SLOVENSKÁ TECHNICKÁ UNIVERZITA V BRATISLAVE STAVEBNÁ FAKULTA OBJEKTY PRE ŠPORTOVÚ A REKREAČNÚ PLAVBU NA VS MAJER NA HRONE DIPLOMOVÁ PRÁCA SvF- 5378-27796 Študijný program: Číslo a názov študijného odboru: Školiace pracovisko: Zodpovedná katedra: Vedúci práce: vodné stavby a vodné hospodárstvo študijný odbor: 5.1.6 vodné stavby, 6.4.1 vodné hospodárstvo Slovenská technická univerzita v Bratislave Katedra hydrotechniky (SvF) Ing. Roman Cabadaj, PhD.
Čestné prehlásenie : Čestne prehlasujem, že celú diplomovú prácu, vrátane všetkých príloh, som vypracovala celkom samostatne. K práci som použila odbornú literatúru. V Myjave, dňa 9. Máj 2010. podpis
Obsah 1 Úvod... 9 2 Možnosti plavby na rieke Hron... 10 2.1 Horný Hron: Červená Skala Brezno - r. km 265,0 223,7 (41,3 km)... 10 2.2 Stredný Hron: Brezno Kozárovce - r. km 223,7 79,0 (144,7 km)... 10 2.3 Dolný Hron: Kozárovce - ústie - r.km 79,0 0,0 (79,0 km)... 11 3 Charakteristika rieky Hron... 11 3.1 Základné charakteristiky... 11 4 Splavnosť Hrona... 12 5 Typizácia plavidiel... 13 5.1 Typy plavidiel... 13 5.1.1 Malé člny (kajaky a kanoe)... 14 5.1.2 Veslice... 15 5.1.3 Plachetnice... 16 5.1.4 Motorové člny... 17 6 Objekty pre športovú a rekreačnú plavbu... 19 6.1 Lodný výťah... 19 6.1.1 Nakladacia rampa... 19 6.1.2 Vyväzovací mostík... 20 6.1.3 Spojovacia cesta... 20 6.1.4 Lodný vozík... 21 6.2 Sklz... 21 6.2.1 Samotný sklz... 21 6.2.2 Štetinový rybí priechod... 23 6.3 Malá plavebná komora (PLK)... 25 6.3.1 Vlastná komora... 26 6.3.2 Rejdy PLK... 26
6.3.3 Obsluha PLK... 27 6.4 Jednoduché spevnenie brehu... 27 6.5 Šikmé rampy... 27 6.6 Schody... 27 6.7 Lodné zdvíhadlá... 28 7 Popis lokality Majer... 28 7.1 Dispozičné riešenie prekonávaného stupňa MVE Majer... 30 7.2 Hlavné parametre plánovanej MVE [8]... 31 7.3 Hlavné parametre navrhovanej hate [8]... 31 8 Podklady... 32 8.1 Hydrologické podklady... 32 8.2 Geologické podklady... 33 8.2.1 Geologické pomery... 33 8.3 Hydrologeologické pomery... 34 9 Hydrotechnické výpočty... 35 9.1 Návrh sklzu... 35 9.2 Návrh štetinového rybieho priechodu... 38 9.2.1 VARIANT 1... 40 9.2.2 VARIANT 2... 41 9.2.3 VARIANT 3... 42 9.2.4 VARIANT 4... 42 Návrh malej plavebnej komory... 45 10 Záver... 49 11 Súhrn... 51 12 Zoznam použitej literatúry... 52 13 Zoznam príloh... 54
1 Úvod Hron bol už v minulosti obľúbeným tokom pre vodné športy a rekreáciu. Pre splavovanie je jednou z najkrajších lokalít Slovenska, hlavne vďaka okolitej krajine. V súčasnosti je cítiť väčší záujem o tieto rekreačné a športové plavby, pričom je neprehliadnuteľný nedostatok objektov na prekonávanie stupňov. Výsledkom absencie takýchto objektov na splavovaných tokoch ako je Hron, je tvorba nepríjemných situácii komplikujúcich plavbu, ktoré často ohrozujú bezpečnosť ľudí. Problémom nie je len skomplikovaná plavba, ale aj nepriaznivý zásah do okolitého prostredia spôsobený prenášaním plavidiel. Na rieke Hron sú vybudované rôzne stupne v podobe vzdúvadiel, prahov, hatí, MVE a prístavov, ktoré je potrebné pri splavovaní prekonať. Doposiaľ sa potrebe riešenia tejto problematiky nevenovala dostatočná pozornosť. Dôvodom je neraz znižovanie investičných nákladov pri financovaní výstavby vodného diela (VD). Keďže ide o objekty, ktoré väčšinou nesúvisia priamo s účelom stavby, investori sa snažia šetriť často práve tu. Zodpovednosť sa pripisuje i príslušným orgánom štátnej správy schvaľujúcich projektovú dokumentáciu a vydávajúcich potrebné povolenia pre realizáciu diela. V neposlednom rade je problémom aj legislatíva, ktorá tento fakt toleruje. Hron sa vyznačuje i druhovou pestrosťou rýb a vtáctva prakticky po celej dĺžke toku. Preto treba myslieť i na ichtyofaunu, a objekty na prekonanie výškových rozdielov funkčne kombinovať s rybovodmi. Cieľom mojej diplomovej práce je popísať príslušné objekty slúžiace na prekonanie stupňov pri športovej a rekreačnej plavbe. Na konkrétnom príklade plánovaného stupňa v lokalite Majer navrhnúť a vykresliť rôzne možné riešenia objektov na prekonanie vzniknutého výškového rozdielu. V prípadoch, ak nebude vhodné pôvodné riešenie rybovodu, navrhnúť vyhovujúcu kombináciu plavebného objektu s rybovodom. Tento výškový rozdiel je vytvorený plánovanou MVE Majer, ktorá sa nachádza na území Banskej Bystrice a má slúžiť na výrobu elektrickej energie, využitím hydroenergetického potenciálu. 9
2 Možnosti plavby na rieke Hron Na toku sú vybudované rôzne stupne, sklzy, dnové prahy, hate a zariadenia pre odber vody, ktoré treba pri splavovaní toku prekonať. Tok by sa dal rozdeliť do troch častí [11,12]: Horný Hron Stredný Hron Dolný Hron 2.1 Horný Hron: Červená Skala Brezno - r. km 265,0 223,7 (41,3 km) Tento úsek vyžaduje na jazdu výdatnú vodu, ktorá sa vyskytuje na začiatku jari po topení snehov. Rieka pripomína charakter potoka. Splavovanie komplikujú pešie lávky nízko nad vodou a popadané stromy. Od obce Heľpa pribúda vody z prítokov a aj množstvo meandrov. Pred Polomkou je kaskáda piatich stupňov. V okolí Brezna Hron nadobúda charakter podhorskej riečky, kde sa nájde priestor už aj pre rafty. Pri plavbe je potrebné jedno prenášanie a to hať 3 km pod Filipovom [11,12]. 2.2 Stredný Hron: Brezno Kozárovce - r. km 223,7 79,0 (144,7 km) Ak podmienky dovolia, z Brezna začína splav väčšina vodákov. V úseku sa nachádza zjazdná hať pod Chvatimechom. Plavba pokračuje Podbrezovou, kde je rizikový asi kilometrový úsek pomedzi vysoké kamenné steny. V Lopeji sa nachádza ešte jedna väčšinou zjazdná hať. Pod Banskou Bystricou sa koryto výrazne rozširuje, plynulo prechádza do Zvolenskej kotliny a je celoročne zjazdné. Má podhorský charakter. Pod Slovenskou Ľupčou je hať z lomového kameňa, ktorej splavnosť je najlepšie posúdiť na mieste. Ďalšie nižšie stupne sú bez problémov zjazdné, čo neplatí pri hati v Šalkovej. Nachádza sa tu 70-80 cm vysoký murovaný prah, ktorý sa môže zdať nevinný, ale je veľmi nebezpečný. Pod haťou je veľké vývarisko so silným spätným prúdom. Zo Sliaču do Zvolena tečie Hron v umelom koryte, kde je ťažšie zastaviť. Za mostom pri Zvolene treba preniesť lode okolo dvoch hatí. Pred Žiarom, Hron pozvoľna meandruje lúkami vo veľkých oblúkoch. Pri Revištskom Podzámčí tok obklopujú kopce Štiavnických vrchov a Vtáčnika až po Kozárovce, kde tečie Hron ako nížinná rieka [11,12]. 10
