1. Úvod Neodmysliteľnou súčasťou štúdia študentov SvF STU odboru Vodné hospodárstvo a vodné stavby, špecializácia Hydrotechnika, je aj odborná exkurzia. Jej úlohou je oboznámiť študentov so základnými hydrotechnickými a zároveň vodohospodárskymi dielami na Slovensku. Pre väčšinu študentov je to zároveň prvý odborný kontakt s už realizovanými a prevádzkovanými dielami tohto odboru. Našou snahou je oboznámiť študentov s týmito dielami už pred nástupom na exkurziu, prípadne počas cesty. Na to slúžili rôzne informačné materiály, ktoré obsahovali viac či menej kvalitné údaje o jednotlivých vodných dielach na trase exkurzie. Tento spôsob informovania sa ukázal ako nie celkom vhodný vzhľadom na nekonzistentnosť týchto materiálov. Preto sme sa rozhodli spracovať predmetné skriptum ako pomôcku pre účastníkov exkurzie. Obsahuje základné informácie o programe exkurzie, jednotlivých vodných dielach s ich technickými údajmi i skúsenosťami z ich prevádzky. Veríme, že takto sa zvýši úroveň informovanosti študentov, čím by mala vzrásť ich fundovanosť pri prehliadkach diel. Touto cestou by sme chceli poďakovať sekretárke Katedry hydrotechniky pani Marte Užákovej za prípravu rukopisu skrípt. Bratislava, 2007 Autori 3
4 2. Program odbornej exkurzie Deň Čas plánovaná činnosť Pondelok 7 00 7 00-8 15 8 15-9 15 9 15-9 30 9 30-10 15 10 15-11 00 11 00-12 00 12 00-13 15 13 15-14 00 14 00-15 00 15 00-15 45 15 45-17 15 17 15-19 00 odchod od budovy SvF STU - vchod Starohorská presun na VE Madunice prehliadka VE Madunice presun na hať Drahovce prehliadka hate Drahovce presun na VE Trenčín prehliadka dispečingu VE Trenčín obed - Trenčín presun na VE Považská Bystrica prehliadka VE Považská Bystrica presun na VD Žilina prehliadka VD Žilina presun na ubytovanie Oravská priehrada ubytovanie, večera 19 00 Utorok 7 00-8 00 8 00-8 15 8 15-10 15 10 15-12 30 12 30-14 30 14 30-15 15 15 15-15 45 15 45-16 15 16 15-17 00 17 00-17 15 17 15 Streda 7 00-7 30 7 30-8 15 8 15-9 45 9 45-10 30 10 30-11 00 11 00-12 00 12 00-13 00 13 00-15 30 15 30-16 30 16 30-17 15 17 15-17 45 17 45-18 30 18 30 Štvrtok 7 00-7 30 7 30-11 00 11 00-12 00 12 00-12 30 12 30-13 15 13 15-14 30 14 30-15 30 15 30-16 00 16 00-16 45 16 45-18 00 18 00 Piatok 7 00-7 30 7 30 7 30-8 00 8 00-8 45 8 45-9 15 9 15-9 45 9 45-13 00 13 00-14 30 14 30-16 00 16 00 raňajky, zabezpečiť suchý obed presun na Oravskú priehradu prehliadka Oravskej priehrady a VE presun cez Podbiel, Huty, Kvačany na Liptov, suchý obed prehliadka priehrady a VE Liptovská Mara presun Liptovský Mikuláš, Okoličné prehliadka MVE Okoličné - vaková hať presun na MVE Trnovec (cca 1 km pešo tam a späť) prehliadka MVE Trnovec presun Liptovský Hrádok ubytovanie, večera raňajky presun na PVE Čierny Váh - dolná nádrž prehliadka PVE Čierny Váh presun na hornú nádrž (autobusom) prehliadka hornej nádrže presun smer Čertovica obed Malužiná presun na PVE Dobšiná prehliadka PVE Dobšiná presun Palcmanská Maša prehliadka priehrady Palcmanská Maša (z koruny hrádze) presun na ubytovanie Telgárt večera raňajky presun na VN Málinec prehliadka VN Málinec presun k štôlni Izabela - PVE Ipeľ prehliadka štôlne Izabela (zvonka) - PVE Ipeľ výklad presun na VN Hriňová prehliadka priehrady a VN Hriňová presun na MVE Hriňová prehliadka MVE v Hriňovej presun Donovaly Donovaly ubytovanie, večera raňajky odchod presun Motyčky - vodáreň prehliadka vodárne v Motyčkách + MVE na vodovodnom privádzači presun Dolný Jelenec - Staré hory prehliadka MVE Staré Hory presun na VD Kráľová (príp. VD Selice) prehliadka VD Kráľová presun do Bratislavy príchod pred budovu SvF STU vchod Starohorská - ukončenie exkurzie
