Části vodních děl
Vodní dílo se skládá z několika částí, která se mohou podle druhu vodního díla vzájemně kombinovat nebo i zastupovat.
Nejrozmanitější v tomto směru bývá drobné derivační dílo s akumulací. Jeho typickým představitelem je právě většina menších mlýnů. Jinou hojně rozšířenou skupinou bývala vodní díla jezová. Typicky bývaly takto řešeny menší továrny a především textilky na středních řekách (Jizeře, Orlici, Svitavě, Sázavě aj.). Úkolem všech ostatních částí vodního díla je dopravit k vodnímu motoru požadované množství čisté vody bez úbytku spádu.
Součástmi vodního díla jsou:
- Jezy, hatě
Slouží ke zvýšení hladiny a vytvoření akumulace vody - Česle
Vyčistí vodu od hrubých nečistot - Stavidla
Regulují vodní tok - Přepady
Odvádí přebytečnou (jalovou) vodu - Lapače
Zachytí kameny a písek - Náhony
Přivádí vodu k lopatkám - Potrubí
Když je potřeba vodní tok skrýt - Odpady
Použitá voda se vrací zpět - Sanační průtok
Přeci si všechnu vodu nenecháme pro sebe - Rybí přechod
I ryby rádi cestují - Zpevnění břehů
Tichá voda břehy mele, divoká pak trhá - Rybníky
Akumulují vodní masu na dobu sucha
Jezy, hatě, splavy(vzdouvací zařízení)
Jez (nazývaný v místním názvosloví i stav, splav, či hatě) slouží k vzedmutí a stabilizaci vodní hladiny v říčním korytě. Díky tomu je možné určitou část vody odebírat mimo hlavní řečiště. Jez přehrazuje vodní tok v určité vzdálenosti pod bodem počátku vodního práva ( viz. bod A ). Vzdálenost je zvolená tak, aby nadržená voda v tomto bodě nestoupla. U derivačního vodního díla má jez jen takovou výšku, jaká je nezbytná pro vedení vody náhonem, u jezového vodního díla musí mít výšku H rovnou spádu pro vodní motor. Aby výška hladiny s proměnným průtokem nekolísala, bývá tok před jezem rozšířen a koruna jezu dlouhá. Kde údolí rozšíření neumožňuje, staví se jez v toku zešikma nebo dokonce téměř podélně. Na malých vodních dílech jsou nejběžnější jezy pevné s neměnnou výškou. Pouze tam, kde by při velké vodě hrozilo vylití z břehů nebo kde by byla znemožněna plavba lodí staví se jezy pohyblivé - válcové, segmentové, hradlové. Menší změny výšky hladiny umožňují i vakové jezy (vyrábí např. Strojírny Brno a.s.) nebo nástavné desky na koruně. Tyrolské jezy kombinují funkci vzdouvacího zařízení a samočistících česlí.
Šikmý betonový jez s prohloubeným vývařištěm:
Výše zobrazený jez je typickým představitelem pevných jezů používaných na modernějších vodních dílech stojících na malých i velkých tocích. Pokud není stanoveno jinak, je u derivačního vodního díla výška jezu rovna výšce vody v náhonu . Náhon se odděluje od hlavního toku v dostatečné vzdálenosti před jezem. Tato vzdálenost je 2...15 metrů a může být i rovna polovině vzdálenosti mezi jezem a bodem počátku vodního práva (viz. bod A ). Ústí náhonu opatřené hrubými česlemi je 1,5-krát širší než vlastní náhon a plynule do něj přechází. Jez musí být masivní, aby jej povodeň nepřevrátila a nepodemlela. Protože nelze přírodě nařídit jak velkou silou smí na jez při katastrofách působit, navrhuje se jez tak, aby odolal alespoň poslední známé stoleté vodě (tedy největšímu průtoku, který byl zaznamenán zhruba od r.1900). Na jezové těleso působí tlak zadržované vody, tlak nashromážděných usazenin, ledových ker či uvízlých kmenů a podtlak působený rychlým prouděním kapaliny po jeho odtokové hraně. Všechny tyto síly se snaží betonový blok převrátit. Proti těmto silám lze čelit pouze velkou hmotností jezového tělesa a umístěním těžiště v první třetině jezu. Při stanovení hmotnosti jezu je potřeba brát v úvahu, že celý jez je podle archimedova zákona nadlehčován vodou prosakujícím podložím jezu (stojí-li na hlíně nebo písku, počítá se jako by byl ze všech stran obklopen vodou. V případě, že stojí přímo na skále, uvažuje se jen 1 / 5 z celkové vztlakové síly). Jez musí být zakopán hluboko do rostlé půdy a z návodní strany utěsněn vrstvou jílu. Vždy musí být zabráněno prosaku pod tělesem jezu, které narušuje podloží, stabilitu jezu a stává se tak prvopočátkem jeho zkázy.
Šířka jezu:
Šířka jezu se navrhuje podle průtoku, který má jez bezpečně zvládnout při nejvyšším vzdutí hladiny, při kterém ještě nedojde k vystoupení vody z břehů nebo porušení vodního práva.
Pro rychlou orientaci lze použít tabulku:
| průtok Q max. [ltr./sec.] |
max.přeliv h [metry] přes korunu | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0,1 | 0,2 | 0,3 | 0,4 | 0,5 | 0,6 | 0,8 | 1 | |
| 50 | 0,7 | 0,3 | ||||||
| 100 | 1,3 | 0,5 | ||||||
| 200 | 2,6 | 1 | 0,5 | |||||
| 500 | 2,4 | 1,3 | 0,9 | 0,6 | ||||
| 1000 | 4,8 | 2,7 | 1,7 | 1,3 | 1 | |||
| 2000 | 5,3 | 3,5 | 2,5 | 1,9 | 1,2 | |||
| 3000 | 8 | 5,2 | 3,8 | 2,9 | 1,9 | 1,3 | ||
| 5000 | 8,7 | 6,3 | 4,8 | 3,1 | 2,2 | |||
| 10000 | 17,4 | 12,5 | 9,5 | 6,2 | 4,5 | |||
| minimální šířka jezu B [metry] | ||||||||
V prvním sloupci vyhledejte příslušnou hodnotu Q max (u malých potůčků alespoň 75-ti násobku běžného průtoku). Na vodorovném řádku vyhledejte maximální možný přeliv vody h přes korunu, při kterém ještě nedojde k ohrožení okolí jezu. Buňka v průsečíku obou hodnot obsahuje doporučenou šířku koruny jezu v metrech. Hodnota h je rozdíl mezi vrcholem koruny jezu a klidnou hladinou v nadjezí (není to tedy hodnota měřená na koruně, jak je tomu např. při amatérském měření průtoku na jezu .), protože hladina směrem ke koruně klesá.
Vývařiště:
Hloubka vývařiště je závislá na celkové výšce H ze které voda padá a zejména na přelivu h. Aby se přebytečná energie zmařila bez nežádoucích destrukčních účinků, měla by hloubka prohlubně Hv odpovídat následující tabulce:
| výška H [metry] |
přeliv h [metry] přes korunu | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0,1 | 0,2 | 0,3 | 0,4 | 0,5 | 0,6 | 0,8 | 1 | |
| 0,4 | 0,2 | 0,35 | 0,45 | |||||
| 0,5 | 0,55 | |||||||
| 0,6 | 0,6 | 0,7 | ||||||
| 0,8 | 0,25 | 0,4 | 0,5 | 0,65 | 0,75 | 0,9 | ||
| 1 | 0,55 | 0,8 | 1 | |||||
| 1,2 | 0,7 | 1,3 | ||||||
| 1,4 | 0,45 | 0,6 | 0,85 | 1 | ||||
| 1,6 | 0,75 | 1,5 | ||||||
| 2 | 0,3 | 0,65 | 0,9 | 1,2 | ||||
| 2,5 | 0,5 | 0,8 | 0,95 | 1,6 | ||||
| minimální hloubka vývařiště Hv [metry] | ||||||||
V prvním sloupci vyhledejte příslušnou hodnotu Q max v litrech za sekundu. V prvním řádku vyhledejte přibližnou výšku jezu H v metrech. Buňka v průsečíku obou hodnot obsahuje doporučenou hloubku vývařiště Hv v metrech. Délka vývařiště je pak přibližně pětinásobkem této hloubky.
Jez je investičně náročnou záležitostí, budovanou na dlouhou řadu let přímo v nepříznivých podmínkách vodoteče, proto se jeho návrh, výpočet i stavba provádí s maximální možnou důkladností.
Kolmý betonový jez:
Tento jez je používaný na potůčcích, potocích a menších říčkách. Jeho výhodou je velké okysličení vody i při malé výšce (už nad 30 cm). Většinou nemá prohloubené vývařiště, energie vody se maří tříštěním vodního proudu o kamenné podloží. Velké kameny v úseku pod jezem velmi rychle uklidní proudění, ale mohou nebezpečně brzdit odtok při velké vodě. Tento typ jezu lze při větší výšce snadno doplnit v části koruny nástavnou deskou, ve druhé pak plechovou skříní s česlicemi a potrubím. Tak se získá z obyčejného jezu jez tyrolský popřípadě přímo doplněný mikroelektrárnou.
Dřevěný jez:
Tento jez byl v minulosti typický pro menší podřadná vodní díla, zejména u malých kolových vodních mlýnů na potocích a středně velkých říčkách. Vyžadoval časté opravy a údržbu vrstvy lomového kamene, který chránil vlastní těleso jezu. Vnitřní prostor jezu byl vyplněn velkými balvany s jílem, aby vznikl vodotěsný blok. Dubové piloty a dubové desky příčných stěn měly životnost až 100 let. Borové nebo modřínové obložení horní části snadno poničila velká voda, za příznivých podmínek vydrželo až 20 let. I když bylo snahou stavitelů vyhnout se v maximální míře použití kovových součástí, byla to právě koroze hřebů co ovlivňovalo životnost stavby.
Tyrolský jez:
Tento jez je kombinací vzdouvacího zařízení a samočistících česlí. Obrázek zobrazuje situaci při nízkém stavu vody. Jedna část toku je přehrazena obyčejným šikmým nebo kolmým betonovým jezem a uplatňuje se pouze při velké vodě. Druhá část je nižší, aby přes korunu o zvolené šířce protékal průtok požadovaný vodním motorem. Voda česlicemi propadá do žlabu se šikmým dnem, který ústí do lapače písku. Ten je přímo součástí jezu. Teprve z něj voda pokračuje do náhonu nebo potrubí. Nečistoty zachycené česlemi padají na hladinu vývařiště. Česlice jsou tenké. Nejčastěji se používají kovové nebo laminátové pruty uchycené na koruně, druhým koncem volně opřené o okraj žlabu. Je-li vody nadbytek přetéká zcela zahlcený žlab do vývařiště. Česlice se ocitnou pod hladinou a proudící voda je čistí. Všechen písek, který říčka unáší se ukládá na dno žlabu. Písek se vyplachuje malým stavidlem. Jez se používá jen u větších spádů, kde nevadí ztracený spád Hz. Staví se velmi nízký, výška H může být jen 30 cm . Hlavní spád pro vodní motor se získá dlouhým náhonem nebo potrubím. Celková šířka musí dovolit povodňový průtok, šířka česlového pole je dimenzována jen na hltnost vodního motoru. V případě suchého období je veškerá voda vedena do náhonu. Aby byl zabezpečen minimální průtok v řečišti i za suchého období, lze vyřezat do spodního okraje vyplachovacího stavidla otvor. Pro svou bezobslužnost je tyrolský jez ideální pro MVE, vodárenské účely, napájení chovných rybníků i pstružích líhní. Tyto jezy v naší republice konstruuje například firma Cink
Vakový jez:
Tento typ jezu je vlastně nastavený kolmý jez. Na koruně nízkého betonového stupně je kovovou lištou upevněn přes celou šířku toku vak ze silné gumy vyztužené textilní tkaninou tak, že tvoří kapkovitý profil, který svou spodní stranou leží na betonové ploše. Okraje vaku jsou šikmými lištami upevněny i k bočním stěnám. Tak je vak uzavřen. Vnitřní prostor vaku je vyplněn vodou a je ho možno potrubím podle potřeby spojit s vodou v nadjezí nebo ve vývařišti. Tím způsobem se vak podle potřeby naplní nebo vyprázdní. Jeho naplněním na určitý objem lze velmi přesně regulovat jak výšku hladiny v nadjezí, tak i přepadající množství vody přes jez. Tvar přirozeně vzniklého profilu, jaký vodou naplněný vak má, je přes korunu rovnoměrně přetékán, hladký povrch a oblý tvar nezachycuje nečistoty. Vakový jez přepadá rovnoměrně tenkým plochým paprskem a dobře okysličuje vodu. Za povodně lze snadno a rychle vak vypustit. Může k tomu dojít i samovolně - váhou rychle proudící vody tlačící na korunu. Splasklý vak klade velké vodě minimální odpor a tak se rozlití řeky nad jezem i zachycení nečistot na jezu ve srovnání s jezy pevnými minimalizuje.