2.3 Dolný Hron: Kozárovce - ústie - r.km 79,0 0,0 (79,0 km) Na toku je vybudovaná sústava hatí - stupňov z lomového kameňa, priehrada VD Veľké Kozmálovce, malá vodná elektráreň MVE Kalnička a MVE Turá. Ich výstavba spôsobila pokles záujmu o túto časť Hrona, no väčšina stupňov je zjazdných. Je to krásna časť rieky, najmä dolný úsek od Želiezoviec do Dunaja. Teplá a pomerne čistá voda, štrkové lavice a prahy poskytujú dobré možnosti na kúpanie. Vyskytujú sa tu prakticky všetky nížinné druhy rýb ako šťuka, zubáč, kapor, nosáľ, podustva, kapitálne bolene, mreny, jalce a darí sa tu hlavne sumcom [11,12]. 3 Charakteristika rieky Hron 3.1 Základné charakteristiky Hron pramení v Slovenskom Rudohorí, presnejšie v Horehronskom podolí. Prameň leží v katastrálnom území obce Telgárt. Je to najdlhšia slovenská rieka (298 km) a ústi do Dunaja, neďaleko obce Kamenica nad Hronom. Celková plocha povodia je 5 465 km² [13]. Hron je pre splavovanie jednou z najkrajších lokalít Slovenska, nielen vďaka okolitej prírode. Tí skúsenejší, by so splavovaním nemali mať na Hrone väčšie problémy a ostatným sa odporúča dávať pozor pre rozmanitosť rieky. Jej tvar je predĺžený, v hornej a dolnej časti povodia úzky, v strednej viac rozšírený. Na rieke sa nachádzajú pokojnejšie úseky so slabým prúdom i úseky s nepokojnejším prúdom, kameňmi a prítokmi potokov. Významnejšie prítoky sú z pravej strany Bystrianka, Vajskovský potok, Jaseniansky potok, Bystrica, Kľak a Paríž a z ľavej strany Čierny Hron, Slatinu a Sikenicu [11,13]. Hron má snehovo-dažďový režim odtoku. Najvyššie priemerné mesačné prietoky dosahuje v mesiaci apríl a najnižšie v januári a februári. Špecifický odtok je 12,95 l.s -1.km -2. V uvažovanej lokalite na území Banskej Bystrice dosahuje rieka Priemerný ročný prietok 27,99 m 3.s -1. Priemerný sklon toku je 2,97. V najvyšších polohách dosahujú dlhodobé priemery ročných úhrnov zrážok vyše 1 200 mm, v hrebeňových nad 900 mm a v najnižších 550 až 700 mm, na strednom toku Hrona 700 až 800 mm. Tok ostal z veľkej časti v prirodzenom stave [13]. 11
4 Splavnosť Hrona Pre splav Hrona sú vhodné plavidlá s čo najmenším ponorom, kvôli nízkej hladine rieky. Najvhodnejšie obdobie na splavovanie je po miernych dažďoch. Vtedy má mierne zvýšenú hladinu. Počas veľkého sucha sa stáva, že treba plavidlá často prenášať, naopak po obdobiach topenia snehu či silných dažďov, máva často rieka silný prúd a môže byť nebezpečná nielen pre rekreačných vodákov [11,12]. Pri vyšších vodných stavoch sa plavba začína od Podbrezovej ( r. km 231,00) a pri nižších vodných stavoch dovoľujú podmienky splavovanie od Banskej Bystrice (r. km 197,30). Najfrekventovanejší úsek je začína od riečneho útvaru Slovenská brána až po ústie, čo je približne 90 km). Celkovo je zjazdných až 265 km [13]. V auguste sa uskutočňuje Tradičný vodný svalom so štartom vo Zvolene. Pravidelne sa tak isto uskutočňuje i plavba SNP po Hrone. Vodácke základne sa nachádzajú pri Hliníku nad Hronom a Revištskom Podzámčí. Hron je najvyhľadávanejšou vodáckou riekou u nás na Slovensku [13]. Obr. 4.1 - Riečny útvar Slovenská brána Obr. 4.2 - Štart vodáckeho maratónu vo Zvolene pod mostom 12
Obr. 4.3 - Prejazd lokalitou Hronská Breznica Obr. 4.4 - Prejazd pod Budčou 5 Typizácia plavidiel Typy športových a rekreačných plavidiel, ktoré premávajú na rieke Hron sú predovšetkým malé člny ako kajaky a kanoe, nafukovacie člny a menšie motorové člny [11]. Rozdiel medzi športovými a rekreačnými plavidlami spočíva v materiály, konštrukcii, hmotnosti a rozmeroch. Rozmery plavidiel je potrebné poznať pre stanovenie parametrov plavebných objektov. Prvoradé je zistiť, aké typy plavidiel v danej lokalite premávajú [5]. 5.1 Typy plavidiel bezmotorové lode [5] - malé člny kajaky, kanoe - veslice - plachetnice (bez pomocného motoru) - nafukovacie člny lode s motorovým pohonom [5] - malé zväčša otvorené člny - veľké lode ( motorové jachty, obytné člny) - plachetnice (s pomocným motorom) - nafukovacie člny 13
5.1.1 Malé člny (kajaky a kanoe) Tab. 5.1 parametre kajakov a kanoe KAJAKY trieda mierka (L,B) [m] ponor [m] váha [kg] K I L = 4,0-5,2, B = 0,5-0,8 0,06-0,15 12,0-25,0 K II L = 4,8-6,5, B = 0,5-0,8 0,07-0,15 18,0-30,0 K IV L = 11,0, B = 0,6 0,06-0,16 30,0 dĺžka pádla = 2,0-2,6 m KANOE trieda mierka (L,B) [m] ponor [m] váha [kg] C I L = 4,0-5,2, B = 0,75-0,8 0,07-0,14 16,0-18,0 C II L = 4,0-6,5, B = 0,9 0,07-0,18 19,0-30,0 RMC L = 11,0, B = 1,17 0,1-0,25 80,0 MC L = 6,0-7,0 (9,0), B = 0,9-1,15 0,1-0,25 (0,15-0,3) 35-55 (80-130) dĺžka pádla = 1,5-1,75 m Obr. 5.1 kajak Obr. 5.2 kanoe Obr. 5.3 rozmery kajakov Obr. 5.4 rozmery kanoe Obr. 5.5 plavebná dráha pre kanoe 14
5.1.2 Veslice Obr. 5.6 - veslica Obr. 5.7 parametre veslíc (pretekárske lode) Obr. 5.8 parametre veslíc (turiatické lode) 15
Obr. 5.9 plavebná dráha veslíc 5.1.3 Plachetnice Obr. 5.9, 5.10 plachetnice Obr. 5.11 parametre plachetníc podľa typu plachetnice 16
Obr. 5.11 parametre plachetníc podľa typu plachetnice 5.1.4 Motorové člny Obr. 5.12 - kajutový motorový čln Obr. 5.13 - nafukovací mot. čln 17
Obr. 5.14 parametre športových motorových člnov Obr. 5.15 parametre kajutových motorových člnov 18
6 Objekty pre športovú a rekreačnú plavbu K objektom, ktoré slúžia na rekreačnú a športovú plavbu zaraďujeme objekty, pomocou ktorých plavidlá prekonávajú plavebné stupne [10]. Medzi tieto objekty patria [10]: lodný výťah sklz plavebná komora jednoduché spevnenie brehu šikmé rampy schody šikmé sklzy lodné zdvíhadlá prevážanie a prenášanie plavidiel upraveným brehom 6.1 Lodný výťah Lodným výťahom sa prevážajú všetky typy športových a rekreačných plavidiel, okrem veľkých ako sú motorové člny a plachetnice. Pri väčších hmotnostiach sa používa na ťahanie vozíka navijak s obežným lanom. Ten používame tak isto aj pri väčších spádoch [5]. Lodný výťah sa skladá z: nakladacej rampy vyväzavacieho mostíka spojovacej cesty lodného vozíka 6.1.1 Nakladacia rampa Budujú sa ako pozdĺžne rampy a tak, aby sa dalo s vozíkom vojsť pod plávajúcu loď aj pri najmenších vodných stavoch. Povrch dna rampy musí byť zabezpečený proti šmyku. Vzdialenosť medzi rampou dolnej vody a rampou hornej vody, má byť čo najmenšia [5]. 19