3. Z histórie energetického využívania Váhu Váh je najvýznamnejšou a po Dunaji najväčšou riekou na Slovensku. Pramení v horskej oblasti medzi dvoma pohoriami stredoeurópskymi veľhorami Vysokými Tatrami a viac ako 2000 metrov vysokým pohorím Nízkych Tatier. Na svojej viac ako 375 kilometrov dlhej ceste prekonáva Váh výškový rozdiel nad 900 metrov a svoju cestu končí v dunajskej nížine, kde sa pri Komárne vlieva do Dunaja. Meno rieky Váh pochádza z latinského názvu vagus, čo znamená túlavý alebo blúdiaci. Toto nám prezrádza, že divoká a neskrotná rieka často menila svoje koryto už v časoch rímskej ríše, ktorá mala v tejto oblasti svoje severné hranice. Dokazuje to aj nápis rímskych légií z roku 179 n.l. na skale vo vtedajšom Laugaritiu terajšom meste Trenčíne. Keďže údolie Váhu je oddávna osídlené, spôsoboval takýto charakter rieky obyvateľstvu veľa ťažkostí. Vo väčšej časti svojho toku preteká Váh pomerne úzkym údolím, v ktorom zberá vodu z početných prítokov, prameniacich v okolitých zalesnených pohoriach a často prinášajúcich povodňové prívaly. Kľúčom k zvládnutiu povodní, ako aj určitému vyrovnaniu výkyvov prietoku vody riekou v priebehu roku, sa stali veľké vodné nádrže na hornom toku rieky. V rokoch 1941-53 bolo vybudované VD Orava na najväčšom prítoku Váhu, rieke Orave a v roku 1976 ďalšia vodná nádrž pri priehrade Liptovská Mara na hornom toku Váhu s vyrovnávacou nádržou Bešeňová. Využitie vody z nádrží na výrobu elektriny zaisťujú špičkové vodné elektrárne priamo pri uvedených priehradách. Ale hlavný význam nádrží vedľa ochrany pred povodňami spočíva v zaisťovaní vyšších prietokov vody v priebehu roku pre všetky nižšie položené elektrárne vážskej kaskády, ako aj v zaisťovaní vody pre priemysel a zavlažovanie. Riečna plavba na Váhu zatiaľ nie je rozvinutá, ale počíta sa s ňou v budúcnosti po vybudovaní riečnych stupňov na dolnom Váhu a na Dunaji, ktoré umožnia napojiť Váh na dunajskú plavbu. Pre potreby plavby majú niektoré z terajších vážskych stupňov už vybudované menšie plavebné komory, buď dohotovené úplne alebo len v hrubej stavbe. Tieto komory dnes slúžia ako jalové priepusty. V blízkom okolí Váhu je aj viac kúpeľných miest, niektoré z nich aj s termálnou vodou. Tieto sa stali strediskami liečenia a rekreácie. Nový minerálny prameň bol napríklad objavený pri výstavbe priehrady a elektrárne Nosice a stal sa základňou pre vybudovanie nových kúpeľov. Vodné nádrže v lesnom prostredí sa stali strediskami športovej plavby, rybárstva a rekreácie. Poľnohospodárstvu pri dolnom Váhu zaisťuje vážska kaskáda zásobu vody pre zavlažovanie. Husté osídlenie a významný priemysel v údolí Váhu sa však do istej miery stali obmedzujúcim činiteľom pre využívanie vodnej energie. Nebolo ekonomicky únosné zatápať veľké