Části vodní děl - nahoru
Česle
Česle, někdy zvané zbraně, slouží k zachycení lehčích nečistot plujících po hladině nebo unášené pod hladinou. Jedná se především o spadané listí, úlomky větví, plastové láhve a další odpad.Podle uspořádání, velikosti zachycovaných nečistot a provedení se dělí na hrubé a jemné :
Náčrt hrubých a jemných česlí:
Hrubé česle
Jsou typické pro derivační vodní dílo. Slouží k zachycení nebo odklonění velkých plujících předmětů (kmenů, trámů, ledových ker a pod.), které by mohly poškodit ochranné stavidlo náhonu nebo jeho vstup zcela ucpat. Jsou osazeny na rozšířeném vstupu do náhonu, který se odděluje z hlavního toku 2 až 15 metrů před jezem. Už toto uspořádání má za cíl, aby větší předměty stržené vodou byly hnány dále na jez. Vlastní hrubé česle jsou tvořeny svisle zabetonovanými traverzami, kolejnicemi nebo nejlépe silnostěnnými tubkami o průměru D nejméně 80 mm. Mezery mezi nimi jsou od 10 do 50 centimetrů a jejich rovina sleduje linii břehu. Mohou být na horním konci spojeny nebo upevněny k lávce, zhoršuje to však vyprošťování zaklíněných předmětů. Celková šířka linie hrubých česlí bývá většinou 1,5-násobkem šířky náhonu. Minimální použitý počet 4 kusy.
Jemné česle
Používají se téměř na všech vodních dílech a provedením se mohou dost podstatně lišit. Jejich úkolem je zachytit všechny nečistoty, které by mohly poškodit díly nebo ucpat průtokové průřezy vodního motoru. Pro malá vodní díla jsou typické česle sestavené ze železných pásů profilu 50 × 4 mm až 100 × 20 mm. Pásy jsou navlečené na dlouhých kulatých tyčích. Mezera mezi jednotlivými pásy s je 8 až 25 mm a musí být užší než nejmenší průtokový průřez vodního motoru (nejmenším průtokovým průřezem vodního motoru je buď mezera mezi lopatkami na odtokové straně oběžného kola nebo mezera vzniklá otevřením rozváděcího orgánu na minimální provozní průtok). Tato mezera je tvořena vložení distanční vložky. U malých strojů jsou česle velmi husté, těžké a drahé. Podřadné česle mohou být i z kulatiny. Kulatina klade vodě menší odpor, ale není dostatečně pevná. Ucpané česle by se mohly tlakem vody prohnout. U velkých elektráren bývají česlice ve tvaru kapkovitého profilu. Při zachování velké pevnosti kladou vodě minimální odpor. Celková šířka jemných česlí musí být tak velká, aby jejich plocha pod hladinou při nejmenším provozním stavu hladiny H bezpečně snesla požadovaný průtok a vznikající ztráta na spádu y nepřekročila několik málo centimetrů.
Ztráta spádu na česlích:
Tím, že česlice narušují průřez proudící kapaliny, ta je nucena mezi nimi zvýšit rychlost, dochází k odporu a následně ke ztrátám spádu „y“. Hladina před česlicemi tím pádem stojí výš než za nimi. Na velikost ztrát má vliv především tvar česlic, jejich hustota a rychlost proudění. Ztrátu spádu (rozdíl hladin), který před a za česlicemi vznikne lze matematicky vypočítat. Výpočet však předpokládá,že jsou česlice čisté. Pokud budou za provozu mezery ucpané listím, může se rozdíl hladin dramaticky zvýšit, případně průtok ustane docela.
Česle v praxi:
- Česlice se vyrábějí z běžných konstrukčních ocelí. Použití nerezového materiálu pouze prodlužuje životnost, síla profilu musí zůstat stejná.
- Česle musí bez poškození vydržet plný tlak vody z jedné strany (při úplném ucpání).
- Distanční vložky se vyrábějí z litiny nebo nekorodujícího materiálu s vyjímkou mosazi. Jejich náhrada kousky nařezanými z ocelové trubky se nedoporučuje (po zkorodování nabudou na objemu, natáhnou závitové tyče a česle nejdou vytáhnout). Pozor také na vznik elektrokorozních článků při vzájemném styku různých materiálů.
- Velké česle jsou sestaveny z několika menších polí tak, aby hmotnost jednoho dílu nepřesáhla 200 [kg]. Vyrobit česle místo sešroubování jako kompaktní svařenec je možno, ale znemožňuje snadnou výměnu poškozených dílů.
- Použití plotového pletiva jako nouzových česlí je nepraktické, protože se velmi obtížně čistí, navíc zanesou-li se, je utržené pletivo tlakem zadržené vody strženo do turbíny.
- Česle se běžně čistí ručně hraběmi. Na podzim i mnohokrát denně. Proto je vhodné, aby byly profily na horní straně rámu otevřené a manipulace s odpadem co nejsnažší.
- Existují mechanismy které nečistoty samy shrnují. Pokud to automatika umožňuje, je vhodné v době jejich činnosti snížit průtok vodním motorem, aby se nečistoty snadněji uvolnily a pamatovat na momentovou spojku, která by ochránila převody před zničením, kdyby se čistící stroj zasekl.
- Velmi šikmým skloněním česlic s možností přepadu vody přes ně do jalového přepadu se z normálních česlí stanou česle samočistící, které se po zastavení průtoku do vodního motoru samy propláchnou přetékající vodou.
- Prostor česlí musí být opatřen zábradlím, pokračování přivaděče mezi česlemi a vodním motorem bývá zcela zakryto.
- Pokud bude voda už od jezu vedena uzavřeným náhonem nebo potrubím je na větších spádech možno využít čištění vody samočistícími česlicemi na tyrolském jezu.
Stavidlo
Stavidlo patří k jednoduchým vodním uzávěrům používaným od nepaměti. Slouží k úplnému zastavení, regulaci nebo omezení průtoku. Podle konstrukce, provedení a umístění může zastoupit i funkci přepadu či jezu. Většinou se používá u otevřených přivaděčů (v betonových korytech, tak i v dřevěných vantrokách). Při provedení jako deskové hradítko ovládané dlouhou tyčí může být použito i na vstupech do potrubí umístěných hluboko pod hladinou.
Stavidlo se většinou skládá z dřevěné nebo plechové desky, kterou pohybuje zdvíhací mechanismus svisle v postranním vedení. Tento mechanismus může být umístěn nad vlastním stavidlem, na příčníku zvaném pouch nebo méně často za stavidlovou deskou, což vychází stavebně nižší. Zdvihání může být ruční nebo může být mechanismus doplněn převodovkou a elektromotorem.
Nejčastěji je stavidlo osazováno do betonového koryta tak, že je jeho vedení zcela zapuštěno ve stěně a jeho desku lze zdvihnout úplně nad hladinu, takže pak neklade proudící vodě žádný odpor.
Stavidlo musí odolat plnému tlaku vody, který na ně působí z jedné strany. Zdvihací mechanismus musí vyvinout dostatečnou sílu, aby překonal tření ve vedení, váhu stavidla a stavidlo zdvihl. Na vodním díle se používají stavidla většinou ve třech funkcích:
- Stavidlo ochranné je umístěno v odběrném objektu u jezu za hrubými česlemi na vstupu do náhonu nebo do potrubí. Slouží k regulaci průtoku vody nebo úplnému uzavření při povodních či opravách náhonu.
- Stavidlo kašnové je umístěno za jemnými česlemi a uzavírá vstup vody do vodního motoru.
- Stavidlo jalové je umístěno na konci náhonu, před jemnými česlemi a slouží k vyplachování nashromážděných nečistot, úplnému vyprázdnění náhonu a většinou má i funkci jalového přepadu.
Mimo to se používá jako vypouštěcí stavidlo vodní nádrže, stavidlo přepouštěcí, vyrovnávací stavidlo, proplachovací stavidlo tyrolského jezu či regulační stavidlo vodních kol.
Stavidla v praxi:
- Šířka i výška stavidla se podřizuje svým rozměrem profilu náhonu na kterém je instalováno a to tak, aby voda pod zdviženým stavidlem plynula klidně. Rychlost vody pod zcela zdviženým stavidlem v tom případě odpovídá konstrukční rychlosti náhonu a nemusí se řídit výše uvedenou tabulkou. Má-li být stavidlo na hliněném náhonu s lichoběžníkovým profilem, pak je k tomu účelu zřízen krátký úsek s betonovými stěnami, který z lichoběžníkového profilu přechází na obdélníkový (ve kterém se pohybuje stavidlo) a z obdélníkového zase zpět na lichoběžníkový. Náběh musí být plynulý pod úhlem cca 30°.
- Svlaky stavidla mohou být přišroubovány vratovými šrouby s maticemi nebo jsou zadlabány na rybinu. Ve druhém případě musí být deska o hloubku zádlabu silnější než udává tabulka. Jednotlivé desky jsou spojeny na drážku a pero, které může být i vložené (nejlépe dubové).
- Výška pouchu nad vodou musí být taková, aby bylo možno stavidlo zcela zdvihnout a popřípadě desku demontovat. Podstatná je i výška ovládacího prvku, aby jeho umístění a manipulace s ním odpovídala platným ergonometrickým zásadám (tzn. klika musí být ve vhodné výšce pro pracovníka, mít dostatečný poloměr a tvar držadla. Musí jít lehce otáčet).
- Malá stavidla v mělké vodě nemají zdvíhací mechanismus. Vytahují se přímo rukama nebo za pomocí sochoru. K aretaci ve zdviženém stavu slouží dřevěná deska s otvory do kterých se zasouvá zajišťovací kolík.
- Stavidla v hlubší vodě u kterých nehrozí příčení se většinou zdvihají trapézovým šroubem. Je to zdlouhavé, ale lze lehce a přesně nastavit požadovaný průtok.
- Stavidla obdélníkového formátu se zdvihají pomocí dvojice cévových tyčí nebo ozubených hřebenů, do kterých zapadají pastorky na společné hřídeli. Šnekový hnací mechanismus musí být umístěn uprostřed hřídele. Pokud je pohon na straně, musí být hřídel masivní. V opačném případě se v důsledku jeho kroucení stavidlo na jedné straně opožďuje a zasekává.
- Méně známé je stavidlo se zadním pohonem (viz obr.). Je vhodné jako jalové stavidlo, pokud přes ně voda nepřepadá nebo jako kašnové stavidlo ve stísněných prostorách, protože vyžaduje minimální stavební výšku. Stavidlová deska se dá snadno a rychle zcela vyjmout.
- Stavidla (veškerá) se většinou nedělají širší než 2 metry. Pokud je potřeba přehradit širší náhon, použije se několika samostatných stavidel.
- Pokud je stavidlo určeno pro hluboký kanál, rozděluje se na dvě poloviny. Zdvihací mechanismus táhne spodní část, která v polovině zdvihu zachytí výběžkem část horní a unáší ji vzhůru. Zdvihací síla se tak sníží, při částečném odpouštění se s horní částí nemanipuluje. Horní díl se dělá z tenších desek než spodní, protože je namáhán menším tlakem.
- V případě strojního zdvíhání (hydraulika, el.motor) je nutno pamatovat na možnost snadného a rychlého ručního zdvižení. V případě automatického ovládání by měla být v případě nouzového režimu hlavní a ochranná stavidla samočinně spuštěna, jalové popřípadě zdviženo. Je vhodné propojit stavidlovou desku a zdvíhací mechanismus snadno vyjímatelným čepem. V případě havárie na strojích či vodním díle je možné jeho vyražením okamžitě stavidlo uzavřít.
- Pro velké hloubky a tlaky se používají stavidla opatřená kolečky nebo posouvaná po valivém vedení (stavidla Stoneyova). Na malých vodních dílech se však pro složitost nepoužívají.
- Stavidlo ve funkci jalového přepadu musí mít horní hranu desky v úrovni požadované hladiny. Aby přes ně v případě odstávky vodního motoru mohl přepadat průtok odpovídající jeho hltnosti, musí mít potřebnou šířku . Vyjde-li šířka stavidla velká, použije se raději ještě jeden samostatný jalový přepad , umístěný vedle stavidla. Někdy lze horní prkno stavidla zdvíhat samostatně ručním táhlem. Umožňuje to odpustit z hladiny nečistoty s minimální ztrátou vody.
- Stavidlo s dřevěnou deskou má menší životnost než s plechovou, ale v zimě méně namrzá a snáze se uvolní.
- Ochranné stavidlo na jezu u vstupu do náhonu musí být robustní a raději silnější než vychází z tabulky. Musí spolehlivě odolat nejméně tzv. "dvacetileté vodě" a musí být tak vysoké, aby při plném přelivu na jezu nepřetékalo přes horní desku.
- Nové dřevěné stavidlo se musí napít vody a zatáhnout, do té doby prosakuje. Utěsnění stavidla lze zrychlit vhozením mokrých jemných dřevěných pilin nebo podobného materiálu na dno náhonu před jeho napuštěním. Voda při svém vzestupu strhne piliny do štěrbin mezi prkny a postupně s nimi všechna prosaková místa utěsní.
- Pokud nemá trvale zdvižené stavidlo rozeschnout, musí se svou spodní hranou dotýkat hladiny.
- Ústí-li výtok ze stavidla do volného prostoru (např. vypusť vodní nádrže, případně stavidlo které u jezu zajišťuje stálý průtok do původního řečiště nebo jalové stavidlo MVE), lze díky výpočtu pro průtok pod stavidlem opatřit zdvihací mechanismus stupnicí udávající přibližnou hodnotu průtoku podle zdvižení.
- Veřejně přístupné stavidlo musí být zajištěno proti nežádoucí manipulaci nepovolanými osobami tak, aby nemohlo svévolně dojít k ohrožení majetku či osob. Toto zajištění však musí jít nouzově odstranit bez poškození vlastního zdvíhacího mechanismu tehdy, když je potřeba se stavidlem manipulovat při při živelných událostech (např. přeřezáním či rozseknutím). Zejména v případě, kdy obsluha MVE dojíždí k vodnímu dílu desítky kilometrů a nemohla by se tam i přes výzvu včas dostavit.