Tab. 6.1 Predpísané parametre rampy [5]. PARAMETRE MALÉ ČLNY VESLICE MALÉ PLACHETNICE a MOT. ČLNY SKLON 1:8-1:10 1:10-1:12 1:15 PONOR RAMPY POD MIN. HLADINU [m] 0,70 0,80 1,00 DĹŽKA RAMPY POD VODOU [m] 12,00 15,00 10,00 ŠÍRKA [m] 1,50 2,50 2,50 6.1.2 Vyväzovací mostík Mostík je umiestnený na brehovej strane, nad maximálnou hladinou vody tak, aby bol v nakladacom dosahu rampy. Návodná strana je budovaná z trvácneho a mäkšieho materiálu, t.j. napr. umelá hmota, guma, drevo. Najčastejšie používané priväzovacie zariadenia sú malé bitvy. Majú byť umiestnené v 5 rozostupoch. Mostík má byť funkčný i v obdobiach kolísania hladiny, pri vysokých vodných stavoch [5]. - Ak má rampa sklon 1:12 a menej, sklon mostíku môže byť rovnaký, ale má byť umiestnený o 0,80 m vyššie ako rampa [5]. - Ak má rampa sklon väčší ako 1:12, namiesto mostíka sa vybudujú stupne s minimálnou dĺžkou 0,50 m, a od sklonu 1:8 s minimálnou dĺžkou 7,5 m [5]. Tab. 6.2 Predpísané parametre rampy pri konštantnej hladine [5]. PARAMETRE MALÉ ČLNY VESLICE MALÉ PLACHETNICE a MOT. ČLNY CELKOVÁ DĹŽKA OD PÄTY RAMPY [m] 12,00 18,00 10,00 ŠÍRKA [m] 1,50 2,50 2,50 VÝŠKA NAD HLADINOU [m] 0,20 0,10 0,20 [5]. 6.1.3 Spojovacia cesta Spojovacia cesta by mala byť čo najkratšia a bez zbytočných križovatiek a stupňov 20
Tab. 6.3 - Minimálne parametre spojovacej cesty [5] PARAMETRE malé člny veslice malé plachetnice a mot. člny PRECHODOVÝ PROFIL: ŠÍRKA [m] 2,00 2,50 2,50 VÝŠKA [m] 2,10 2,1 2,10 UPEVŇOVACIA ŠÍRKA [m] 2,00 2,5 2,50 SKLON 1:10 1:12 1:15 POLOMER KRIVOSTI [m] 20,00 25 20,00 6.1.4 Lodný vozík Vozíky musia byť vybavené brzdou, sú robustné, ľahkej konštrukcie. Ich povrchová úprava má odolávať poveternostným zmenám. Úložná plocha má byť zaoblená a povrchovo upravená proti poškodeniu trupu lode. Počas prevozu treba dbať na bezpečné a správne uloženie plavidla [5]. Nosnosť vozíkov [5]: malé člny 1,5 kn ľahké plachetnice a motorové člny 3,0 kn 6.2 Sklz 6.2.1 Samotný sklz Používa sa na prekonanie stupňa bez prerušenia plavby v krátkom časovom intervale pre malé člny a veslice šírky do 2,1 m [1]. Sklz sa skladá z [1]: vtoku vtokového prahu vlastného sklzu výtoku Typy sklzu podľa spôsobu hradenia: Hradený na vtokovom prahu má hradiacu konštrukciu zloženú z klapky a hydrostatického vaku s automatickým plnením, ktorá slúži na reguláciu prietokov [1]. 21
Otvorený má neregulovateľný prietok, (min. Q = 1,5 2,5 m 3.s -1 ) [1]. Sklz je vedený priamo alebo v zakrivení. Polomer zakrivenia závisí od svetlej šírky sklzu b [1]: Ak b = 1,3 m r 150 m Ak b = 2,3 m r 300 m Umiestnenie [1]: samotného sklzu sklzu v kombinácii s PLK sklzu na VD s elektrárňou - k brehu - k brehu a PLK medzi sklz a hať - sklz ku opačnému brehu ako elektráreň Výhodou je, že prevedie v čase väčší počet plavidiel s nákladom ako plavebná komora či lodný výťah [1]. 6.2.1.1 Návrh vtoku Má byť symetrický a predsadený pred vtokový prah, budovaný so šikmým alebo polygónovým rozšírením [1]. 6.2.1.2 Návrh vtokového prahu Má byť v priečnom smere vodorovný a v pozdĺžnom sa navrhujú na vodorovnú korunu vtoku zdrhlá. Slúžia na zlepšenie prechodu medzi vtokovým prahom a vlastným sklzom [1]. 6.2.1.3 Návrh vlastného sklzu Navrhuje sa obdĺžnikového prierezu, šírka b = 2,3 m alebo 1,3 m = konšt. [1]. Ak b = 2,3 m pozdĺžny sklon dna je 1:20 Ak b = 1,3 m max. sklon je 1:8 s postupným prechodom na 1:20 Ak spád 4 m na začiatku sklzu je sklon 1:25 a v spodnej časti 1:20 Podmienkou je, aby bod poslednej zmeny sklonu bol 0,4 m pod max. hladinou dolnej vody [1]. 22
Na dno sa navrhujú zdrhlá tvaru V, so špičkou proti toku. Slúžia na zväčšenie hĺbky a tvorbu priečneho prúdenia, ktoré zabezpečí udržanie plavidla v strede sklzu. Výška zdrhiel závisí od kritickej hĺbky. Uhol odklonu je 20 od kolmice k osi sklzu. Bočné steny sa budujú z pravidla nízke, s hladkým a bezvýstupkovým povrchom [1]. 6.2.1.4 Návrh výtoku Podmienkou je, aby neprišlo k vytvoreniu vodného valca [1]. Pri malej hĺbke vody v koryte pod haťou výtok možno nechať zo sklzu bez rozšírenia. Pri veľkej hĺbke sa výtok lievikovite rozšíri alebo sa navrhne pod hladinou dolnej vody doska, ktorá zabezpečí potrebnú plavebnú hĺbku vody. Pri nedostatočnej hĺbke sa dno pod sklzom zahlbuje. Obr. 6.1 Sklz so zdrhlami pre plte Obr. 6.2 Sklz 6.2.2 Štetinový rybí priechod Z dôvodu prejazdnosti pre rekreačné športové lode sa tento typ rybieho priechodu kombinuje so sklzom [4]. Štetinový rybovod vznikol ako kompromis medzi ichtyológmi a investormi. Je podobný technickému štrbinovému rybovodu, ale jeho štetiny zvyšujú drsnosť, čiže i odpor proti prúdeniu ako v biokoridore kamene a vegetácia [4]. 23
Ďalšie výhody [4]: v dne je štrk, čo zabezpečuje život bentosu dnových organizmov prejazdný pre rekreačné športové lode dokáže usmerniť prúd, preto sa lode neprevrátia a nepoškodia 6.2.2.1 Základné charakteristiky štetinového rybovodu Štetinový rybí priechod bol vyvinutý na univerzite v Kasseli [4]. Charakteristiky [4]: po celej ploche žľabu sú umiestnené štetiny priaznivejšie prúdenie akceptujú ho ryby všetkých veľkostí i druhov (reofilné v tečúcej vode, eurytopné vyskytujú sa na stanovištiach, bentonosové dnové organizmy) energia je odbúraná štetinami štetinové elementy sú elastické a priepustné, nahrádzajú doteraz používané betónové prepážky elementy sa skladajú z jednotlivých zväzkov, pevne ukotvených v základovej betónovej platni dna priechodu ich rozmiestnenie zabezpečuje meandrovanie, tvorenie prúdových tieňov slúžiacich na úkryt a oddych rybám usporiadanie a osadenie drsných štetinových prvkov závisí od lokálnych pomerov VS, t.j. v, Q, H, množstva rýb, atď. šírka žľabu a hĺbka vody neovplyvňujú rýchlosť prúdenia, čiže pri konštantnom pozdĺžnom sklone je konštantná i rýchlosť prúdenia Výhody štetinového rybieho priechodu spočívajú v premene energie na krátkom úseku s nízkymi turbulenciami, čo je spôsobené štetinami, ktoré zvyšujú drsnosť. Rýchlosť prúdenia závisí od rozdielu výšky medzi radmi štetín (v 1,2 m.s -1 ). Kľudové miesta za štetinami slúžia pre odpočinok rýb, sú to miesta s max. v = 0,3 m.s -1. Vďaka malej rýchlosti prúdenia medzi štetinami je vplyv prúdenia na dno zanedbaný. To uľahčuje priechodnosť pre dnové organizmy. Hydraulické vlastnosti nezávisia od tvaru a líniového vedenia koryta rybovodu [3,4]. 24
Obr. 6.3 Detail štetinových elementov Obr. 6.4 Štetinový rybí priechod Obr. 6.5 - Štetinový rybí priechod Obr. 6.6 Štetinové elementy 6.3 Malá plavebná komora (PLK) Malá PLK sa oplatí navrhovať tam, kde sa predpokladá s častou premávkou väčších športových plavidiel ako jácht, plachetníc a motorových lodí [10]. Časti malej PLK [2]: vlastná komora horné a dolné vráta zhlavie rejdy 25
