Vodni dilo Vsechlapy Mystery Cache

Vodní dílo Všechlapy

Přehradní nádrž (také nazývaná jen přehrada) je vodní nádrž, která vzniká umělým přehrazením vodního toku přehradní hrází. Slouží k zásobování vodou, výrobě elektrické energie, ochraně před povodněmi, vyrovnávání průtoků, okrajově k rekreaci, vodním sportům, rybolovu apod.  Požadavky jsou ale značně protichůdné: z hlediska protipovodňové ochrany by bylo potřeba mít přehrady stále skoro vypuštěné, ale energetici, vodohospodáři, chataři, pracovníci lodní dopravy, rybáři, jachtaři a rekreanti by zase chtěli nádrže plné. Kompromisem je udržovat hladinu u horní hranice plného zásobního prostoru (pokud nehrozí povodeň).
Podle použitého materálu mohou být zjednodušeně řečeno betonové a sypané, podle konstrukce tížní, klenbové a pilířové. Podrobnosti i s obrázky najdete např. zde (3) 

O všechlapské přehradě

Hlavním účelem Vodního díla Všechlapy je zajištění minimálního průtoku v Bouřlivci pod hrází, zajištění celoročního souvislého odběru vody pro Elektrárnu Ledvice včetně havarijní rezervy v době odstavení Labského vodovodu a zajištění celoročního souvislého odběru vody pro AGC Flat Glass Czech. Vedlejším účelem nádrže je energetické využití odtoku malou vodní elektrárnou, snížení povodňových průtoků na Bouřlivci a částečná ochrana území pod hrází před povodněmi (do Bouřlivce totiž bylo v rámci důlní činnosti svedeno několik krušnohorských potoků), sportovní rybolov a j. (1). Koupání se tam kvůli kvalitě vody nedoporučuje.

Základní údaje o VD Všechlapy naleznete na stránkách s. p. Povodí Ohře. Výstavba probíhala v letech 1958–1961, dílo bylo uvedeno do provozu v roce 1961. Kolem roku 2000 byla provedena rekonstrukce přelivu, oprava přehrady a byla vybudována malá vodní elektrárna v přistavěném objektu pod hrází.

Hráz je přímá, zemní, nasypaná z hlín získaných z prostoru nádrže a z jílů bývalého lomu Fučík. Je vysoká přibližně 12 metrů od základů. V základech je široká 70 m, v koruně 5 m a její délka v koruně činí 170 m. Návodní líc je opevněn betonovými deskami tloušťky 25 cm, vzdušní líc byl ohumusován a oset. Součástí VD je malá vodní elektrárna s maximálním výkonem 46 kW vybudovaná později. K vypouštění vody z nádrže slouží dvě spodní (základové) výpusti, jedna s kapacitou 0,92 m³/s a druhá 24 m³/s (při hladině 211,60 m n. m.); přes turbíny proteče maximálně 0,94 m³/s. Bezpečnostní přeliv na pravém boku hráze na kótě 213,24 m n. m. je dlouhý 29,7 metrů a jeho kapacita je 84,4 m³/s při max. hladině 214,57 m n. m.; stačí zvládnout i stoletou povodeň, udávanou zde průtokem 87,7 m³/s. Ale ani při větší povodni by voda neměla hráz přetéct; k tomu slouží vlnolam na koruně hráze.

Průměrný přítok vody v Bouřlivci do nádrže činí pouhých 0,978 m³/s. Desetiletou povodňovou vlnu v roce 2002 zvládla přehrada na výbornou – maximální přítok 20 m³/s zredukovala na odtok nanejvýš 15,5 m³/s (viz (2), zpráva 8/2002, graf v příloze 10 na str. 50 a foto v příloze tohoto listingu). III. stupeň povodňové aktivity se pod hrází tohoto VD vyhlašuje při průtoku 8,5 m³/s, neškodný průtok činí až 12 m³/s. Pokud je dost času a lze provést potřebná opatření pro minimalizaci škod za přehradou, je možno odpouštět např. 15 m³/s; nemá totiž smysl se zarputile držet hodnoty 12 m³/s až do zaplnění přehrady na maximum a potom se už jen bezmocně dívat, jak přehradou neovladatelně protéká přes 20 m³/s a litovat ty chudáky obyvatele na toku pod přehradou... 

