Urban_Halaj

Prepis

1 ŠTÚDIA ÚPRAVY VODNÉHO TOKU ŠAMBRONKA 1 URBAN, Tomáš, 1 HALAJ, Peter 1 Slovenská poľnohospodárska univerzita, FZKI, Katedra krajinného plánovania a pozemkových úprav, Hospodárska 7, Nitra, Slovensko tomas.urban@uniag.sk peter.halaj@uniag.sk Abstract This work is focused on the study of watercourse Šambronka modification that flows through the town residential area of the municipality in the surveyed section. The floods have largely damaged the watershed of this stream in the recent years and during the larger deluge flows there is strong erosion and significant scouring of banks. The private gardens as well as the property of residents are to be threatened. On the basis of the results analysis obtained from the field survey and with the subsequent use of the software tools, the object of this article is to design the regulation of the watercourse in such a way in order to be fulfilled the requirement of the flood control and preserved the life and the ecological quality of stream at the same time. On basis of the field survey and parameters focus of the flow, we had transferred the record of the enter data into the software application HEC RAS and interpreted the original status simulation for the design flow with reccurence interval 100 years - Q 100 and 355 days in a year - Q 355d. Taking into account the nature of the morphohydraulical units characterized for the surveyed reach, we propossed the undulating cunette in the watercourse to flow with capacity of Q 90d, which is formed by inserting oblique sills and groynes into the watercourse ground. The forification will be done by the stone ripraps, and stone gabions. The channel modification will be completed by the planting of riparian vegetation. In the reaches with the low capacity od cross section the shore line level will be shifted to the desired level in order to ensure flow capacity for the 100-years discharge. By the proposal regulation we took into account the requirements related to riparian vegetation design. The result of this article could be helpful by the improvement of the ecological protection and flood control in the municipality. Key words: channel modification, stream ecological quality, channel morphology, river rehabilitation, flood control.

2 Úvod Všeobecná užitočnosť vody pre život človeka viedla k tomu, že už v dávnej minulosti osídľoval územia okolo tokov, ktoré mu poskytovali väčšinou priaznivé podmienky pre život i všestrannú hospodársku činnosť. V dnešnej dobe vzhľadom na jej charakter výskytu a význam je predmetom globálnych a medzinárodných záujmov. Vodné toky na Slovensku sú významnou a nenahraditeľnou súčasťou nášho prírodného bohatstva. Majú prioritné postavenie vo vodnom hospodárstve, sú nositeľom vodného režimu, využívania vody, hospodárenia s vodou a využívania hydroenergetického potenciálu. Sú neoddeliteľnou súčasťou krajiny s rozhodujúcim významom pre fungovanie ekologických procesov, zachovanie jej ekologickej stability a biologickej pestrosti. Ochrana pred povodňami patrí medzi najstaršie vedomé činnosti človeka, ktorými sa snaží systémovými opatreniami predchádzať alebo aspoň redukovať negatívne dôsledky vplyvu vody ako prírodného živlu. Povodne sú z hydrologického, meteorologického, vodohospodárskeho a ekologického hľadiska fenomén, ktorý odjakživa sprevádza ľudstvo. Vznik katastrofálnej povodne podmieňuje súbeh viacerých okolností. Okrem orografických, geologických a geografických pomerov je to takmer vždy zvláštny vývoj počasia, zrážok a teplôt nad veľkým územím povodia. Úpravou vodných tokov sa má dosiahnuť do určitej miery ovládanie odtokového procesu. Materiál a Metódy Potok Šambronka vyviera v Levočskom pohorí nad obcou Šambron. Dotknuté územie je odvodňované viacerými vodnými tokmi, ktoré ako prítoky ústiado hlavého toku - Šambronka, s číslom hydrologického poradia Tok tečie smerom na sever, je bystrinného charakteru, štrkonosný s veľkým spádom. Na severe tohto územia sa vlieva do rieky Poprad, ktorá určuje hydrografické a hydrologické pomery širšieho okolia dotknutého územia. V nasledujúcich tabuľkách sú uvedené základné údaje o toku. Tabuľka č. 1: Opakovanie veľkých vôd Doba opakovania N Roky Maximálny prietok m 3.s Tabuľka č. 2: Priemerné prekročenie denných prietokov Počet dní Dni Q a M denný priem. prietok m 3.s -1 0,75 0,45 0,23 0,19 0,10 0,07 0,38 Plocha povodia k uzatvárajúcemu profilu Plavnica železničný most je 31,553 km².dĺžka údolnice Lú = 12,642 km, priemerný sklon povodia je 12,94%. Súčiniteľ tvaru povodia α = 0,197, čo znamená že povodie má pretiahnutý tvar. Lesy v povodí zaberajú plochu 18,690 km², čo predstavuje lesnatost 59,2%. V tejto práci sme použili metódu matematického modelovania resp. aplikáciu matematického modelu HEC-RAS (Hydrologic Engineering Centers River Analysis System) a metódu terénneho prieskumu. Pri vypracovávaní práce sme postupovali: a) Výberom a terénnou obhliadkou záujmového územia.