- Při opravách na vodním motoru vždy vypusťte vodu z celého systému. Je velmi nebezpečné mnoho měsíců nepoužívaným kašnovým stavidlem uzavřít přítok, vypuštěním kašny ho vystavit nejvyššímu možnému namáhání a pak vlézt na dno k turbíně (která má většinou otevřený rozváděč). Není doufám potřeba barvitě líčit následky, kdyby některé prkno povolilo.
Přepad
Přepad slouží k odvedení přebytečného množství vody Q zpět do hlavního toku, tak, aby se zamezilo dalšímu vzestupu hladiny v náhonu či nádrži. Většinou není v činnosti trvale, ale uplatňuje se pouze tehdy, není-li voda spotřebovávána jiným způsobem, tedy při odstávce vodního motoru nebo jeho práci na nižší výkon. Brání tak vylití vody z břehů a jejich podemletí. Čím rychleji dokáže automatika uzavírat vodní motor, tím širší a dokonalejší musí jalový přepad být. Tomuto zařízení (zejména na rekonstruovaných vodních dílech) je potřeba věnovat náležitou pozornost a prověřit, zda stávající přepad (původně pracující za zcela odlišných podmínek) svou hltností dostačuje i pro nově osazený vodní motor. Nezbytný je samozřejmě také při povodních.
Celá energie přepadající vody (o spádu H ) se ve vývařišti pod přepadem mění na teplo. Je to značná energie s velkými erozními účinky. Vyjádřeno v kilowattech je při nadstandardních průtocích mnohonásobně větší, než výkon samotného vodního motoru. Proto nesmí být konstrukce jalového přepadu podceněná. Zejména tehdy, snížíte-li nějakým způsobem akumulační schopnost díla. Jeho správnou konstrukci a provedení oceníte zejména při extrémních stavech vody, většinou tehdy, kdy na jeho správné funkci závisí další osud celé stavby a v daném okamžiku se s tím už nedá nic dělat.
Šikmý otevřený přepad:
Výhodou tohoto typu přepadu je, že je plně průchodný i pro větve a větší unášené předměty. Může přes něj nouzově procházet větší množství vody, než na jaké je konstruován. Nevýhodou je jeho velká konstrukční délka při větších spádech a nebezpečí pádu osob do otevřeného vývařiště.
Ne všude je dostatek místa pro zřízení dostatečně široké přepadové hrany. Zejména tam, kde již starý přepad je, ale jeho parametry jsou nedostatečné a přitom ho nelze běžným způsobem rozšířit (např. u rybníků, kde se v rámci protipovodňových opatření zřizují přepady s mnohonásobně vyšší propustností). V takovém případě je možné zřídit přepad půlkruhový (tak jak jeho přístavbu k původnému objektu zachycuje fotografie), třičtvrtěkruhový nebo ve tvaru dlouhého ostrého klínu. Přepadová hrana, přes kterou přepadá poměrně plochý paprsek vody se tak značně prodlouží a celkový průtok přes ni se zvýší. I když původní odtokový kanál zůstane stejný, většinou má dostatečnou kapacitu a hloubku, aby se s nově příchozím množstvím vody vypořádal.
Šachtový přepad:
Tento typ přepadu je běžnější na větších spádech. Takto řešený přepad byl často nazýván mlynáři "komínek". Je stavebně laciný, půdorysně nezabírá mnoho prostoru. Bohužel ho mohou snadno ucpat ledové kry nebo silnější větve. Proto je jeho použití vhodné tam, kde je stálá obsluha nebo u staveb na podřadnějších tocích.
Požerák:jinak též kbel
Používá se většinou u nově budovaných akumulačních nádrží se sypanou hrází. Je to vlastně přepad se svislou šachtou, která stojí uprostřed vodní plochy před hrází. Hráz není jeho stavbou nijak narušena. Pokud je šachta umístěna v nejhlubším místě nádrže bývá doplněna druhým otvorem ústícím do jejího nitra u dna. U nízké šachty zasahuje až ke dnu postranní výřez. Při tomto řešení je možno odebíráním či přidáváním prkének výšku hladiny v nádrži libovolně měnit. Výhoda je, že na šachtu tohoto typu nepůsobí statické zatížení a pohyby sypané hráze. Pro obsluhu je však nepříznivé její umístění daleko od břehu a možnost ucpávání ledem a větvemi. Používá se proto u nádrží s regulovaným přítokem - např. chovných rybníků.
Fotografie ukazuje stavbu nového celobetonového požeráku metodou posuvného bednění. Zajímavostí je že tento požerák stojí na místě původní rybniční výpusti, kde v roce 2003 definitivně dosloužilo původní dubové výpustné potrubí (dlabané koryto kryté plochými kameny), zřízené ještě za dob stavitele rybníka - Jakuba Krčína z Jelčan.
Umístění přepadu:Obecně bývají přepady umístěny v boční stěně náhonu ještě před jemnými česlemi. Někdy jejich funkci zastupuje horní hrana jalového stavidla. Tam kde by vyšlo jalové stavidlo široké, zřizuje se přepad samostatný, nezávislý na jalovém stavidle. U dlouhých náhonů bývá někdy osazen jeden či více přepadů i podél jeho trasy. Přepad se umisťuje tam, kde by při ucpání koryta došlo k vystoupení vody z břehů nebo tam kde by bylo poškození břehu nejnebezpečnější (např. je-li voda vedena v náspu). U jezového vodního díla a všude tam, kde je náhon krátký (a kde se vzedmutí hladiny při odstávce vodního motoru dostatečně rychle přenese až k ústí náhonu) může funkci přepadu zastoupit jez.
Lapače kamenů a písku
Úkolem těchto lapačů je zabránit souvislému zanášení náhonu, turbínové kašny či odpadního kanálu těžšími plavenými nečistotami. V praxi se jedná o prohlubeň ve dně náhonu.Průřez lapačem:
Prohlubeň je zřízena přes celou šířku náhonu. Rozměr H je obyčejně v rozmezí od 30 do 40cm , rozměr D je od 40cm do 1 metru.
Lapač kamenů
...se používá u derivačního vodního díla. Bývá hned za ochranným stavidlem na vstupu do náhonu. Jeho úkolem je zachytit větší kameny a oblázky, které by mohly zanášet náhon, popřípadě i zcela zablokovat průtok. Tato situace nastává při větších průtocích v hlavním toku po prudkých lijácích, kdy velká voda sebou valí i těžší předměty. Tento lapač není možno zcela odvodnit, pouze vodu do náhonu zastavit a pak jej vhodným nástrojem či ručně vybrat. U jezového vodního díla nebo u díla s velmi krátkým náhonem se nepoužívá.
Lapač písku
...je stejné konstrukce, ale nachází se u strojovny vodního motoru těsně před jemnými česlicemi v místě, kde se náhon před strojovnou rozšiřuje (a rychlost proudění klesá) nebo v případě použití vodního kola na střední či spodní vodu bezprostředně před regulačním stavidlem, přepadem či kulisou. Jeho úkolem je zachytit jemný písek plavený po dně náhonu, který by zanášel turbínovoukašnu nebo vydíral regulační mechanismy vodního motoru. Může se úspěšně použít i před akumulační nádrží, kde při pečlivé údržbě také výrazně omezí zanášení a následné pracné čištění celé nádrže. Tento lapač se zanáší mnohem rychleji než lapač kamenů, proto bývá ve své boční stěně opatřen malým stavidlem nebo souvisí přímo s jalovým stavidlem, které dosahuje až k jeho dnu. Čistí se jednoduše otevřením tohoto stavidla. Nashromážděné nečistoty jsou proudem vody odplaveny do odpadního nebo jalového kanálu. Tento lapač se používá ve všech případech, s vyjímkou díla osazeného korečníkem na horní vodu, kterému písek nevadí.
Konstrukce lapačů:
Podmínkou pro správnou funkci lapačů je dodržení optimální rychlosti proudění vody v náhonu. Aby lapač fungoval, musí být rychlost vody nižší než 0,6 m/sec., na to je nutno pamatovat zejména u náhonů betonových, kde proudění na trase běžně dosahuje rychlostí vyšších. Naopak při nízké rychlosti v širokém náhonu se bude písek ukládat už v náhonu. Stejná podmínka platí i pro odpadní kanál, pokud do něj ústí jalové stavidlo. Proto je na lokalitách s větším nebezpečím pískového nánosu vhodné, vede-li výplach lapače samostatnou strouhou přímo do původního toku. U vodního díla s velmi dlouhým náhonem se doporučuje zřídit lapač písku před strojovnou natolik široký a hluboký , aby po zdvižení jalového stavidla přes něj odtékala všechna voda proudící k turbíně, aniž by pokračovala na vodní motor. Někdy to podpoří zvýšený práh u česlí. V případě kratší odstávky (např. na odblokování rozváděcích lopatek turbíny zaseknutých větvičkou) lze dosucha vypustit kašnu, aniž by bylo potřeba na jezu uzavřít ochranné stavidlo. Pro stanovení vhodného odtokového průřezu můžete (alespoň pro předběžnou úvahu vycházet z výpočtu pro měření průtoku v korytě.
Existují i jiné druhy lapačů než právě popsané (např. lapače vírové). Ty však vzhledem ke své složitosti mají význam při odběru vody pro technologické nebo vodárenské účely ve větších podnicích, nikoli u MVE.
Náhon (otevřená strouha)
Náhon, tedy přivaděč s otevřenou hladinou, je typický pro derivační vodní dílo. Vede vodu od vzdouvacího zařízení (jezu) zcela mimo přírodní tok. Má menší měrný spád než křivolaké řečiště a tak se postupně dostává nad základní úroveň a získává rozdíl hladin potřebný pro funkci vodního motoru. Náhon může být řešen jako nadzemní dřevěný vantrok nebo plechový žlab. Častěji bývá vytvořen v úbočí svahu ve formě zděného, kamenného nebo betonového koryta nebo jako prostá strouha kopaná v hlíně, jílu či písčitém podloží. Má-li být veden pod terénem, řeší se jako podzemní štola a kanál (který však nikdy není vodou zcela vyplněn - v opačném případě hovoříme o potrubí).Vantrok:
...je historické označení pro dřevěné koryto používané pro kratší náhony, v minulosti především k vodním kolům a někdy i turbínovým kašnám. (např. 136m dlouhý k Čeňkově pile na Šumavě).
Na jeho výrobu se používá především borové, omezeně také dubové řezivo. Desky jsou mezi sebou spojeny na pero. Těsnost v rozích je zabezpečena trojhrannou lištou. Koryto je po dvou metrech staženo svlaky a příčkami, které jsou staženy klíny nebo šrouby. Je potřeba zajistit stabilní podepření, aby se koryto neprohýbalo. Ke zjištění potřebné síly desek je možno využít tabulku pro výpočet stavidla (s tím rozdílem, že hodnota šířky stavidla B je zde nahrazena vzdáleností podpěr a roztečí mezi svlaky). Budou-li výztuhy hustěji, budou samozřejmě stačit tenší desky, ale ne méně než 30mm. Životnost dobře provedeného koryta je přibližně 20 let. Rozměry se volí tak, aby šířka B byla vůči výšce hladiny H dvojnásobná. Přivádí-li koryto vodu k vodnímu kolu, pak se řídí šířkou kola, ikdyž vychází širší. Jedná-li se o krátký náhon a jsou-li desky hoblované, je vhodné zvolit rychlost proudění až 1 m/sec .
Pro různé průtoky při různých rychlostech zjistíte potřebný průřez B × H z následující tabulky:
| průtok Q [ltr./sec.] |
rychlost proudění [m/sec.] | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 0,3 | 0,4 | 0,5 | 0,6 | 0,8 | 1 | |
| 20 | 0,18×0,36 | 0,15×0,32 | 0,14×0,28 | 0,13×0,26 | ||
| 50 | 0,29×0,58 | 0,25×0,5 | 0,22×0,44 | 0,2×0,4 | 0,18×0,36 | 0,16×0,32 |
| 75 | 0,35×0,7 | 0,31×0,62 | 0,27×0,54 | 0,25×0,5 | 0,22×0,44 | 0,196×0,38 |
| 100 | 0,41×0,82 | 0,35×0,7 | 0,32×0,64 | 0,29×0,58 | 0,25×0,5 | 0,22×0,44 |
| 125 | 0,46×0,92 | 0,4×0,8 | 0,35×0,7 | 0,32×0,64 | 0,28×0,56 | 0,25×0,5 |
| 150 | 0,5×1 | 0,43×0,86 | 0,39×0,78 | 0,35×0,7 | 0,31×0,62 | 0,27×0,54 |
| 175 | 0,54×1,08 | 0,47×0,94 | 0,42×0,84 | 0,38×0,76 | 0,33×0,66 | 0,3×0,6 |
| 200 | 0,58×1,16 | 0,5×1 | 0,45×0,9 | 0,41×0,82 | 0,35×0,7 | 0,32×0,64 |
| 250 | 0,56×1,12 | 0,5×1 | 0,46×0,92 | 0,4×0,8 | 0,35×0,7 | |
| 300 | 0,61×1,22 | 0,55×1,1 | 0,5×1 | 0,43×0,86 | 0,39×0,78 | |
| 350 | 0,59×1,18 | 0,54×1,08 | 0,47×0,94 | 0,42×0,84 | ||
| 400 | 0,63×1,26 | 0,58×1,16 | 0,5×1 | 0,45×0,9 | ||
| 500 | 0,65×1,3 | 0,56×1,12 | 0,5×1 | |||
| 600 | 0,61×1,22 | 0,55×1,1 | ||||
| 700 | 0,66×1,32 | 0,59×1,18 | ||||
| 800 | 0,63×1,26 | |||||
| 1000 | 0,71×1,42 | |||||
| rozměr H × B [metry] | ||||||
V prvním sloupečku vyhledejte požadovaný průtok Q [ltr./sec.] , který chcete náhonem dopravovat. V horním řádku zvolte rychlost proudění v [m/sec.] . Obě hodnoty se protnou na hodnotě, která udává průřez vody H × B [m] . Okraje koryta musí být samozřejmě vyšší nejméně o 10 až 40 centimetrů. K této hodnotě je potřeba dále připočítat kolísáním hladiny podle výšky na jezu nebo plnění či vyprazdňování rybníku. Nepříjemnou situací je vlna vzniklá rychlým uzavřením regulačního stavidla vodního kola. Není-li použit zastaralý sklopec, řešívá se tato problematika instalací malého pomocného přepadu, který dočasně odvede přebytek bezpečnou cestou, do té doby, než obsluha uzavře hlavní stavidlo na začátku celé soustavy.