Obr. 6.7 Malá plavebná komora pre športové a rekreačné plavidlá 6.3.1 Vlastná komora Navrhuje sa na užitočnú dĺžku 20,0 m a šírku 4,0 (4,5) m, pri hustej premávke sa môže budovať šírky 7 m. Minimálny bezpečnostný odstup od horných vrát je 1,0 m, od dolných 0,5 m. Odstup od vrát závisí od plniaceho a vyprázdňovacieho systému. Plnenie a vyprázdňovanie môže byť priame alebo dlhými obtokmi. Minimálna hĺbka vody v komore je 1,2 m a prevýšenie komory nad maximálnu hladinu min. 0,75 m (odporúčané 1,0 m) [10,6]. PLK má mať po oboch stranách minimálne dva rebríky, dve priväzovacie tyče a dva výklenky s radou bitiev. Bitvy sa musia nachádzať nad priväzovacími tyčami, vo výklenku alebo na platforme PLK. Pri vyšších komorách môžu byť použité i pohyblivé priväzovacie zariadenia. Rebríky majú byť umiestnené vo výklenkoch a aspoň jeden musí dosahovať až na dno komory. Najspodnejšia bitva je 1,0 m nad min. hladinou. Komora musí byť osvetlená. Hrany výklenkov aj pilierov PLK musia byť opancierované [2,6]. 6.3.2 Rejdy PLK V rejdách PLK sa zaisťuje bezpečné vyviazanie plavidiel pri všetkých možných prevádzkových vodných stavoch. Šírka rejdy je zložená zo šírky plavebnej dráhy 4,0 m, z minimálnej šírky PLK 4,0 (4,5) m a z bezpečnostného odstupu 0,5 m. Dĺžka vyčkávacieho priestoru rejdy je min. 1,5 násobok užitočnej dĺžky PLK. Pri vyčkávacom priestore sa nachádza vyväzovací mostík. Jeho min. dĺžka je 7,0 m a šírka 3,0 m. Uväzovacie zariadenia 26
sú umiestnené v dvojmetrových odstupoch. Po celej ostávajúcej dĺžke vyčkávacieho priestoru sú umiestnené každých 5 m kolmé priväzovacie tyče, bitvy či priväzovacie pilóty [2,6]. 6.3.3 Obsluha PLK PLK sú budované ako samoobslužné. Obsluha má byť jednoduchá, bezpečná a pohodlná. Obslužné zariadenie sa buduje na platforme vedľa PLK. Pri zariadení musí byť umiestnený návod na obsluhu i bezpečnostné opatrenia proti chybnej obsluhe vo viacerých jazykoch [2,6]. Strojný pohon je vybavený ručným kľukovým ovládaním pre núdzovú prevádzku. Jednotlivé fázy plnenia a vyprázdňovania sú riadené automaticky. Z bezpečnostných dôvodov sa dá každá fáza v okamžiku zastaviť, prípadne pustiť spätne. Premávka môže byť riadená svetelnými signálmi, ktoré sú ovládané automaticky. Pre zvýšenie bezpečnosti môže byť priamo v komore umiestnené prídavné obslužné zariadenie s hlavnými funkciami [2,6]. 6.4 Jednoduché spevnenie brehu m) [10]. Jednoduché spevnenie svahu je vytvorené miernejším sklonom svahu na dĺžke 10 20 6.5 Šikmé rampy Šikmé rampy umožňujú spúšťanie alebo vyťahovanie menších motorových člnov. Sú budované ako betónové, so sklonom 1:5 1:8, šírky 5 8 m, 0,5 0,8 m pod hladinou vody. Bočné svahy sú opevnené s kamennou rovnaninou alebo dlažbou [10]. 6.6 Schody Schody sa budujú v sklone svahu z betónu alebo kameňa, minimálnej šírky 4 m. Prípadne sa navrhne dvojica schodov šírky 1 m s osovou vzdialenosťou 4 m [10]. 27
Obr. 6.8 Prenášanie plavidla po schodoch Obr. 6.9 Rampa 6.7 Lodné zdvíhadlá Používajú sa na prekonanie väčších spádov, pre väčšie plavidlá. Pri prekonávaní veľkých spádov sa stretávame s veľkými problémami, preto boli zavedené mechanické lodné zdvíhadlá. Pri ich prevádzke je veľmi malá potreba vody. Zdvíhadlá umožňujú lode zdvíhať alebo spúšťať, po zvislej alebo šikmej rovine. Voľba medzi plavebnou komorou a lodným zdvíhadlom je založená na technickom, prevádzkovom a ekonomickom rozbore. Lodné zdvíhadlá často umožnia prekonať spády, ktoré sa pomocou plavebnej komory prekonať nedajú [2]. Delenie lodných zdvíhadiel [2]: zvislé lodné zdvíhadlá šikmé lodné zdvíhadlá naklonené žľaby 7 Popis lokality Majer Projektová dokumentácia a podklady pre návrh konkrétnych objektov na prekonávanie stupňa v lokalite Majer sú prevzaté z Technickej štúdie MVE na Hrone v lokalite Banská Bystrica Majer riešenej na Stavebnej fakulte STU v Bratislave, Katedrou hydrotechniky [8]. 28
Stavba má vzniknúť prehradením rieky Hron. Profil plánovanej MVE Majer je na riečnom km 179,344, tesne nad sútokom Hrona a pravostranného prítoku Selčianskeho potoka. Pravý breh Hrona v tomto úseku i jeho pravostranný prítok je ohrádzovaný. Ľavý breh nie je ohrádzovaný, je nižšie položený a nie je chránený proti povodňovým prietokom [8]. Na ľavom brehu sa nachádza inundačné územie. Na pravom brehu tesne pod profilom MVE je niekoľko elektrických vedení, ktoré sú súčasťou priemyselnej časti Banskej Bystrice Majer. Vnútorné vody z tejto oblasti sú odvádzané priepustom do Hrona. 1,5 km nad profilom MVE sa nachádza pevný stupeň v Šalkovej. Zameraním bol na tomto úseku zistený priemerný pozdĺžny sklon dna 2,7 a výškový rozdiel dna 4,09 m [8]. Fotodokumentácia oblasti Hrona v mieste profilu MVE [8]. Obr. 7.1 Pohľad do koryta v profile MVE z pravého brehu proti prúdu Obr. 7.2 Pohľad do koryta pod profilom MVE z pravého brehu proti prúdu vpredu sútok so Selčianskym potokom 29
Obr. 7.3 Pohľad do koryta v profile MVE z pravého brehu po prúde Obr. 7.4 Pohľad do koryta pod profilom MVE z pravého brehu po prúde pod sútokom so Selčianskym potokom Obr. 7.5 Situácia v oblasti Majer (v žltom krúžku je označená oblasť kde bude vybudovaná MVE Majer a v červenom pevný stupeň Šalková) 7.1 Dispozičné riešenie prekonávaného stupňa MVE Majer Hydroenergetická schéma stupňa, ktorý je potrebné prekonať, je riešená ako prihaťová MVE [8]. Horná prevádzková hladina je na kóte 348,50 m n. m.. Kóta pravostrannej hrádze v profile MVE je 349,50 m n. m.. Kóta hornej prevádzkovej hladiny je približne na úrovni terénu pravého brehu za hrádzou. Pravostranná hrádza ako aj terén stúpa proti prúdu toku [8]. Hať je navrhovaná do koryta rieky smerom k ľavému brehu, pričom strojovňa má byť na brehu pravom a siahať do výšky cca 4 m. Medzi nimi je umiestnený deliaci pilier. Od čela piliera až k pravému brehu je navrhovaná norná stena s hrubými hrablicami. Hať má mať 2 polia s Jamborovým prahom a ako pohyblivé uzávery slúžia klapky. Ľavostranná hrádza je dlhá cca 250 m proti prúdu a má výšku asi 1 m. V profile stupňa je pravostranná hrádza o 0,5 m vyššie ako ľavostranná [8]. V strojovni sú plánované 2 hydroagregáty, ktoré umožnia regulovať prietoky od Q 364 po Q 90. Vrch strojovne bude situovaný cca 4 m nad úroveň terénu na pravom brehu [8]. 30
