostatečná zásoba vody pro doplnění průtoku v toku při stavu sucha. Proto se nevypouštějí, nevylovují a jejich primárním úkolem není chov a produkce ryb. Podobné je to u hrází a jezů resp. stupňů, které mají za úkol zejména vzdutí hladiny v toku a zajištění větších hloubek pro živočichy, odběry vody nebo vodní dopravu. Jedná se o umělé úpravy vodních toků stejně jako v případě rybníků. Jednoduše o antropogenní činnost se zásahem člověka do krajiny a jejího přirozeného stavu.
Budování nádrže
Výstavba takové vodní nádrže znamená extrémní zásah do vodního toku a okolí krajiny, mnohem větší než při vybudování rybníka. Rybníky mají o poznání menší hráze a tedy i retenční schopnost podobně jako malé hráze a jezy či stupně s cílem mírného vzdutí hladiny. Velká vodní díla v podobě přehrad jsou ovšem velkých a v některých případech gigantických rozměrů. Tato zatopí velkou plochu území a změní tok i jeho širší okolí a to výrazně a nenávratně. Vybudování takové nádrže, konstrukční řešení, její situace a vybavení je nutné předem podrobit podrobnému plánování a výzkumu terénu.
Znaky přehrad
Přehrady tedy oproti rybníkům:
- Tvoří velké nádrže
- Mění širší okolí nenávratně
- Nikdy je nelze vypustit zcela (pod hladinu spodní výpusti)
- Většinou vypouštěny na minimální hladinu nejsou
- Primárním účelem zde není chov ryb
- Vybudování nádrže předchází značně podrobné plánování a výzkum okolí s nutností získání povolení z hlediska ochrany životního prostředí
Přehrada jako stavba v podobě hráze napříč tokem nebo podél něho, jde o výsledem vybudování lidskou činností. Hráze sestávají ze zeminy, kamenů, betonu či na základě kombinace použitých materiálů. Účelem takového hrazení toků je vytvořit vodní nádrž. Tu tvoří voda zachycená nad hrází přehrady od takové hráze až po konec vzdutí vody v toku vyvolané jeho přehrazením. Jedině přehrady mají oproti dalším stavbám (viz dále) za cíl vytvořit vodní nádrž. Jedná se o nejvýznamnější hrazení toků u nás.
Účely přehrad
Přehrady se začaly budovat primárně pro retenci vody ze dvou základních důvodů a to jako ochrana proti hydrologickým extrémům. Jedná se zejména o zdržení vody při vysokých průtocích (ochrana před povodněmi) a na druhé straně jako zadržení vody pro zlepšování průtoku dále v toku či její odběr (ochrana před suchem). Přehrady můžeme ale využívat pro více účelů. Vedle zmíněných se četně začaly přehrady postupně využívat s rostoucí spotřebou energie právě na její získávání, výrobu, a to pomocí vodních elektráren s využití průtoku vody. Dalším účelem jsou odběry vody pro zásobování průmyslu, zemědělství a obyvatelstva vodou, dále hospodářské účely v podobě chovu ryb a v poslední řadě se k účelům vodních děl řadí rekreace či sporty. Přehrada vytvoří vodní nádrž a tu se přímo nabízí využívat i k těmto méně důležitým účelům, zajisté za určitých podmínek zejména vzhledem k jakosti vody.
Vlivy přehrad
Vznik přehrad přírodními procesy jako například sesuvy půdy mající za následek přehrazení toku a následný vznik nádrže. Jde o běžné projevy. Uměle vytvořené přehrady jako hrazení toků za určitým účelem lidskou činností jsou ale velkým zásahem do toku i jeho okolí. Jedná se o tzv. přetržení toku hrází, kdy je volný průběh toku najednou rozdělen na dvě části. Takové vytvoření hráze a nádrže nad ní má jak pozitivní, tak negativní dopady na okolí. Rozdělme si tyto vlivy na pozitivní a negativní ve vztahu k podmínkám na našem území, i když ne vždy se považuje tato kategorizace daných vlivů za jednoznačnou. Posuzujme to tedy ve vztahu k převažujícím negativům či pozitivům (relativní vymezení):
POZITIVNÍ
- Vznik nového vodního prostředí (výskyt rostlinstva a příbytky pro živočichy)
- Změna hladin podzemních vod v blízkosti toku
- Zvýšení vlhkosti v okolí nádrže
NEGATIVNÍ
- Přerušení pohybu splavenin
- Přerušení pohybu živočichů, zejména ryb
- Změna hladiny vody v toku nad hrází, časté změny vodnosti pod hrází
Pozitiva a negativa
Definujeme výše hlavní pozitiva a negativa přehrad, v určitém směru mohou ale zejména některá pozitiva znamenat negativa. Co se týče změny hladiny vody zejména nad přehrazením toku, tak jde o poměrně velkou a převážně negativní změnu. Tato může vyvolat ale změnu pozitivní a to zejména ve smyslu zvýšení podzemní vody následkem čehož se vyskytne více vody v místních studních i v období velkého sucha, oproti stavu před vybudováním nádrže. Negativum zvýšení hladiny toku spatřujeme zejména v nutnosti zatopení velké části území. Tím dojde k výrazné změně velké části místní krajiny, včetně zatopení osad a vesnic.
