Provoz vodních děl při extrémních povodních

Srpnová povodeň roku 2002 - událost či spíše katastrofa, která svými parametry bezesporu přesáhla dosavadní sledované jevy, ale i představy jak laické, tak odborné veřejnosti. Plnila stránky novin a časopisů zejména v druhé polovině minulého roku v bezprostřední návaznosti na probíhající dění. Vodohospodáři, kterých se tyto události týkaly nejvíce, však teprve teď začínají mít více ucelenějších podkladů a času na seriózní rozbory, diskuse a podrobné analýzy toho, co se vlastně přihodilo, jaké dopady ona povodeň měla a zejména na přijmutí nápravných opatření.

Dopady povodňových průtoků na zastavěná území, infrastrukturu, inženýrské sítě, vlastní koryta toků a tolik diskutované manipulace byly již v uplynulém období prezentovány i rozebírány. Méně je již známo, jak krizové situace loňského srpna probíhaly na některých významných vodních dílech, jak tato vodní díla průtoky ovlivnila a jaký vliv naopak měla povodeň na stav těchto objektů.

V tomto článku bychom rádi přiblížili průběh povodně z hlediska provozu na některých vybraných vodních dílech. V následujících odstavcích se dočtete o třech klíčových dílech Vltavské kaskády - Lipně, Orlíku a Slapech, a dalších třech významně zasažených vodních dílec, a to Římově , Hracholuskách a Husinci.

Protipovodňová ochrana, stejně tak jako opačně nalepšování průtoků, je důležitým účelem vltavské kaskády, který získává prioritu v případě vzniku povodňových situací nebo v extrémně suchých obdobích. O stoprocentní eliminaci velkých vod však nelze uvažovat. Při navrhování kaskády bylo proto zvoleno optimální rozdělení objemů nádrže tak, aby velké vody do určitého objemu bylo možné vodními díly zadržet a transformovat, průchod větších povodní pak zpomalit a bezpečně převést.

V případě letošní povodně objem vody, který přešel přes povodí Vltavy ještě nad soutokem se Sázavou a Berounkou, byl cca třikrát větší než je objem všech vodních děl Vltavské kaskády v případě, že by všechny nádrže byly zcela vypuštěny. Dalším charakteristickým znakem povodně byl její rychlý nástup a kulminace ve dvou vlnách jdoucích rychle za sebou v rozmezí několika dnů.

VD Lipno

Lipenská hráz je kombinovaná betonová tížná a zemní sypaná konstrukce. To znamená, že na rozdíl od ostatních, pouze betonových hrází Vltavské kaskády, nelze ani za extrémních situací připustit pohyb hladiny nad maximální povolenou kótou, či snad dosažení nebo přelití koruny hráze. To by mělo za následek významné poškození hráze vedoucí případně k její úplné destrukci. Pro převedení vody jsou určeny 2 přelivy hrazené klapkami a 2 spodní výpusti. Netypické je odvedení vody využité pro podzemní vodní elektrárnu, kdy je voda odváděna 3,6 km dlouhým tunelem přímo do nádrže Lipna II.

Nádrž Lipenské přehrady se zaplnila již při první povodňové vlně dne 8. srpna 2002, ale stačila tyto přítoky (přes 250 m³/s) zcela transformovat, takže průtoky přesahující hodnotu stoleté vody v Českých Budějovicích byly způsobeny v těchto dnech pouze přítoky do Vltavy v úseku pod VD Lipno. Při druhé povodňové vlně po 11. 08.2002 s kulminačním přítokem do nádrže 470 m3/s (Q100 je zde 330 m³/s ) byl ke kapacitě lipenské VE (90 m³/s ) postupně přidáván do starého koryta Vltavy průtok až 230 m³/s , celkový odtok spolu s VE byl tedy 320 m³/s . Za existenci Lipenské přehrady to bylo poprvé, kdy pro převedení velkých vod bylo nutné použít uzávěry na vlastním tělese hráze, které jsou jindy využívány pouze při vodáckých závodech na trati pod Lipnem a při revizních manipulacích.

VD Lipno

Povodňový průtok samotná hráz i koryto Vltavy mezi oběma lipenskými nádržemi převedly bez větších problémů. Hladina v nádrži přesáhla sice o několik cm povolenou maximální hladinu, ale z hlediska stability hráze a dostatečnému převýšení koruny nebylo toto zatížení významné. Vzhledem k velké ploše lipenské nádrže byl vzestup hladiny v době kulminace pod kontrolou provozovatelů a do poslední chvíle byla ponechávána rezerva v odtoku vzhledem ke zmírnění účinků povodně v Českém Krumlově a v dalších lokalitách. Po překročení maximální hladiny a vzhledem k nepřestávajícímu nárůstu přítoků bylo nutné využít plně kapacitu výpustných zařízení a ochránit vlastní hráz před poškozením, které by způsobilo v území pod dílem škody mnohonásobně vyšší než od přirozené povodně.

