Protipovodňová opatření na ochranu stokové sítě na území hl. m. Prahy

Výron vody z Vltavy kanalizační sítí do Karlína, srpen 2002

U kanalizace budované v minulých letech byla řešena ochrana stokové sítě proti zaplavení vodou z recipientů pomocí zpětných klapek a pevných uzávěrů na výpustech do vodních toků a v objektech odlehčovacích komor. Činnost zpětné klapky je automaticky řízena podle výšek hladin v toku a stokové síti. Manipulace s pevným uzávěrem však vyžaduje dobrou znalost stokové sítě a její funkce. V některých částech území byla ochrana proti zatopení stokové sítě řešena vysokou přepadovou hranou na odlehčovacích komorách, která zabránila vniku říční vody do stokového systému a případnému zaplavení území mimo vlastní zátopovou čáru povodně.
Ochrana před zatopením vodou z Vltavy byla řešena dílčími projekty, především budováním mobilního hrazení pro ochranu historického centra Prahy (1. etapa v roce 1999). Tato opatření se však zaměřila pouze na vlastní uzavření stokového systému před vodami z Vltavy a neměla vyřešeny vazby na funkci kanalizační sítě za povodně.

Povodeň v roce 2002 způsobila v celém povodí Vltavy velké materiální a sociální škody. Na území hl. m. Prahy došlo k zatopení rozsáhlých částí obydleného území v inundační části Vltavy a Berounky. Zatopení bylo způsobeno nejen povrchovou vodou z Vltavy, ale v některých částech také průnikem říční vody kanalizační sítí do vzdálenějších, níže položených území, například částí Karlína a Libně. Protipovodňová opatření na území hl. m. Prahy byla v minulosti koncipována na ochranu před stoletou vodou Q₁₀₀, povodeň v srpnu 2002 však tuto hranici výrazně překročila.

Stávající funkční litinový uzávěr

Řešení protipovodňové ochrany stokové sítě hl. m. Prahy po roce 2002

Koncepce ochrany stokové sítě za povodně byla řešena ve dvou krocích. V roce 2003 byla zpracována analýza chování stokové sítě za povodně v roce 2002, v roce 2004 byla ve druhém kroku navržena vlastní opatření.
Hlavním cílem projektu bylo navrhnout taková opatření, která ochrání hl. m. Prahu před zatopením vnitřními vodami (splaškovými, dešťovými a částečně i průsakovými) po vybudování protipovodňových mobilních hrazení, pevných zdí nebo ochranných valů.
Pro řešení protipovodňové ochrany stokové sítě hl. m. Prahy byl využit matematický model stokové sítě, zpracovaný v rámci Generelu odvodnění hl. m. Prahy (GO HMP) v roce 2001, který byl rozšířen v oblastech zátopy do většího detailu. Pro řešení a vlastní návrh opatření na kanalizační síti bylo třeba získat a ověřit informace o chování stokového systému za povodně, určit slabá místa a nedostatky systému.
Projekt využíval dostupné informace o průběhu hladin ve Vltavě, o manipulaci na stokové síti, o záplavové čáře, funkci Ústřední čistírny odpadních vod. Především byla, na základě průzkumů provozovatele, doplněna místa propojení jednotlivých stok nebo celých povodí kmenových stok, která mají vliv na vzájemnou provázanost stokového systému hl. m. Prahy. Byly doplněny informace o strojním zařízení na stokové síti, které je tvořeno klapkami a pevnými uzávěry, a provedeno vyhodnocení měření průtoků z pěti trvalých měrných profilů na kmenových stokách a z devatenácti srážkoměrů stabilní srážkoměrné sítě, umístěných plošně po celém území města. Na základě těchto dostupných informací byly vypracovány tři scénáře řešení, které vyplynuly na základě posouzení dat a které nejvíce ovlivňují chování stokového systému.