Aby voda dosáhla požadovanou rychlost proudění, musí mít dno náhonu sklon. Potřebnou velikost tohoto sklonu na délce 1 metr nazýváme měrným spádem (jeho velikost se odvíjí od průřezu koryta, drsnosti stěn a s tím spojených ztrát, které musí voda překonávat). Jeho hodnotu u hladkého dřevěného (nebo i plechového) vantroku získáte z následující tabulky:
| profil vody v dřevěném vantroku H × B [metry] |
požadovaná rychlost proudění [m/sec.] | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 0,3 | 0,4 | 0,5 | 0,6 | 0,8 | 1 | |
| 0,15×0,3 | 0,236 | 0,419 | 0,655 | 0,942 | 1,676 | 2,618 |
| 0,2×0,4 | 0,168 | 0,299 | 0,468 | 0,673 | 1,197 | 1,87 |
| 0,3×0,6 | 0,106 | 0,188 | 0,294 | 0,423 | 0,752 | 1,175 |
| 0,4×0,8 | 0,076 | 0,136 | 0,212 | 0,306 | 0,544 | 0,85 |
| 0,5×1 | 0,06 | 0,106 | 0,166 | 0,239 | 0,424 | 0,663 |
| 0,6×1,2 | 0,049 | 0,087 | 0,136 | 0,195 | 0,347 | 0,542 |
| měrný spád vantroku [mm/m] | ||||||
V prvním sloupečku vyhledejte průřez vody H × B v metrech. V horním řádku najděte rychlost proudění v m/sec. Obě hodnoty se protnou na hodnotě, která udává měrný spád dna vantroku v milimetrech na každý metr délky vantroku, aby voda získala potřebnou rychlost. Z této hodnoty a celkové délky lze také vypočítat ztrátu spádu o který bude vodní motor ochuzen, protože hladina proudící vody bude také klesat.
Betonový, cihelný nebo kamenný náhon:
... ve tvaru obdélníkového koryta se používá pro vedení vody na kratší vzdálenosti. Vyskytuje se většinou v prvním úseku po odběru vody na jezu nebo naopak před turbínovou kašnou. Delší úseky se používají při vedení vody v náspu nebo na úbočí strmého svahu. Často je používán tehdy, teče-li voda mezi domy ve městě.
Náhon se vyzdívá z kvádrů lomového kamene, tvrdopálených cihel nebo se odlévá z betonu do předem připraveného bednění. Optimální je (stejně jako u vantroku), aby jeho šířka B byla dvojnásobkem výšky hladiny H. I v tomto případě se podle místních poměrů zachovává určitá rezerva mezi hladinou a okrajem náhonu. Stěny ani dno betonového náhonu by nemělo být tenší než 15cm . Stěny mohou být kolmé nebo (pro snadné vyjmutí bednění) se rozevírají pod úhlem 5° . Beton se používá co nejkvalitnější. Je ze směsi křemenného štěrku, několika druhů prosívek různé zrnitosti a pevnostního cementu. Nevhodně zvolené armování umístěné těsně pod povrchem může svou korozí betonové stěny po několika letech roztrhat. Nepřítelem náhonu není voda, ale mráz. Nejvíce trpí stěny u hladiny. Na frekventovaných místech musí být náhon opatřen zábradlím nebo zakrytý fošnami, betonovými deskami nebo cihelnou klenbou. Někdy se krytí používá i proto, aby do náhonu nepadalo listí. Profil náhonu se řídí podle požadovaného průtoku stejně jako v případě dřevěného vantroku ( viz. tabulka ). Měrný spád dna však musí být větší, podle toho jak drsný je materiál, ze kterého jsou stěny postaveny. Příslušnou hodnotu měrného spádu zjistíte na základě profilu a požadované rychlosti z následujících tabulek. U krátkých náhonů se volívá rychlost 0,8 až 1 m/sec. Je-li však přivaděč značně dlouhý (např. vedený v cihelném klenutém kanále pod zemí) volí se s ohledem na nižší ztrátu spádu rychlost jen okolo 0,4 až 0,6 m/sec .
Tabulka pro zjištění měrného spádu u betonového nebo cihelného náhonu:
| profil vody v cihelném nebo betonovém náhonu H × B [metry] |
požadovaná rychlost proudění [m/sec.] | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 0,3 | 0,4 | 0,5 | 0,6 | 0,8 | 1 | |
| 0,15×0,3 | 0,398 | 0,707 | 1,105 | 1,592 | 2,83 | 4,421 |
| 0,2×0,4 | 0,27 | 0,479 | 0,749 | 1,079 | 1,918 | 2,996 |
| 0,3×0,6 | 0,158 | 0,281 | 0,44 | 0,633 | 1,126 | 1,759 |
| 0,4×0,8 | 0,11 | 0,195 | 0,304 | 0,438 | 0,779 | 1,218 |
| 0,5×1 | 0,083 | 0,147 | 0,23 | 0,331 | 0,589 | 0,921 |
| 0,6×1,2 | 0,066 | 0,118 | 0,184 | 0,265 | 0,471 | 0,735 |
| 0,8×1,6 | 0,047 | 0,083 | 0,13 | 0,187 | 0,332 | 0,519 |
| 1×2 | 0,036 | 0,064 | 0,099 | 0,143 | 0,254 | 0,397 |
| měrný spád náhonu [mm/m] | ||||||
Tabulka pro zjištění měrného spádu u náhonu vyzděného z kamenů:
| profil vody v náhonu vyzděném lomovým kamenem H × B [metry] |
požadovaná rychlost proudění [m/sec.] | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 0,3 | 0,4 | 0,5 | 0,6 | 0,8 | 1 | |
| 0,15×0,3 | 1.138 | 2,024 | 3,162 | 4,554 | 8,096 | 12,549 |
| 0,2×0,4 | 0,716 | 1,274 | 1,99 | 2,886 | 5,095 | 7,96 |
| 0,3×0,6 | 0,379 | 0,674 | 1,054 | 1,518 | 2,698 | 4,216 |
| 0,4×0,8 | 0,245 | 0,435 | 0,68 | 0,979 | 1,74 | 2,718 |
| 0,5×1 | 0,175 | 0,312 | 0,487 | 0,701 | 1,247 | 1,948 |
| 0,6×1,2 | 0,134 | 0,239 | 0,373 | 0,537 | 0,954 | 1,491 |
| 0,8×1,6 | 0,089 | 0,158 | 0,246 | 0,355 | 0,631 | 0,985 |
| 1×2 | 0,065 | 0,115 | 0,18 | 0,259 | 0,461 | 0,72 |
| měrný spád náhonu [mm/m] | ||||||
V horním sloupečku vyhledejte průřez vody H × B v metrech. V horním řádku najděte rychlost proudění v m/sec. Oba údaje se protnou na hodnotě, která udává měrný spád dna náhonu v milimetrech na každý metr jeho délky, aby voda získala potřebnou rychlost. Z tohoto údaje lze vypočítat také ztrátu spádu. Z touto ztrátou je potřeba počítat při návrhu vodního motoru. Dále je potřeba zjistit, co se stane, když bude voda na konci náhonu uzavřena. Může-li její hladina nastoupat do stejné výše jakou má na vstupu nebo zda někde plánovaně či destruktivně přeteče.
Strouha:
Nekrytá strouha vykopaná v hlíně se používá všude tam, kde je pro vedení vody odpovídající výška terénu, případně tam kde je zřízen násep. Tvar profilu nově budovaného náhonu bývá lichoběžníkový. Poměr výšky hladiny v korytě a jeho střední šířky se má blížit opět optimálnímu poměru, kdy je střední šířka B dvojnásobkem výšky hladiny H.
Sklon břehů alfa je dán soudržností horniny a u bahnité hlíny nebo jílu bývá 45 ° , v písku pouze 25 °. Aby se břehy a dno nevymílalo, musí být rychlost vody malá. V písčité hornině nanejvýš 0,6 [m/sec.] , v jílovité maximálně 0,25 [m/sec.] a v bahnité hlíně jen 0,1 [m/sec.] Nižší rychlost se nepoužívá, protože působí rychlé zanášení. Náhon celkově vychází široký, ale k proudění vody (při rychlostech 0,1 až 0,3 m/sec.) stačí zcela nepatrný měrný spád. I když je náhon dlouhý stovky metrů, ztrácí se vedením vody málo z celkového hrubého spádu.
Pro bahnité horniny lze z následující tabulky podle požadovaného průtoku vyčíst základní rozměry strouhy i potřebný měrný spád pro dosažení správné rychlosti proudění:
| podloží = bahnité ; alfa = 45 °; rychlost = 0,1 m/sec | ||||
|---|---|---|---|---|
| průtok Q [ltr./sec.] |
profil [m] | měrný spád [mm/m] |
||
| H | B1 | B2 | ||
| 20 | 0,32 | 0,96 | 0,32 | 0,138 |
| 50 | 0,5 | 1,5 | 0,5 | 0,064 |
| 75 | 0,61 | 1,83 | 0,61 | 0,045 |
| 100 | 0,71 | 2,13 | 0,71 | 0,035 |
| 125 | 0,79 | 2,37 | 0,79 | 0,029 |
| 150 | 0,87 | 2,61 | 0,67 | 0,025 |
| 175 | 0,94 | 2,82 | 0,94 | 0,022 |
| 200 | 1 | 3 | 1 | 0,02 |
| 250 | 1,12 | 3,36 | 1,12 | 0,016 |
| 300 | 1,22 | 3,66 | 1,22 | 0,014 |
| 350 | 1,32 | 3,96 | 1,32 | 0,013 |
| 400 | 1,41 | 4,23 | 1,41 | 0,011 |
| 500 | 1,58 | 4,74 | 1,58 | 0,009 |
| 600 | 1,73 | 5,19 | 1,73 | 0,08 |
| 700 | 1,87 | 5,61 | 1,87 | 0,007 |
| 800 | 2 | 6 | 2 | 0,007 |
| 1000 | 2,24 | 6,72 | 2,24 | 0,005 |
Jílovité podloží se méně odplavuje, v takovém případě se může při zachování tvaru profilu zvýšit rychlost proudění na 0,25 m/sec. Potřebné rozměry profilu náhonu podle požadovaného průtoku jsou v tabulce:
| podloží = jílovité ; alfa = 45 °; rychlost = 0,25 m/sec | ||||
|---|---|---|---|---|
| průtok Q [ltr./sec.] |
profil [m] | měrný spád [mm/m] |
||
| H | B1 | B2 | ||
| 20 | 0,2 | 0,6 | 0,2 | 1,993 |
| 50 | 0,32 | 0,96 | 0,32 | 0,863 |
| 75 | 0,39 | 1,17 | 0,39 | 0,61 |
| 100 | 0,45 | 1,35 | 0,45 | 0,476 |
| 125 | 0,5 | 1,5 | 0,5 | 0,397 |
| 150 | 0,55 | 1,65 | 0,55 | 0,337 |
| 175 | 0,59 | 1,77 | 0,59 | 0,299 |
| 200 | 0,63 | 1,89 | 0,63 | 0,268 |
| 250 | 0,71 | 2,13 | 0,71 | 0,219 |
| 300 | 0,77 | 2,31 | 0,77 | 0,191 |
| 350 | 0,84 | 2,52 | 0,84 | 0,165 |
| 400 | 0,89 | 2,67 | 0,89 | 0,15 |
| 500 | 1 | 3 | 1 | 0,124 |
| 600 | 1,1 | 3,3 | 1,1 | 0,106 |
| 700 | 1,18 | 3,54 | 1,18 | 0,094 |
| 800 | 1,26 | 3,78 | 1,26 | 0,085 |
| 1000 | 1,41 | 4,23 | 1,41 | 0,071 |
V písčité půdě se volí rychlost proudění ještě vyšší. Hmota břehu je však méně soudržná a stěny náhonu musí mít mírnější sklon . Břeh je skloněný pod úhlem 25 °, rychlost vody bývá 0,3 m/sec. Lichoběžníkový profil s pozvolně skloněnými břehy neodpovídá nejoptimálnějšímu poměru mezi výškou hladiny " H " a střední šířkou " B ", což se projevuje potřebou většího měrného spádu a vzniká tak při stejné vzdálenosti větší ztráta než v předchozím případě. Rozměry profilu v závislosti na požadovaném průtoku a měrný spád lze zjistit z následující tabulky:
| podloží = písčité ; alfa = 25 °; rychlost = 0,3 m/sec | ||||
|---|---|---|---|---|
| průtok Q [ltr./sec.] |
profil [m] | měrnýspád [mm/m] |
||
| H | B1 | B2 | ||
| 20 | 0,15 | 0,77 | 0,13 | 4,59 |
| 50 | 0,24 | 1,23 | 0,21 | 1,97 |
| 75 | 0,29 | 1,49 | 0,25 | 1,41 |
| 100 | 0,33 | 1,7 | 0,28 | 1,12 |
| 125 | 0,37 | 1,9 | 0,32 | 0,918 |
| 150 | 0,41 | 2,11 | 0,35 | 0,768 |
| 175 | 0,44 | 2,26 | 0,38 | 0,68 |
| 200 | 0,47 | 2,42 | 0,4 | 0,607 |
| 250 | 0,53 | 2,73 | 0,45 | 0,494 |
| 300 | 0,58 | 2,98 | 0,5 | 0,423 |
| 350 | 0,62 | 3,19 | 0,53 | 0,378 |
| 400 | 0,67 | 3,45 | 0,57 | 0,332 |
| 500 | 0,75 | 3,86 | 0,64 | 0,274 |
| 600 | 0,82 | 4,22 | 0,7 | 0,237 |
| 700 | 0,88 | 4,53 | 0,75 | 0,21 |
| 800 | 0,94 | 4,84 | 0,8 | 0,189 |
| 1000 | 1,05 | 5,4 | 0,9 | 0,157 |
U větších průtoků vychází tento typ náhonu moc široký, což může působit projekční potíže. Je-li podloží písčité nebo písčito-jílovité a nevadí-li větší měrný spád přinášející ztráty, lze zvýšit rychlost proudění na 0,6 m/sec. Profil náhonu se tím zmenší a řídí se následující tabulkou:
| podloží = písčité ; alfa = 25 °; rychlost = 0,6 m/sec | ||||
|---|---|---|---|---|
| průtok Q [ltr./sec.] |
profil [m] | měrnýspád [mm/m] |
||
| H | B1 | B2 | ||
| 20 | 0,11 | 0,56 | 0,09 | 32,4 |
| 50 | 0,17 | 0,87 | 0,15 | 14,6 |
| 75 | 0,2 | 1,03 | 0,17 | 10,9 |
| 100 | 0,24 | 1,23 | 0,21 | 7,88 |
| 125 | 0,26 | 1,34 | 0,22 | 6,84 |
| 150 | 0,29 | 1,49 | 0,25 | 5,63 |
| 175 | 0,31 | 1,59 | 0,27 | 5,01 |
| 200 | 0,33 | 1,7 | 0,28 | 4,49 |
| 250 | 0,37 | 1,9 | 0,32 | 3,67 |
| 300 | 0,41 | 2,11 | 0,35 | 3,07 |
| 350 | 0,44 | 2,26 | 0,38 | 2,72 |
| 400 | 0,47 | 2,42 | 0,4 | 2,43 |
| 500 | 0,53 | 2,73 | 0,45 | 1,98 |
| 600 | 0,58 | 2,98 | 0,5 | 1,69 |
| 700 | 0,62 | 3,19 | 0,53 | 1,51 |
| 800 | 0,67 | 3,45 | 0,57 | 1,33 |
| 1000 | 0,75 | 3,86 | 0,64 | 1,09 |
Upozornění:
V případě, kdy by docházelo k nežádoucímu prosaku do podloží se často kope náhon hlubší, širší a před dokončením finálního profilu se vyplňuje nepropustnou jílovou vrstvou. V takovém případě volba profilu a rychlosti musí odpovídat vlastnostem té horniny, která je v přímém styku s vodou.