Rozhodování o vybudování takové přehrady je tedy hodně důležité a stojí před ním účastníci stavby každé přehrady. Zejména v případě stavby vysokých hrází, které mají za úkol retenci obrovského množství vody, se jedná o stěhování poměrně velké části populace, neboť místa s jejich domy a příbytky budu nenávratně zatopeny vzdutím vody v toku, tedy po vybudování nádrže a ocitnout se trvale pod hladinou nádrže, tzv. oblasti se změní na dno nádrže, resp. její břeh. Klasickými příklady zatopení velké plochy jsou u nás nádrže kaskády Orlík a Lipno. Další informace nejen o největších nádržích v ČR vyplývají z následujícího odstavce.
Prvky vodní nádrže přehrady
Každá vodní nádrž má určité parametry, geodetické zaměření a podle něho určené kóty pro jednotlivé prvky a prostory pro retenci vody. Až na velké mimořádnosti není žádná vodní nádrže zcela vypouštěna. Takovou výjimečnou situací může být nutná oprava či čištění vodní nádrže od sedimentů. V dolní části nádrže se nachází tedy spodní základová výpust, kterou můžeme přehradu zcela vypustit. Tedy až na zůstatek v podobě dna přehrady, odkud nelze jednoduše vodu vypustit.
Limitní hladiny a prostory
1) Mrtvý objem – část přehrady v podobě dna, ze které nelze jednoduchým způsobem vodu vypustit. Tato část se nachází od dna po základovou výpust.
2) Stálé nadržení – část přehrady, která není až na mimořádnosti nikdy vypouštěna. K jejímu vypuštění slouží základová spodní výpust.
3) Retenční prostor – základem přehrady, v této části se při běžné situaci pohybuje hladina vody. Jedná se o prostor od provozní výpusti, kterou je voda odváděna většinou do elektrárny a při větších přítocích i mimo elektrárnu přímo do toku.
4) Ovladatelný ochranný prostor – část nad hladinou retenčního prostoru přehrady, která se nachází u uzávěru bezpečnostního přelivu, v této fázi hladiny vody v nádrži lze naposledy odtok regulovat.
5) Neovladatelný ochranný prostor – část nad hladinou ovladatelného prostoru, kdy voda přepadá přes bezpečnostní přeliv a toto množství vody již odtéká nekontrolovaně bez možnosti jeho snížení. Množství závisí na přítoku do nádrže, kdy nelze již zvýšit odtok spodními výpustěmi a intenzita odtoku bezpečnostním přelivem je závislá na přítoku vody do nádrže.
6) Maximální hladina – určena korunou hráze a při jejím překročení může dojít k poškození vodního díla vedoucího až k jeho protržení.
Objemy nádrží přehrad
Podle toho tedy rozlišujeme tyto oblasti ve vodní nádrži:
Celkový objem nádrže činí prostor od dna nádrže po maximální úroveň, které může hladina vody v nádrži dosáhnout.
Ovladatelný objem jako prostor nádrže od hladiny mrtvého objemu po hladinu ovladatelného prostoru.
Užitkový objem – prostor od hladiny mrtvého objemu po maximální hladinu, které může být v nádrži dosaženo.
Zásobní objem – prostor v nádrži od hladiny stálého nadržení po hladinu zásobního prostoru dané přehrady.
Ochranný objem jako část prostoru nádrže od hladiny zásobního prostoru po maximální hladinu v nádrži.
Přehrada – stavba od svých základů pod úrovní zemského povrchu až po korunu hráze. A výška přehrady je hráz od zemského povrchu po korunu hráze.