3 b) Zistením aktuálneho stavu. c) Vytypovaním problémových okruhov. d) Realizáciou terénnych meraní. e) Spracovaním a analyzovaním výsledkov terénnych meraní. f) Zhromažďovaním a prípravou vstupných údajov do modelu g) Zápisom vstupných údajov do modelu. K posúdeniu prietočnosti koryta pre aktuálny a projektovaný stav bol použitý simulačný softvér HEC-RAS, ktorý predstavuje komplexný nástroj pre modelovanie a analýzu hladinových režimov v podmienkach ustáleného a neustáleného prúdenia v otvorených korytách. Po nadefinovaní všetkých vstupných údajov charakterizujúcich geometrické a hydraulické charakteristiky toku pôvodného koryta, ako aj charakteristiku režimu prúdenia a okrajové podmienky na hraniciach modelovaného systému, sme uskutočnili simulácie pre návrhový prietok Q 100 = 66 m 3.s -1 a prietok Q 355d = 0,10 m 3.s -1. Výsledky Po uskutočnení simulácie v našom skúmanom úseku v km 2,208 2,461 pre návrhový prietok Q 100 = 66 m 3.s -1 sme za najkritickejšie miesto na celom riešenom úseku toku označili nepostačujúci prietokový profil pod mostným objektom na km 2,231 (obr. 1). Dochádza tu k obojstrannému vybreženiu vody v dôsledku malého prietokového profilu a vzdutiu vodnej hladiny mostným objektom.. Výška vody, ktorá preteká ponad most pri prietoku Q 100 dosahuje hodnotu 0,58 metra, najväčšia rýchlosť je v prúdnici toku 0,9 m.s -1. Ako riešenie tohto kritického miesta navrhujeme rozšírenie prietokového profilu pod týmto mostným objektom, ktorý by bezpečne previedol návrhový prietok Q 100 = 66,00 m 3.s -1. Taktiež rozšírenie profilov od mostného objektu po km 2,289 a ich plynulé napojenie na Elevation (m) Sambronka upr Plan: Upravene koryto Sambronka Hlavny tok Main Channel Distance (km) Obr. 1 Pozdĺžny profil toku s kynetou pri prietoku Q 100 = 66 m 3.s -1 profily, ktoré dokážu previesť sto ročný prietok a to profil pod mostom (km 2,228) a profil v km 2, Legend EG PF 1 Crit PF 1 WS PF 1 Ground LOB ROB V hornom úseku toku, pravostranne na konkávnom brehu v km 2,354 2,426 dochádza k erózii brehu toku a zosúvaniu priľahlého svahu do toku. Tento zosuv môže pri povodňových prietokoch vytvoriť bariéru v toku, ktorá by hatila koryto toku a mohlo by tu takto ľahko dôjsť k vybreženiu vody a zaplaveniu okolia, v ktorom sa nachádzajú obytné domy, hospodárske budovy a záhrady. Ako riešenie tohto problému sme navrhli spevnenie svahu oporným múrom dĺžky 72 m, ktorý sa skladá z gabiónových drôtených košov. Tieto koše sú vyrobené z oceľovej šesťhrannej siete a naplnia sa prírodným miestnym kamenivom. Medzi svah a gabiónovú stenu sa uloží geotextilia, ktorá bude plniť filtračnú, drenážnu, separačnú, ochranná a výstužnú funkciu. Takto sa vytvorí priepustná monolitická štruktúra, ktorá stabilizuje svah a zabráni ďalším zosuvom. Gabiónová stena zároveň vďaka svojmu zloženiu