Vybrané parametry VD Všechlapy: 

kóta dna nádrže                           203,60     m n. m.          
prostor stálého nadržení              203,60 – 208,10 m n. m.      0,131 mil. m³              
zásobní prostor                            208,10 – 211,60 m n. m.      0,484 mil. m³           
ovladatelný ochranný prostor      211,60 – 213,24 m n. m.       0,360 mil. m³
neovladatelný ochranný prostor  213,24 – 214,57 m n. m.       0,396 mil. m³
maximální hladina                        214,57     m n. m.
celkový prostor                                                                         1,371 mil. m³
celková zatopená plocha             35,00     ha

Podrobné údaje i s obrázky jsou zde (1). Různé zdroje, i když se odvolávají na stránky Povodí Ohře, uvádějí u některých parametrů mírně odlišné hodnoty (hlavně u průtoků).

Trocha teorie

Hospodaření s vodou v nádrži určuje manipulační řád vodního díla. Jeho důležitou částí je činnost při povodních. Zásadou je regulovat odtok vody spodními výpustmi a pokud možno co nejdéle ho držet na neškodné výši. Je-li na to čas, tak je dobré vypustit část zásobního prostoru ještě před velkou vodou. Pak postupně zaplňujeme zbylý objem zásobního prostoru a ochranný ovladatelný prostor. Pokud hladina dále stoupá, tak se bude naplňovat ochranný neovladatelný prostor a voda začne přetékat přelivem. Přivíráním uzávěrů spodních výpustí udržujeme požadovaný odtok podle údajů limnigrafu pod přehradou. Při opravdu velké povodni ale už nebudeme schopni udržet neškodný odtok, hladina bude stále stoupat a přiblíží se k maximální povolené hodnotě. Pak nezbude, než zase otevírat všechny uzávěry výpustí a modlit se, aby už přestalo pršet; z přehrady totiž bude vytékat tolik vody, kolik do ní přitéká, takže svou protipovodňovou funkci už plnit nemůže. Pokud je součástí VD hydroelektrárna, tak by byl hřích té vody nevyužít.

O možnostech přehrad při povodních panují mezi veřejností i ve sdělovacích prostředcích naivní představy. Novináři, politici i notoričtí pisálkové se předhánějí v tvrzeních, že třeba vltavská kaskáda neochránila Prahu při povodni v roce 2002 a dokonce ani letos (2013), ačkoliv prý mohla. Jenže to bychom od přehrad žádali příliš mnoho. Skutečností je, že jsou většinou schopny zadržet vodu maximálně dvacetiletou; větší povodeň sice nezadrží, ale zpomalí její nástup na toku pod nimi a tím poskytnou obyvatelstvu čas na provedení potřebných protipovodňových opatření. A taky citelně sníží špičkový průtok pod přehradou. Například v roce 2002 při více než stoleté povodni snížila orlická nádrž přítok 3900 m³/s na odtok maximálně 3100 m³/s – a především poskytla Praze více drahocenného času na přípravu. A další představy, že by přehrady měly být stále skoro na nulovém zásobním objemu, kdyby snad někdy víc zapršelo (třeba na Orlíku by to bylo o 21 metrů pod obvyklou úrovní hladiny!), nebo že jsme měli před povodní rychle nádrže vypustit (to bychom třeba pod všechlapskou přehradou způsobili 15letou povodeň), snad netřeba komentovat. 

Jak najít keš  (čtěte znovu, text jsem upravil)

Zahrajeme si na obsluhu všechlapské nádrže. Budu modelovat průběh povodně (obr. vlevo, objem je v jiném měřítku) trochu podobné té desetileté v srpnu 2002 (obr. vpravo; kliknutím na obrázek získáte jeho větší a čitelnější verzi. Převzato z (2)). 