oblasti, čomu by sa pri výstavbe kaskády zloženej z väčších údolných nádrží nedalo vyhnúť. Preto je využívanie vodnej energie na Váhu riešené sústavou vodných elektrární na derivačných kanáloch, do ktorých sa voda privádza z menších nádrží riečnych energetických stupňov. Elektrárne a kanály, budované v prvých rokoch výstavby vážskej kaskády, svojím dimenzovaním umožňujú len prevažne pološpičkovú prevádzku týchto elektrární. Až v posledných rokoch budované riečne nádrže spolu s istou akumulačnou schopnosťou novších rozmernejších kanálov umožňujú špičkovú prevádzku kanálových elektrární a ich celých skupín, čo lepšie odpovedá úlohám vodných elektrární v elektrizačnej sústave. 5
Výstavba vážskej kaskády vodných elektrární bola zahájená okolo roku 1930. Ako prvá bola postavená a v roku 1936 uvedená do prevádzky elektráreň Ladce. Po nej nasledovali v roku 1946 elektráreň Ilava a v roku 1949 elektráreň Dubnica. V roku 1939 boli zahájené aj prípravné práce pre výstavbu priehrady na Orave, ale tu boli práce vojnovými udalosťami a ťažkosťami výstavby na pieskovom podklade spomalené, takže elektráreň Orava bola uvedená do prevádzky až v roku 1953. Rozsiahla výstavba vážskej kaskády vodných elektrární sa rozvinula až v podmienkach budovania po druhej svetovej vojne. V tejto dobe sa už nestavali len jednotlivé elektrárne, ale súčasne celé skupiny elektrární. Tak v rokoch 1953-55 bola spustená do prevádzky skupina elektrární Kostolná Nové Mesto Horná Streda na ďalšom derivačnom kanále. V roku 1956 bola spustená elektráreň Trenčín ako štvrtý stupeň derivačnej skupiny Ladce - Ilava Dubnica Trenčín. V rokoch 1957-58 bola spustená špičková elektráreň pri priehrade Nosice, ktorá je významným medzičlánkom vážskej hydroenergetickej sústavy. Jej stredne veľká nádrž je schopná zachytiť také množstvo vody, ktoré umožňuje zaistiť týždennú reguláciu odtoku z nádrže a tým zlepšiť prevádzku vo všetkých nižšie na Váhu umiestnených elektrárňach: súčasne nádrž umožňuje vyrovnávať aj špičkový odtok z vyššie položených elektrární. V rokoch 1957-58 išla do prevádzky aj hornovážska derivačná skupina elektrární Krpeľany - Sučany, doplnená v rokoch 1960-61 posledným stupňom tejto skupiny, elektrárňou Lipovec. V roku 1960 bola spustená do prevádzky špičková elektráreň Madunice. V rokoch 1962-65 bola uvedená do prevádzky ďalšia hornovážska skupina elektrární Hričov - Mikšová I - Považská Bystrica, ktorá najlepšie odpovedá požiadavkám na derivačný typ elektrární. Pri tejto skupine bola vybudovaná aj malá pokusná prečerpávacia elektráreň Mikšová II, vybavená reverznou diagonálnou turbínou, úspešne vyskúšanou v roku 1966. V roku 1981 bola uvedená do prevádzky najväčšia prečerpávacia elektráreň u nás Čierny Váh, s hornou nádržou vo výške 1160 m n. m., s užitočným objemom 3,7 mil. m 3. Pre zmiernenie následkov špičkovania s vodnou elektrárňou Orava bola v roku 1979 vybudovaná vyrovnávacia nádrž s elektrárňou v Tvrdošíne. Objem nádrže je 4,1 mil. m 3. V roku 1985 bola uvedená do prevádzky vodná elektráreň Kráľová nad Váhom ako riečny stupeň s nádržou o celkovom objeme 65,5 mil. m 3. Na rieke Hron bola vybudovaná a uvedená do prevádzky malá vodná elektráreň Veľké Kozmálovce