4 nebude zasahovať do vzhľadu okolitej krajiny. Na zabránenie prenikaniu cudzích povrchových vôd na zosuv sme navrhli záchytnú priekopu, ktorá sa vybuduje nad celým eróznym územím. Obr. 2 Rez osadenia gabiónových drôtených košov Z priečnych profilov vyhotovených HEC-RASom sme zistili, že pri päte bermy pri prietoku Q 100 sa rýchlosť prúdenia vody pohybuje v rozmedzí 2 3,5 m.s -1. Pre túto rýchlosť je potrebné opevnenie brehu, ktoré odolá tejto rýchlosti. Pre profilovú nevymieľajúcu rýchlosť 3,5 m.s -1 v nesúdržných zeminách zodpovedá opevnenie brehu s priemerom zrna 150 mm. Ako opevnenie svahu sme navrhli kamennú nahádzku, ktorá sa prevedie od päty svahu do vzdialenosti 1,0 metra po svahu. Toto opevnenie bermy sa prevedie v celom úseku toku obojstranne, okrem miest, kde sa navrhla gabiónová stena a kamenná rovnanina. Pri rýchlosti prúdenia vody do 2 m.s -1 ako opevnenie brehov postačuje dobre zapojený trávny porast. Toto opevnenie brehov sme navrhli v celej dĺžke úseku toku obojstranne, okrem miest, kde sa navrhla gabiónová stena, a to od kamennej nahádzky po brehovú čiaru toku. Na zabezpečenie ekologickej kvality vodného toku a dostatočnej hĺbky vody pri malých prietokoch sa v koryte toku navrhuje kyneta. Kynetu sme navrhli aj v našom prípade, pretože hĺbka vody pri prietoku Q 355d = 0,10 m 3.s -1 sa pohybuje v rozsahu 0,07 0,16 m. Túto kynetu sme navrhli na prietok Q 90 d, s vlnitosťou trasy Si 1,5 násobku pôvodnej dĺžky koryta toku. predĺžením pôvodnej dĺžky koryta sme dosiahli zmenšenie sklonu dna z pôvodných 8 na 5,3. Pri prietoku Q 355d je akumulovaný objem vody v kynete koryta 72,6 m 3. Hĺbka vody sa v tejto kynete pri tomto prietoku stabilizovala na hodnotu 0,11 metra. Tabuľka č. 3: Charakteristiky pre prietok Q 355d v navrhnutej kynete Prietok (m 3.s -1 ) 0,10 Hĺbka koryta (m) 0,114 Šírka dna (m) 1,5 Priemerná profilová rýchlosť(m.s -1 ) 0,523 Manningov drsnostný súčiniteľ 0,03 Prietoková plocha (m 2 ) 0,191 Sklon dna 0,0053 Omočený obvod (m) 1,912 Sklon svahov 1,5 Hydraulický polomer 0,100 Tvar navrhnutej kynety zabezpečía šikmé prahy a výhony, ktoré sa vložia do dna toku tak, aby sa každý konkávny breh kynety dotýkal brehu toku. Na konkávnych brehoch bude dochádzať k silnému namáhaniu v dôsledku veľkej rýchlosti prúdenia, preto ako stabilizačný prvok v týchto miestach sme navrhli kamennú rovnaninu. Priemer zŕn kamennej rovnaniny sme navrhli na základe rýchlosti prúdenia pre návrhový prietok Q 100. Pri profilovej