VD Orlík

Nejvyšší a největší přehrada Vltavské kaskády, v době povodně sehrála nejvýznamnější funkci při transformaci povodňové vlny a zároveň jejím průchodem nejvíce utrpěla.

Pro převedení vody jsou určeny 3 přelivy hrazené segmentovými uzávěry (kapacita 3 x 728 m³/s ), dále 2 spodní výpusti (2 x 180 m³/s ) a případně i vodní elektrárna (4 turbiny typu Kaplan o hltnosti 4 x 150 m³/s ).V průběhu druhé povodňové vlny došlo k odstavení VE a jejímu následnému zaplavení vzdutou dolní vodou. Vzhledem k hodnotě přítoku cca 4000 m³/s a maximální možné hodnotě průtoku funkčními vodohospodářskými zařízeními po vyřazení kapacity VE došlo k překročení maximální povolené hladiny, naplnění neovladatelného prostoru a přelití hráze v úrovni pochozích betonových plat o 50 cm výšky vodního sloupce. Byly zaplaveny vnitřní prostory hráze a následně dále poškozeno zařízení VE. Po výpadku elektrické energie bylo nutno přepojit zařízení na náhradní zdroje. K výpadku došlo až po dokončení manipulací a vyhrazení všech konstrukcí a proto nebyly tyto práce pod časovým tlakem a neměly na další průběh povodně negativní vliv.

VD Orlík - po dosažení koruny hráze voda protéká větracími otvory a plavebním zařízením

Přelitím hráze nedošlo k porušení stability ani bezpečnosti vodního díla.U hrází tohoto typu (betonové, tížné) lze přelití tělesa hráze při průběhu opravdu mimořádné, katastrofální povodně z hlediska stability připustit. Přitížení tělesa hráze o necelá 4% nebylo vzhledem k bezpečnostním rezervám stavby nebezpečné a na chování tělesa hráze se nijak neprojevilo. Přítok cca 4 000 m³/s byl transformován na odtok cca 3 000 m³/s a povodňová vlna na dolním toku snížena tedy přibližně o 1 000 m³/s . To bylo životně významné , zvláště pro oblasti Prahy a funkci protipovodňových opatření v jejím centru na pravém břehu Vltavy. Pro srovnání: při zvýšených průtocích v srpnu 1977 bylo při přítoku 820 m³/s převáděno přes vodní dílo 700 m³/s , z toho 450 m³/s přes jeden přeliv, 100 m³/s jednou spodní výpustí, zbytek provozem VE. Letošní přítok byl pětinásobný a odtok více než čtyřnásobný. Stoletá voda má v tomto profilu hodnotu 2050 m³/s.

Pro vodní dílo Orlík znamenalo převedení tohoto průtoku značná poškození břehů pod hrází, vývaru , objektů plavby a příjezdových komunikací. Na přelivech byly poškozeny dlouhodobým působením kavitačních jevů povrchy betonů rozražečů. V hrázi poškození vnitřního vybavení a elektroinstalací.

VD Slapy

Vodní dílo je ojedinělé svým dispozičním uspořádáním. Všechny prostory vodní elektrárny, včetně rozvodny, jsou umístěny v tělese hráze přímo pod přelivnými poli. Řešení, které umožnilo vybudovat přehradu těchto parametrů v poměrně úzkém údolním profilu, s sebou bohužel, již od výstavby, nese jisté provozní potíže. Pokud je voda převáděna přes přelivy vodního díla, dochází k drobným průsakům vody jak dilatačními spárami přelivných polí, tak i samotnými betony přímo do prostor elektrárny. Velikost průsaků se zvyšuje s množstvím převáděné vody. Z tohoto důvodu byla již na začátku povodně vyslovena obava, že toto vodní dílo bude, vzhledem k velikosti předpokládaného průtoku, první, které bude muset odstavit vodní elektrárnu, a tím případně snížit svojí kapacitu pro převedení vody. K tomu účelu jsou na koruně hráze vybudována čtyři přelivná pole hrazená segmentovými uzávěry, a naopak ve spodní části hráze jsou k dispozici ještě dvě základové výpusti. Při manipulacích je, z výše uvedených důvodů, upřednostňováno používání spodních výpustí, a teprve při překročení jejich kapacity se přidávají přelivy. K tomuto kroku bylo přistoupeno již při průchodu první vlny 8.8. a 9.8., kdy byly částečně otevřeny dva segmenty a celkový průtok vodním dílem dosáhl hodnoty 1250 m³/s. Již při těchto průtocích došlo k průsakům, které se však podařilo svést do prostor připravených k čerpání této prosáklé vody. Během 12. a 13. 08. došlo k otevření zbylých dvou segmentů.