Závěrem lze shrnout, že při vedení vody na vzdálenosti stovek metrů až kilometrů se používá široká strouha kopané v hlíně s malou rychlostí proudění. Vyžaduje však častou údržbu. Stavebně je nejlevnější, ale náročná na pozemky a v husté zástavbě mohou být problémy s prosakem. Betonový náhon je při stejném průtoku menší, těsný, ale drahý. Proto se používá tam, kde jeho délka nepřekročí desítky metrů. Staví se v bezprostřední blízkosti vodního díla nebo ve strmém svahu, kde nelze zřídit hliněnou strouhu. Vantroky a plechová koryta se používají pouze pro přivedení vody k vodnímu motoru (kolu) nebo na překonání terénních nerovností (v minulosti často jako akvadukty nad cestami, dvory a dokonce i přes jiné toky). Nevhodně navržený náhon se vymílá nebo zanáší. Rychlost pod 0,1 m/sec. způsobuje intenzivní zanášení. Tento jev se často vyskytuje u přivaděčů Kaplanových turbín, které mají velký náhon, ale v létě často a dlouho pracují při minimálním průtoku, kdy se voda téměř nepohybuje. Otevřený náhon, má také ztráty vždy menší než potrubí.
Potrubí (tlakový přivaděč)
Potrubí můžeme rozdělit podle materiálu na:
- Betonové a kameninové potrubí
- ...používá se převážně pro vodorovné trasy s minimálním vnitřním přetlakem. Není pružné a silnými otřesy může ve spojích ztrácet těsnost. Sortiment kolen a dalších tvarovek je omezený nabídkou výrobců. Spojuje se betonem nebo speciálními stavebními tmely.
- Plastové potrubí
- ...se uplatní převážně na vodorovných úsecích, zvládne však i tlakový sloupec několika metrů, pokud není vystaveno mrazu a tlakovým rázům. Je hladké, nekoroduje a vyniká dlouhou životností. Sortiment kolen a dalších tvarovek je omezený nabídkou výrobců, za tepla je však možné díly částečně tvarovat. PVC je možné lepit a svařovat pomocí horkého vzduchu. PE a PP pouze svařovat. Rozebíratelně se spojuje pomocí těsnících kroužků nebo napevno lepením.
- Ocelové potrubí
- ...je nejrozšířeným tlakovým potrubím u vodních motorů. Používá se pro střední a velké spády. Je z uvedených materiálů nejodolnější vůči tlakovým rázům, ale poměrně rychle koroduje, zejména na rozhraní voda-vzduch. Materiál je svařitelný a tak lze vytvorit téměř libovolné přechodky, kolena a další tvary. Spojovat se dá jak svařováním tak i přírubovými spoji.
- Litinové potrubí
- ...v minulosti hojně rozšířené pro pomalý postup koroze se v současnosti používá minimálně. Materiál je tlakově odolný pro střední a vyšší spády, je však značně citlivý na tlakové rázy. Typizované díly se pro nižší tlaky spojovaly hrdlovými spoji, pro tlaky vyšší spoji přírubovými.
- Dřevěné potrubí
-
...aby byl výčet úplný, nutno připomenout i tento způsob vedení vody. Používal se většinou na dočasných dílech. Převážně v Americe (důlní společnosti, rýžoviště zlata aj., případně vodovody). Pro velké tlaky bylo potrubí staženo téměř souvislou soustavou plechových prstenců. Pro tlaky nižší vyhověly běžné kované obruče nasazené v pravidelných vzdálenostech. Používalo se dobře vyschlé dubové dřevo. Jednotlivé hranoly se sestavily těsně tak, aby po navlhnutí vyplnily obvod obruče. Tím se stlačily a dokonale těsnily. Mohlo být pouze položenépo povrchu, ale většinou bylo zakopané v zemi. Tím mělo dřevo stabilní mikroklima a váha zeminy způsobovala částečný protitlak. Obručím však vlhko nevyhovovalo a rychle korodovaly.
Kde potrubí použít:
Potrubí používáme jen tehdy, když je to nevyhnutelné a nelze použít jiných prostředků. Potrubí použijeme přímé nebo s pozvolnými oblouky a na co nejkratší trase. V této souvislosti je nutné si uvědomit, že potrubí má při stejné délce mnohem větší ztráty než otevřený náhon a je podstatně dražší. Také oprava v případě poruchy (ucpání, prasknutí, netěsnosti), zvláště je-li položeno pod zemí nebo dokonce pod budovami, je mnohem komplikovanější a technologicky náročnější.
Průměr potrubí:
Průměr potrubí se odvíjí od požadovaného průtoku a rychlosti jakou voda proudí. Doporučená rychlost pro přivádění vody k vodnímu motoru je v rozmezí 1 až 3 [m/sec.] . Pro odvod vody od motoru odpadem pouze 0,4 až 1 [m/sec.]. Rychlost je nutné zvolit velmi uvážlivě. Zvětšením rychlosti získáme sice menší a tudíž i lacinnější potrubí, to však bude svým odporem zapřičiňovat trvalou ztrátu (pokles spádu), což se projeví menším výkonem vodního motoru po celou dobu životnosti díla. Odpor se bude měnit podle otevření vodního motoru. Při malém výkonu bude nepatrný, avšak a s otevíráním jeho rozváděcího ústrojí bude prudce narůstat. To se projeví „měkkostí“ vodního stroje a nechutí „táhnout“ při plném otevření.
Vyšší rychlost volíme:
- Když se jedná o malé, podřadnější dílo.
- Pokud víme, že plný průtok potrubím bude tvořit nanejvýš třetinu celkové provozní doby.
- Má-li dílo ručně nebo automaticky regulovatelnou turbínu.
- Plaví-li voda písek nebo bahno, které by mohlo potrubí zanášet.
- Když se jedná o krátké a přímé potrubí.
Nižší rychlost volíme:
- Když se jedná o velké a výkonné dílo.
- Pokud plný průtok protéká potrubím po většinu provozní doby.
- Je-li dílo osazeno neregulovatelnou turbínou pracující periodicky nebo trvale s plným otevřením.
- Když se jedná o dlouhé a členité potrubí.
Přívodní potrubí:
K rychlé předběžné orientaci poslouží tabulka. Podle zvolené rychlosti proudění [m/sec.] vyberte příslušný sloupec. V něm vyberte hodnotu průtoku [ltr./sec.] stejnou nebo o trošku vyšší, než je hltnost vodního motoru a v levém krajním sloupci přečtěte doporučený rozměr trubky. Rozměry a rychlosti platí pro zcela zahlcené potrubí bez zbytků vzduchu.
| typizovaná ocelová trubka průměr [mm] × síla stěny [mm] |
zvolená střední rychlost proudění [m/sec.] | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 1,5 | 2 | 2,5 | 3 | |
| 51×3,2 | 1,56 | 2,34 | 3,12 | 3,91 | 4,69 |
| 57×3,2 | 2,01 | 3,02 | 4,02 | 5,03 | 6,03 |
| 60,3×4 | 2,15 | 3,22 | 4,3 | 5,37 | 6,44 |
| 70×4 | 3,02 | 4,53 | 6,04 | 7,55 | 9,06 |
| 76,1×5 | 3,43 | 5,15 | 6,86 | 8,58 | 10,3 |
| 80×5 | 3,85 | 5,77 | 7,7 | 9,62 | 11,6 |
| 89×6,3 | 4,58 | 6,88 | 9,17 | 11,5 | 13,8 |
| 102×6,3 | 6,28 | 9,42 | 12,6 | 15,7 | 18,8 |
| 108×6,3 | 7,15 | 10,7 | 14,3 | 17,9 | 21,4 |
| 114×6,3 | 8,08 | 12,1 | 16,2 | 20,2 | 24,2 |
| 127×6,3 | 10,3 | 15,4 | 20,6 | 25,7 | 30,8 |
| 133×6,3 | 11,4 | 17,1 | 22,8 | 28,5 | 34,2 |
| 140×8 | 12,1 | 18,1 | 24,2 | 30,2 | 36,2 |
| 152×8 | 14,5 | 21,9 | 29,1 | 36,3 | 43,6 |
| 159×8 | 16,1 | 24,1 | 32,1 | 40,2 | 48,2 |
| 168×8 | 18,2 | 27,2 | 36,3 | 45,4 | 54,4 |
| 194×8 | 24,9 | 37,33 | 49,8 | 62,2 | 74,7 |
| 219×8 | 32,4 | 48,55 | 64,7 | 80,9 | 97,1 |
| 245×8 | 41,2 | 61,78 | 82,4 | 103 | 124 |
| 273×8 | 52,7 | 79,1 | 105 | 132 | 158 |
| 324×8 | 74,5 | 112 | 149 | 186 | 224 |
| 406,4×7,1 | 121 | 181 | 242 | 302 | 362 |
| 426×7,1 | 133 | 200 | 266 | 333 | 400 |
| 508×8 | 190 | 285 | 380 | 475 | 570 |
| 610×7 | 279 | 418 | 558 | 697 | 837 |
| 630×6,3 | 299 | 449 | 599 | 748 | 898 |
| 720×8 | 389 | 584 | 779 | 973 | 1168 |
| 820×8 | 508 | 762 | 1015 | 1269 | 1523 |
| 920×8 | 642 | 963 | 1284 | 1605 | 1926 |
| 1020×8 | 792 | 1188 | 1583 | 1979 | 2375 |
| průtok potrubím [ltr./sec.] | |||||
Odpadní a jalové potrubí:
Odpadní nebo jalové potrubí nebývá většinou zcela vyplněné vodou. Aby za provozu nestoupaly odpory na výtoku z vodního motoru, volívá se toto potrubí raději většího průřezu s menší střední rychlostí proudění. Naštěstí tím, že potrubí není zcela vyplněno, proudí voda s menším třením. Bylo zjištěno, že nejmenší ztráty jsou v potrubí vyplněném pouze do 93%, protože u hladiny může voda plynout velmi rychle, aniž by ji cokoli bránilo. Jakmile se však průřez zaplní celý, začne se proudící kapalina brzdit o klenbu, rychlost výrazně klesne a odpory vzrostou. Dojde k zahlcení potrubí (to dobře známe např. u propustků pod silnicí). V praxi je to velmi důležité. Je-li odpadem vedena pouze voda od turbíny, můžeme o nezahlceném potrubí uvažovat a jeho průměr zvolit menší. Ústí-li však do něj jalový přepad, jehož voda by mohla zahlcení potrubí způsobit, musíme při návrhu potrubí počítat vždy tak, jako by bylo zcela zaplněno vodou. V opačném případě nebude možné provozovat vodní motor s plnou hltností. Vždy proto volíme odpadní potrubí s velkou rezervou.
| světlost odpadního potrubí (vnitřní průměr) [mm] |
zvolená střední rychlost proudění [m/sec.] | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| 0,3 | 0,4 | 0,6 | 0,8 | 1 | |
| 150 | 5,3 | 7,07 | 10,6 | 14,1 | 17,7 |
| 200 | 9,42 | 12,6 | 18,8 | 25,1 | 31,4 |
| 250 | 14,7 | 19,6 | 29,5 | 39,3 | 49,1 |
| 300 | 21,2 | 28,3 | 42,4 | 56,55 | 70,7 |
| 350 | 28,9 | 38,5 | 57,7 | 76,97 | 96,21 |
| 400 | 37,7 | 50,3 | 75,4 | 101 | 126 |
| 450 | 47,7 | 63,6 | 95,4 | 127 | 159 |
| 500 | 58,9 | 78,5 | 118 | 157 | 196 |
| 600 | 84,8 | 113 | 170 | 226 | 283 |
| 700 | 115 | 154 | 231 | 308 | 385 |
| 800 | 151 | 201 | 302 | 402 | 503 |
| 900 | 191 | 254 | 382 | 509 | 636 |
| 1000 | 236 | 314 | 471 | 628 | 785 |
| 1200 | 339 | 452 | 679 | 905 | 1131 |
| 1500 | 530 | 707 | 1060 | 1414 | 1767 |
| 1800 | 763 | 1018 | 1527 | 2036 | 2545 |
| 2000 | 942 | 1257 | 1885 | 2513 | 3142 |
| průtok potrubím [ltr./sec.] | |||||
Pozor!