Jezy a ochranné hráze
Dalším a u nás častým druhem hrazení toků jsou jezy. Jez je stavba, která má za úkol vzdutí hladiny nad ní a udržování takové hladiny. Nevyvolává takové vzdutí jako přehrada a slouží zejména pro zajištění splavnosti toku. Zlepšení odběru vody z toku a také pro zvýšení hladiny podzemních vod v bezprostředním okolí toku. Vedle jezu je vždy vybudována pro plavidla plavební komora a pro volný pohyb ryb tzv. rybí přechod. Současně jsou jezy využívány pro výrobu elektrické energie pomocí vybudované vodní elektrárny, kterou je voda primárně pouštěna dále do další zdrže na toku. Přes jezová pole přepadá pouze voda nadbytečná = to množství vody, kterou nepojme v dané chvíli vodní elektrárna. Takže při nízkých průtocích nemusí přes jezová pole přepadat dlouho žádná voda.
Jez jako oproti přehradě malý objekt, nazývané též společně s přehradami a dalšími objekty jako vodní dílo. Toto nemá za úkol vytvořit nádrž. Jeho úkolem je pouze zvýšit hladinu vody daného toku a to pouze mírně oproti přehradám. A to pro zabezpečení bezproblémové plavby nebo odběrů vody pro průmysl a zemědělství. Takové vzdutí zvyšuje v bezprostředním okolí toku také podzemní vody. Jejich odběr je možný i v suchých období oproti situaci bez existence tohoto vzdutí hladiny jezem.
Druhy a účely jezů
Jezy se stavěly z hlediska účelu vzdutí i pro jiné účely. Vzdutím se totiž také dosahuje toho, že voda překoná určité převýšení a teče jinudy než by bez existence tohoto vzdutí tekla. A tím míníme tedy zejména náhony jako rozdělení toku na hlavní tok a umělé kanály sloužící k napájení. Například rybničních soustav, nádrží, převodům vody anebo k provozu mlýnů. Příkladem jezu sloužícího k převodu vody může být jez na Lužnici. Na základě něho se tok rozděluje na Novou řeku a převádí vodu do Nežárky. Jez sloužící k převodu vodu a napájení rybničních soustav můžeme také najít na řece Lužnici nebo také na řece Úpě. Kde se jedná současně o převod vody přes vodní nádrž Rozkoš (napájená nádrž tzv. pomocným přítokem) do řeky Metuje.
Existují jezy pevné, stavěné především dříve a pohyblivé. Pomocí jezů pohyblivých, které dnes hrají při drobné regulaci hladiny vody na tocích důležitou roli, lze regulovat hladinu vzdutí. Při vysokém průtoku lze jez sklopit či při extrémně vysokých hladinách i zcela vysunout, aby byla zajištěna bezproblémové průtočnost koryta toku. Zdvihání jezů může probíhat též při mimořádných manipulacích, které se dějí v důsledku údržby díla a nebo pracím v korytě toku a nutné je umělé snížení hladiny vzdutí.
Jednotlivé jezy a soustavy
Jezy se nacházejí jednotlivě anebo se rozdělují na několik jezových polí pod velikosti toku. Na menších tocích se zpravidla vyskytují jezy samostatné (např. jez Zlíč na Úpě) a nebo maximálně jevy o dvou jezových polích. Např. jez relativně nový u malé vodní elektrárny na Labi v Jaroměři. Na větších tocích jde o jezová pole tři, příkladem bude zejména střední Labe a na dolní toky velkých řek mají i jezy se čtyřmi poli a příklad bude dolní Labe. Dále existují různý typy jezů s členěním podle dalších kritérií. Jako je například materiál z něhož jsou vyrobeny či typu konstrukce (hradlové, válcové, stavidlové atd.).
Plavební komora a další prvky
Existují jezy i o více polích, kdy jako příklad se hodí uvést plavební stupeň Veletov u Kolína na Labi. Jedná se o pohyblivý jez se sedmi poli. S jezem jsou spojeny další prvky či chcete-li říční objekty. Jedná se zejména o objekt plavební komora, která slouží pro překonávání jezů plavidly a pracuje na principu napouštění a vypouštění vody. A když se plavidlo v komoře nachází dochází k jeho zdvižení nebo naopak spuštění na požadovanou kótu hladiny. U jezů se budují vždy elektrárny, které mají většinou téměř nepřetržitý provoz. A jimiž se voda pouští tokem dále. Za běžných průtoků pojmou elektrárny veškerý průtok a voda jinudy, vyjma úniků, neprotéká. Součástí takové stavby v podobě jezu je i rybí přechod.
