Odpadní vody hlavního města Prahy a jejich cesta přes ÚČOV až do Vltavy

Úvod

Jak se odpadní vody na Ústřední čistírnu odpadních vod v Praze dostávají?
V převážné části území hl. města Prahy je vybudován kanalizační systém jednotné soustavy, v okrajových částech Prahy je pak kanalizace koncipována již jako soustava oddílná (Jižní Město, Jihozápadní Město, Modřany, Lhotka – Libuš, Řepy a další). V současné době je  na veřejnou kanalizaci připojeno téměř 1,3 mil. obyvatel.

Celková délka veřejné kanalizace činí cca 3697 km. Kanalizační síť tvoří soustava sedmi kmenových stok A, B, C, D, E, F a K, jimiž jsou odpadní vody přiváděny do Ústřední čistírny odpadních vod v Praze. Odpadní voda je přiváděna na ÚČOV ve dvou horizontech. Horním horizontem, na nějž přitékají odpadní vody kolektorem kmenových stok A, C, K, spodním horizontem kmenových stok B, D z levého břehu Vltavy a kmenovou stokou E a F z pravého břehu Vltavy. Na stokové síti jednotné soustavy centrálního systému je evidováno 140 funkčních odlehčovacích komor (dále jen OK), z nichž dvě z nejdůležitějších jsou odlehčovací komory při zhlaví ÚČOV OK 1E ZOO a přepad čerpací stanice horního horizontu, resp. hlavní čerpací stanice Nové vodní linky. Odlehčené vody z těchto dvou objektů jsou odváděny do Vltavy. Odlehčené vody z ostatních odlehčovacích komor se pak odvádějí do Vltavy a malých vodních toků, z nichž je možno jmenovat šest nejvýznamnějších, tj. Botič, Rokytka, Motolský potok, Šárecký potok, Dalejský potok a Kunratický potok.

Novodobá historie stokové sítě hlavního města Prahy

Abychom chronologicky navázali na předchozí článek věnovaný historii stokové sítě hlavního města Prahy, povězme si ještě něco málo k její novodobé historii: tak, jak šel čas, odtékaly odpadní vody stokovou sítí směrem k čistírně odpadních vod…

V roce 1959 Hydroprojekt Praha vypracoval Souhrnné generální řešení pražské stokové sítě jako podklad pro Směrný územní plán hlavního města. Tato dokumentace prokázala přetíženost stok v centrální oblasti města a počítala s výrazným rozšířením oddílné kanalizační soustavy. Začalo tak období tvorby celopražských generelů odvodnění (generelů kanalizace a generely vodních toků).

Generely kanalizace byly zpracovány v poměrně rychlém sledu v dalších letech 1966, 1972, 1976 a 1988. Odvodnění města se dostalo   do podřízenosti územního řešení a urbanizace města. Rozhodující byla četnost obměny územních plánů cca 1× za deset  let,  které  vždy vyvolávaly změny přístupu ke koncepci systému odvodnění. Technicky náročnější kanalizační stavby zahájené v intencích předchozího územního plánu nebylo možné upravit tak, aby vyhovovaly požadavkům nového územního plánu, a ne vždy započatá cesta dospěla k vytyčenému cíli. Typickým případem takového „pomníku“ je kmenová stoka F kruhového profilu s dimenzí dosahující po toku  až 3200 mm nebo shybka pod Vltavou, která měla převádět odpadní vody z prostoru ÚČOV na Trojském  ostrově na pravý břeh Vltavy  k napojení na přivaděč nové čistírny u Mělníka.

Rok 1961–1990
Hned v prvním roce tohoto období byla uskutečněna výstavba I. etapy sběrače Solidarita a zahájena postupná výstavba stokové sítě pro malešicko-hostivařskou průmyslovou oblast končící až v roce 1969. V roce 1963 byla dokončena náročná stavba sběrače CCII podél Rokytky. Dále se výstavba sběračů podřizovala potřebám bytové výstavby a postupně byly budovány sběrače pro Spořilov, Prosek, Pankrác a Střížkov.

V roce 1964 došlo ke sloučení podniku Pražská kanalizace a čistírny odpadních vod s Pražskou správou vodních toků a vzniká podnik Pražská kanalizace a vodní toky.

V roce 1967 byl zahájen provoz Ústřední čistírny odpadních vod na Císařském ostrově a ukončen provoz ČOV v Bubenči, která je od této doby nazývána Stará čistírna odpadních vod Praha.

Rok 1968 byl přelomovým rokem v koncepci odvodnění Prahy, která určila následující.
■  Čištění odpadních vod řešit centrálně na ÚČOV a upustit od záměrů budovat ČOV Praha – jih a v oblastech nové bytové výstavby realizovat odvodnění oddílnou soustavou s odvedením srážkových vod nejkratším směrem do místních vodotečí.
■  Průtočnost stávající sítě řešit výstavbou nové kmenové stoky K ve směru Modřany – Bubeneč a odlehčit tak na pravém břehu Vltavy přetížené kmenové stoce A.
■  Intenzifikovat pražskou ÚČOV a přeložit plavební kanál za účelem získání místa pro nové objekty ÚČOV.