v roku 1988 s nádržou o celkovom objeme 2,9 mil. m 3. Nádrž slúži ako zásoba vody pre atómovú elektráreň Mochovce. Vodné elektrárne Vážskej kaskády, budované po roku 1953, boli už pri výstavbe plnoautomatizované. Staršie elektrárne sa automatizovali dodatočne. Riadenie prevádzky doteraz vybudovaných 22 elektrární, v ktorých je inštalovaných spolu 61 sústrojenstiev, si vyžiadalo vybudovať samostatné riadiace pracovisko. Týmto pracoviskom je Hydroenergetický dispečing Vodné elektrárne v Trenčíne. Úlohou dispečingu je programovať a operatívne riadiť prevádzku všetkých vodných elektrární vážskej kaskády v súlade s potrebami elektrizačnej sústavy a s požiadavkami vodného hospodárstva. Pre plnenie tejto úlohy bolo medzi hydroenergetickým dispečingom a elektrárňami vybudované diaľkové meranie a ovládanie. Hydroenergetický dispečing sa úspešne uplatňuje pri riadení špičkovej prevádzky celých derivačných skupín elektrární, ako aj pri havarijnom nasadení celej kaskády, pri ktorom sú vodné elektrárne schopné v priebehu do 5 minút zvýšiť predtým dodávaný výkon až do súčasného pohotového výkonu na dobu podľa potreby elektrizačnej sústavy. 6
Stavebné a technologické zariadenia vodných elektrární sú výsledkom práce českých a slovenských vedeckých a technických pracovníkov a robotníkov. Od projektov vypracovaných projekčnými organizáciami HYDROPROJEKT Praha a Brno a HYDROCONSULT Bratislava cez budovanie stavebnej časti, zaisťované podnikmi HYDROSTAV Bratislava a VÁHOSTAV Žilina, až po dodávky a montáže technologického zariadenia zabezpečované organizáciami ČKD Blansko, ŠKODA Plzeň, ČKD Praha, ZPA Praha, ELEKTROVOD Bratislava a mnohými ďalšími. 7
4. Vodné diela na trase odbornej exkurzie 4.1. VODNÉ DIELO DRAHOVCE MADUNICE Vodné dielo Drahovce Madunice je viacúčelové vodné dielo, ktoré leží na dolnom Váhu medzi mestami Piešťany a Hlohovec v rkm Váhu 119,200 101,200. Zdržou Drahovce (Sĺňava) nadväzuje na odpadový kanál VE Horná Streda a končí sa vyústením odpadového kanála VE Madunice do Váhu nad Hlohovcom, v oblasti začiatku budúceho VD Sereď. Vodné dielo bolo vybudované v rokoch 1956-1959. Hydrologické pomery Plocha povodia k profilu hate 10 288,86 km 2 Priemerný ročný úhrn zrážok 611 mm Charakteristické prietoky v profile hate Q 364 39,44 m 3.s -1 Q 365 35,3 m 3.s -1 Q a 150,2 m 3.s -1 Q 100 (redukovaný Oravou) 2 090,0 m 3.s -1 Hlavné časti vodného diela sú: zdrž Sĺňava vytvorená haťou Drahovce, vybudovaná v koryte Váhu na denné vyrovnávanie prietokov, hať v Drahovciach s vtokom do prívodného kanála VE v rkm 113,4 Váhu, prívodný kanál k VE, VE Madunice, plavebná komora odpadový kanál pod VE, ktorý ústí do Váhu v rkm 101,900. Okrem hlavných objektov bol vybudovaný zároveň s vodným dielom komplex ekologických objektov. Geologické pomery Obr. 4.1 Rez haťou Drahovce hrádza Z geologického hľadiska tvoria záujmovú oblasť kvartérne a neogénne usadeniny. Podložia hate tvoria nepriepustné plastické íly, piesočnaté málo priepustné hliny a nad nimi štrkopiesky a hlinité spraše. V podloží vodnej elektrárne Madunice sú plastické piesočnaté íly a neogénne málo priepustné hliny. 8