Aby se to lépe počítalo, tak jsem zvolil lineární vzestup i snižování přítoku vody do nádrže i odtoku z ní. (Ve skutečnosti – jak vidíte –  byla povodeň 8/2002 o pár dní delší a množství její vody o dost větší, její sestupná fáze měla víceméně exponenciální průběh a odtok byl trochu stupňovitý, ale to by bylo na podstatně složitější výpočet). Zanedbáme vypařování, vsakování, napršení přímo do nádrže, odběr vody pro teplickou sklárnu, ledvickou erömü, zemědělce apod. Odtokem je myšlen souhrnný odtok (výpustmi, přes turbíny a ev. přelivem, ale ne odběry uvedenými v předchozí větě – ty zanedbáme). Protože nemám graf závislosti výše hladiny na objemu v nádrži, tak jsem výšky ve „Scénáři“ pouze odhadl. Pro nás (myslím pro tuto úlohu) nemají žádný význam; předpokládejme, že při této povodni hladina stoupne jen tak, že přelivem nepřeteče víc než 15 m³/s (jak uvidíte dál, tak to bude jen asi 3,3 m³/s. Průtok přes jez či přeliv lze sice lehce spočítat – viz zde, problémem ale bývá určení hodnoty koeficientu µ  (4)).

Přítok před povodní je 1 m³/s. V čase T+0 (hodin) se hodnota přítoku začíná zvyšovat, a to o 0,9 m³/s za každou hodinu. Bude přesně tímto tempem plynule (tj. každou hodinu, minutu, sekundu, ms, µs, ...) stoupat až na hodnotu 19,9 m³/s (to nastane v okamžiku T+21) a ihned po jejím dosažení zase plynule klesat rychlostí 0,4 m³/s za každou hodinu až na hodnotu 1,1 m³/s, což nastane asi za 3 dny v čase T+68. V čase T+69 bude přítok rovný 1 m³/s a takový zůstane až do konce. 
Odtok před povodní je 1 m³/s. V čase T+0 se hodnota odtoku začíná zvyšovat (stále víc budeme otevírat uzávěry spodních výpustí), a to o 0,6 m³/s za každou hodinu. Bude přesně tímto tempem plynule stoupat až na hodnotu 14,8 m³/s (to nastane v okamžiku T+23) a ihned po jejím dosažení zase plynule klesat rychlostí 0,2 m³/s za každou hodinu (jak budeme zavírat uzávěry) až na hodnotu 1 m³/s,  což nastane v čase T+92 a takový zůstane až do konce. 

Scénář je v této tabulce:

čas         přítok m³/s   odtok m³/s       Poznámka

T(+0)         1                       1              V zásobním prostoru máme 440 tis. m³,
                                                               tj. 91 % jeho max. objemu.
                                                               (Celkem je tedy v nádrži 131 + 440 = 571 tis. m³ vody)
                                                               Výška hladiny v nádrži je (odhadem) asi 211,35 m n. m.
                                                               Čekáme povodeň, začínáme odpouštět.
T+1           1,9                     1,6            Prší čím dál víc. ČHMÚ předpovídá srážky až 100 mm za den.
                                                                V obcích pod přehradou se obyvatelstvo
                                                                     připravuje na povodeň.
T+5           5,5                     4              4 m³/s nikoho nevytopí, ale bude hůř...
T+7                                   5,2             Vyhlášen I. stupeň povodňové aktivity (I. SPO).
T+10                                   7              Vyhlášen II. SPO. 
T+13                                 8,8             Vyhlášen III. SPO, ale musíme odpouštět čím dál víc.
T+19                                 12,4           Překročen ještě neškodný limit 12 m³/s.
T+21         19,9                                   Vypadá to na desetiletou vodu. 
T+22         19,5                                   Před hodinou byla kulminace Bouřlivce na přítoku do přehrady.
T+23                                 14,8           Odtok je vysoký, obce jsou už připraveny na povodeň. 
                                                               Začínáme snižovat odtok.
T+24                                 14,6           
T+44 až T+45                                     Kulminace hladiny v nádrži na kótě asi 213,39 m n. m.
                                                           Voda teče přes přeliv (cca 3,3 m³/s, zbylých 7,2 m³/s pouštíme
                                                                  výpustmi a na turbíny). Víc vypouštět nemůžeme, protože
                                                                  Bílina už zaplavila Hostomice a Ohníč. Prší už méně.
T+52           7,5                  9               Přítok sice klesá, ale vody v nádrži je pořád dost.
T+55                                  8,4            Odvolán III. SPO.
T+63                                  6,8            Odvolán II. SPO. 
T+68           1,1                                   Konečně sluníčko!
T+69           1                                      Přítok právě klesl na 1 m³/s. 
T+92           1                      1              Odtok právě snížen na 1 m³/s.
T+111         1                      1              Tak je to za námi.
T+120         1                      1              Hlavně že se nikdo neutopil... 

