Vodní koridor Dunaj-Odra-Labe a zajištění vodohospodářské bilance

Přečerpávání dunajské vody průplavem Mohan-Dunaj

Podrobný popis vodohospodářské funkce průplavu Mohan-Dunaj, uvedeného do provozu v závěru roku 1992, není účelem tohoto příspěvku. Text je omezen na stručný výčet parametrů této funkce a důvodů, které k jejímu uplatnění vedly.

• Vliv průplavu Mohan-Dunaj na vodohospodářskou bilanci a na průtoky v řekách měl být podle původních představ zcela neutrální. Z toho vyplynul požadavek na přečerpávání veškeré vody, potřebné na proplavování plavebními komorami, z dolních zdrží do sousedních zdrží horních, tj. na důslednou recirkulaci.
• Přečerpávání muselo být omezeno na noční hodiny, během kterých je možno odebírat levnější proud. Z toho důvodu bylo třeba navrhovat kapacitu čerpacích stanic zhruba na trojnásobek průměrných nároků plavebních komor. Bylo rozhodnuto o instalaci dvou čerpacích soustrojí o kapacitě 2x7 = 14 m³s^-1.
• Souběžně s výstavbou průplavu Mohan-Dunaj řešilo Bavorské ministerstvo pro rozvoj území a životní prostředí nedostatek vodních zdrojů v severní části Bavorska, kde na jednoho obyvatele připadá třikrát méně zdrojů než v oblasti jižní (v podhůří Alp), přičemž v suchých obdobích se tato disproporce zvyšuje a dosahuje poměru až 1:4,5. Ukázalo se, že pasivní vodohospodářskou bilanci v severním Bavorsku (zvláště v norimberské aglomeraci) nelze racionálně řešit výstavbou akumulačních nádrží.
• Proto bylo dohodnuto zvýšení kapacity čerpacích stanic na každém stupni průplavu instalací dalších tří soustrojí, tj. celkem na 5x7 = 35 m³s^-1 (obr. 1). Voda se čerpá z Dunaje (střední kóta hladiny 338,2 m n. m.) přes pět stupňů až do vrcholové zdrže na kótě 406 m n. m. (celkový překonávaný spád tedy činí 67,8 m). Odtud stéká k řece Regnitz jak sestupnou větví průplavu, tak menšími toky, jejichž průtok významně zlepšuje (obr. 2). V kritickém profilu řeky Regnitz pod Norimberkem (vodočet Hüttendorf), kde průtoky dříve klesaly až na 12 m3s-1, je tak zaručen průtok 22 m³s^-1 v zimním, resp. 27 m³s^-1 v letním období. Pro srovnání je možné uvést, že potřebná kvalita vltavské vody v Praze (v profilu odběru vody pro vodárnu v Podolí) vyžaduje průtok 40 m³s^-1 z poslední nádrže vltavské kaskády ve Vraném nad Vltavou.
• Odběr vody z Dunaje nesmí ovšem narušit ani bilanci v této řece, která při odbočení průplavu u Kelheimu vykazuje střední roční průtok 364 m3s-1, tj. o málo větší než řeka Labe ve Hřensku. Jakmile tedy klesne průtok v Dunaji pod 140 m³s^-1, odběr se přeruší a dodávku vody krátkodobě převezmou vyrovnávací a intervenční nádrže, zřízené v rámci přečerpávacího systému. Ve středním roce dodá systém do povodí řeky Regnitz, resp. Mohanu 150 mil. m³ vody. Z toho připadá na dunajskou vodu 125 mil. m³ a na vodu zachycenou v intervenční nádrži Brombach 25 mil. m³. V suchých letech může systém dodat až 300 mil. m³, tj. množství odpovídající ovladatelnému objemu vltavské nádrže Lipno.
• Zajímavé je, že systém - i při spotřebě energie na přečerpávání - je v podstatě energeticky aktivní. Je to dáno jednak tím, že spád sestupné větve k Mohanu a dále k Rýnu (na kterém může být voda částečně energeticky využita) je větší, než spád větve výstupní, jednak skutečností, že prvé dva stupně na řece Altmühl jsou vybaveny reverzními soustrojími, které při vyšších průtocích dodávají energii.

¤ Obr. 1. Stupeň Berching na průplavu Mohan-Dunaj. Při dolním ohlaví plavební komory o spádu 17 m je čerpací stanice, která má kapacitu 5x7 m³s^-1.