Obr. 4.2 Rez haťou Drahovce hradiace teleso Hať Drahovce sa nachádza na Váhu v rkm 113,43. Celková dĺžka hate s pohyblivým hradením je 132,0 m. Objekt je rozdelený na šesť blokov vo vzdialenosti 22,20 m s dilatačnými škárami, ktoré prechádzajú stredom pilierov. Piliere s haťovým poľom tvoria tuhú konštrukciu. Hať má šesť polí 16,0 m širokých, ktoré hradí 7,8 m vysoký a 16,0 m široký hákový dvojsegment. Pomocné hradenie tvorí osem tabúľ s výškou 2,05 m. Maximálna prietoková kapacita hate je 3 400 m 3.s -1. Zdrž je situovaná na rovine a vytvorená je haťou a systémom dvoch hrádzí, pravostrannou a ľavostrannou po oboch brehoch Váhu. Zemné hrádze sú zo štrkopieskového materiálu so šikmým hlinitým tesnením a prechodovým pieskovým filtrom. Tesnenie je predĺžené vodorovne do koberca z ílovitých zemín. Výška hrádze je maximálne 8,9 m a celková dĺžka hrádzí je 7,2 km. Na odvedenie priesakov podložím sú vybudované odvodňovacie rigoly do údolných štrkov. Prietok vody do prívodného kanála je cez vtokový regulačný objekt, ktorý má štyri polia svetlosti 16,0 m. Kapacita vtokového objektu je 300 m 3.s -1. Hlavné parametre nádrže Kóta maximálnej prevádzkovej hladiny 158,10 m n. m. Maximálna zatopená plocha 4,1 km 2 Celkový objem 12,5 mil. m 3 z toho zásobný 3,9 mil. m 3 stály 8,6 mil. m 3 Výška zásobného priestoru 1,0 m Dĺžka vzdutia 5,8 km Prívodný kanál je 6,542 km dlhý s lichobežníkovým profilom a so šírkou dna 15,25-60 m. Sklon vnútorných svahov je 1:1,75 a vzdušných svahov 1:1,75 a 1:3. Pozdĺžny sklon kanála je 0,7 promile. Prietoková kapacita kanála je 300 m 3.s -1. Kanál má 15 cm plášťové 9
tesnenie z betónu. Rovnako je utesnené aj jeho dno. Hĺbka vody v kanáli sa mení od 0,75 do 12,5 m. Vodná elektráreň Madunice pozostáva z troch blokov po 18,0 m, v ktorých sú tri vertikálne Kaplanove turbíny s hltnosťou po 100 m 3.s -1. Na pravej strane sú prevádzkové priestory a na ľavej strane nedobudovaná plavebná komora s rozmermi 12 x 85 m. V súčasnosti slúži plavebná komora ako jalový výust. Jej horný uzáver je klapka s rozmermi 12 x 4,55 m. V bočných múroch sú dva dnové výpusty s rozmermi 2 x 2 m. Úplne otvorené bloky pri maximálnom sklone prevedú 106 m 3.s -1. Na pravom brehu kanála je komôrkový rybovod s maximálnym prietokom 0,6 m 3.s -1. Hlavné parametre vodnej elektrárne Minimálny spád 16,0 m Maximálny spád 20,3 m Hltnosť turbín 3 x 100 = 300,0 m 3.s -1 Zdanlivý výkon generátora 18,0 MVA Inštalovaný výkon elektrárne 3 x 14,4 = 43,2 MW Priemerná ročná výroba 161,0 GWh Zaručená dĺžka špičky 6,3 h.d -1 Odpadový kanál je 4,593 km dlhý a do Váhu ústí v rkm 102,0. Má lichobežníkový tvar s vnútornými sklonmi svahov 1:3 a prietokovou kapacitou 300 m 3.s -1. Pozdĺžny sklon je 0,311 promile. Svahy kanála spevňujú v páse rozkyvu hladín betónové dlaždice s rozmermi 40 x 40 x 15 cm a kamenná nahádzka. Zvláštnosťou tejto elektrárne je to, že pracuje aj ako náhradný zdroj domácej spotreby elektriny pre neďalekú prvú slovenskú atómovú elektráreň, preto je jej automatika riešená tak, že umožňuje spustiť stroj z kľudu a zaťažiť ho za 20 sekúnd od vyslania spúšťacieho povelu, čo je veľmi rýchly čas. Prevádzka je plnoautomatická, diaľkové meranie a ovládanie umožňuje riadiť elektráreň Madunice z dispečerského strediska. 10
