Vodohospodářský efekt převodů vody

V rámci opatření zaměřených na aktuální problematiku zmírnění povodňových škod vyvolaných výskytem významného období sucha se pozornost soustředila mj. na převody vody mezi dílčími povodími vodních toků. Z vodohospodářského hlediska jde o prvek, který umožňuje v rámci vodohospodářských soustav obohatit jejich koncepční řešení, popř. zvýšit celkový efekt komplexních opatření. V minulosti bylo jeho použití poměrně časté, ať se již jedná o zásobování vodou (vodárenské soustavy, hydroenergetika, hydromeliorace, popř. další), či ochranu před povodněmi.

V hydrologických poměrech našeho státu přitom nemůžeme očekávat výrazné odlišnosti v časovém průběhu průtoku ve vodních tocích, zejména ve vztahu k výskytu sucha. Lapidárně řečeno, nemá smysl budovat převody vody, když v období sucha neexistuje přebytek průtoku, který by posílil průtokově rovněž deficitní sousední (popř. i vzdálenější) vodní tok. V rámci převodů je akumulace vody v soustavě nezbytná (s výjimkou převodů povodňových průtoků).

Z metodického hlediska by asi bylo zajímavé zabývat se typologií převodů vody, upozornit na zajímavé vztahy, resp. podrobnosti. Předmětem této technické informace však je předběžné ocenění vodohospodářského efektu převodů vody posilujících vlastní hydrologický potenciál v soustavách zajišťujících odběry vody včetně nadlepšení minimálních průtoků. Obecné vodohospodářské řešení nádrží s převody vody bylo zveřejněno např. ve sborníku z odborné konference ČSVTS v Teplicích v roce 1988 (V. Broža).

Jako zajímavost je možno připomenout velmi významné převody vody vybudované počátkem 16. století u nás. Byl to především někdy opomíjený Opatovický kanál spojený se jmény Viléma z Pernštejna a jeho fišmistra Kunáta Dobřenského. Ten ostatně byl učitelem Štěpánka Netolického, stavitele Zlaté stoky na Třeboňsku. Délka těchto umělých vodotečí se blížila 50 km. Podobnou délku měl o tři sta let později tzv. Schwarzenberský kanál J. Rosenauera, sloužící zejména k plavení dříví ze Šumavy do Vídně, a jímž tekla šumavská voda (z evropského povodí Labe) do Dunaje. Převody vody se používaly v zájmu těžby a zpracování rud, později ve vztahu ke globálnímu rozvoji průmyslu (energetiky) v zemědělství atd. a v hojné míře v rámci vodohospodářské výstavby 20. století.

Racionální úvahy o očekávaném vodohospodářském efektu převodu vody

Předmětem úvah je očekávané zvýšení odběru (odtoku) vody z vybudované nádrže po realizaci převodu vody z vodního toku mimo vlastní povodí nádrže. Jde tedy o „posílení“ hydrologického potenciálu vlastního povodí nádrže. Takové předběžné zhodnocení je užitečné provést v předstihu před podrobným vodohospodářským řešením.

Pro objasnění základních vztahů vyjdeme z představy dvou hydrologicky rovnocenných vodních toků s dlouhodobým průměrným průtokem Q_a = 1 m³/s a Q_355d = 0,15 m³/s, který budeme současně uvažovat jako minimální zůstatkový průtok. Na jednom z vodních toků je vybudována vodní nádrž se zásobním objemem zajišťujícím výrazné sezonní (roční) vyrovnání (α = 0,4).

V teoretickém návrhovém období, které bylo zvoleno, jsou na obou vodních tocích shodné časové průběhy průtoků. Podmínkou pro převádění vody je, že pod místem odběru bude ponechán průtok 0,15 m³/s, a pokud bude přirozený průtok menší, musí být převáděcí zařízení uzavřeno.

Představy o interakci nádrže a převodu vody jsou znázorněny na připojeném schematickém obr. 1.

Obr. 1. Schematické vyjádření vodohospodářského efektu převodu vody do vybudované nádrže (časový průběh průtoku v návrhovém málo vodném období v profilu nádrže a v místě odběru vody na počátku převodu je shodný)

a) Časový průběh přítoku a odtoku z nádrže bez zahrnutí převodu vody Q = f(t) a s jeho zahrnutím Q_d: Q_{min z}– minimální zůstatkový průtok, O_pp – zabezpečený odtok (odběr) vody z nádrže bez převodu vody, O_pd – zabezpečený odtok (odběr) vody po realizaci převodu, ∆O_p – vodohospodářský efekt převodu, T_v – doba prázdnění nádrže (odhad)

b) Vodohospodářsky využitelný převáděný průtok: Q_dp = f(t) – využitelný převáděný průtok (bez Q_{min z}) v době, kdy zásobní objem nádrže není plný, 1 a 2 – odhad převedeného objemu vody (šrafované plochy), Qdr – využitelný převáděný průtok po zvýšení zabezpečeného odtoku (odběru) z nádrže

c) Časový průběh prázdnění zásobního objemu nádrže V_v = f(t): V_vp – nádrž bez převodu vody, V_vr – nádrž s převodem vody bez zvýšení odtoku, ∆ V – objem využitelný pro zvýšení zabezpečeného odtoku (odběru)