¤ Obr. 2. Říčka Roth je za sucha napájena vodou z průplavu Mohan-Dunaj. Snímek obnoveného historického jezu umožňuje alespoň vizuálně posoudit i kvalitu vody přiváděné průplavem z Dunaje.

Je účelné a možné počítat s podobnou funkcí i v případě vodního koridoru D-O-L?

Pro jednoznačně kladnou odpověď na prvou část otázky svědčí tyto skutečnosti.

• Trasa vodního koridoru D-O-L probíhá shodou okolností oblastmi ČR, které jsou z bilančního hlediska nejkritičtější (jižní a střední Morava, Haná, Polabí). Již dnes je alarmujícím příkladem profil Hodonín na řece Moravě (obr. 3), kde je bilance již natolik pasivní, že vodohospodáři desítky let usilují o realizaci nákladné nádrže Teplice na Bečvě, která by měla zjednat nápravu. Stejného či dokonce příznivějšího účinku se však dá v tomto profilu dosáhnout již realizací první etapy vodního koridoru mezi Dunajem a Hodonínem. Náklady na potřebná soustrojí by byly ve srovnání s uvedenou nádrží mnohonásobně nižší.
• Uvedené oblasti budou pravděpodobně nejvíce postiženy i důsledky globálního oteplování. Podle publikovaných výzkumů¹⁾ mají letní průtoky na řece Moravě u Hodonína klesnout o 20 % při optimistickém, resp. o 40 % při pesimistickém scénáři vývoje. Poklesnou tedy zdroje, na druhé straně se však zvýší nároky. Mohly by přesáhnout možnosti všech rozumně realizovatelných nádrží. Stoupne zejména spotřeba závlahové vody. Svědčí o tom rozbory pracovníků Mendelovy zemědělské a lesnické univerzity v Brně, kteří zkoumali možný vývoj hydrotermického koeficientu²⁾. Ten charakterizuje vláhové poměry krajiny ve vztahu k teplotě (obr. 4).

¤ Obr. 3. Kritický bilanční profil na řece Moravě v Hodoníně. V suchých obdobích odebírá veškerý průtok náhonem (v popředí) tepelná elektrárna. Ta musí i tak omezovat svůj výkon. Stejně omezeny - až vyloučeny - jsou odběry pro zemědělské závlahy a ohrožen je také přítok vody Kyjovkou do lužních lesů. Snímek dokumentuje, že ani přes jez, ani vodní elektrárnou neprotéká za podobných situací žádná voda a řeka pod jezem zůstává bez průtoku.

¤ Obr. 4. Očekávaný vývoj koeficientu HTK v prvé polovině 21. století podle výzkumů pracovníků Mendelovy zemědělské a lesnické univerzity v Brně. Seljaninův hydrotermický koeficient (HTK) charakterizuje v agroklimatologii vláhové poměry krajiny. Hodnota < 1 prezentuje oblast výsušnou (ve které jsou zemědělské závlahy nezbytné), interval 1 až 1,3 oblast mírně výsušnou a hodnota > 1,3 oblast optimálně navlaženou. Nahoře optimistický, dole pesimistický scénář.

Potřeba soustavných a účinných zásahů s cílem udržení vyrovnané vodohospodářské bilance je tedy u nás stejně naléhavá či spíše ještě naléhavější než v Bavorsku. Podmínky charakterizující reálnost a efektivitu řešení cestou redistribuce vody jsou při využití vodního koridoru D-O-L nesrovnatelně lepší než v případě průplavu Mohan-Dunaj. To je zřejmé v důsledku těchto skutečností:

• Střední průtok Dunaje v místě napojení koridoru, tj. při ústí řeky Moravy, dosahuje 1993 m³s^-1, takže je téměř pět a půlkrát vyšší než v Kelheimu. K dispozici je tedy podstatně bohatší zdroj. Roční rozdělení průtoků je navíc příznivější díky alpským tokům (Isar, Inn, Traun), které ústí do Dunaje až pod Kelheimem a dosahují nejvyšších průtoků v letních měsících, kdy v oblasti ČR již nastupuje sucho. Mimořádně příznivá vodnost Dunaje je zřejmá zejména při srovnání s vodností českých a moravských řek. Střední průtok v řece Moravě nad Dyjí dosahuje například jen asi 3 % průtoku v Dunaji. Nízké průtoky představují dokonce jen cca 1 % nízkých průtoků Dunaje (obr. 5).
• Vzhledem k tomu, že hlavní deficitní oblastí je jižní a střední Morava, jedná se v případě vodního koridoru D-O-L převážně o menší čerpací výšky. Při dodávce vody do zdrže Hodonín je třeba překonávat výšku jen necelých 29 m (při nejnižších hladinách v Dunaji) a při čerpání až do zdrže Kroměříž analogicky jen 56 m. Tomu odpovídají nízké náklady na čerpání. Měrné náklady na nadlepšení (vztažené na 1 m³s^-1) mohou dosáhnout jen zlomku odpovídajících nákladů při dodávce vody z nádrže Teplice.
• U vodního koridoru D-O-L je možno ve větší míře počítat s instalací reverzních soustrojí, které by s výhodou využívaly vyšších průtoků v řekách Moravě a Bečvě. Z toho vyplývá velmi příznivá energetická bilance. Při aplikaci varianty D v úseku Dunaj-Hodonín (což odpovídá první etapě³⁾) je například možné počítat s průměrnou roční výrobou čisté a obnovitelné energie ve výši 57 GWh/rok, zatímco spotřeba noční energie na čerpání (při které budou plně uspokojeny bilanční nároky v profilu Hodonín i nárok provozu plavebních komor) se bude pohybovat jen okolo 1,5 GWh/rok.
• V případě vodního koridoru D-O-L se nabízí v nesrovnatelně vyšší míře využití ?interních? zdrojů díky možné ?vnitřní? redistribuci vody mezi dílčími částmi povodí řek Moravy a Labe (případně - ve vzdálené budoucnosti - i Odry). Nejedná se tedy jen o přivedení vody z ?externího? zdroje, tj. z Dunaje. Vysvětlení koncepce a výhodnosti vnitřní redistribuce si ovšem vyžádá zvláštní kapitolu.

¤ Obr. 5. Srovnání charakteristických průtoků Dunaje, Moravy, Labe a Odry

Vnitřní redistribuce vodních zdrojů

Konvenční řešení vodohospodářské bilance spočívá v účelné transformaci průtoků pomocí vhodných akumulačních nádrží. Vhodnou nádrž je možné realizovat v profilech, které jsou výhodné jak morfologicky, tj. nabízejí realizaci dostatečného nádržního objemu při pokud možno nízkých nákladech na příslušnou hráz a na náhradní investice za objekty a liniové stavby, které budou zaplaveny, tak i hydrologicky (profil musí uzavírat dostatečně velké povodí, resp. umožnit hospodaření s dostatečně velkým ročním odtokem). V praxi bývají ovšem jen málokdy splněny obě tyto podmínky současně, takže dochází k více nebo méně výhodným kompromisům.
Trasa vodního koridoru D-O-L propojuje v řadě případů oblasti s morfologicky příznivými a současně hydrologicky málo účinnými profily s oblastmi, kde se vyskytují profily právě opačných vlastností. Nabízí tedy optimálním splnění obou požadavků. Průtok, který může být převáděn, je dán především kapacitou reverzních čerpacích stanic, která by (podle předběžných úvah) měla činit 40 m³s^-1 při čerpání (při transferu ?proti spádu?), resp. cca 55 m³s^-1 v turbínovém provozu. Ve specifických situacích (vysoké přirozené průtoky při současné potřebě plnění akumulačních prostor) je samozřejmě možné čerpat 24 hodin denně, nikoliv jen v noci, a to s využitím ?nadměrné? produkce na jiných stupních systému. Ve vzdálené perspektivě by bylo možné uvedená množství zvýšit instalací dalších soustrojí, neboť kapacita samotných zdrží je mnohem vyšší. Převedení průtoku 100 m³s^-1 zdrží o délce 20 km si například vyžádá počáteční zvýšení její hladiny jen o cca 360 mm, což neovlivní plavební provoz, kterému by nepřekážela ani rychlost proudění, jež by nepřekročila 0,5 ms^-1. Názorně se dá účinnost vnitřní redistribuce vodních zdrojů demostrovat na příkladě hlavních nádrží, které mají klíčový význam pro řešení vodohospodářské bilance v povodí Moravy pod Bečvou, Moravy nad Bečvou a v povodí Labe nad Vltavou. Jsou to nádrže Teplice na Bečvě, Hanušovice na Moravě, Hoštejn na Březné a Vestřev na Olešnickém potoce (napájené z Labe). Jejich parametry se dají převzít z Plánu hlavních povodí. Při existenci vodního koridoru D-O-L je možné tři největší a investičně nejnáročnější nádrže plně nahradit (či dokonce více než nahradit) pouze jedinou a nejméně konfliktní nádrží Hoštejn, která může být pomocí efektivní přečerpávací vodní elektrárny jednoduše napojena na zdrž Hněvkov. Nádrž Hoštejn může být pak přiměřeně a za nevelkých nákladů zvětšena a ?napájena? nejen říčkou Březnou, ale prostřednictvím koridoru také vodami Divoké Orlice z existující vyrovnávací nádrže Nekoř, Tiché Orlice z profilu pod Letohradem i pod Ústím nad Orlicí, Třebovky, z Moravské Sázavy, Moravy nad ústím Moravské Sázavy, dokonce i z Bečvy (profil Osek nad Bečvou) a z některých menších toků. Celkové schéma je na obr. 6. Hlavní ukazatele konvenčního řešení (4 nové nádrže) a řešení navazujícího na vodní koridor D-O-L (s jedinou nádrží) jsou uvedeny v tabulce 1 (formát PDF).