Obr. 4.3 Rez VE Madunice Medzi hlavné funkcie, ktoré má vodné dielo Drahovce Madunice okrem energetického využitia plniť, patria: odbery vody pre účely atómovej elektrárne v Jaslovských Bohuniciach, odbery vody pre závlahy poľnohospodárskych pozemkov, čiastočné zníženie prietokov veľkých vôd v koryte Váhu pod haťou, ochrana poľnohospodársky využívaných pozemkov proti veľkým vodám na Váhu (4 500 ha) ochrana intravilánu obcí proti veľkým vodám, rekreačné, športové využitie a chov rýb, po dobudovaní plavebnej komory VE Drahovce a vtokového objektu na hati Drahovce plavbu, a tým aj rozvoj vodnej dopravy. Okrem uvedeného, vzhľadom na zemepisnú polohu, veľkú vodnú plochu a špecificky priaznivé podmienky pre avifaunu, bola zdrž pri hati Drahovce v roku 1980 vyhlásená za chránenú študijnú oblasť. Ornitologické záujmy sa sústreďujú na : polostrov Výstavba pri pravostrannej hrádzi zdrže v km 1,450 až 1,850 o ploche 2,5 km 2, ktorý vznikol navezením štrkovej hrádze, umelý ostrov Čajka v nádrži s rozlohou 2,8 ha, ktorý vznikol v rokoch 1976-1978 navezením štrku, obtokové rameno Váhu a obtokové rigoly na obvode zdrže. Zdrž pri hati Drahovce je dôležitá migračná cesta Považím, na ktorej sa stretávajú v čase migrácie, hniezdenia a zimovania arktické a teplomilné druhy vtáctva. 11
Podmieňujúce investície na realizáciu vodného diela Skutočnosť, že vodné dielo sa nachádza v tesnej blízkosti svetoznámych kúpeľov Piešťany, si vyžiadala aj isté technické riešenia, resp. podmieňujúce investície a to: a) Ochranu termálnych žriediel na Kúpeľnom ostrove v Piešťanoch pred nežiadúcim vplyvom hladiny na Váhu v zdrži. Na základe podrobného hydrologického a balneologického prieskumu boli realizované opatrenia na trvalú ochranu žriediel s cieľom stabilizovať hladinu na nižšej úrovni, ako je úroveň hladiny v Drahoveckej zdrži pod Piešťanmi. Preto sa pozdĺž Váhu vybudoval odvodňovací drén v dĺžke 600 m. b) Úprava prietokových pomerov na Váhu v obvode Piešťan so zreteľom na ochranu a tvorbu liečivého bahna v Obtokovom ramene Váhu. Dolná časť Obtokového ramena, ktoré vzniklo v dávnej minulosti pri veľkých povodniach na Váhu, tvorí bahnisko, v ktorom sa nachádzajú horúce vývery termy. Priestor nesmel byť dotknutý žiadnou úpravou, musel zostať v prirodzenom stave. Na tento účel bola v ľavostrannej hrádzi vybudovaná horná hať, ktorej funkcia spočíva v odľahčení koryta Váhu o Q = 300 až 550,0 m 3.s -1, aby tento nevnášal do Obtokového ramena štrky, piesky, ale len jemné splaveniny. Na výustnej časti ramena do Váhu je vybudovaná Dolná hať, ktorá oddeľuje vyššiu hladinu v zdrži od umele udržiavanej v ramene, optimálnej aj pre staré žriedla. Skúsenosti z prevádzky vodného diela Po napustení zdrže v rokoch 1959-1960 sa na odvodňovacom rigole zosunula zemina a v miestach výveru vody sa vyplavila. Sanácia, ktorá sa vykonala, spočíva v zmiernení sklonu svahu a zabudovaní filtračnej vrstvy v okolí odvodňovacej ryhy. zdrže. Sanovali sa tiež koncentrované výrony vody, ktoré sa vyskytli pri pravostrannej hrádzi Rozľahlá vodná plocha a dané poveternostné podmienky (častý výskyt severozápadných vetrov) dávajú predpoklad k vzniku pomerne výrazného vlnového režimu. Vlnový režim, ktorý tu prebieha v