Na malých tocích se jako hrazení toků používají stavidla nebo-li stavidlové jezy. Ty se většinou pomocí řetězů upevněných ve schránce a ozubených kol stahují a vytahují. Hradícím prvkem je v těchto případech převážně dřevěné hradící pole.
Prvky zdymadel
Celému objektu říkáme souhrnně vodní dílo a specifičtěji pak plavební stupeň a nejvíce charakteristickým názvem je zdymadlo.
Jezová zdrž jako část toku nad daným jezem, která zasahuje až pod jez následující na daném toku.
Ochranná hráz slouží převážně k tvorbě bariéry. Toto hrazení toků slouží jako ochrana území před rozlitím toku a jsou budovány v oblastech, kde vodní tok přímo sousedí s takovým územím. Tomuto území je ochrana poskytována.
Ochranné hráze
Ochrannou hrází rozumíme, oproti jezům a přehradám stavěným napříč tokem s cílem vzdout hladinu nebo vytvořit nádrž, hráze stavěné podél vodních toků. Tyto mají za cíl oddělit oblast vodního toku od okolí a zamezit rozlití vody z toku do okolí při vysokých vodních stavech – povodních. Tyto hráze spočívají ve zvýšení terénu kolem toku a mají za cíl ochránit zejména majetek lidí vyskytující se v obcích a městech v blízkosti daného toku. Hodně takových hrází najdete na Labi kolem Hradec Králové, na středním Labi kolem Nymburka a Mělníka. Dále podél Moravy a Dyje. Tyto hráze se vyskytují i na některých menších tocích. Souhrnně lze říci, že slouží k ochraně před povodněmi a udržení co nejvíce vody v korytě vodního toku. A to tak, kde toto má svůj účel a kde neznamená rozlití vody do říční nivy nějakou újmu.
Poldry a jejich účel
Poldry, nazývané celým názvem suché poldry, jsou ochranné hráze připravené na retenci vody při případných povodňových průtocích. Jde tedy o hrazení toků pouze v případě významných událostí, jinak se nechává vodě volný průtok. Lze je nazvat jako přehrady bez trvale uzavřené výpusti. Jedná se o primárně suchá místa, nenapuštěné přehrady či bývalé rybníky. Takové území se na první pohled nejeví jako nádrž. Neboť v případě delšího výskytu období bez povodně normálně zaroste vegetací a skrz toto území normálně protéká vodní tok, který následně teče hrází, kde se nachází stavidlo. Toto se nachází ve stavu trvale otevřeno pro volný průtok vody. Hráz s nádrží tak není v provozu a budí dojem zrušené hráze. V případě velkých průtoků se ovšem stavidlo uzavírá do takové míry, aby se snížil průtok pod ní a přebytečná voda zůstává nad hrází. Akumuluje se a nádrž se napouští.
Snížení extrémního účinku povodní
Přebytečná voda, která se takto zadržuje vyplní nádrž a až poklesne průtok vodního toku, tak se voda zadržená za maximálních průtoků z poldru opět vypouští. Tím se průtok reguluje na určité úrovni, na které může setrvat delší dobu a dojde z hlediska toku pod hrází k prodloužení doby s výskytem vysokého průtoku. Důležité ovšem je že dojde k zamezení výskytu průtoku enormního a tedy škodlivějšího. Byť by měl takový průtok bez existence poldru krátké trvání, tak by způsobil mnohem větší škody. A to vedle přilehlého území toku i na samotném toku jako na majetku příslušného podniku povodí či jiné státní instituce vykonávající správu daného toku. Mnoho takových poldrů v ČR nenajdeme, ale v poslední době došlo k výstavbě několika takovýchto poldrů. Například v jihovýchodních Čechách v povodí Tiché Orlice, konkrétně v oblasti toku Třebovka. Suché poldry najdeme i na menších tocích, například i na území hlavního města na potoce Rokytka.
O rybnících a rybníkářství obecně i v ČR je řeč na stránce Rybníky a jejích podstránkách..
Reference
Použitá a doporučená literatura:
KOPP, J. NĚMEC, J. a kol. Vodní Díla v České Republice. Praha: Consult, 2016
KOPP, J. NĚMEC, J. a kol. Drobné vodní toky v České Republice. Praha: Consult, 2012
ŠINDLAR, M. a kol. Geomorfologické procesy vývoje vodních toků – Část I. Typologie korytotvorných procesů. Hradec Králové: Sindlar Group, 2012