Podíváte-li se do svých výpočtů, tak zjistíte, že přehrada snížila špičkový průtok z 19,9 m³/s na 14,8 m³/s (tj. o 26 %), a dále, že posunula kulminaci Bouřlivce o cenných 8 hodin (porovnáváte-li čas pro hodnotu 14,8 m³/s bez přehrady a s přehradou).

Úkoly:
1. Vypočtěte čas T+X, kdy začne voda přetékat přelivem.
2. Vypočtěte čas T+Y, kdy přestane voda přetékat přelivem..  Změna! 

Za T dosaďte nulu. Časy X a Y zaokrouhlete na celé hodiny. Počítejte s objemy uvedenými v listingu výše v odstavci „Vybrané parametry...“, různé zdroje se totiž mohou mírně lišit.

Výpočet souřadnice N: vypočtěte druhou odmocninu z X, vyjde vám číslo ABCDEFGH. Desetinné čárky si nevšímejte. Dosaďte číslice EDB do vzorce

Ještě kontrola...

... a je to!

Poznámky

• Pokud jste si vytiskli listing dříve, tak si zkontrolujte číslo verze. Ale od verze 2.2 jsem pouze mírně upravoval některé formulace (často na základě dotazů luštitelů), abych zabránil špatnému pochopení zadání úloh.

• Protože jste byli hodní, tak vám Mikuláš přinesl návod k luštění. Soubor XLS stáhněte a uložte, jinak se v něm obvykle nedají upravovat hodnoty.

• Keš je velikosti small, vejde se tam tak GC nebo TB, ale určitě ne plyšové nebo plastové zvíře.

• Pokud to správně vyluštíte, tak se pochlubte  (log Write note), i když se k odlovu keše zatím nedostanete.

• Zašroubujte prosím řádně víčko, jinak dovnitř vnikne vlhkost.

• Výpočet není těžký, ale je trochu pracný. Ale za odlovení mé poslední keše (nesmějte se!) ta trocha počítání myslím stojí. Nebo ne?

• Protože nepracuji v tomto oboru, tak budu vděčný za každou připomínku a upozornění na nepřesnosti nebo chyby v textu.

• Děkuji tímto KiReGPS, Tadandovi, Toniczech-ovi a Kamik-ovi za spolupráci při testování tabulky.

• Literatura:  
  (1) www stránky o VD Všechlapy Povodí Ohře, s. p. (link);
  (2) Zprávy o povodních na tocích Povodí Ohře (link); 
  (3) Havlík, A.: Nádrže a přehrady (link);
  (4) Maštovský, O.: Hydrodynamika. Praha, SNTL 1964
  Internet (hesla Přehrady, Nádrže, Vodní díla, VD Orlík, VD Všechlapy, Manipulační řád, Dubuatova rovnice a další). 

Konec

GC4PCQE – verze 2.9 z 16. 12. 2019

(B) Beerware  ladislavappl 2013