O rok později bylo rozhodnuto o připojení dalších obcí k Praze, čímž se zvětšilo území Prahy z 186,90 km² v roce 1960 na 496,19 km²  po roce 1974. Následně bylo nutno znovu zhodnotit kapacitní možnosti pražské stokové sítě a navrhnout nezbytná opatření. Jedním z hlavních opatření bylo posílit kmenovou stoku E výstavbou nové kmenové stoky F.

V letech 1971 až 1973 byl  vybudován  nadsídlištní  sběrač  délky  4,5 km pro tehdy největší sídliště – Jižní Město – a sběrač  pro  sídliště Bohnice.

V roce 1972 byl zahájen soubor sedmi staveb kmenové stoky K v délce 11,2 km, DN od 2000 do 3600 mm z Modřan na ÚČOV, který byl dokončen  v  roce 1980.  K  souboru  staveb byla přičleněna původně i osmá stavba – intenzifikace ÚČOV a devátá stavba – přeložka plavebního kanálu, která se však neuskutečnila. Vybudování souboru staveb kmenové stoky K mělo zásadní význam na další rozvoj města. Při stavbě byla v Praze prvně použita výstelka vnitřního povrchu stoky z polymerbetonu s obchodním názvem Berol.

Dalším významným kanalizačním dílem vybudovaným v období 1976 až 1988 byl soubor staveb kmenové stoky F. Jednalo se  celkem o šest staveb jednotné dimenze 3200 mm v délce 5,8 km     na levém břehu Vltavy od pražské  ZOO  do  Vysočan.  Prudký  rozvoj výstavby kanalizace v období po roce 1980 probíhal v přímé souvislosti s bytovou výstavbou. Dělo se tak však na úkor obnovy, rekonstrukcí a oprav stávající sítě. Nejvyššího přírůstku délky  sítě 110 km bylo dosaženo v roce 1985.

V souladu s generelem kanalizace 1976 byla vybudována řada významných kanalizačních staveb, již zmíněné kmenové stoky K a F, dále např. Modřanský sběrač, sběrač P pro Jihozápadní Město, Kunratický sběrač, Pankrácká štola a soustavná kanalizace pro budované bytové soubory.

Rok 1990–1998
■  Cizinecký vstup
Cizinecký vstup je unikátní objekt na pražské stokové síti navržený W. H. Lindleyem, který byl vybudován v první dekádě 20. století na soutoku tří sběračů, v těsné blízkosti Staroměstské radnice. Na stavebním  stavu  objektu  se  podepsaly  tři  historické  události –  květnová  revoluce  v  roce  1945,  okupace  Prahy  cizími  vojsky v roce 1968 a výstavba trasy A pražského metra. V roce 1994 byl stav objektu velmi vážný, a proto se přistoupili po podrobném stavebním a inženýrsko-geologickém  průzkumu  v  říjnu  1995  k  jeho  sanaci.  V průběhu přípravy i realizace stavby byly použity nejmodernější technické prostředky, např. deformační měření, elektromagnetické reflexní měření (georadar), nízkotlaká i vysokotlaká injektáž apod. Stavba byla úspěšně dokončena v dubnu 1996.

■  Trojský sběrač
V letech 1972 až 1975 proběhla již třetí etapa budování sběračů   v Trojské ulici, která měla odstranit kapacitní deficit starších stok odvodňujících Kobylisy. Výstavba sběrače probíhala tehdy v extrémně náročných podmínkách. Souhrn všech negativních příčin (velké sklony a rychlosti průtoku, kaverny v nadloží stoky a zejména tlakový průtok ve stoce při velkých srážkách počátkem června 1996 byly příčinou největší havárie v historii pražského stokování). Následovalo provedení zabezpečovacích prací a náročná oprava zděných vejčitých stok sběrače 1000/1750 a 1200/2000 v délce 1565 m. Při opravě byly prvně hromadně použity prvky z taveného čediče.

■  Rok 1998 – transformace
Ke dni 1. dubna 1998 vznikly firmy Pražské vodovody a kanalizace, a.s., zabezpečující provoz kanalizační a vodárenské infrastruktury hl. m. Prahy, a Pražská vodohospodářská společnost a.s., vykonávající správu obou systémů pro nové vlastníky, kterým se stalo ze zákona hlavní město Praha, sdružení obcí Želivka a sdružení obcí Káraný. Současně zanikly státní podniky Pražské vodárny a Pražská kanalizace a vodní toky. Stalo se tak na základě schváleného privatizačního projektu. Správa pražských vodních toků byla převedena na Magistrát hl. m. Prahy a výkonem vybraných povinností správce byl pověřen podnik Lesy hl. m. Prahy. Po padesáti letech se tak vlastnictví pražského kanalizačního systému vrátilo zpět do rukou hlavního města Prahy.