VD Slapy

Celkový průtok 3 100 m³/s byl vzhledem k namáhání vývaru rozložen do celé šířky přelivu. Vlivem značného zvýšení úrovně spodní hladiny došlo k výraznému zatékání do spodní stavby elektrárny ze strany dolní vody. Průsaky přes dilatace a betony přelivných polí se zvýšily na téměř neúnosnou mez. Přesto se podařilo díky maximálnímu úsilí prosakující vodu svést do připravených nádrží a bazénů a při nepřetržitém provozu ji čerpat z vnitřních prostor. Tak paradoxně vodní elektrárna, na počátku teoreticky odsouzená první k odstavení, jako jedna z mála, nebyla nejen zatopena, ale ani odstavena z provozu. Její umístění do tělesa hráze ji naopak uchránilo před ničivými dynamickými účinky převáděné masy vody, díky kterým musela být například stržena provozní budova ČEZ-u na levém břehu těsně u paty hráze. Škody na tomto vodním díle jsou zejména na březích těsně pod vývarem. Došlo i k poškození povrchových vrstev přelivných polí a jejich dilatací. Slapy se se vzniklou katastrofální situací vypořádaly k překvapení mnohých odborníků s naprostou elegancí. Jen pro lepší představu uveďme, že hodnota stoleté vody je pro toto vodní dílo 2503 m³/s .

Kromě přehrad na Vltavské kaskádě se s povodňovými průtoky, největšími za dobu své existence, musela vyrovnat řada dalších vodních děl. Zde uvádíme tři příklady dalších významných přehrad.

VD Římov

Významná vodárenská nádrž na Malši, jejíž hlavním účelem je zdroj pitné vody pro Českobudějovicko i širší okolí. Jedná se o kamenitou sypanou přehradu s hrazeným bezpečnostním přelivem, od něhož je voda odváděna skluzem, který z hlediska návrhového průtoku je nejvýznamnější v ČR. K manipulaci se dále využívají dvě spodní výpusti. Vzhledem k prioritnímu vodárenskému účelu, poměrně malému objemu nádrže a typu sypané hráze, je retenční schopnost nádrže minimální a prioritním účelem při velkých povodních je odvést vodu maximální kapacitou výpustných zařízení tak, aby nebyla ohrožena bezpečnost přehradního tělesa.

Za srpnové povodně 2002 bylo vodní dílo v průběhu jednoho týdne zatíženo dvěma průtokovými vlnami o přibližně stejném maximu přes 470 m³/s . Uvážíme-li, že se jedná o 70 % větší průtok než maximum teoretické stoleté povodně, kterému se až dosud žádná pozorovaná povodeň na Malši nepřiblížila, jde o jev zcela mimořádný. Bylo dosaženo zatím nejvyšší hladiny a velikosti průtoku po dobu existence díla. V roce 1996 zde proběhla velká voda s přítokem 153 m³/s a odtokem o málo nižším hodnocena jako 10-ti letá povodeň.

VD Římov - přelivy po kulminaci povodně

Skluz i ostatní objekty vodního díla odolaly opakovanému extrémnímu namáhání. Pouze ve vývaru pod skluzem došlo za povodně ke zničení betonových rozražečů, z velké části to lze připsat i nedostatečné technologické kázni při výstavbě tohoto zařízení. Rovněž bylo, stejně jako na jiných objektech, poškozeno opevnění a břehy koryta bezprostředně pod vodním dílem.

VD Husinec

Husinec je gravitační zděná hráz na horním toku Blanice postavená ve 30-tých letech minulého století. Kromě dvou spodních výpustí slouží k převedení velké vody pět nehrazených korunových přelivů. Srpnová povodeň zde kulminovala 12. 08 2002 průtokem 220 m³/s, čímž byla o 70 m³/s překročena hodnota stoleté vody. Hladina dosáhla dva metry nad korunu přelivné hrany a téměř omývala spodní hranu mostovky přes přelivy. Z toho důvodu byla značná obava z ucpání otvorů přelivů značným množstvím spláví na hladině nádrže. Jako účinné se ukázalo provedené nouzové opatření, kdy bylo nataženo napříč nádrží lano přibližně sto metrů před návodním lícem hráze. V kombinaci s příznivými povětrnostními podmínkami a současně dalšími zásahy v nádrži bylo toto nebezpečí eliminováno. Na koruně hráze byla připravena mechanizace pro případ nouzového uvolňování zachycených kmenů. Vodní dílo přestálo toto největší zatížení po více než 60-ti letech provozu bez úhon, s výjimkou tradičních škod ve vývaru a na toku pod hrází. Významné povodňové přítoky v minulosti měly, na rozdíl od současné situace, příčinu v lokálních krátko trvajících srážkách a jejich objem stačila nádrž přijatelně transformovat. Výjimkou byl rok 1954 s přítokem 150 m³/s.