5 nevymieľajúcej rýchlosti 4,5 m.s -1 je v rovnorodých sypkých zeminách potrebný priemer zŕn d = 280 mm. Kamenná rovnanina sa uloží na konkávnych brehoch do päty svahu a po svahu do vzdialenosti 1,0 metra od päty. Na konvexných brehoch je predpoklad, že sa budú robiť samovoľné nánosy štrku a piesku, no na začiatok je potrebné previesť násyp tohto materiálu. Obr. 3 Opevnenie konkávnych brehov kynety Ako opatrenie na zabránenie inundácií pri prietoku Q 100 (zistených z pozdĺžneho profilu obr. 22 a z priečnych profilov) sme navrhli zvýšenie úrovne brehových čiar ochrannou hrádzou. Tú je potrebné vybudovať ľavostranne od km 2,289 po koniec úpravy v km 2,461 a pravostranne od km 2,289 po začiatok úseku navrhnutej gabiónovej steny v km 2,354. Aby bol zabezpečený bezpečný odtok prietoku Q 100 = 66 m 3.s -1 a aby nad hladinou zostal voľný priestor o hodnote 0,3 m, musí mať ochranná hrádza výšku 0,6 m. Záver Snahou tejto práce bolo prispieť k zlepšeniu protipovodňových opatrení a bezpečnosti obyvateľov obce Plavnica vo vybranom úseku, a tým chrániť intravilán obce proti škodlivým účinkom povodňových prietokov. Tu sme ako opatrenia navrhli zväčšenie prietokového profilu v oblasti mostného objektu, opevnenie brehov kamennou rovnaninou, kamennou nahádzkou, osiatim trávnym semenom a stabilizovanie svahového zosuvu oporným múrom postaveným z gabiónových drôtených košov. Na zabránenie vybreženia vody z koryta a následnej inundácii do okolia sme navrhli ochrannú hrádzu. Popri tejto hlavnej úlohe bolo tiež cieľom navrhnúť opatrenia na zlepšenie ekologických podmienok v toku. Na splnenie tejto úlohy sme navrhli zvlnenú kynetu v koryte toku, dimenzovanú na prietok Q 90d, ktorá sa vytvorí vložením šikmých prahov a výhonov do dna koryta. Vodný tok Šambronka je v intraviláne obce pomerne dobre upravený a stabilizovaný, prípadnú opravu by bolo vhodné previesť na poškodených miestach v minulosti prevedenej úprave a navrhnúť prvky, ktoré by zlepšili ekologické podmienky v toku. Abstrakt Príspevok je zameraný na štúdiu úpravy vodného toku Šambronka v km 2,208 2,461, ktorá v skúmanom úseku preteká intravilánom obce Plavnica. Povodne v posledných rokoch značne poškodili koryto tohto toku, a pri väčších povodňových prietokoch tu dochádza k silnej erózii a značnému vymieľaniu brehov. Ohrozené sú tak súkromné záhrady ako aj obecný majetok. Cieľom tejto práce je na základe analýzy výsledkov získaných terénnym prieskumom a následným využitím softvérových prostriedkov navrhnúť úpravu tohto vodného toku tak, aby bola splnená požiadavka protipovodňovej ochrany a zároveň zachovaná prípadne zlepšená ekologická kvalita vodného toku. Na základe terénneho prieskumu a spracovania jeho výsledkov sme previedli zápis vstupných dát do softvérovej aplikácie HEC - RAS a vyhodnotili simuláciu pôvodného stavu pre návrhový prietok Q 100 a Q 355d. Pri zohľadnení charakteru morfohydraulických jednotiek charakteristických pre upravovaný úsek sme navrhli zvlnenú kynetu v koryte toku, dimenzovanú na prietok Q 90d, ktorá sa vytvorí vložením šikmých prahov a výhonov do dna koryta toku. Opevnenie brehov sa

6 prevedie kamennou rovnaninou, siatou mačinou a kamennými gabiónmi. K zamedzeniu vybrežovania storočného prietoku sa miesta s nízkou úrovňou brehovej čiary sme navrhli jej navýšenie na požadovanú úroveň. Pri návrhu úpravy sme zohľadnili požiadavky týkajúce sa ekologizácie úprav vodných tokov. Kľúčové slová: úprava toku, ekologická kvalita vodného toku, morfológia koryta, revitalizácia toku, protipovodňová ochrana. Literatúra ANTAL, J. ŠPÁNIK, F Hydrológia poľnohospodárskej krajiny. Nitra: Vydavateľstvo SPU Nitra, s. ISBN X. HALAJ, P Revitalizácia vodných tokov. Nitra: Vydavateľstvo SPU Nitra, s. ISBN MACURA, V. SZOLGAY, J. KOHNOVÁ, S. 2002: Úpravy tokov. Bratislava : STU, s. ISBN RAPLÍK, M. VÝBORA, P. MAREŠ, K Úprava tokov. Bratislava : Alfa, s. ISBN ŠÍBL, J. et al.: Revitalizácia vodných tokov. 2. vyd. Nitra: Vydavateľstvo SPU, s. ISBN STN : 1993, Ekologizácia úprav vodných tokov. STN : 2003, Úpravy riek a tokov. VALTÝNI, J. - KALISKÝ, A Ekologické úpravy bystrinných tokov. Bratislava : Príroda, s. VRÁNA, K. et al Revitalizace malých vodních toků součást péčé o krajinu. Praha : Consult Praha, s. ISBN Zákon č. 364 z 13. mája 2004 o vodách a o zmene zákona Slovenskej národnej rady č. 372/1990 Zb. o priestupkoch v znení neskorších predpisov (vodný zákon)