Generel odvodnění hl. m. Prahy 1999–2001
Přípravou generelu byl pověřen v roce 1993 nejdříve Odbor životního prostředí MHMP, později v roce 1998 PVS  a.s.  Postupně byly zpracovány přípravné dokumenty – Program revitalizace říčních systémů (1995), Pravidla generelu odvodnění (1996), Zadání generelu odvodnění (1996) a Pilotní projekt (1997). Na zpracovanou koncepční část generelu kanalizace postupně navazovaly detailní generelní práce rozvádějící základní technické cíle v dílčích povodích. Další podrobnosti o tomto generelu lze získat v publikaci Generel odvodnění hlavního města Prahy – koncepce odvodnění území hl. m. Prahy, vydané v roce 2003 zpracovateli generelu. Od této doby  do současnosti pak probíhají průběžné práce na tvorbě a aktualizaci (správě) tzv. detailních fází generelu odvodnění.

Povodně

Na stavy velkých vod bylo myšleno již v původním Lindleyově projektu. Výjimečnost návrhu spočívá ve výškovém řešení stokové sítě. Kanalizované území tehdejší Prahy bylo rozděleno situačně na dvě hlavní povodí – na povodí kmenové stoky A (Bubeneč, Hradčany, Malá Strana, Smíchov, Staré Město, Nové Město, Vinohrady) a na povodí kmenové stoky B (Žižkov, Karlín, Bubny, Holešovice), viz obr. 2. Všechna dílčí povodí obou kmenových stok byla rozdělena do dvou výškových pásem – na horní a dolní pásmo. Hlavní stoky obou pásem byly odděleně přivedeny až k dešťovým odlehčením do Vltavy. Při vysokých vodních stavech ve Vltavě, kdy hrozilo vzdutí říční vody do stokové sítě dolního pásma a tím pádem i nebezpečí ohrožení objektů připojených na stokovou síť, stačilo jednoduchou manipulací uzavřít na  odlehčovacích  komorách  dešťové  výpusti.  Odtok  splaškových    i srážkových vod dolního pásma byl potom přiváděn na čistírnu odpadních vod. Uzavřením odtoku na odlehčovacích komorách horního pásma  směrem  na  čistírnu  došlo  k  vypouštění  všech  splaškových i dešťových vod bez čištění do Vltavy, což při velkých průtocích ve Vltavě bylo nepodstatné. Odlehčovací komory horního pásma byly  na stokové síti výškově umístěny tak, aby nebyly ohroženy vzdutou říční vodou z Vltavy. Tím byl vyřešen kapacitní problém Staroměstské i Karlínské shybky i hlavních stok navazujících na tyto shybky. Tyto objekty totiž nebyly schopny pojmout přítok splaškových vod horního pásma a bez odlehčení splaškové i dešťové vody dolního pásma. Pro zajištění odvádění odpadních vod ze stokového systému do Vltavy   za povodňového stavu byla na čistírně v Bubenči osazena dvojice čerpadel, každé o výkonu 800 l/s při dopravní výšce 4,5 m, poháněná dvojicí parních strojů. Takto byla zajištěna bezproblémová funkce stokové sítě i za vysokých povodňových vodních stavů ve Vltavě.

Systém protipovodňové ochrany Prahy
Začátkem roku 1997 hlavní město Praha rozhodlo o zahájení realizace systému protipovodňové ochrany Prahy a navázalo tak na léta úvah, výzkumů, teoretických studií, realizovaných dílčích opatření a řady akcí pořádaných v roce 1990 hydrology u příležitosti stoletého výročí výskytu „poslední stoleté vody“ v Praze roku 1890. Na základě poznatků z velkých záplav v zahraničí, zejména v Kolíně nad Rýnem, bylo rozhodnuto o využití systému mobilních hradicích prvků. Tento systém bez citelných zásahů do stávajícího vzhledu města, zejména   v jeho historických částech, umožní zabránit vzniku škod na majetku, včetně kulturních památek. V úsecích na okraji města byla navržena stabilní opatření, jako jsou zídky, hráze apod., kombinovaná s mobilním hrazením zejména v místech křížení s komunikacemi.

Jako návrhová velká voda Q_N byl původně pro řešení protipovodňových opatření určen průtok dosažený při katastrofální povodni v roce 1890. Opatření byla navrhována na úroveň hladiny návrhové povodně Q_N = 4030 m³/s zvětšené o nadvýšení v rozsahu min. 300 mm  a max. 500 mm.