VD Hracholusky

Na Mži nad Plzní se nachází zemní sypaná hráz vodního díla Hracholusky. Vodní dílo je vybaveno výpustnými zařízeními značné kapacity. Jedná se o dvě spodní výpusti, šachtový bezpečnostní přeliv a boční bezpečnostní přeliv hrazený klapkou. Celková kapacita všech zařízení přesahuje 550 m³/s . Součástí sdruženého objektu je i VE.

VD Hracholusky - šachtový přeliv ve funkci

Srpnová povodeň 2002, i přes své negativní účinky v Plzeňském regionu, zde zdaleka nedosahovala takových parametrů, jako na ostatních uvedených vodních dílech. Přestože na přítocích do nádrže byly kulminační hodnoty hodnoceny jako padesátiletá, místy až stoletá voda, odtok z nádrže s hodnotou 126 m³/s lze hodnotit přibližně jako pětiletou velkou vodu. Tento retenční účinek byl dán výrazně příznivějšími hydrologickými okolnostmi v povodí Mže, které první povodňová vlna zasáhla pouze okrajově. Podobné parametry odtoku a hladiny v nádrži měla následná zimní povodeň počátkem ledna 2003. K žádným škodám na samotném vodním díle ani k anomálnímu chování hráze nedošlo. Všechna výpustná zařízení byla ve funkci a bez závad.

Podíváme -li se do minulosti, jen o něco větší parametry měla povodeň, která postihla vodní dílo na přelomu března a dubna v roce 1988.

Závěrem zopakujme, že uvedené přehrady, a nejen ty, i další vodní díla, byly při loňských záplavách vystaveny zcela extrémním průtokům a nejvyššímu zatížení od své výstavby. Nikde nedošlo k porušení stability ani bezpečnosti těchto objektů. Rovněž nedošlo k ohrožení území pod i nad vodními díly z hlediska selhání některých funkcí těchto děl.
Lze konstatovat, že vodní díla byla po celou dobu trvání povodně bezpečná a stabilní. Stejné závěry platí i pro následné období dalšího provozu. Tento fakt potvrzují příznivé výsledky měření a sledování technicko-bezpečnostního dohledu na jednotlivých vodních dílech, které zapadají do kontextu dlouhodobého sledování. Po zhodnocení situace při povodni v srpnu 2002 z pohledu bezpečnosti i provozu díla není potřeba na dílech Vltavské kaskády ani ostatních přehradách žádných zásadních nápravných opatření z hlediska obav o jejich stabilitu.

A tolik diskutovaná ochranná funkce Vltavské kaskády i ostatních vodních děl? Snad už po opadnutí vášnivých diskusí není třeba znovu opakovat jednoznačná číselná fakta. Kaskáda svůj účel splnila a stejně tak i ostatní vodní díla. Poskytla především čas tak potřebný k minimalizaci škod - a to bylo v daný okamžik to nejdůležitější a jediné, co mohla z tohoto hlediska udělat. Retenční účinek především Orlické nádrže byl pro průchod povodňové vlny velice významný. Už méně se také hovoří i o další službě, kterou vodní díla, především na horních tocích prokázala. Zachytila totiž také obrovské množství spláví (ať už anorganického původu nebo i uhynulých ryb a zvířat), které mohlo ještě zvýšit destrukční účinek povodně nebo způsobit následné ekologické a hygienické problémy.
Po srpnové povodni 2002 se na vodních dílech rychle obnovil běžný provozní režim. Opravy narušených objektů, hlavně škody pod přehradami jsou v plném proudu s předpokladem dokončení v letošním roce případně v roce 2004. V dalším výhledu budou plánována taková opatření, která by na vodních dílech dále snížila možné dílčí škody způsobené katastrofálními průtoky, třebaže z hlediska bezpečnosti a spolehlivosti prokázaly přehrady dostatečnou odolnost.

Ing. Markéta Komárková, Ing. Richard Kučera
Povodí Vltavy, s. p.