Nový pevný uzávěr na stokové síti

Rekonstrukce chování funkce stokové sítě za povodně 2002

(Ze zprávy o funkci stokové sítě za povodně v srpnu 2002)

• Scénář 1 - Situace 6. 8. 2002, 0:00 - 8. 8. 2002, 0:00
  Byla simulována situace před vlastním příchodem první povodňové vlny. Vzhledem k lokální srážkové činnosti na území hl. m. Prahy došlo k významné saturaci horních povodí a k prvním lokálním problémům na stokové síti. Model je nastaven tak, že jsou spuštěny zpětné klapky odlehčovacích komor. Veškeré objekty na stokové síti včetně čerpacích stanic byly v provozu, na stokové síti se neprováděly žádné rekonstrukce, které by ovlivnily standardní funkci tohoto systému. Průtok ve Vltavě byl 400 m³/s (< Q₁).
• Scénář 2 - Situace 9. 8. 2002, 0:00 - 11. 8. 2002, 8:00
  Byla simulována situace při kulminaci první povodňové vlny. Zpětné klapky na výustích z jednotlivých odlehčovacích komor byly spuštěny a jako pojistka jejich těsnosti byly spuštěny pevné uzávěry. Na stokové síti byly ve funkci všechny významné objekty včetně čerpacích stanic a karlínské shybky, která se za standardního provozního stavu uzavírá při průtoku 1450 m³/s. Stoková síť nebyla ovlivněna vltavskou vodou, jediné problémy vznikly s uzávěrem na výpusti z ÚČOV, ty však neovlivnily hydraulické podmínky na stokové síti. Nad územím Prahy nebyl žádný srážkový úhrn, průtok ve stokové síti tak reprezentuje pouze splaškové a balastní vody. Průtok ve Vltavě stoupá a dosahuje 1540 m³/s (cca Q₅).
• Scénář 3 - Situace 14. 8. 2002, 0:00 - 15. 8. 2002, 0:00
  Byla simulována situace při kulminaci druhé povodňové vlny. Zpětné klapky na výustích z jednotlivých odlehčovacích komor byly stále spuštěny, ale s ohledem na dlouhodobé srážky (11.-13. 8.) byly oproti situaci popisované ve variantě scénář 2 otevřeny pevné uzávěry (pouze v místech, kde byla funkční i zpětná klapka). Veškeré hlavní čerpací stanice, tj. ČS-HH, ČS-SH a ČS Modřany, jsou mimo provoz. V těchto chvílích již nefungovalo odvodnění Radotína, čerpací stanice na splaškové kanalizaci (sběrač CL) byly vlivem odpojení elektrické energie mimo provoz.
  Současně jsou odpojeny kmenové stoky B, D a E, k čemuž došlo již 12. a 13. 8. Kmenové stoky A, C, K fungují, ale na konci se přetlačuje voda z bezpečnostního přepadu ČS horního horizontu a Vltavy. Tato situace platí i pro sběrače na levé straně Vltavy, sběrač I, II, P, Q, s tím rozdílem, že průtok v nich je ovlivněn vzdutou hladinou v kmenové stoce A.
  Odlehčení horního horizontu a některé výusti na síti nejsou chráněny proti vodě z řeky, která tak volně natéká do stokového systému. Průtok ve Vltavě dosahuje přibližně úrovně pětisetleté vody (5160 m³/s). Dochází k postupnému vzdutí hladiny ve všech sběračích.
  ÚČOV na Císařském ostrově byla přes protrženou ochrannou hráz shora zaplavena.
  Na základě zpracovaných scénářů byla vyhodnocena funkce jednotlivých kmenových stok a sběračů, především pak pro scénář 3, a provedena analýza pravděpodobného průběhu hladin ve stokové síti.
• Příklady vyhodnocení:
  Po uzavření stoky B na OK 1B dojde do 45 minut ke vzdutí ve stoce až ke karlínské shybce. Vypnutím ČSHH dojde na kmenové stoce A do 90 minut ke vzdutí až ke shybce u Čechova mostu nebo do 2 hodin ke vzdutí na kmenové stoce K až do prostoru Jiráskova mostu atd.
  Byl identifikován enormní nárůst balastních vod ve stokovém systému v povodí kmenové stoky A již za průtoku pětileté vody ve Vltavě, kdy se nemohlo jednat o nátok balastních vod ze zvýšené hladiny Vltavy, ale o infiltraci spodních vod z prostoru Starého Města.
  Rekonstrukce chování stokové sítě za povodně 2002 byla důležitá především pro ověření správnosti funkce doplněného modelu tak, aby mohl být použit pro řešení výhledového stavu. Byla určena kolizní místa stokového systému za povodně a byl dán potřebný základ pro řešení jednotlivých technických opatření.