Příprava a realizace protipovodňových opatření byla rozdělena do sedmi, resp. devíti etap, viz obr. 3. První etapa 0001 Staré město a Josefov byla realizována v letech 1999 až 2000. Do přípravy a realizace pak významným způsobem zasáhla srpnová povodeň v roce 2002, která výrazně překročila zvolené návrhové parametry protipovodňových  opatření;  způsobila  rozsáhlé  škody, a to nejen přímým zatopením povrchovou vodou z Vltavy, ale také     v některých částech území průnikem vody  z  Vltavy  stokovou  sítí do vzdálenějších, níže položených  území.  Vlastní průběh povodně  a rozbor chování stokového systému v jejím průběhu matematickým simulačním modelem  zřetelným  způsobem  ukázal  na  nedostatky v dosavadním přístupu k řešení protipovodňové ochrany stokové sítě, kdy se opatření soustředila pouze na zamezení vniku „velké vody“ do stokového systému, tj. na oddělení stokové sítě uzávěry   od Vltavy. Prokázalo se, že toto pojetí neodpovídá reálnému provozu stokové sítě v chráněném území za povodňového stavu a nezahrnuje ochranu před tzv. vnitřními vodami, které tvoří produkované splaškové  vody  a  zejména  odtok  srážkových  vod  v  povodí  stok  v chráněném území.

Vyhodnocení průběhu a dopadů srpnové povodně 2002 přineslo dvě zásadní změny v další přípravě a realizaci protipovodňových opatření na ochranu hl. m. Prahy. Rada hlavního města Prahy ve svém usnesení č. 2174 ze 17. prosince 2002 odsouhlasila zvýšení míry ochrany území na průtok dosažený při srpnové povodni 2002 – Q₅₀₀ = 5300 m³/s s dobou opakování přibližně 500 let a rezervou 300–600 mm.

Současně bylo rozhodnuto o zpracování projektu Řešení protipovodňové ochrany stokové sítě, tzv. Etapy 0009, řešící komplexně ochranu stokové sítě, tzn. včetně souběhu průchodu definované velké vody na Vltavě a srážky nad územím hl. m. Prahy. Zásadním výstupem projektu bylo určení míst na stokové síti,  ze  kterých  je v průběhu stokové sítě nutno zajistit odčerpávání vod ze stokového systému do Vltavy pro zajištění jeho funkce. Čerpací místa s čerpaným množstvím 400 l/s a vyšším bylo rozhodnuto řešit vybavením technologií trvale osazených ponorných odstředivých čerpadel s pohonem mobilní- mi motorgenerátory, viz obr. 4. Na místa s potřebou přečerpávat nižší množství než 400 l/s byla navržena mobilní sací čerpadla, viz obr. 5. Výstavba jednotlivých etap protipovodňových opatření na stokové síti proběhla v letech 2002 až 2011. Průběžné doplňování protipovodňových opatření probíhá i nadále především v souvislosti s urbanistickým vývojem v povodí.

Systém ochrany stokové  sítě  tvoří  133  hradidlových  komor se 127 uzávěry a 72 zpětnými klapkami, jedenáct stabilních povodňových čerpacích stanic o celkovém výkonu 8100 l/s poháněných jedenácti mobilními motorgenerátory a devatenáct čerpacích míst pro nasazení 34 mobilních sacích čerpadel o celkovém výkonu 3900 l/s.

Monitoring na stokové síti a v povodí

Se zpřísňujícími se požadavky na čištění odpadních vod vyvstává před provozovateli stokových sítí a ČOV otázka, jak se těmto požadavkům co nejlépe přizpůsobit. Nové trendy stále více uplatňované při řešení problematiky městského odvodnění a čištění odpadních vod vedou mimo jiné i ke změně požadavků na kvalitu dat a jejich skladbu. Úzká provázanost monitoringu s ostatními nezbytnými prvky řešení městského odvodnění klade nároky na systematické shromažďování nezbytných informací o chování stokových sítí, ČOV a recipientů.

Monitoringem rozumíme způsob poznání provozního stavu a vývoje systému odvodnění na základě provedených a vyhodnocených kvantitativních a kvalitativních měření. Základním rysem monitoringu je především systematičnost a kontinuita. Monitoring poskytuje uživateli soubor informací o tom, jaká je struktura systému odvodnění, jak tento systém funguje a jak se mění. Na základě interpretace naměřených dat je možné např. posoudit a vyhodnotit účelnost přijatých opatření (rekonstrukce objektů, připojení nových povodí apod.) nebo kontrolovat aktuální provozní stav systému (stokové sítě nebo ČOV). Optimální volbou monitorovací strategie a výpočetních prostředků (především matematických modelů) lze získat neocenitelné informace pro rychlé a v porovnání s následnými investicemi levné zpracování variantních řešení městského odvodnění.

Celý článek naleznete v archivu čísel 03/2019.