Aby voda získala z klidu potřebnou rychlost proudění v potrubí, bude k tomu potřebovat získat spád. V důsledku toho se ve vývařišti zdvihne hladina. Protože se však jedná o malé rychlosti do 1 [m/sec.], tvoří tento rozdíl maximálně 5cm.
Odpory v potrubí:
Potrubí způsobuje proudící vodě odpor. Ten, jak už bylo zmíněno, je mnohem větší než u přivaděčů s volnou hladinou. Jednak proto, že je povrch na kterém se kapalina dotýká stěn větší a také proto, že je zvolena větší rychlost proudění. Odpor závisí na délce potrubí, rychlosti proudění, druhu proudění (laminární nebo turbulentní), počtu kolen, přechodek, odboček, uzavíracích prvků a také na drsnosti stěn (uvažovat s korozí). Tyto ztráty se projevují jako rozdíl hladin před a za potrubím (bez ohledu na to, bude-li potrubí uloženo svisle, šikmo či vodorovně). V praxi se odpor projeví tak, že bude vodní motor pracovat s menším spádem, než je vnější rozdíl hladin před a za vodním dílem. Nejlépe je to vidět u vodního díla s kašnou. Za klidu stojí v kašně hladina ve stejné výšce jako u česlí, ale se zvyšující se spotřebou vody potrubí „nestíhá.“ Hladina v kašně poklesne a ustálí se na nižší úrovni. Vodní motor najednou pracuje s menším spádem. Vede-li potrubí přímo do turbíny, není sice zdánlivě nic vidět, odpor potrubí se však i v tomto případě projevuje naprosto stejně (můžete se o tom přesvědčit na citlivém manometru instalovaném na hrdle turbíny nebo stavoznakem). Při návrhu vodního motoru se musí s tímto poklesem spádu počítat, jinak nebude podávat dobrý výkon. Je-li potrubí dlouhé jen několik metrů, můžeme ztráty zanedbat. U dlouhého potrubí (např. přívod po stráni k Peltonově turbíně) musíte ztráty v potrubí velmi podrobně propočítat a pamatovat na ně při návrhu vodního motoru.
Z hlediska ztrát je velmi podstatné, jakým způsobem je vyřešen vstup vody do potrubí. Fotografie je ukázkou odstrašujícího případu (bohužel častého), jakým začíná potrubí k malé spirální turbíně. Ostré hrany způsobují silnou kontrakci vstupující vody a vznikajícími odpory připravují turbínu o část spádu. Silné dřevěné sloupky nahrazující česle situaci ještě zhoršují. Je to stejné, jako by před turbínou bylo mnohonásobně delší drsné potrubí. Majitel takové MVE si často stěžuje, že je turbína za velké vody líná. Přitom stačí u ústí trubky vybetonovat zaoblené hrany nebo osadit plechový nebo plastový trychtýř, který se od ústí potrubí rozšiřuje pod úhlem cca 30° asi na dvojnásobný průměr než má vlastní potrubí. Je-li celý pod vodou, není vůbec podstatné, že směřuje proti vodě a přitom vůči samotnému potrubí příliš netěsní. Důležité je, zda dokáže vodu plynule nasměrovat do potrubí, bez toho, aby narážela na jeho ostrou hranu a tvořila za ní víry.
Odpadní kanál
Odpad od vodního motoru se řeší individuálně podle jeho druhu. Většinou se skládá z vývařiště, kde se maří zbytková energie vycházející z vodního motoru (korečník na horní vodu, Ponceletovo kolo, rovnotlaké turbíny) nebo je výtok ze stroje plynule převeden na proudění v odpadním kanále (korečník na zadní dopad, lopatník s voletem, betonové savky přetlakových turbín aj.). Vždy se bere v úvahu hlavní směr, kterým voda stroj opouští a dbá se na jeho plynulé převedení do vodorovného směru. Protože jsou výtokové rychlosti z vodních motorů vysoké, bývá tato část odpadního kanálu vždy betonová (vyjímečně dřevěná), aby se nevymílala. Pod Francisovou a vrtulovou turbínou, ze které často (když je její plnění jiné než jmenovité) vytéká voda ve šroubovici, musí být vývařiště hodně hluboké, široké s rovným dnem, jinak se nežádoucí proudění na výstupu ze savky projevuje zpětně na oběžné kolo. U správně regulované Kaplanovy turbíny je to méně náročné, ale stále je nutno mít na paměti, že jakýkoliv nesoulad či odpor na výtoku ze stroje se na jeho funkci projevuje mnohem výrazněji než na vstupu. Mohutné víření pod turbínou není tedy projevem "mohutného" výkonu, ale ztrát a chybné projekce. Vývar pod strojem plynule přechází v podstatně mělčí betonový kanál. Otevřený nebo v nejbližším okolí budovy podzemní štolu. Po určité vzdálenosti (nejméně však po 5-ti až 10-ti násobku šířky kanálu) se výtok vody uklidní a dál pokračuje odpadní kanál jako obyčejná hliněná strouha.
Výpočet profilu odpadního kanálu a jeho měrného spádu je stejný jako v případě náhonu. I odpadní kanál svým měrným spádem zmenšuje čistý spád vodního motoru. Proto musí být pečlivě a s rezervou dimenzovám, zejména, ústí-li do něj jalový přepad, aby jalová voda nežádoucím způsobem neomezovala odtok vody z vodního motoru.
Odpadní kanál často navazuje na hlavní vodoteč níže po toku, v místě, kde je hladina podstatně níž než je na úrovni strojovny. Zahlubování odpadního kanálu pod úroveň hladiny řeky je jeden ze způsobů získávání spádu. V povodňových lokalitách funguje dlouhý odpadní kanál jako ochrana před zpětným vzedmutím hladiny pod vodním motorem. Na tento nežádoucí stav jsou citlivé všechny turbíny. Nejvíce však ohrožuje dobrý provoz vodních kol na horní vodu a rovnotlakých turbín.
Důležitý je i způsob zaústění odpadního kanálu do původního řečiště. Je nutné dbát, aby v tomto místě nevznikaly naplaveniny a odtok se nebrzdil. Proto není vhodné napojovat náhon na vnější stranu říčního zákrutu nebo v místě meandru. Často se těsně nad zaústěním odpadu zřizuje nízký jez nebo stupeň. Kanál pak ústí do jeho vývařiště. Tím se využívá skutečnosti, že se vířící vývařiště jezu nikdy nezanáší a často za velké vody v něm stojí voda níže než v toku bez jezu. To je patrné zejména u šikmého jezu, kdy rozdíl může dosahovat i několika desítek centimetrů. Tento další (bezpracně získaný) spád pomůže zejména za velké vody, kdy by naopak spodní voda stála vysoko a ztěžovala práci turbín.
U některých typů vodních děl bývá odpadní kanál velmi krátký nebo chybí docela. Typickým příkladem je jezové vodní dílo s kolenovými nebo násoskovými turbínami, instalovanými na koruně jezu. Savky pak ústí přímo do upraveného vývařiště jezu.
Náčrt uspořádání násoskové turbíny:
Přepad pro sanační průtok
Často je provozovateli vodního díla nařízeno zachovávat tzv. sanační průtok. Je to určitý stálý průtok vody, který musí protékat v původním korytu z ekologických důvodů. Nejčastěji je tato podmínka vyžadována u vodního díla derivačního, kdy by se v sušším období mohlo velmi snadno stát, že by byla veškerá voda odvedena do náhonu. Původní řečiště pod jezem by se v takovém případě ocitlo nasuchu. Tento stav by mohl nastat náhle a většina vodních živočichů by neměla šanci migrovat spolu s klesající vodou. Koryto se zbytkovými kalužemi vody (v useku od jezu až po zaústění odpadního kanálu) by začalo zahnívat.
Díky sanačnímu průtoku jsou v řečišti pod jezem životní podmínky celoročně zachovány a do jisté míry stabilizovány. Organismy tak mají šanci překlednout dobu, než bude protékat dostatek vody na to, aby přepadala přes celou korunu jezu.
Dříve, pokud to bylo vyžadováno, bývalo zvykem stanovovat velikost sanačního průtoku tak, že odpovídal 350-ti dennímu průtoku (dle odtokové křivky). Jednodušeji řečeno - byl to takový průtok, jaký protékal korytem v patnácti nejsušších dnech v roce. Po tu dobu stejně energetické vodní dílo v drtivé většině případů nepracovalo a čas byl věnován pravidelné údržbě. Nově se rozmohlo stanovovat sanační průtok mnohem vyšší. Často na základě zcela neodůvodněného a fyzikálně neobhájitelného rozhodnutí (protože řeka už sama o sobě má v té době méně vody než úředník nařídil). To vše ke značné nelibosti provozovatelů vodního díla, které během celého roku marnotratně protékající voda připravuje o výdělek, prodlužuje dobu zplácení úvěrů a pod. A tak z jejich pohledu nesmyslné nařízení často vědomně nedodržují. Proto by to chtělo postupovat oboustranně rozumně a uvážlivě.
Ve většině případů, je hladina vody udržována na jezu na úrovni koruny, často opatřené nástavnou deskou - aby se neztrácel spád. V takovém případě lze velmi snadno zhotovit do desky výřez takového rozměru, aby propustil právě požadovaný sanační průtok. Obdobně může být přepad řešen i jako výřez ve stavidle, záměrně vrchem přepadající jalové stavidlo, případně jako samostatné betonová propusť s přepadovou hranou.
Rybí přechody
Rybí přechod nebo jinak řečeno "rybovod", je zařízení umožňující migraci vodních živočichů přes vzdouvací zařízení ( jez ), hráze přehrad a rybníků nebo okolo strojovny MVE. Základním úkolem rybovodu je umožnit vodním živočichům zdolání značného rozdílu hladin v jejich přirozeném prostředí. Toho lze dosáhnout několika způsoby, z nichž každý má svá specifika, která je nutno při výběru respektovat. V opačném případě se může snadno stát, že instalované zařízení bude sice pěkně vypadat, voda jím bude proudit a přesto bude rybovod pro živočichy zcela neschůdný. Často jen proto, aby se ušetřil materiál, je postavený rybovod příliš strmý a voda v něm proudí vysokou rychlostí. Jindy má naopak moc mělké supně a vysoko nad sebou.
Rybovod kaskádový
Patří k nejznámějším a nejpoužívanějším typům. Jeho předností je jednoduchost a to, že i při stavebně malých rozměrech dokáže snadno překonat několikametrový spád. Současně i významným způsobem okysličuje vodu. Na jeho provoz stačí velmi malé množství vody. Svou funkci neztrácí ani při krátkodobém přerušení průtoku. Mezi jeho nevýhody patří rychlé zanášení pískem a také to, že nevyhovuje drobnějším živočichům, ale umožňuje pouze migraci ryb.
Tento rybovod je vyroben jako dřevěné, plechové nebo betonové koryto, rozdělené přepážkami na mnoho nízkých stupňů. Malé množství vody postupně přetéká přes jednotlivé stupně a dole odtéká do odpadní strouhy. Ryby jej překonávají malými skoky, postupně přes jednotlivé stupně vzhůru proti proudu či naopak. Aby to bylo možné, musí být rozdíly hladin v jednotlivých stupních malé, přibližně 15 až 20 cm. Aby ryba dokázala z vody vyskočit, musí mít k dispozici dostatečnou hloubku a to nejméně 25 až 30 cm. Šířka rybovodu nemusí být velká, plně dostačuje 25 až 30 cm, ale pokud tomu dispozice nebrání, je vhodnější postavit koryto širší. Průtok rybovodem se reguluje výškou přepadového prahu do první komory a lze jej vypočítat stejným způsobem jako u přepadů .