Biokoridor je pôvodne navrhnutý vedľa strojovne MVE. Zaústenie do zdrže MVE je podľa projektu nad pravostranným vtokovým krídlom MVE [8]. Pôdorys MVE Majer sa nachádza v prílohe P1. 7.2 Hlavné parametre plánovanej MVE [8] typ turbíny Kaplanova, priamoprúdová, horizontálna počet turbín 2 ks priemer obežného kolesa 1 580 mm horná prevádzková hladina 348,50 m n.m. dolná prevádzková hladina (pri Q 90 ) 345,07 m n.m. maximálny spád (pri Q 90 ) 3,43 m maximálny prietok 1 turbínou 13 m 3 s -1 maximálny prietok 2 turbínami 26 m 3 s -1 minimálny prietok 1 turbínou 4 m 3 s -1 celkový inštalovaný výkon 720 kw celková priemerná ročná výroba 3 100 MWh 7.3 Hlavné parametre navrhovanej hate [8] typ hradiacej konštrukcie klapka hradiaca výška 3 m hradiaca šírka 1 poľa 12 m počet polí 2 maximálna kapacita hate 259 m 3 s -1 maximálna kapacita terajšieho koryta 31
po úroveň ľavého brehu 240 m 3 s -1 8 Podklady 8.1 Hydrologické podklady Hydrologické podklady sú prevzaté z Technickej štúdie MVE na Hrone v lokalite Banská Bystrica Majer riešenej na Stavebnej fakulte STU v Bratislave, Katedrou hydrotechniky [8]. Hydrologické podklady : M-denné prietoky (Q Md ) za obdobie 1961-2000 a N-ročné maximálne prietoky (Q max.n ), podľa STN 75 1400 zaradené do II. triedy spoľahlivosti, r. km 178,35 (Banská Bystrica mostík), r. km bol určený podľa vodohospodárskej mapy M 1 : 50 000, 3. Vydanie [8]. Tok : Profil : Hron Banská Bystrica mostík r. km : 178,35 Hydrologické číslo povodia : 4-23-02-086 Plocha povodia : 1 581,75 km 2 Dlhodobý priemerný prietok Q a : 22,020 m 3 s -1 Trieda presnosti : II. Tab. 8.1 - M-denné prietoky (Q Md ) za obdobie 1961-2000 [8]: DNI V ROKU PRIETOK Q Md [m 3 s- 1 ] 30 49,24 90 26,348 180 14,729 270 9,572 330 7,199 355 6,159 364 5,326 32
Krivka prekročenia priemerných denných prietokov Q Md 1961-2000 60 50 40 49,240 tok: Hron profil: Banská Bystrica mostík r. km: 178,35 hydrologické č. povodia: 4-23-02-086 plocha povodia [km 2 ]: 1 581,75 Qa 1961-2000 [m 3 s -1 ]: 22,020 trieda presnosti: II. prietok [m 3 s -1 ] 30 26,348 20 14,729 10 9,572 7,199 6,159 5,326 0 0 30,4 60,8 91,2 121,6 152 182,4 212,8 243,2 273,6 304 334,4 364,8 čas [dni] 30,4 dňa = 1 hydrologický mesiac Obr. 8.1 - Vykreslená krivka prekročenia priemerných denných prietokov Q Md [8] Tab. 8.2 N-ročné maximálne prietoky (Q max.n ) opakujúce sa priemerne raz za [8]: ROKOV PRIETOK [m 3 s -1 ] 1 135 2 180 5 245 10 300 20 350 50 435 100 500 8.2 Geologické podklady Geologické podklady sú prevzaté z Technickej štúdie MVE na Hrone v lokalite Banská Bystrica Majer spracovanej na Stavebnej fakulte STU v Bratislave, Katedrou hydrotechniky. Boli z archívnych materiálov a terénnej obhliadky [8]. 8.2.1 Geologické pomery Územie sa skladá z nív Hrona, ktorý geograficky patrí do územnej časti Bysrtické Podolie a svahov nad údolím Hrona patriacich v mieste profilu MVE do Banskej vrchoviny. Toto geografické územie sa nachádza v severnej časti geomorfologického celku Zvolenská kotlina [8]. 33
Záujmové územie sa nachádza na juhu Banskej kotliny. Kotlina vznikla tektonickým klesnutím územia pozdĺž tektonických zlomov, ktoré z časti zapríčinili zmenu toku Hrona v smere zo S na J, na smer V Z [8]. Geoógia podložia na svahoch nad tokom a v podloží jeho náplavov sa skladá z mezozoických hornín, t. j. dolomity chočského príkrovu, z časti tvorené zložkami sivého slienitého vápenca. Dolomity sú ostrohranného charakteru, zvyčajne sfarbené do svetlosiva, nevýrazne vrstevnaté a pri tektonickom namáhaní majú charakter dolomitickej drte. Vrstvu mezozoických hornín pokrýva vrstva kvartárnych sedimentov [8]. Dno rieky Hron tvoria fluviálne sedimenty. Povrch je tvorený náplavovými hlinami mocnosti 0,5 2 m. Pod hlinami sú štrky s hlinitým až piesčitým balvanitým charakterom. Valúny štrku sú zložené prevažne z kremeňov, kremencov a kryštalických bridlíc veľkosti 10 15 cm, niekedy i do 50 cm. Skalné podložie je v hĺbke cca 3 4 m pod terénom a pod profilom MVE sa nachádza v hĺbke 5,8 m pod terénom. Tvoria ho dolomity [8]. V oblastiach ľavostranných prítokov do nivy Hrona vznikli náplavové kužele, tvorené z proluviálnych sedimentov. Ich hrúbka je cca do 5 m a striedajú sa íly a piesky [8]. 8.3 Hydrologeologické pomery Hydrogeologické pomery sú ovplyvnené dvoma základnými hydrogeologickými celkami [8]: hydrogeologický celok kvartérnych pokryvných zemín hydrogeologický celok podložných mezozoických hornín Tieto celky majú rozdielny spôsob obehu podzemnej vody aj rozdielne hydraulické vlastnosti [8]. Najväčšie zastúpenie kvartálnych sedimentov majú štrkové aluviálne náplavy Hrona, ktoré tu dosahujú hrúbku 1,8 2,5 m. Hladina podzemnej vody v nich kolíše v závislosti od kolísania hladiny v Hrone. Pri nižších prietokoch slúži ako drén pre podzemné vody v štrkovitých sedimentoch na pravej strane aluviálnej nivy od toku. Priemerný koeficient filtrácie aluviálnych štrkov zistený čerpacími skúškami je k f = 3,9.10-4 m.s -1 [8]. 34
Pod povrchom aluviálnej nivy sa nachádzajú terasové štrkové sedimenty, ktoré slúžia ako drén pre vody stekajúce po svahoch. Voda je odvádzaná okrajom terás [8]. Podzemná voda vystupuje v koryte Hrona alebo v podobe prameňov na počiatku svahov. Pomocou vodných tlakových skúšok bola zistená nízka priepustnosť dolomitického komplexu [8]. 9 Hydrotechnické výpočty Na prekonanie konkrétneho plánovaného stupňa MVE Majer som navrhla tri objekty umožňujúce tento problém vyriešiť. Návrh sklzu, štetinového rybieho priechodu kombinovaného so sklzom a malej plavebnej komory som podmienila parametrom plánovanej MVE a známym podmienkam v uvažovanej oblasti. 9.1 Návrh sklzu Navrhla som sklz, ktorý na ľavom brehu rieky priamo nadväzuje na hať. Jeho pravý pilier je vlastne ľavým pilierom hate. Šírka tohto piliera je 1,2 m. Pravý pilier sklzu má takú istú šírku. Pôvodná dĺžka brehového piliera hate je 25,3 m. Z dôvodu dodržania odporúčaného pozdĺžneho sklonu sklzu som navrhla predĺženie piliera. Maximálny prekonávaný spád je 3,92 m. Najnižšií bod základovej škáry je 341,35 mn.m. Kóta hornej prevádzkovej hladiny je 348,50 m.n. m. Navrhla som dve alternatívy sklzu, prvú so šírkou koryta sklzu 2,3 m a druhú so šírkou 1,3 m. Alternatívne šírky koryta sklzu som volila vzhľadom na rozmery premávajúcich plavidiel a predpokladanej hustoty premávky. Do návrhu som nakoniec zvolila šírku koryta sklzu 2,3 m, z dôvodu bezpečnosti v obdobiach, kedy je možná hustejšia premávka rekreačných plavidiel. Od vtokového prahu som začala so sklonom 1:15 na dĺžke 35,0 m, a pokračovala sklonom 1:20 na dĺžke 26,09 m až po koniec sklzu. Toto odstupňovanie sa navrhuje pri spáde 4 m [1], no keďže dĺžka piliera sklzu pri odporúčanom sklone 1:20 vyšla oveľa väčšia ako dĺžka haťového piliera, navrhla som odstupňovanie sklonu. 35
