Téma

14. listopadu 2019

Na vodním díle Orlík vznikne nový bezpečnostní objekt o rozloze fotbalového hřiště. Na projektu se podíleli odborníci z VUT

V areálu VUT vznikla zmenšenina budoucího bezpečnostního objektu na Orlíku | Autor: archiv Michala Žoužely
Osmatřicet tisíc metrů krychlových železobetonu. Velikost srovnatelná s fotbalovým hřištěm. Náklady okolo 830 milionů korun. Do dvou let by měla začít výstavba jednoho z největších bezpečnostních objektu na nejvýznamnějším českém vodním díle v novodobé historii. Na projektu tohoto objektu na vodním díle Orlík se podílel i Michal Žoužela s kolegy z Laboratoře vodohospodářského výzkumu FAST VUT. Ve fyzikálním modelu posoudili a optimalizovali navržené tvary a rozměry této obrovské stavby. Poradit si museli s neuspořádaným prouděním i nedostatečnou průtočnou kapacitou.

Vodní dílo Orlík patří k největším českým přehradám. Zadržuje téměř sedm set padesát milionů metrů krychlových vody. „Primárně slouží pro nadlepšování vody ve Vltavě. Zjednodušeně se tak společně s hrázemi na Vltavské kaskádě stará o to, aby se ani v létě Praha nedala projít suchou nohou. Zajišťuje totiž alespoň minimální zůstatkový průtok,“ upřesnil Michal Žoužela z Ústavu vodních staveb FAST VUT.

V případě dlouhotrvajících srážek a zvednutí hladiny jsou extrémní vodní průtoky převáděny přes stávající korunový přeliv. Ten má kapacitu přibližně 2600 metrů krychlových za sekundu. „Při povodních v roce 2002 byla ale kapacita překročena a zaznamenaný průtok dosahoval až 3100 metrů krychlových za sekundu. Proto se začalo hledat řešení, jakým způsobem do budoucna případné extrémní průtoky přes hráz bezpečně převést,“ vysvětlil Žoužela.

Vzniklo několik studií, ze kterých byly vybrány dvě finální varianty. Ty následně posoudili významní odborníci v oboru vodních staveb a hlasováním rozhodli o vítězném řešení. „Rozhodli, že se postaví nová bezpečnostní stavba se třemi hrazenými vtoky, na které navazují tři paralelní kanály v kryté sekci. Za krytou sekcí pak voda přejde do skluzu. Tím překoná rozdíl mezi horní a spodní hladinou. Skluz je zaústěn do koncového vzdutí vodního díla Kamík, který se pod Orlíkem nachází,“ popsal Michal Žoužela.

Jelikož se jedná o tak významnou stavbu, musel být projekt nejprve ověřen pomocí fyzikálního modelového výzkumu. Jeho realizaci pak vyhráli právě odborníci z FAST VUT. „To, co projektanti navrhnou a spočítají, musí být potvrzeno, vyvráceno či pozměněno na zmenšeném fyzikálním modelu. Dostali jsme výkresy a veškeré podklady, na základě kterých jsme vytvořili 3D model celého vodního díla,“ přiblížil Žoužela.

Odborníci z VUT postavili v měřítku 1:50 celou linku od vtoků po výtok. „Postupovali jsme od vrchu dolů. Nejprve jsme zjistili, že kapacita nových vtokových objektů není dostatečná. Chybělo až 15 procent potřebné kapacity. Museli jsme proto navrhnout opatření, která ji zvýšila. To je třeba věc, se kterou jsme původně na počátku řešení nepočítali. A přišli jsme na ni až díky fyzikálnímu modelu. Strávili jsme tak nakonec dva měsíce intenzivním řešením tohoto problému,“ upozornil Žoužela.

Výzkumníci si museli poradit s gejzíry vody i přeléváním skluzu | Autor: archiv Michala Žoužely
Dále výzkumníci posuzovali všechny proudové poměry. „Museli jsme si poradit s nehomogenním prouděním v kanálech a ve skluzu. Docházelo totiž k poměrně velkému rozkmitání hladiny. Řešili jsme proto například tvar pilířů, aby se voda na skluzu hloubkově homogenizovala. Nesmí totiž docházet k jejímu přelévání přes stěny skluzu. V první fázi, když jsme poprvé pustili vodu na model, tak v některých místech docházelo k výstřikům vodního proudu či tříště až do výšky patnácti metrů. Museli jsme tedy proudění zklidnit a jakékoliv projevy tohoto typu odstranit,“ popsal Michal Žoužela.

Na závěr pak tým řešil i vhodný způsob zaústění vody do koncového vzdutí vodního díla Kamík. „Ukázalo se, že vlivem vysokých rychlostí, které jsou způsobeny sedmdesátimetrovým výškovým rozdílem mezi hladinou horní a dolní vody, dojde k odtlačení dolní vody z prostoru konce skluzu a nedojde tak k jeho zatopení. Vzniká mohutná vlna a možné přelévání stěn skluzu, což by bylo nepřijatelné,“ dodal Žoužela.

Reálná stavba má být z 38 tisíc metrů krychlových železobetonu. Vědci museli na tuto skutečnost pamatovat. Všechny jevy, které pozorovali na modelu vytvořeném v jedné z budov FAST VUT, tak museli být schopní přepočítat na budoucí vodní dílo. „Dochází ke zmenšování všech parametrů včetně drsnosti. Beton je charakterizován jistým součinitelem drsnosti. Při přepočítání na model to odpovídá plastu či sklu,“ vysvětlil Michal Žoužela, proč byla replika bezpečnostního díla převážně z plastu.

Výstupem projektu, který trval téměř dva roky, byla obsáhlá závěrečná zpráva. Ta by měla projektantům do budoucna sloužit k ověření jednotlivých prvků i opatření. „Průběžně jsme projektantům předkládali svá zjištění a hledali společně možné varianty řešení. Závěrečná zpráva pak obsahuje přesný popis výsledků, ke kterým jsme došli, záznamy měření i zdůvodnění rozhodnutí. Projektanti se tak můžou k jednotlivým věcem kdykoliv vrátit a ověřit si například, že když bude průtok vody odpovídat jisté hodnotě, stane se v jednotlivých částech stavby to a to. Většinou základní tvary díla vychází z jiných staveb. Tento objekt ale v Česku nemá příliš obdoby, takže byla na začátku řada otazníků. Právě výsledky měření a náš model je pomohly zodpovědět,“ uzavřel Michal Žoužela, který doufá, že se brzy podaří sehnat veškerá povolení a peníze, aby se model v budoucnu proměnil na existující stavbu.

(zep)

TémataFakulta stavební věda a výzkum zaměstnanci

Související články:
V nemocnicích se mohou skrývat odolné mikroorganismy. Zásadní vliv na bezpečnost pacientů má kvalita výstavby i chování personálu, zjistil výzkum FAST VUT
Mladí profesoři se shodují: Profesura byl přirozený vývoj, neplánovali jsme to
Chytrá stěna se probojovala mezi finalisty soutěže Česká inovace 2014. Odborníci věří, že jí to usnadní cestu na trh
Tomáš Apeltauer: Evakuace osob je stále důležitější téma. Naše modely v tom pomáhají
Střechu VIDA centra monitoruje online systém. Upozorní, kdy odklidit sníh