Hydraulický výzkum plavebního stupně Děčín

Úvod

Významný rozvoj labsko-vltavské vodní cesty nastal od počátku 19. století, kdy byly realizovány rozsáhlé regulační práce zejména na dolní Vltavě a dolním Labi, které měly za cíl především rozšířit, napřímit a prohloubit plavební dráhu a odstranit plavební úžiny. Zásluhou říšského vodního zákona z roku 1869 byla v roce 1896 zřízena Komise pro kanalizování řek Vltavy a Labe v Čechách. Tato komise začala realizovat plán kanalizačního splavnění labsko-vltavské vodní cesty výstavbou kaskády jezových stupňů, jež na sebe navazují svým vzdutím a zajišťují celoroční splavnost. Dolní Vltava byla do dnešních dnů kanalizačně splavněna od přehrady Slapy po Mělník a Labe od Chvaletic po Masarykovo zdymadlo v Ústí nad Labem. Po našich předcích jsme tak zdědili rozsáhlou dopravní infrastrukturu, která bohužel není plnohodnotně napojena na evropské vodní cesty, protože úsek od Ústí nad Labem po státní hranici s Německem je dosud splavněn pouze regulačními úpravami. V tomto úseku plavební hloubka zcela závisí na aktuální hydrologické situaci a spolehlivost ekonomicky rentabilní plavby na tomto úseku je pouze 54 %.

V rámci přípravy projektové dokumentace Plavebního stupně Děčín byl v letech 2015 až 2016 realizován rozsáhly hydraulický výzkum plánované Plavební komory Děčín a úprav plavební dráhy v navazujícím úseku Labe. Výzkum byl realizován v rámci záměru Zlepšení plavebních podmínek na Labi v úseku Ústí nad Labem – státní hranice ČR/SRN financovaného z prostředků Státního fondu dopravní infrastruktury. Výzkum probíhal na základě smlouvy o dílo s investorem, kterým je Ředitelství vodních cest ČR. Řešitelský tým Fakulty stavební ČVUT v Praze tvořili: doc. Dr. Ing. Pavel Fošumpaur, Ing. Milan Zukal, Ph.D., Ing. Tomáš Kašpar, Ing. Martin Králík, Ph.D., Ing. Jitka Kučerová, CSc., a Ing. Martin Horský, Ph.D. Výzkumné práce byly koordinovány s investorem a projektanty ze sdružení Děčín PD, ve kterém za návrh plavební komory odpovídá Ing. Michael Trnka, CSc., z firmy AQUATIS a.s. Do návrhu také aktivně vstupovali v rámci výzkumu zástupci správce vodní cesty (Povodí Labe, státní podnik) a Státní plavební správy. Experimentální výzkum plavební komory probíhal na fyzikálním modelu v měřítku 1 : 20 umístěném ve Vodohospodářském experimentálním centru Fakulty stavební ČVUT v Praze (obr. 1). Výzkum úprav plavební dráhy v úseku od plánovaného Plavebního stupně Děčín po státní hranici ČR/SRN probíhal na fyzikálním modelu v měřítku 1 : 70 umístěném na volném prostranství ve Výzkumném ústavu vodohospodářském T.G.M., v.v.i, v Praze-Podbabě.

Hydraulický model Plavební komory Děčín

Plavební komora má podle návrhu [1] celkovou užitnou délku 200 m a šířku 24 m a umožní proplavení dvou typových tlačných sestav vedle sebe. Plavební komora je dělena vzpěrnými vraty ve středním ohlaví na krátkou část užitné délky 41,5 m a dlouhou část s užitnou délkou 140,0 m. V horním ohlaví jsou navržena segmentová vrata a v dolním ohlaví vrata vzpěrná. Návrh uvažuje vtok do systému dlouhých obtoků z nadjezí a odpad je zaústěn bezprostředně pod jez. Plavební komora překonává maximální spád 5,56 m. V první fázi byl výzkum zaměřen na optimalizaci horního ohlaví plavební komory pomocí výsekového fyzikálního modelu v měřítku 1 : 20. Experimenty umožnily optimalizovat konstrukci horního ohlaví včetně segmentových vrat z mnoha provozních hledisek, mezi které se řadí možnost přímého plnění plavební komory horními vraty, převádění nezámrzného průtoku, převádění ledových ker, převádění části povodňových průtoků v kritických situacích a tlumení kinetické energie vody i ledů při dopadu do plavební komory. Zvláštní pozornost byla věnována optimalizaci vývaru pod segmentovými vraty (obr. 2) a návrhu rozrážečů pro tlumení kinetické energie z důvodu zajištění bezpečných plavebních podmínek při proplavování plavidel během přímého plnění plavební komory. Vodítkem pro posouzení účinnosti tlumení byla podrobná měření na dokončených vodních dílech České Vrbné a Hluboká nad Vltavou [3]. Z výsledků měření rychlostí na počátku užitné délky plavební komory vyplynulo, že za bezproblémové, popř. dobře zvládnutelné lze označit podélné rychlosti do hodnoty cca 1,2 m.s^-1. V rámci optimalizace horního ohlaví Plavební komory Děčín byla proto zvolena varianta, která respektuje toto hledisko, viz obr. 3. Požadavek na spolehlivé převádění ledů plavební komorou vyplývá ze skutečnosti, že v daném úseku dolního Labe je třeba počítat s obdobnými zimními podmínkami jako na středním Labi, neboť vliv oteplené vody z Vltavy a tepelné elektrárny Mělník již v tomto úseku není patrný.

S ohledem na skladbu požadovaných experimentů obsahuje objektový hydraulický model kromě plavební komory také přilehlé jezové pole o šířce 40 m, přilehlou část horní rejdy délky 100 m a přilehlou část dolní rejdy délky 60 m, viz obr. 4. Z hlediska konstrukce hydraulického modelu bylo třeba respektovat zejména únosnost jednotlivých prvků, přesnost zpracování, vodotěsnost, možnost rychlé realizace přestaveb během výzkumu a možnost přístupu pro instalaci měřicí aparatury. Většina částí modelu je vystavena poměrně velkým hodnotám zatížení hydrostatickým tlakem, které dosahuje 0,7 až 1,0 m vodního sloupce.

Celý článek naleznete v archivu čísel 12/2017.