Do koryta i na korune vtokového prahu som navrhla zdrhlá typu V so špičkou proti toku a uhlom odklonu 20 od kolmice k osi sklzu. Zdrhlá zaistia potrebnú hĺbku vody v koryte a priečne prúdenie, ktoré udržiava plavidlo v strede sklzu. Zdrhlá umiestnené v korune vtokového prahu zlepšia prechod z prahu na vlastný sklz. Dno výpustu je oblúkovito zakončené na kóte 344,08 mn.m. Hydraulický výpočet toku sa rieši ako prepad cez širokú korunu pomocou rovníc (3,4,5,6). Potrebný súčiniteľ rýchlosti ϕ a súčiniteľ výškovej kontrakcie ε 1k sú dané pre jednotlivé typy vtokového prahu. Pre navrhnuté návodné líce prahu sú prislúchajúce hodnoty ϕ = 0,91 a ε 1k = 0,883 (Tab. 9.1). y = 0, 7h k - účinná hĺbka sklzu, [m] (1) Q n = q n b - návrhový prietok, [m 3.s -1 ] (2) h k α. Q g. b 2 = 3 n 2 - kritická hĺbka, [m] (3) h =. - hĺbka vo vtoku, [m] (4) h 1 ε 1 k k h 0 2 Qn = h1 + - energetická výška vo vtoku, [m] (5) 2 2 2 ϕ. b. h.2. g 1 α. v 2 0 h = h0 - prepadová výška, [m] (6) 2. g b - šírka sklzu, [m] v 0 - prítoková rýchlosť, [m.s -1 ] ϕ - rýchlostný súčiniteľ, [-] ε 1k - súčiniteľ výškovej kontrakcie, [-] 36
Tab. 9.1 - Prislúchajúce hodnoty ϕ a ε 1k dané pre jednotlivé typy vtokového prahu [1]. Úprava vtokového prahu sklzu ϕ ε 1k Plynulo zaoblený a hladký 0,95 0,917 So šikmým návodným lícom 1:3 0,93 0,883 Detto a so zapustenými nízkymi zdrhlami na korune 0,91 0,833 S ostrou vstupnou hranou 0,90 0,810 Detto a so zapustenými nízkymi zdrhlami na korune 0,88 0,755 Stanovenie návrhového prietoku závisí od hydraulického výpočtu objektu. Je potrebné zaistiť požadované vlastnosti prúdenia. Správna funkcia sklzu je tiež podmienená hydrologickým režimom toku. Limitujúcim faktorom je dostatočná hĺbka vody v sklze y. Podľa vzorca (1) berieme ako minimálnu účinnú hĺbku 0,3 m. Odpovedajúca kritická hĺbka je h k = 0,429 m, pomocou ktorej som vypočítala špecifický návrhový prietok q min = 0,879 m 3.s -1.m -1. Maximálny návrhový prietok som počítala pre výšku vĺn v osi priepustu y = 0,15 m. q max a jeho hodnoty 3,132 m 3.s -1.m -1. Interval návrhového prietoku je teda pre b = 2,3 m v mojom prípade 0,879 q n [m³/s.m] 3,13. Podľa (2) interval pre návrhový prietok je 2,02 Q n [m³/s] 7,2. Pre b = 1,3 m platí 1,14 Q n [m³/s] 4,07. Pre pokračovanie návrhu vyberám z Tab. 5.4 sklz šírky 2,3 m, s návrhovým prietokom 4,0 m³.s -1 a prislúchajúcou hodnotou prepadovej výšky h = 0,782 m. Kótu vtokového prahu zistíme odčítaním prepadovej výšky od kóty hornej prevádzkovej hladiny. Tab. 9.2 - Výsledky pre sklz šírky b = 2,3 m v intervale [2,02 Q n [m³/s] 7,2] b = 2,3 m Q n h k h 1 h 0 v 0 h Q min 2.021 0.429 0.378 0.710 2.050 0.496 3 0.558 0.492 0.924 2.339 0.645 4 0.676 0.597 1.120 2.574 0.782 5 0.784 0.692 1.299 2.773 0.907 6 0.885 0.782 1.467 2.947 1.025 Q max 7.204 1.000 0.883 1.657 3.132 1.157 Tab. 9.3 - Výsledky pre sklz šírky b = 1,3 m v intervale [1,14 Q n [m³/s] 4,07 b = 1,3 m Q n h k h 1 h 0 v 0 h Q min 1.142 0.429 0.378 0.710 2.050 0.496 2.4 0.703 0.621 1.165 2.626 0.813 2.8 0.779 0.688 1.291 2.764 0.902 3.2 0.852 0.752 1.411 2.890 0.986 3.5 0.904 0.798 1.498 2.978 1.046 Q max 4.072 1.000 0.883 1.657 3.132 1.157 37
Zdrhlá som navrhla podľa Tab. 9.4 tak, aby spĺňali optimálne doporučené pomery. V Tab. 5.5 sú tiež uvedené vypočítané pomery pri navrhnutých parametroch s = 0,12 m, x = 0,7 m, t = 0,1 m, β = 20. Tab. 9.4 - Doporučené, optimálne, výsledné hodnoty pomerov parametrov zdrhiel [1]. návrhový pomer doporučený pomer optimálny pomer výsledné pomery h k /s 4,0-8,0 5,0-7,0 5.63 x/s 4,0-8,0 5,0-6,0 5.83 h k /x 0,7-1,5 0,9-1,2 0.97 kde: s výška zdrhla, [m] x vzájomná vzdialenosť zdrhiel, [m] t hrúbka zdrhla, [m] β uhol odklonu zdrhla od kolmice k osi sklzu, [ ] Sklz so zdrhlami som vykreslila pomocou vypočítaných parametrov a vsadila priamo do situácie na MVE Majer ( Príloha ). Sklz som umiestnila v priamej náväznosti na hať, s tým, že pravý pilier sklzu je vlastne ľavým pilierom hate. Samotný sklz dĺžky 61,09 m má predsadený vtokový prah, ktorý začína návodným lícom na kóte 345,72 mn.m., pokračuje v sklone 1:3 až po kótu 347,72 mn.m. a vodorovnou korunou vtokového prahu dĺžky 2 m. Vtokový prah som zabezpečila zdrhlami toho istého typu ako v koryte. Dno pred sklzom je na kóte 345,35 mn.m. Výpust je oblúkovite zaoblený a končí na kóte 344,08 mn.m. Piliere šírky 1,2 m som navrhla do výšky 349,00 m n.m. od ich začiatku až po úroveň ukončenia hate a ďalej pokračovala v sklone 1:20 až po kótu 347,20 mn.m. po koniec piliera. Brehový pilier sklzu som naviazala v sklone 1:56 na pôvodne plánovanú korunu ľavostrannej hrádze, ktorá je na kóte 349,00. 9.2 Návrh štetinového rybieho priechodu Pri návrhu som použila 1D program HEC-RAS. Vo viacerých variantoch som riešila prietokový režim v koryte rybieho priechodu. Zvolila som obdĺžnikový profil koryta šírky 2,3 m, výšky 1,0 m a dĺžky 40,62 m. Túto geometriu koryta som vždy ponechala nezmenenú a menila som rozmery štetinových elementov (t.j. výšku a medzery medzi nimi). V programe som zadala ustálený nerovnomerný hladinový režim prúdenia. Úlohu som riešila metódou 38