Schéma událostí na stokové síti při průběhu povodně 2002

Návrh řešení protipovodňové ochrany stokové sítě (PPO SS)

Výstavba protipovodňových opatření hl. m. Prahy (PPO HMP) byla rozdělena do 8 etap řešení. Tato opatření řeší výstavbu ochranných hrází, které zabrání zaplavení města vodou z Vltavy. Usnesením Rady hl. m. Prahy č. 2174 ze 17. 12. 2002 byla vzata na vědomí doporučení pracovní skupiny ?Revize záplavových území a protipovodňových opatření?. Rada souhlasila s přípravou realizace PPO HMP na výši hladiny srpen 2002 s rezervou 30-60 cm. Tato okrajová podmínka byla nutná pro řešení všech protipovodňových opatření na území HMP. Na jednotlivé etapy PPO HMP, které byly ve stavu různého stupně rozpracovanosti, od již realizovaných po připravované, navázala v roce 2004 devátá etapa - Protipovodňová ochrana stokové sítě - ochrana před zatopením vnitřními vodami.

Pro řešení PPO SS bylo nutné všechny dostupné informace o stávajících liniích protipovodňových opatření jednotlivých etap a o navržených protipovodňových opatřeních zapracovat do výhledu matematického simulačního modelu stokové sítě. Veškerá opatření na stokové síti také souvisejí s protipovodňovou ochranou Ústřední čistírny odpadních vod a s možností čerpání přitékajících odpadních vod za povodně do Vltavy.
Pro řešení PPO SS bylo dále nutné rozhodnout o způsobu zatížení stokové sítě. V minulosti nebylo nikdy uvažováno se souběhem kulminačního průtoku ve Vltavě a lokální srážky nad Prahou. Situace v srpnu 2002 však ukázala, že je tento stav reálný. V Praze došlo k opakované lokální srážce, a to 6. 8.-8. 8. a 11. 8.-13. 8. 2002, tedy těsně před kulminací povodně. Z tohoto důvodu bylo rozhodnuto použít pro výpočet a stanovení koncepce PPO SS reálnou srážkovou událost ze srpna 2002.

Projekt deváté etapy byl řešen postupně podle nutné časové koordinace s výstavbou PPO HMP. Na základě stanovených okrajových podmínek byla podle zvolené posloupnosti řešení pro jednotlivé etapy PPO HMP určena místa a množství čerpaných odpadních vod ze stokové sítě za linii protipovodňové ochrany Prahy, do vzduté hladiny ve Vltavě. Řešení bylo navrženo tak, aby nedocházelo k zaplavení města vnitřními vodami splaškovými, dešťovými i průsakovými (např. z metra). Řešení protipovodňové ochrany stokové sítě bylo provedeno ve všech souvislostech s navrženou koncepcí odvodnění hl. m. Prahy v rámci GO HMP I. koncepční fáze. Bylo uvažováno se třemi časovými horizonty řešení.