Bez hlubší analýzy celého systému nelze přesně určit dosažitelné nadlepšení průtoků. Tato hodnota se však dá odhadnout na základě následujících skutečností.

• Uvažované nadlepšení z nádrže Teplice (8,73 m³s^-1) by bylo více než kompenzováno ekonomicky podstatně vhodnějším přívodem dunajské vody do prostoru jižní a střední Moravy. Při zatím uvažované kapacitě čerpacích stanic v 1. etapě (40 m³s^-1) a při nočním čerpání by se v průměru získala jen třetina, tj. 13,33 m³s^-1, z čehož by byly maximálně 3 m³s^-1 určeny k dotaci plavebních komor. Ve vodohospodářské bilanci by se tedy uplatnilo množství minimálně 10,00 m³s^-1. Toto množství je ovšem nutné - chceme-li odhadnout účinek vnitřní redistribuce zdrojů - kalkulovat zvláště.
• Nádrž Hoštejn by hospodařila (pokud zanedbáme její možné napojení na průtoky Bečvy) s ročním odtokem ve výši 774 mil. m³, tj. šestkrát větším než uvažovaná nádrž Hanušovice, a disponovala by asi třikrát větším ovladatelným objemem. Je tedy zcela na místě předpoklad, že by poskytla alespoň třikrát větší nadlepšení, tj. 3x3,82 = 11,46 m³s^-1. Skutečnost, že podstatná část vody by se do ní (resp. do zdrže Hněvkov) dostávala nikoliv gravitačně, nýbrž čerpáním z profilu Moravy nad ústím Moravské Sázavy, funkci nádrže téměř neomezí. V tomto profilu dosahuje třicetidenní průtok hodnoty 23,4 m³s^-1, zatímco kapacita čerpacích stanic by měla činit 40 m³s^-1, a byla by tedy překročena jen po několik dnů v roce.
• Zachycení průtoků Bečvy a jejich přivedení do nádrže je samozřejmě také možné a technicky snadné. V daném případě je ovšem doba, kdy by uvedená kapacita čerpacích stanic byla překročena, takže by systém nezachytil ?každou kapku?, poněkud delší. Q_30d pod Jezernicí činí totiž 45,1 m³s^-1. Dalo by se sice uvažovat o zvýšení kapacity čerpacích stanic v daném úseku - pokud by se to ukázalo ekonomicky účelné. Zatím však není s takovými možnostmi třeba počítat a odhadnout, že přiváděním nadbytečných průtoků Bečvy do nádrže Hoštejn se dosáhne například jen 50 % nadlepšení, které nabízí nádrže Teplice, tj. 4,37 m³s^-1. Odhadované nadlepšení z ?vnitřních zdrojů? by tedy mohlo dosáhnout asi 11,46 + 4,37 = 15,83 m³s^-1.