Tento typ rybovodu se staví přímo u boční stěny jezu nebo souběžně s jalovým přepadem. Velmi zajímavým a nápaditým řešením je jeho vestavění do betonového pilíře mezi vlastní jez a jalové stavidlo, popřípadě do pilíře oddělující odpadní kanál turbíny od vývařiště u jezového vodního díla. Za provozu je nutné v pravidelných intervalech vyčistit jednotlivé stupně od nashromážděných sedimentů a hrany stupňů zbavit zachycených větviček a listí. Používá se na rychlejších kamenitých potocích na horách a na vysočině.
Rybovod meandrový
Patří k méně známým typům. Jeho předností je výrazně přirozenější prostředí než u předchozího typu a také to, že se nezanáší. Při dobré konstrukci je schůdný pro většinu vodních živočichů. Je však použitelný pouze na menších spádech, jinak vychází stavebně značně dlouhý. Jeho nároky na průtok jsou větší a při zastavení vody zcela ztráci funkci.
Tento rybovod je vyroben většinou jako betonové, méně často jako plechové koryto. Jeho vnitřní prostor je střídavě předělen příčkami, takže voda je přinucena protékat jej v mnoha zákrutech. Tyto meandry kladou vodě odpor, tím se rychlost jejího proudění snižuje na únosnou mez, která by neměla výrazně překročit rychlost přirozeně tekoucí vody v původním řečišti. Aby byla tato podmínka splněna, neměl by být výškový rozdíl mezi dvěma přepážkami větší než 5 cm. Koryto nesmí být zcela mělké (min. 10 cm). Voda může být navíc ještě v zatáčkách mezi jednotlivými stupni brzděna zvýšeným prahem. Čím bude koryto širší, tím v něm bude celková dráha vody delší a tím pomaleji bude proudit. I v rozích a koutech meandrů je rychlost vody nižší, takže tímto přechodem mohou migrovat kromě ryb i drobní a pomalí živočichové. Používá se na pomalejších nížinných říčkách s písčitým nebo bahnitým dnem. Proto respekuje potřeby odlišných živočišných druhů, kteří se v těchto vodách vyskytují. Stejně tak jako předchozí typ rybovodu se i tento typ staví přímo při stěně jezu, souběžně s jalovým přepadem nebo při stěně objektu MVE. Obdobně může být postaven ve svahu sypané hráze retenční nádrže. Důležitý je zejména tehdy, nemá-li nádrž jiný přepad než požerák nebo spodní výpusť (vyjímku samozřejmě tvoří chovné rybníky). Tento rybí přechod vyžaduje, aby byla hladina na jeho vstupu udržována v konstantní výši. Za provozu (mimo příležitostné odstranění zachycených větviček v rozích meandrů) údržbu nepotřebuje.
Biokoridor
Biokoridor je samostatnou kapitolou v problematrice rybovodů. Je to vlastně umělé křivolaké řečiště obcházející velkým obloukem celé vodní dílo. Jeho trasa musí být značně dlouhá, aby v něm byla malá rychlost vody (cca 0,25 m/sec). Voda je do něj přiváděna z náhonu přes nízký regulační práh. Zbytek jeho trasy tvoří přirozené jezíky, meandry a tůňky naprosto stejně, jako by to byl obyčejný lesní potůček skotačící přes kameny. Po určitém čase od zbudování dojde k jeho samovolnému začlenění do místního biotopu. Biokoridor musí být samostatnou součástí vodního díla, není možné jej použít např. jako jalový přepad ohrožovaný krátkodobě extrémními průtoky.
Biokoridor, mimo udržbu regulačního prahu a občasného vyčištění od zachycených větví nevyžaduje žádnou údržbu. Naopak, časté zásahy do jeho přirozeného prostředí jsou vlastně nežádoucí. Staví se na velkých řekách s malým spádem v nížinách. Jeho miniaturu lze zřídit i u vodního díla se středním spádem, pokud jsou k dispozici dostatečně rozsáhlé pozemky.
Rybovody v praxi:
První dva typy rybovodů lze kombinovat (široké koryto s úzkými přepady střídavě na levé a pravé straně). Práh vstupu do rybovodu či biokoridoru musí být vždy níž, než je koruna jezu, aby do něj byl za všech okolností zaručen přívod vody. Je-li vodní motor vybaven hladinovou automatikou, musí tuto skutečnost respektovat i její naprogramování. Vzhledem k tomu, že průtok rybovodem bývá pouze zlomkem skutečného průtoku řečištěm (orientačně 1...10 ltr./sec.), není třeba se při jeho použití obávat výrazného snížení výkonu vodního motoru. Rybovody se stavějí jako otevřené. Kdyby musely být z bezpečnostních důvodů zakrytovány, pak by toto zastřešení mělo být nejméně 0,5 m nad hladinou, mřížované, případně plné, ale v tom případě alespoň částečně z průsvitného materiálu. Aby rybovod i biokoridor živočichy nalákal, musí jím vždy proudit voda a musí být logicky umístěn na migrační trase (která nemusí být vždy totožná se stavebně nejjednodužším řešením). V opačném případě budou marně hledat cestu ve vývařišti jezu, jalovém přepadu nebo pod savkou turbíny. U derivačního díla se rybí přechod neumisťuje ke strojovně, ale nejčastěji přímo na odběrný jez. Rybovod v tomto případě zajišťuje svým provozem i minimální průtok v původním řečišišti. Je-li jez velmi nízký (např. tyrolského typu ), není rybí přechod zapotřebí.
I když jsou rybovody a biokoridory již léta používány (hlavně v zahraničí) a jsou na první pohled velmi jednoduché, je na nich neustále co vylepšovat. To se týká hlavně řešení nátoku vody, aby se neucpávaly nečistotami, protože před nimi nelze umístit česle. Přesto, že se hydroenergetika tváří jako nejekologičtější zdroj, mnohdy pro zdánlivé maličkosti jím není. Rybovody a biokoridory jsou právě tou "drobností." Je velkou ostudou, že na většině vodních staveb v ČR toto zařízení chybí. Přitom by často stačilo jen pár prken a dobrá vůle...
Zpevnění břehů
V minulosti bylo nejpoužívanější zpevnění břehů umělých kanálů pomocí dostupných přírodních materiálů. Bylo to zejména zatěsnění náhonů proti prosaku jílovou vrstvou a také vyskládání břehů lomovým kamenem. Jinou používanou metodou v měkkých hlínách bylo zatloukání dubových pilot nebo vyplétání ochranných plůtků a rohoží. Poslední z uvedených způsobů vyžadoval častých oprav, piloty byly trvanlivé (až 100 let), ale drahé. Správně konstruovaný a profilově čistě provedený náhon však podemíláním ani nežádoucím zanášením netrpí. Je však nutno zabezpečit pevnost jeho stěn a to zejména pokud je vedený v náspu, kdy by jeho protržená stěna mohla mít katastrofální následky na níže ležící pozemky. Totéž se týká hrází akumulačních nádrží. V obou těchto případech je možné použít přírodní zeleň. Nejúčinnější v tomto směru je osázení břehu vlhkomilnými stromy (vrbami, olšemi, ale i osikami, topoly nebo duby). Olše a vrby jsou stromy, které velmi snadno koření a poměrně rychle rostou. Pokud však lokalita trpí nedostatkem vody a náhon je dlouhý, není olše nejvhodnější, protože dorůstá velkých rozměrů. Velikosti její listové plochy je potom úměrná spotřeba vody, kterou si strom bere z náhonu.
Vrby:
Nejvýhodnější na malých vodních dílech jsou vrby, které jsou menší, keřovité (jívy-"kočičky") i stromové (vrba bílá). Dají se každoročně řezat a udržovat tak v rozumné velikosti. Jejich listí je drobné a často projde bez úhony turbínou. Vrbová kůra je známým přírodním léčivem s účinkem podobným acylpyrinu, jejich proutí je další upotřebitelnou surovinou.
Rychlá výsadba vrb:
Zjara (nejpozději do velikonoc) se z velké vrby uřežou rovné větve o průměru přibližně 3..5 centimetrů. Větev se zakrátí na tyčku dlouhou přibližně 1 metr. Její silnější konec se sekerou naostří. Takto vzniklé kolíky se zatloukají do břehů a hrází tak hluboko, až vyčnívají pouze 10 cm nad povrch. Protože se jejich konce dostanou spolehlivě do vlhkých vrstev hlíny, kolíky velmi rychle obrazí mladými listy a větvičkami. Kořenový systém se rozvětví v celém průřezu břehu, takže není nutno čekat několik let, než by tam kořínky normálně zasazené sazeničky dorostly. V dobrých podmínkách vyroste takto zasazená vrba do podzimu téhož roku o více než metr. Vrby se sázejí hustě a později se prořezávkou jejich počet upraví.
Duby:
Tam kde potřebujeme zpevnit vysokou hráz rybníka s vrbou nevystačíme. V takovém případě je zapotřebí, aby kořeny stromu zasahovaly hluboko do podloží, byly spletité a rozvětvené. Tyto požadavky splní bezezbytku osázení duby. Jejich kořeny jsou husté a pevné. Mohou tak dobře vyztužit sypané hráze, zejména v okolí výpustí a přepadů. Všude tam, kde je kontinuita hráze nějak narušená. Při sázení je však třeba pamatovat na to, že i malý doubek jednou vyroste v mohutný strom a vhodně ho umístit. Jinak by se mohlo stát, že se kořeny budou tlačit pod základy betonového objektu a staticky ho narušovat.
Tráva:
Opomíjeným porostem je tráva. Respektive bylinné společenství, kterým je nutno oset holý povrch po terénních úpravách. Při krátkodobém rozvodnění ochrání povrch před erozí a odplavením. Při přetečení břehu náhonu zabrání jeho vymletí. V praxi se zatravnění většinou zcela nesprávně řeší výsevem běžného travního semene koupeného v nejbližší zahrádkářské prodejně. S oblibou se používá zdánlivě odolná a rychle rostoucí směs určená pro fotbalová hřiště. Je to však velký omyl a chyba. To co při krátkém sestřihu vydrží pod špunty kopaček neodolá v přirozené konkurenci. Prvním rokem se takový trávník krásně zazelená a získáte pocit rajské zahrady. Na jaře následujícího roku všude vyrazí náletové plevele a máte o nekončící úporný boj postaráno.
Do biotopu v okolí vodního díla patří zejména ostřiče, kostřava, zeměžluč lékařská, starček vodní. Nic nepokazí ani jitrocel kopinatý či okrouhlolistý, kopretiny, úročník, kohoutek luční či štírovec růžkatý. Dalšími rostlinami jsou rdesno hadí kořen, pryskyřník omějolistý, pupkovec poměnkovitý, kyprej vrbice, ale i zvonek rozkladitý, poměnka bahenní. Nejedná se tedy v žádném případě o monokulturu. Tyto luční byliny a traviny tvoří odolné společenství, které vypadá pěkně v kteroukoliv roční dobu. Na podobné účely lze koupit osevní směs pod obchodním názvem vlhká louka (např. z produkce firmy Plantanaturalis Markvartice), která obsahuje směs 34 druhů lučních květin a 9 druhů trav. Poměrně málo roste, takže z její parády sebudete těšit až druhým nebo třetím rokem. Nemusí se však často sekat. Stačí dvakrát do roka. Pokud na to použijete sekačku, musí sekat nejméně 3..6 cm nad povrchem, jinak některé rostliny zahynou. O tom, že je takový druh porostu vhodnější pro pasení dobytka než travní monokultura není potřeba zvlášť mluvit. Při nákupu osiva si počínejte obezřetně, i odborník těžko rozezná od sebe různé směsi, nejsou-li obaly řádně označené. Až se omyl po roce projeví, už nic nezreklamujete
Retenční nádrž (rybník)
Myšleny jsou rybníky a retenční nádrže určené především pro akumulování vody na energetické účely. V minulosti byly rybníky či menší "zástavy" častou a v mnohých případech nezbytnou součástí vodního díla. Umožňovaly akumulaci vody v době nečinnosti strojů. A potom, při vypouštění provoz vodního motoru o několikanásobně větším výkonu, než na jaký by stačil momentální průtok potokem. Doba provozu byla sice omezena kapacitou nádrže, přesto umožnila alespoň krátkodobě využít jinak energeticky nepoužitelné toky s malou vydatností. Takto řešené provozovny byly obvyklé na malých potocích na vysočině a v podhorských oblastech. Doba potřebná k naplnění nádrže se využila přípravou zpracovávaného materiálu či jinou nezbytnou činností, tak jak živnost vyžadovala.
Rybník plnoprůtočný:
Většinou jsou nádrže stavěny jako průtočné. Na jednom konci napájené náhonem, na protějším se voda odebírá pro vodní motor. Toto místo zvané někdy lamfešt nebývá v nejhlubším místě nádrže, ale více při kraji, tam, kde je to stavebně výhodnější. V tomto místě jsou jemné česle, stavidlo a začíná poměrně mělký přívodní vantrok nebo potrubí k vodnímu motoru. Proto není možné za provozu nádrž zcela vypustit. Nemělo by to ani žádný praktický význam. Tak jak klesá hladina, snižuje se spád pro vodní stroj a ten od určité hranice začíná pracovat s neúnosně špatnou účinností. Proto se u malých vodních děl s malým spádem využívá kolísání hladiny přibližně do 50cm. (Z ekologického hlediska je však lépe manipulovat s vodou pouze v rozsahu do 30cm, aby se zbytečně nerozrušovaly břehy.) Na úplné vypuštění pro potřeby údržby či výlovu má nádrž většinou samostatnou oddělenou výpusť podstatně menšího průřezu, případně jalový přepad, aby rybník nepřetekl. Za klidu vodního stroje se rybník z jedné strany zvolna plní. Je-li stroj v činnosti, spotřebovává vodu přímo z rybníka, zatím co ten se neustále z protější strany náhonem doplňuje. Provozem dochází k velmi výraznému proudění a míchání různých teplotních vrstev vody, které není z rybářského hlediska výhodné. Kde to vadí a je dostatek volných pozemků, je možné zřídit rybník neprůtočný.