po úsekoch, t.j. od profilu k profilu iteračným spôsobom. Po dĺžke som postupne zadávala jednotlivé profily, striedavo jeden v úseku bez štetín a druhý so štetinovými elementmi. V programe sú štetiny zadané ako prekážky, ktoré zmenšujú prietočnú plochu. Celkom som vytvorila 83 profilov, so staničením 0,5 m. Posledný úsek je o dĺžke 0,12 m. Osová vzdialenosť štetinových elementov je 1 m. Vo výpočte som zadala zmiešaný režim prúdenia, lebo v uvažovanom úseku je predpoklad bystrinného i riečneho prúdenia. Keďže som uvažovala so štrkovým dnom, počítala som s Manningovým stupňom drsnosti n = 0,025 v profiloch bez prekážky a v profiloch so štetinami s n = 0,08. V profiloch bez štetinových elementov som zvolila hodnotu 0,08, ktorá prislúcha hustému porastu, aby bola zohľadnená istá prietočnosť elementov, pretože program túto možnosť vylučuje. Rybí priechod som navrhla tak, aby vyhovoval parametrom príslušného rybieho pásma, MVE Majer ako sú spád, maximálny pozdĺžny sklon, ďalej aby vyhovoval, hydrologickým podmienkam a typu plavidiel vyskytujúcich sa v tejto oblasti. Rybie pásmo sa určuje na základe ichtyologického prieskumu. Tok v tomto úseku má podhorský charakter, miernejší pozdĺžny sklon, striedajú sa tu perejnaté a upokojujúce úseky. V rieke Hron žijú nasledujúce druhy rýb: belička, boleň, čerebľa, hrúz, hlavátka, hlaváč, jalec, karas, lipeň, lopatka, mihuľa, mrena, nosáľ, ostriež, pstruh, podustva, pleskáč, plotica, ploska, slíž, šťuka, sumec, zubáč, čo bolo zistené na základe ichtyologického prieskumu [9]. Mrenové pásmo sa vyznačuje výskytom viac ako 20 druhov rýb, rieka má mať charakter podhorského toku, šírky do 60 m, mierneho pozdĺžneho sklonu, striedaním perejnatých úsekov s upokojujúcimi úsekmi so štrkovitým dnom, čo zodpovedá podmienkam v tejto oblasti [4]. Preto som uvažovala s mrenovým pásmom. Aby navrhnutý štetinový rybí priechod vyhovoval oblasti plánovanej MVE Majer, musí spĺňať určité hodnoty vhodné pre vyskytujúcu sa ichtyofaunu a tiež parametrom potrebným pre príslušné plavidlá. Podmienkou výstavby a fungovania štetinového rybieho priechodu je sklon 10 % a maximálna rýchlosť v úsekoch bez štetín má byť do 1,2 m.s -1, v úsekoch so štetinami do 0,3 m.s -1. Pre mrenové pásmo je charakteristická ryba Mrena severná, ktorá potrebuje hĺbku vody minimálne 0,40 m a priemernú rýchlosť vody 1 m.s -1 [4]. Z hľadiska bezpečného prejazdu plavidiel je limitujúcim faktorom dostatočná hĺbka vody v sklze y. Za minimálnu bezpečnostnú hĺbku v sklzoch pri ponore cca 0,1 až 0,25 m považujeme y = 0,30 m. Ak sa do úvahy berie istá bezpečnosť, počítame s normálnou plavebnou hĺbkou y = 0,40 m. Rýchlosti, ktoré sú vhodné pre toto rybie pásmo sú vyhovujúce 39
tak isto pre rekreačné a športové plavidlá, pretože ryby potrebujú nižšie rýchlosti ako lode. Maximálny sklon dna do 10 % tiež vyhovuje športovým plavidlám, pretože kritéria pre plavidlá sú miernejšie ako pre ryby [1]. Dôležité je i to, aby štetinové elementy boli zatopené, pretože pri ich nezatopení voda v koryte prúdi iba pomedzi elementy a dosahuje priveľké rýchlosti. Rozdiel medzi maximálnou hornou a minimálnou dolnou prevádzkovou hladinou, čiže spád na MVE Majer je H = 3,92 m. Maximálny pozdĺžny sklon som vypočítala pomocou jeho maximálnej možnej dĺžky určenej z dĺžky piliera. Vypočítaný maximálny pozdĺžny sklon i 0 = 9,65 % teda vyhovuje podmienke a je menší ako 10 %. Dolná i horná okrajová podmienka sa v programe zadáva prostredníctvom pozdĺžneho sklonu dna i 0. Ďalšou okrajovou podmienkou je prietok na vtoku, ktorý som v jednotlivých variantoch menila. Varianty: 9.2.1 VARIANT 1 Q = 0,2; 0,25; 0,35 m 3.s -1, i 0 = 0,0965, výška štetín = 0,5 m, šírka medzery medzi štetinami = 0,3 m, medzery medzi štetinami sa šachovnicovo striedajú. Obr. 9.1 Priečne profily a pohľad na uloženie štetinových elementov (VARIANT 1) 40
Tab. 9.5 - Výsledné hodnoty hladín, rýchlostí a vhodnosť VARIANTU 1 Q hladina (m) hranica rýchlosť bez prekážky rýchlosť s prekážkou sklon (-) výška (m 3.s -1 ) min max min max odp min max odp štetín 0,2 0,22 0,33 0,4 1,48 1,49 do 1,2 0,26 0,29 do 0,3 0,0965 0,5 m X 0,25 0,26 0,39 0,4 1,6 1,6 do 1,2 0,28 0,31 do 0,3 0,0965 0,5 m X 0,35 0,39 0,56 0,4 1,17 1,46 do 1,2 0,27 0,33 do 0,3 0,0965 0,5 m X vhodnosť VARIANT 1 NEVYHOVUJE, pretože hĺbky nedosahujú potrebnú hodnotu 0,4 m a rýchlosti sú veľmi vysoké pri všetkých navrhovaných prietokoch. 9.2.2 VARIANT 2 Q = 0,2; 0,25; 0,3 m 3.s -1, i 0 = 0,0965, výška štetín = 0,6 m, šírka medzery medzi štetinami = 0,25 m, medzery medzi štetinami sa šachovnicovo striedajú. Obr. 9.3 Priečne profily a pohľad na uloženie štetinových elementov (VARIANT 2) Tab. 9.6 - Výsledné hodnoty hladín, rýchlostí a vhodnosť VARIANTU 2 Q hladina (m) hranica rýchlosť bez prekážky rýchlosť s prekážkou sklon (-) výška (m 3.s -1 ) min max min max odp min max odp štetín 0,2 0,25 0,38 0,4 1,58 1,58 do 1,2 0,28 0,38 do 0,3 0,0965 0,6 m X 0,25 0,29 0,44 0,4 1,7 1,7 do 1,2 0,25 0,27 do 0,3 0,0965 0,6 m X 0,35 0,29 0,44 0,4 1,7 1,7 do 1,2 0,25 0,27 do 0,3 0,0965 0,6 m X vhodnosť V návrhu VARIANT 2 tak tiež hĺbky i rýchlosti nespĺňajú požadované podmienky, preto tento návrh tiež NEVYHOVUJE. 41
9.2.3 VARIANT 3 Q = 0,2; 0,25; 0,3 m 3.s -1, i 0 = 0,0965, výška štetín = 0,5 m, šírka medzery medzi štetinami = 0,25 m, medzery medzi štetinami sa šachovnicovo striedajú. Obr. 9.4 Priečne profily a pohľad na uloženie štetinových elementov (VARIANT 3) Tab. 9.7 - Výsledné hodnoty hladín, rýchlostí a vhodnosť VARIANTU 3 Q hladina (m) hranica rýchlosť bez prekážky rýchlosť s prekážkou sklon (-) výška (m 3.s -1 ) min max min max odp min max odp štetín 0,2 0,49 0,54 0,4 1 1,01 do 1,2 0,16 0,17 do 0,3 0,0965 0,5 m X 0,25 0,5 0,57 0,4 1,02 1,17 do 1,2 0,2 0,21 do 0,3 0,0965 0,5 m 0,35 0,52 0,59 0,4 1,1 1,2 do 1,2 0,22 0,22 do 0,3 0,0965 0,5 m vhodnosť VARIANT 3 VYHOVUJE podmienkam pri prietoku Q = 0,25 m 3.s -1, 0,3 m 3.s -1. 9.2.4 VARIANT 4 VARIANT 4 som počítala s takými istými rozmermi štetinových elementov a medzerami medzi nimi ako vo VARIANTE 3, no šachovnicovo sa nestriedajú ako v predošlých prípadoch (Obr.5.5). Výsledky sa zhodovali s VARIANTOM 3. 42
Obr. 9.5 Priečne profily a pohľad na uloženie štetinových elementov (VARIANT 4) Obr. 9.6 Detail pozdĺžneho profilu štetinového rybieho priechodu Ako najviac vyhovujúci som vybrala VARIANT 3 s prietokom Q = 0,25 m 3.s -1. Oproti Q = 0,3 m 3.s -1 je vhodnejší z dôvodu menších rýchlostí. VARIANT 4 napriek vyhovujúcim výsledkom nie je vhodný, pretože pri šachovnicovom striedaní je zabezpečené potrebné meandrovanie prúdu, s ktorým som počítala vo VARIANTE 3. Je teda splnená podmienka minimálnej hĺbky 0,4 m, ktorá vyhovuje plavidlám i ichtyofaune. Rýchlosti v úsekoch bez štetinových elementov sa pohybujú od hodnoty 1,02 až 1,17 m.s-1 a to je 1,2 a v úsekoch z prekážkami od hodnoty 0,2 do 0,21 m.s-1 0,3, čiže i táto podmienka je splnená. 43