¤ Obr. 6. Schéma převádění průtoků do nádrže Hoštejn

Údaje uvedené v tabulce 1 tedy svědčí o tom, že celý systém je z hlediska zachycení vnitřních zdrojů a celkového nadlepšení zhruba ekvivalentní s konvenčním řešením. Po připočítání přivedené dunajské vody pak nabízí zhruba dvojnásobně vyšší příspěvek k vodohospodářské bilanci, jehož rozdělení do jednotlivých povodí (tj. Moravy nebo Labe) může koridor operativně zajistit. Navíc nabízí v další (a patrně velmi vzdálené) perspektivě i další velké rezervy, dané možným zvýšením čerpaného množství z Dunaje a důslednějším zachycením průtoků Bečvy ve vazbě na uvažovanou nádrž Spálov na Odře, která může mít podobnou funkci jako nádrž Hoštejn (její nevýhodou je větší vzdálenost od trasy vodního koridoru D-O-L, zatímco nespornou výhodou je snadné zvětšení jejího objemu až na 1000 mil. m³ prakticky bez vyvolaných investic).
Je samozřejmé, že přesná analýza a optimalizace může údaje uvedené v tabulce 1 korigovat, nikoliv však zásadně změnit. Hlavní, a to nikoliv odhadovaná, nýbrž přesná a pro celkové posouzení rozhodující data, vyplývající z tabulky, jsou tato:

• zásluhou vodního koridoru je skutečně možno předejít výstavbě nádrží Hanušovice, Vestřev a Teplice, (i když je v této lokalitě účelné počítat se suchým poldrem menšího rozsahu, který si nevyžádá prakticky žádných vyvolaných investic);
• konkrétně to znamená úsporu ploch o výměře 33 km², záchranu 853 budov před demolicí a 58 km silnic vyšší kategorie, resp. 46 km železnic před zatopením.

Bez zajímavosti jistě není zjištění, že průplavní úseky vodního koridoru si vyžádají zábor asi 25 km² půdy, z toho na území ČR asi 18 km². Přesto podléhá tento záměr kritice, neboť údajně komplikuje územní rozvoj, poškozuje cenné segmenty krajiny apod. Záměr prostě ?vadí?, zatímco podstatně větší záběr na funkčně ekvivalentní opatření s většími a nejspíše i horšími dopady na krajinu nevadí nikomu. Ve skutečnosti dokonce ani o ekvivalenci funkcí nejde, neboť koridor nemá jen funkci vodohospodářskou, ale i funkce jiné, z nichž funkce dopravní není rozhodně zanedbatelná. Prostory budoucích nádrží (LAPV) jsou však samozřejmou součástí Politiky územního rozvoje, zatímco územní hájení vodního koridoru je vehementně zpochybňováno. To jistě stojí za zamyšlení.
Stejně tak stojí za zamyšlení, jak je vodní koridor D-O-L chápán v konvenční strategii vodního hospodářství. Například v koncepčním materiálu povodí Moravy⁴⁾ je sice zmíněn, avšak jako jakýsi ?exot?, jehož realizace by mohla přijít v úvahu, až již nebude možné řešit situaci výstavbou nádrží. Jinými slovy: nejprve je ve smyslu této strategie třeba realizovat to, co je méně efektivní, a pak teprve to, co vykazuje lepší technicko-provozní i ekonomické ukazatele. Výše zmíněné dosavadní představy o řešení bilančně kritického profilu Hodonín jsou snad nejlepším příkladem toho, v jakém bludném kruhu se pohybujeme. Dostaneme se z něj?

1) Výzkumný úkol VaV/650/3/02 - Vliv klimatických změn na množství a kvalitu vodních zdrojů a na hydrologické poměry v ČR, Výzkumný ústav vodohospodářský T. G. M. v Praze, 2003, odpovědný řešitel Ing. Ladislav Kašpárek, CSc., objednavatel Ministerstvo životního prostředí ČR.
2) Filip Jiří, Spitz Pavel, Korsuň Svatopluk, Hubačíková Věra: Možnost využití vody z uvažovaného průplavu Dunaj-Odra-Labe na zemědělské závlahy, Konference Porta Moravica 2005, Zlín, 2005.
3) Studie napojení jižní Moravy na Dunaj ve variantě D, 2006, zpracovatel Ing. Jaroslav Kubec, CSc., objednatel Jihomoravský kraj.
4) Ing. Stanislav Novotný, CSc., a kolektiv: Moravské vodohospodářské soustavy. Státní zemědělské nakladatelství, 1987.