podmienkach plytkovodnej nádrže, v prvých rokoch po uvedení VD do prevádzky preveroval správnosť návrhu prevýšenia koruny hrádzí nad maximálnu prevádzkovú hladinu, voľbu typu opevnenia a sklonu návodného svahu. V priebehu prevádzky sa prevýšenie koruny o 1,5 m pri pôvodnom tvare telies hrádzí ukázalo poddimenzované. Najviac exponovaná bola ľavostranná hrádza zdrže, kde v niektorých úsekoch dochádzalo k výbehu vĺn na korunu hrádze a prelievanie vody cez korunu. Pravostranná hrádza zdrže bola exponovaná o niečo menej, ale narušenie návodného opevnenia bolo i tu evidentné po celej dĺžke. Škodlivými účinkami vlnobitia dochádzalo postupne k narušovaniu návodného opevnenia hrádzí. Príčiny deformácie a porúch treba vidieť: v dynamických sacích účinkoch vyvolaných vlnobitím. hydrodynamických účinkoch, ktorým bolo opevnenie návodného svahu vystavené pri prevádzkovom kolísaní hladiny, v čiastočnom poddimenzovaní hrúbky opevnenia a v nedôslednosti pri realizácii opevnenia, najmä vlnolamu. 12
Niektoré najviac postihnuté úseky poškodeného návodného opevnenia hrádzí sa provizórne sanovali pri plnej prevádzke. Opatrenia spočívali v zriadení kamennej a makadamovej nahádzky a prípadne štrkového prísypu v sklone 1:6. Nasledujúce roky prevádzky ukázali, že na zabezpečenie stability hrádze treba vykonať sanáciu po celom obvode hrádze. I. etapa prác na pravostrannej hrádzi sa vykonala počas revízie vodného diela v roku 1968, a to vytvorením súvislého prísypu k návodnému svahu z koruny šírky 5,0 m s hrubo urovnaným návodným svahom prísypu. Nasypali a opevnili sa aj depónie a vybudoval sa kamenný náhon v 0,6 km hrádze, pri vstupe do prístavu lodenice, na zabezpečenie ochrany plavidiel. II. etapa sa robila pri plnej prevádzke nádrže po revízii a predstavovala dodatočné dosypanie vlnami pretvoreného prísypu I. etapy do konečného profilu. Ľavostranná hrádza sa opätovne sanovala v rokoch 1971 až 1976 doplnením prísypov štrkopieskom z regulačnej ťažby. Horná časť prísypu sa opevnila makadamom. Realizované prísypy sa v praxi osvedčili a súčasný stav ochrany obvodových hrádzí možno považovať za úplne vyhovujúci a definitívny. 13
4.2. VODNÉ DIELO ŽILINA Základné parametre vodného diela Žilina Ročná výroba elektrickej energie 171 GWh Inštalovaný výkon 62 MW Hydraulický maximálny spád 24,8 m Obsah vodnej nádrže 18,9 mil.m 3 Svetlosť haťových polí 3 x 12 m Výška hrádzí (maxim.) 17,5 m Rozhodujúce vecné objemy: výkopy, násypy, zásypy 7,5 mil.m 3 betónové konštrukcie 248 tis.m 3 tesniace konštrukcie (PTS, fólia) 325 tis.m 3 preložky inžinierskych sietí 48,6 km výstavba novej dediny 140 rodinných domov 1. Hydrouzol Vodná elektráreň - Dve Kaplanove turbíny, priemer obežného kolesa 4 800 mm, prevádzková hltnosť turbín 2 x 150 m 3.s -1, maximálna hltnosť turbín 2 x 160 m 3.s -1, priemerný spád na turbíny 24,1 m, - Inštalovaný výkon spolu 2 x 41,5 MVA, - Menovité otáčky turbosústrojenstva 150 l.min -1, - Ročná výroba 173 GWh elektrickej energie, prevažne špičkovej, - Vyvedenie výkonu na 110 kv rozvodňu. 14 Hať - Tri haťové polia o šírke 3 x 12,0 m, Obr. 4.4 Rez VE Žilina - Hradiaca výška segmentu 11,4 m, klapky 3,3 m, celková výška uzáveru 14,7 m, ovládanie hydraulicky.