• Horizont A - doplnění hradicích prvků na výpustech a stokách. Tato opatření na stokové síti jsou realizována v rámci etap PPO HMP.
• Horizont B - zahrnuje opatření na stokové síti. Tato opatření na stokové síti jsou realizována v rámci deváté etapy.
• Horizont C - dokončení koncepce odvodnění GO HMP v zájmovém území protipovodňové ochrany města.

Ukázka mapového výstupu řešení PPO SS v oblasti Karlína

Technická opatření pro řešení protipovodňové ochrany stokové sítě

Na základě výpočtu PPO SS, návrhu opatření pro jednotlivé etapy řešení PPO HMP a jejich uspořádání podle časového rozložení byl stanoven rozsah řešení deváté etapy. Veškeré stavební úpravy na hradidlových komorách, nutné pro zajištění mobilního nebo stabilního čerpání, byly provedeny v rámci koordinací při přípravě a realizaci PPO HMP.

Devátá etapa, která je realizována od roku 2004 do současnosti a doplňuje PPO HMP, obsahuje následující okruhy činností nutných k zajištění PPO SS:

• osazení vodotěsných poklopů ve stanovených částech území;
• rekonstrukce stokových systémů včetně propojů na stokové síti a jejich uzávěrů;
• výstavba retenčních nádrží za linií PPO a zajištění čerpání vnitřních vod za povodně do Vltavy;
• rekonstrukce klapek a uzávěrů na stokové síti hl. m. Prahy a jejich doplnění o chybějící, které jsou nad úrovní stoleté vody;
• nákup a osazení stabilních čerpacích stanic a nákup mobilních čerpacích stanic pro zajištění čerpání.

Čerpadlo určené ke stabilnímu osazení v hradidlové komoře

Závěr

Pro vybudování protipovodňové ochrany hl. m. Prahy a stokové sítě byl vypracován Povodňový plán stokové sítě hl. m. Prahy v povodí ÚČOV, který jasně určuje postup manipulace na síti při vyhlášení jednotlivých stupňů povodňové aktivity v souladu s Povodňovým plánem hl. m. Prahy.
Navržená protipovodňová opatření na stokové síti jsou uceleným koncepčním souborem opatření, která jsou plánována na základě současného stupně poznání stavu a chování stokové sítě a stanovených okrajových podmínek.
Nejistoty, způsobené především v centrálních částech historického území obce, nedoloženým způsobem likvidace starých historických stok odvádějících dešťové i odpadní vody do vodoteče, však mohou mít určitý dopad na zajištění kvalitní funkce protipovodňové ochrany. Při stavební činnosti probíhající při rekonstrukcích povodní poškozených území byly v podzemí nalezeny stavební objekty, u kterých se předpokládalo, že jsou zrušeny. Tyto prostory mohou za podmínek povodně částečně vstupovat do funkce a nepříznivě ovlivňovat ochranu území před vnitřními i vnějšími vodami.
Avšak za předpokladu, že všechna realizovaná protipovodňová opatření budou odolná a funkční, nedojde k průsaku podzemních vod neznámými cestami z toku, nebude překročen kulminační průtok povodně a intenzita lokální návrhové srážky a nebude zvýšeno čerpané množství průsakových vod a čerpání vod z podzemních prostor, je možno počítat s tím, že území za linií PPO bude ochráněno před zatopením vnitřními i vnějšími vodami.

Použitá literatura
[1] DHI Hydroinform, a. s. - Hydroprojekt CZ, a. s., srpen 2003. Generel odvodnění hl. m. Prahy. řešení protipovodňové ochrany stokové sítě. Vyhodnocení povodně srpen 2002.
[2] Hydroprojekt CZ, a. s. - DHI Hydroinform, a. s., leden 2004. Generel odvodnění hl. m. Prahy. Řešení protipovodňové ochrany stokové sítě. Vyhodnocení etap 0001-0009 PPO.

Zpětná klapka ve stokové síti

Uzavřený propoj na stokové síti