Rybník neprůtočný:
V tomto případě náhon pokračuje po okraji nádrže přímo k budově. Rybník je s náhonem spojen pouze na začátku a tvoří jakýsi ledvinovitý nebo raději podlouhlý přívěšek. Za klidu vodního stroje se rybník plní od jednoho konce. Studená voda se s teplou vodou zbytečně nemíchá. Větší část nepromíchané vody je zatlačována k hrázi. Je-li vodní motor spuštěn, odebírá vodu z náhonu. Ta se současně doplňuje nashromážděnou vodou z rybníka. Protože proces vyprazdňování probíhá přesně obáceným postupem než plnění, přednostně vytéká z nádrže voda studená a na její místo se pozvolna vrací voda původní zatlačená k hrázi. Výměna vodních mas je při tomto uspořádání k vodním živočichům mnohem šetrnější. Určitý plánovaný průtok napříč nádrží lze zabezpečit výřezem v jalovém přepadu. Za normálních okolností je však koryto přepadu i výpustě suché.
Akumulační kapacita:
Potřebná akumulační kapacita nádrže se snadno vypočítá z průtoku a požadované provozní doby vodního motoru. Od skutečného průtoku stroje je potřeba odečíst stálý přítok náhonem, protože tuto část vody nemusí rybník ze své zásoby dodávat. Protože kolísání hladiny je omezené, musí být akumulační objem nádrže nahrazen její velkou rozlohou. Často bylo na drobných tocích potřeba vystavět rozměrný rybník, do nějž by se nastřádal během odpoledne, večera a noci dostatek vody alespoň na dopolední provoz díla. Kde to pozemky nedovolovaly, bylo nutno pracovat ve dvou i více kratších periodách - bez ohledu, zda je den či noc. Vše se podřizovalo tomu, aby drahocená voda z malé nádrže nečinně nepřetékala. Poměrně častá proto byla i čtyřhodinová směna kombinovaná s osmihodinovou přestávkou při "čekání na vodu."
Ztráta výparem:
| měsíc | výpar z plochy 100m2 |
|---|---|
| Leden | 3,0 m3/měs. |
| Únor | 2,8 m3/měs. |
| Březen | 6,1 m3/měs. |
| Duben | 6,0 m3/měs. |
| Květen | 6,2 m3/měs. |
| Červen | 9,0 m3/měs. |
| Červenec | 12,4 m3/měs. |
| Srpen | 9,3 m3/měs. |
| Září | 6,0 m3/měs. |
| Říjen | 6,2 m3/měs. |
| Listopad | 3,0 m3/měs. |
| Prosinec | 3,0 m3/měs. |
Průměrná hodota výparu je 73 m3 z plochy 100 m2 za rok. To odpovídá poklesu hladiny přibližně o 2 mm za jeden den, nebude-li do nádrže nic přitékat. Údaje platí pro území ČR. U malých mělkých rybníčků, jezírek a nádržek je výpar o něco větší, zhruba o 30%. V některých případech mohou být hodnoty výparu citelně vyšší. Především tam, kde je volná hladina vystavena silnému větru, zvýšenou měrou čeřena (čistírna nebo koupaliště) nebo je voda výrazně teplejší než okolí.
Hráz:
Většina rybníků a drobných retenčních nádrží má sypanou hráz, která uvnitř obsahuje těsnící jílové jádro. Aby nedošlo k porušení hráze prosakující vodou, musí být hmotnost hráze výrazně větší než hydrostatický tlak, který na ni působí. To zabrání poniknutí prosakující vody k patě hráze a jejímu narušení. Tato podmínka je u běžných hornin splnitelná pouze tehdy, má-li hráz velmi pozvolný sklon a je u paty značně široká. I v takovém případě bývá hráz opatřena drenážní vrstvou odvádějící prosak bezpečnou cestou mimo vlastní těleso hráze. Bez podrobného statického výpočtu se zde neobejdeme, protože hornina je navíc při podmáčení nadlehčována podle Archimédova zákona. Při stavbě se hornina těží směrem proti proudu, tím se zvětšuje objem budovné nádrže a získaný materiál se naváží na místo budoucí hráze. Voda, pokud nelze její tok zastavit, značně komplikuje práci. Proto bývá nutné položit pod budoucí hrází potrubí pro její dočasný odvod. Často lze tuto trubku po doplnění vhodným uzávěrem použít jako nejspodnější výpust nádrže. Nejjednodužšímu provedení se říká "lopata":
Lopata byla v minulosti používaná hlavně u malých rybníků. Jedná se o potrubí procházející u kořene hráze do nejhlubšího místa nádrže. Tam je na ústí trubky volně položena dřevěná destička. Tu přitlačí hydrostatický tlak vody a dokonale výtok utěsní. Aby destička při plnění nádrže neuplavala a nebylo ji tam nutno držet, je možno ji zatížit hroudou hlíny nebo zapřít klacíkem. Vždy je ale zapotřebí dbát, aby tyto pomůcky neucpaly výpustný otvor, poté co bude lopata zdvižena. K vytažení desky slouží kvalitní silná šňůra (impregnovaná), jejíž jeden konec je provlečen otvorem v desce a druhý uvázán ke kolíku. Kolík je co nejblíže u břehu, ale před různými nenechavci raději schovaný pod hladinou. Jakmile je už jednou deska vytažena, není možné vypouštění rybníka zastavit, dokud se zcela nevyprázdní a lopata nevrátá na své původní místo. Destička by měla být dubová. Dub dlouho vydrží, je těžký a destička nemá snahu plavat. Lze použít i pryskyřičnatou borovici nebo modřín. Plech není vhodný, protože se k trubce řádně nepřitlačí a takový uzávěr stále prosakuje. Potrubí pod hrází bývalo často z vrtaného jedlového nebo borového kmene, případně vyskládané z dubových klínů (jako sud). Není vyjímkou, když více než stoletá dřevěná roura slouží v hrázi rybníka dodnes.
V minulosti se k úplnému vypouštění používala i velmi hluboká stavidla usazená uprostřed hráze. Stavidlo sloužilo často i jako jalový přepad. Hráz byla tímto zásahem staticky narušená a ve ztenšeném místě značně namáhána hydrostatickým tlakem. Pokud stavidlo prosakovalo, došlo často k nečekanému protržení hráze s tragickými následky. Dnes je dostatek způsobů jak výpusť vyřešit bezpečněji betonovými výpustnými objekty. Nestačí-li použít lopatu, je možné použít požerák s hradítkem u dna. Podle nového nařízení (v souvislosti s povodněmi) musí být každý rybník opatřen jalovým přepadem schopným bez újmy propustit stoletou vodu, aniž by se začala nekontrolovatelně přelévat přes hráz. Aby hráz nebyla narušena, může být přepad i po straně rybníka v některém z břehů. Má-li přepad širokou přepadovou hranu a je-li dlouhým, mírně skloněným kanálem spojen s původním řečištěm, snadno zvládne i extrémní průtoky bez podstatného nárůstu hladiny v nádrži a i bez ohrožení paty hráze vodou divoce vířící ve vývařišti. Mnoho rybníků žádný jalový přepad vůbec nemá (nanejvýš jen odlehčovací přepad na náhonu) nebo nemají požerák dostatečně dimenzovaný. To platí především u rybníků "nebeských" - tedy takových, které nemají stálý přítok. Při přívalovém dešti může snadno dojít k jejich přeplnění. Najde-li si v takové situaci voda cestu přes korunu sypané hráze, je jen otázkou času, kdy v ní vymele rýhu a poruší její pevnostnatolik, že celá hráz náhle povolí. Proto není dobré na tomto poli amatérsky experimentovat a konstrukci hráze svěřit raději odborníkům se znalostmi v oboru statiky vodních staveb.
Závěrem:
Jsou-li dnes na vybraných lokalitách instalovány turbíny určené pro výrobu elektřiny dodávanou do sítě, zmenšil se význam malých akumulačních nádrží na minimum. Jejich údržba (odbahňování) je pracné a finanční efekt (není-li jejich energetické využití vhodně skloubeno s rybářstvím) nulový. Je to však vinou nevhodně stanovené výkupní ceny za elektřinu, která nedostatečně rozlišuje dodávku v odběrové špičce. Tak nejsou provozovatelé MVE dostatečně motivováni udržovat rybník a často jej ruší. Je to škoda, protože systém HDO by tyto drobné a geograficky rovnoměrně rozptýlené elekrárny dokázal dobře technicky využít právě na vykrytí š***k odběrového diagramu. Zvýšila by se často i účinnost těchto strojů, protože by alespoň krátkodobě pracovaly se jmenovitým průtokem, místo neefektivního celodenního paběrkování v suchém období. O negativním vlivu likvidace drobných nádrží na krajinu a ekosystémy ani nemluvě.
Chovné rybníky versus provoz MVE:
Současným trendem a to dost nešťastným, je dodatečné budování nových rybníků napojených paralelně k již pracující MVE. Tedy tak, že je napájí část vody odebíraná z náhonu v místě ještě před elektrárnou, zatímco přepad či výpusť z nádrže ústí do odpadního kanálu pod strojovnu. Část vody zcela míjí turbínu a její enegrie se maří buď „vodopádem“ před nádrží nebo naopak až na výtoku - ve výpustné šachtě (požeráku).
Rybník napájený z náhonu:
Většinou se jedná o nádrž určenou k chovu ryb, proto se předpokládá, že odebrané množství vody nebude pro MVE příliš velkou ztrátou. Praxe pak bývá velkým rozčarováním. To když v suchém období roku je provozovatel nucen pustit většinu drahocené vody z náhonu do chovné nádrže, aby eliminoval deficit kyslíku v přehřáté vodě. Energetické soustrojí MVE, ochuzené o tohle množství, se pak dostává do značně nevýhodných regulačních režimů, kdy prakticky není schopné účinné dodávky do sítě. Výsledkem je, že prakticky po celé léto stojí. Proto by si měl každý provozovatel MVE ještě před hloubením rybníka položit otázku, zda mu tohle řešení skutečně stojí za to. Protože existují jiná řešení. Sice ne tak levná, zato energeticky mnohem příznivější, ve kterých lze jak chov ryb, tak i provoz MVE dobře skloubit dohromady.
Chovný rybník na náhonu k MVE:
Podstatně lepší je vodní hospodářství koncipovat tak, aby byl rybník součástí „horního“ náhonu. Jeho hladina je pak takřka v úrovni tohoto náhonu a cirkulaci vody v něm zajišťuje malý jízek umístěný napříč strouhou. Jízek výšky jen několika desítek centimetrů odklání část vody do rybníku a její množství podle potřeby omezuje malé stavidlo. Voda z rybníku je na jiném místě vracena zpět do náhonu přes nízký přepad, jehož hrana je o několik centimetrů níže než koruna jízku. Přes požerák, který je současně kombinovaný s dnovou výpustí voda za normálního stavu nepřepadá. Jeho hrana je „nasuchu“ a slouží jako bezpečnostní přeliv případně po otevření k úplnému vyprázdnění nádrže při výlovu. S trochou dobré vůle lze navrhnout takové technické řešení, kdy je celková ztráta spádu potřebná pro zabezpečení dostatečného průtoku v rubníku jen pár desítek centimetrů. Celkově pak MVE ztrácí mnohem méně energie, než v předešlém případě. Určitou nevýhodou je vysoká hráz, kterou takto umístěný rybník musí mít a proto ho lze postavit jen tam, kde tomu napomohou vhodné terénní podmínky, např. dostatečně vysoko položené louky v blízkosti hlavního jezu vodního díla.
Chovný rybník na odpadu z MVE:
Něco obdobného lze zřídit i na odpadním kanále. Rybník bude mít v tomto případě hladinu v úrovni odpadního kanálu, přesněji řečeno v úrovni vody stojící pod vodním motorem. Je-li na MVE použita rovnotlaká turbína nebo vodní kolo, lze využít silně okysličenou vodu, kterou tyto stroje produkují. Velkou výhodou tohoto řešení je, že je rybník v terénu pouze zahlouben, nevyžaduje stavbu masivní hráze a není pro své okolí nebezpečím. Navíc se do takto napájené chovné nádrže nedostávají nečisty, protože ty už předtím zachytily česle a lapač písku umístěný před vodním motorem. Rybník však vychází dosti mělký a proto se i hůře vypouští. Při konstrukci vodního motoru musí být uvažováno s vyšší hladinou pod strojem, kterou způsobuje nízký práh umístěný v odpadním kanéle. To však lze využít i cíleně - jako ochranu před nečekaným vzedmutím hladiny v odpadním kanále. Množství vody které rybníkem protéká se nastaví výškou hrany přepadu u výpustě. V lokalitách, kde je vzestup spodní hladiny odpadu častý, je vhodné ochránit výtok z chovné nádrže hustými česlicemi či sítem, aby ryby nemohly za vysokého stavu spodní vody uniknout do řeky.
V obou případech se samozřejmě předpokládá, že vedle vlastního vodního motoru je instalován i malý jalový přepad, který umožní nerušené proudění vody náhonem či odpadem i v případě, že je samotný vodní motor dočasně z nějakého důvodu zastavený.
Dokumentace k této stránce