Obr. 9.7 Hladinový režim v navrhovanom štetinovom rybovode pre Q = 0,25 m 3.s -1 Štetinový rybí priechod som narysovala s rozmermi, ktoré prislúchajú VARIANTU 3 a vsadila priamo do situácie na MVE Majer. Pôvodne som uvažovala s umiestnením štetinového sklzu medzi hať a elektráreň, preto som počítala s dĺžkou piliera prislúchajúcou tomuto umiestneniu, no samotným vykreslením do situácie som zistila, že táto poloha priechodu nie je vhodná. V priestore za spoločným pilierom priechodu a elektrárne by sa v konečnom dôsledku hromadili nečistoty zachytené hrablicami, ktorými je zabezpečená elektráreň, dochádzalo by i k ich strhávaniu prúdom vody do štetinového sklzu, čo by mohlo mať za následok ohrozenie bezpečnosti preplavovaných plavidiel a aj poškodenie štetinových elementov, preto som navrhnutý štetinový sklz umiestnila na ľavý breh. Štetinový sklz som teda navrhla s priamym naviazaním na hať a s vhodným naviazaním či už do existujúceho terénu alebo plánovanej protipovodňovej ľavostrannej hrádze. Pilier hate bolo potrebné predĺžiť na navrhnutú dĺžku, ktorú som i napriek počiatočnému plánu umiestniť priechod inde nemenila, z dôvodu vyhovujúceho sklonu dna priechodu 9,65%. Samotný štetinový sklz je dlhý 40,62 m. Dno pred priechodom je na kóte 345,35 m n.m. Vtokový prah som navrhla so sklonom 1:2,2 a začína na kóte 345,64 m n.m. a pokračuje vodorovnou korunou dĺžky 2 m na kóte 347,91 m n.m. Piliere štetinového sklzu som navrhla na kóte 349,00 m n.m. tak, ako sú pôvodne navrhnuté piliere hate a na dĺžke predĺženia pôvodného piliera som navrhla znížiť piliere v sklone 1:8,5 čo je z ekonomického hľadiska výhodnejšie. Výpust je na pravej strane oblúkovite zakončený na kóte 347,20 m n.m. a na ľavej strane brehového piliera v sklone 1:1,55 naviazané na pôvodne plánovanú korunu ľavostrannej hrádze. 44
Návrh malej plavebnej komory Navrhla som plavebnú komoru užitočnej dĺžky 20,0 m a šírky 4,0 m v priamej náväznosti na hať. Maximálny spád prekonávaný komorou je 3,92 mn.m. Kóta hornej prevádzkovej hladiny je 348,50 mn.m. a dolnej prevádzkovej hladiny 344,58 mn.m. Plnenie a vyprázdňovanie je priame. Celková výška plavebnej komory je podľa (7) h k = 9,92 m. Podľa (9) som vypočítala celkový čas plnenia komory T = 340,31 s, ktorý vyšiel veľmi krátky, preto som ho v záujme bezpečnosti predĺžila. Čas, za ktorý sa otvorí uzáver na maximálnu plniacu plochu je t z = 180 s. Plocha plniaceho otvoru je 0,4 m 2. Počítala som s ponorom, ktorý prislúcha vyskytujúcim sa plavidlám a to je 2,0 m, s istou bezpečnosťou 0,5 m je plavebná dráha 2,5 m. Horné vráta som navrhla poklopové, tak aby bola maximálna hladina 0,5 m pod vrcholom vrát v uzavretej polohe. V sklopenej polohe vráta nezasahujú do plavebnej dráhy plavidiel. Ovládanie je hydraulické, pomocou hydromotora umiestneného v hornom zhlaví komory. Konštrukcia vrát je tvorená nosnou rúrou v dolnej časti väčšieho priemeru ako v dolnej, na ktorých je osadený hradiaci plech. Pred poklopovými vrátami som navrhla vybudovať rozrážače, ktoré slúžia na stlmenie pohybovej energie vodného prúdu vtekajúceho do komory pri plnení [6]. Dolné vráta som navrhla vzperné. Sú zložené z dvoch vratní, otočných okolo zvislej osi a pri uzavretí sú o seba strechovito vzpierané proti pretlaku hornej vody. V otvorenej polohe nesmú zmenšovať svetlú šírku komory, preto som navrhla výklenky v bočných stenách, do ktorých vráta zapadajú. Uhol vzoprenia je 20 [6]. Vzperné vráta sú vybavené stavidlom rozmerov 2 x 1 m. Obslužné zariadenie bude vybudované na platforme vedľa PLK a bude pri ňom umiestnený návod na obsluhu i bezpečnostné opatrenia proti chybnej obsluhe vo viacerých jazykoch. Na oboch stranách komory som navrhla provizórne hradenie, slúžiace na zahradenie pri revíziach a opravách. Po celej dĺžke komory som navrhla rovnomerne rozmiestnené rebríky, tyče na bezpečné zachytenie sa v komore pri plnení alebo prázdnení a bitvy, o ktoré je možnosť priviazať plavidlá. Po oboch stranách som navrhla rejdy s vyčkávacím priestorom šírky 9,252 m, ktorý tvorí dvojnásobok užitočnej šírky PLK a bezpečnostného odstupu 1,252 m (P4). V rejdách som upravila dná tak, aby bola dodržaná minimálna plavebná hĺbka 2,5 m. Po dĺžke vyčkávacieho priestoru sú navrhnuté dalby slúžiace na na zabudovanie bitiev. 45
H K = H + 1, 5 + T P + H - celková výška PLK, [m] (7) F = L * B *1,05 t z = 0,3*T - pôdorysná plocha PLK, [m 2 ] (8) - čas otvorenia uzáveru na max. plniacu plochu, [m] (9) T t z 2 * F * = + 2 µ * f * s H 2. g - celkový čas plnenia, [s] (10) Q = µ * f * 2 * g * H i s i i - prietok [m 3.s -1 ] (11) H i * 2. µ s g = H 1 * * i ft t 2* F 2 - spád [m] (12) Obr. 9.9 Lineárne otváranie uzáveru malej plavebnej komory 46
Obr. 9.10 Prítoky vody do plavebnej komory Obr. 9.11 Priebeh plnenia plavebnej komory 47
Tab. 9.8 - Výpočet plniaceho a vyprázdňovacieho systému PLK (hrubším písmom znázornené hodnoty pri otvorení plniaceho otvoru na max. plniacu plochu). x t i t f z f t H i h i Q i Q Q/ t (-) (s) (s) (m 2 ) (m 2 ) (m) (m) (m 3 /s) (m 3 /s) 1 2 0 10 10 0.00 0.02 0.01 3.92 3.91 0.00 0.01 0.0 0.1 0.00 0.15 0 0.015 3 20 10 0.04 0.03 3.89 0.03 0.3 0.15 0.015 4 30 10 0.07 0.06 3.84 0.08 0.4 0.14 0.014 5 40 10 0.09 0.08 3.78 0.14 0.6 0.14 0.014 6 50 10 0.11 0.10 3.71 0.21 0.7 0.14 0.014 7 60 10 0.13 0.12 3.61 0.31 0.8 0.13 0.013 8 70 10 0.16 0.14 3.51 0.41 1.0 0.13 0.013 9 80 10 0.18 0.17 3.38 0.54 1.1 0.12 0.012 10 90 10 0.20 0.19 3.25 0.67 1.2 0.11 0.011 11 100 10 0.22 0.21 3.10 0.82 1.3 0.10 0.010 12 110 10 0.24 0.23 2.94 0.98 1.4 0.09 0.009 13 120 10 0.27 0.26 2.77 1.15 1.5 0.08 0.008 14 130 10 0.29 0.28 2.59 1.33 1.5 0.07 0.007 15 140 10 0.31 0.30 2.40 1.52 1.6 0.06 0.006 16 150 10 0.33 0.32 2.21 1.71 1.6 0.04 0.004 17 160 10 0.36 0.34 2.01 1.91 1.7 0.03 0.003 18 170 10 0.38 0.37 1.81 2.11 1.7 0.01 0.001 19 180 10 0.40 0.39 1.61 2.31 1.7 0.00 0.000 20 21 190 200 10 10 0.40 0.40 0.40 0.40 1.41 1.23 2.51 2.69 1.6 1.5-0.11-0.11-0.011-0.011 22 210 10 0.40 0.40 1.06 2.86 1.4-0.11-0.011 23 220 10 0.40 0.40 0.91 3.01 1.3-0.11-0.011 24 230 10 0.40 0.40 0.76 3.16 1.2-0.11-0.011 25 240 10 0.40 0.40 0.63 3.29 1.1-0.11-0.011 26 250 10 0.40 0.40 0.51 3.41 0.9-0.11-0.011 27 260 10 0.40 0.40 0.40 3.52 0.8-0.11-0.011 28 270 10 0.40 0.40 0.31 3.61 0.7-0.11-0.011 29 280 10 0.40 0.40 0.23 3.69 0.6-0.11-0.011 30 290 10 0.40 0.40 0.16 3.76 0.5-0.11-0.011 31 300 10 0.40 0.40 0.10 3.82 0.4-0.11-0.011 32 310 10 0.40 0.40 0.06 3.86 0.3-0.11-0.011 33 320 10 0.40 0.40 0.03 3.89 0.2-0.11-0.011 34 330 10 0.40 0.40 0.01 3.91 0.1-0.11-0.011 27 340.31 10.31 0.40 0.40 0.00 3.92 0.0-0.95-0.092 48