Fig. 1. Schematic explanation of the water management effect of water diversion to the existing reservoir (hydrograph in the design low-flow period at reservoir site is the same as at diversion point)

a) Hydrograph of the inflow and outflow from the reservoir without contribution of water diversion Q = f(t) and with it Q_d: Q_{min z}– minimum setting discharge, O_pp – design outflow from the reservoir without water diversion, O_pd – design outflow with water diversion, ∆ O_p – water management effect of water diversion, T_v – time of reservoir emptying (estimation)

b) Diversion of discharge to be utilized for water management contribution: Q_dp = f(t) – utilized diversion discharge (without Q_{min z}) in case of reservoir storage not full, 1 and 2 – estimation of volume water diversion (hatched areas), Q_dv – utilizable diversion discharge for the increasing of design outflow

c) Time course of emptying of the reservoir storage volume V_v = f(t): V_vp – reservoir without water diversion, V_vr – reservoir with water diversion but without increasing of design outflow, ∆ V – volume utilizable for the increasing of design outfow

V prvním kroku oceníme, jaký bude vodohospodářský přínos plánovaného převodu za předpokladu, že odtok (odběr) vody z nádrže se nezmění. Je logické, že za stavu, kdy původní přítok do nádrže poklesne pod hodnotu odběru a nádrž by se začala prázdnit kvůli převodu, může být zásobní objem po jistou dobu udržován plný. K prázdnění dojde až po poklesu vlastního přítoku do nádrže a převáděného průtoku pod hodnotu odběru. Jakmile průtok v místě převodu bude menší než minimální zůstatkový průtok (0,15 m³/s), nebude převod ve funkci. Vyšrafovaná plocha (1) ve schematickém obr. 1. představuje první část průtokové dotace pro nádrž. Další efekt bude možný až po zlepšení průtokových poměrů, kdy bude opět možno vodu převádět (2). Zásobní objem se bude dále prázdnit, díky dalšímu převedenému objemu průtoku nedojde k tak výraznému vyprázdnění jako v případě nádrže bez převodu. Rozdíl ve vyprázdnění zásobního objemu ∆V kvantitativně vyjadřuje vodohospodářský přínos převodu. Uspořený objem je možno převést na očekávané zvětšení návrhového odtoku tak, že odhadneme dobu prázdnění nádrže (T_v). Ve zvoleném příkladu jsme dospěli k přínosu 0,075 m³/s, což je 30 % původního (projektového) odběru. I když jediný výsledek nemůže být podkladem pro hodnocení, ukazuje sice na vcelku pozitivní přínos převodu vody, avšak ve srovnání s efektem nové nádrže, která by se v místě převodu vybudovala, je to podstatně menší vodohospodářský efekt. Uvážíme-li dále, že vodohospodářské studie, v nichž se do funkce vybudovaných zásobních nádrží promítl dopad změny klimatu na průtokové poměry, ukazovaly na pokles odběrů rovněž zhruba o 30 %, přílišný optimismus ve vztahu k převodům vody v našich hydrologických poměrech není na místě. Je zřejmé, že negativní vliv na efekt převodu vždy bude mít trvání extrémně suchého (málo vodného) období, kdy dotace ve prospěch hospodaření s vodou v nádrži nebude přípustná. Bohužel právě prodloužení takových období v důsledku změny klimatu je očekáváno.

Efekt převodu bude závislý na poměru vodností toku s nádrží a toku, z něhož se voda bude převádět, na cyklu prázdnění nádrže (při víceletém řízení bude možno častěji využívat přebytku průtoků) atd.

Smyslem této informace je přinést realistický pohled na vodohospodářský efekt převodů vody. Ty za situace, kdy prosazení každé další vodohospodářsky významné nádrže se s ohledem na aktuální společenské výhrady se stává velmi obtížné, se mohou jevit jako jisté východisko. Jejich přínos ve srovnání s projekty nových nádrží zřejmě nebude zvlášť pozoruhodný, ovšem v případech, kdy se vyskytnou vodohospodářsky deficitní oblasti, jako např. v současné době Rakovnicko, asi nebude jiné racionální řešení (z hlediska kvantitativního i kvalitativního).

Realizace převodu vody vždy bude znamenat pro „postižený“ vodní tok změnu odtokových poměrů s dopady na jeho ekologický potenciál a zejména na vodohospodářské potřeby níže.

Z kvantitativního hlediska je možno funkci převodu omezit pouze na období, kdy zásobní objem nádrže bude povyprázdněn. Zásadní ovšem je, že bez možnosti dlouhodobé akumulace vody v našich hydrologických poměrech samotné převody nemají smysl. Při globálním pohledu v celostátním měřítku, např. velmi spolehlivě zabezpečené odběry vody vybudovaných vodárenských nádrží, v součtu převyšují současné i budoucí potřeby pitné vody. Bohužel zajistit jejich převod, obdobně jako je tomu např. v přenosové síti elektrizační soustavy, asi není reálné, i když v současné době je možno zaznamenat snahy o propojování vodárenských soustav.

Poznámka k zamyšlení: Nedávno byla zveřejněna informace o možnosti vedení železniční trati z Ústí nad Labem do Drážďan. Tunelem o stejném průměru by prošla veškerá pitná voda pro potřeby České republiky. I v tomto smyslu je možno uvažovat o převodech. Může k tomu nabádat např. i námět (před desítkami let) na zajištění komplexního zásobování jižní Moravy pitnou vodou převodem vody z Žitného ostrova, popř. další mezinárodní propojení Dunaje a horní Vltavy.