2. Vodná nádrž - Dĺžka nádrže 7,5 km. - Šírka nádrže 250-600 m. Obr. 4.5 Situácia VD Žilina - Celkový objem nádrže 17,9 mil. m 3. - Zásobný objem nádrže 8,0 mil. m 3. - Rozkyvy hladiny vody za prevádzky 1,7 m. - Kóta max. hladiny vody 352,0 m n. m. - Hrádza nádrže - max. výška 15,0 m, šírka koruny 6,0 m, je tesnená fóliou naviazanou na podzemnú tesniacu stenu. Prietoky vo Váhu v Mojši: Q priem. = 95,6 m 3.s -1, Q 100 = 2140 m 3.s -1 Q 100pm = 1490 m 3.s -1 Q 1000pm = 1690 m 3.s -1 pm = po modifikovaní vplyvov VD Liptovská Mara a Orava 3. Prehĺbenie Váhu - Prehĺbenie dna koryta Váhu od 0,0-9,0 m. - Šírka dna koryta 45,0 m. - Dĺžka úpravy 5,8 km. - Upravené koryto vyhovuje podmienkam vodnej dopravy. 15
Význam a prínosy vodného diela Žilina - dobudovanie Vážskej kaskády o VD Žilina, zvýšenie využitia hydroenergetického potenciálu vodných tokov SR, - ročná výroba 173 GWh prevažne špičkovej elektrickej energie z trvale obnoviteľného zdroja, - ochrana Žiliny pred 100 - a 1000 -ročnou vodou, zamedzenie ľadochodov a vytvárania ľadových bariér, vylúčenie záplav, - zlepšenie stavu dopravných a komunikačných ťahov (železnice, cestné obchvaty, diaľničné napojenie, bezpečnosť premávky), - vytvorenie podmienok pre perspektívnu vodnú dopravu, - sanácia aktívnych zosuvov masívu Dubňa, - riešenie sanácie kontaminovaných podzemných vôd pod východným priemyselným pásmom Žiliny, - likvidácia 12-tich neriadených skládok odpadov, - vytvorenie rekreačného a športového zázemia pre región Žiliny, - ekologizácia a krajinotvorné pretvorenie regiónu, - zvýšenie kultúry bývania, vybavenosť obcí. 16
4.3. SÚSTAVA VODNÝCH DIEL ORAVA - TVRDOŠÍN Sústava vodných diel sa nachádza v údolí rieky Oravy, medzi Tvrdošínom a obcou Ústie nad Oravou. Tvoria ju vodné dielo Orava, ktoré bolo vybudované v rokoch 1941-1953 a vodné dielo Tvrdošín ako vyrovnávacia nádrž špičkovej vodnej elektrárne Orava, vybudovaná v rokoch 1972-1978. Vodné dielo Orava Obr. 4.6 Situácia VD Orava Hydrologické pomery Vodná nádrž Orava, vytvorená priehradou v Ústí nad Oravou, je vrcholovou nádržou na rieke Orava a z hľadiska celkového akumulovaného objemu je druhou najväčšou nádržou na Slovensku, avšak v čase svojho vzniku bola najväčšou v ČSFR. Priehrada sa nachádza vo veľmi výhodnom morfologickom profile, a to pod sútokom Bielej a Čiernej Oravy. Účelom vodného diela je nadlepšiť nízke prietoky Oravy a Váhu na energetické využitie, priemysel, poľnohospodárstvo, na zadržanie špičiek povodňových prietokov Oravy a na športové účely a rekreáciu. Z hydrologického hľadiska je priaznivou skutočnosťou, že takmer celé povodie, ktoré Oravská nádrž ovláda, je bohaté na zrážky, ktorých priemer prekračuje 1000 mm (v priehradnom profile 1024 mm) ročne. Z toho vyplýva relatívne veľký špecifický odtok q = 17 l.s -1.km -2. Na druhej strane je nevýhodou veľká rozkolísanosť prietokov. Charakteristické prietoky v priehradnom profile Q 364 2,59 m 3.s -1 Q 355 3,30 m 3.s -1 Q a 18,20 m 3.s -1 Q 100 1070,00 m 3.s -1 Plocha povodia 1181,7 km 2 Geologické pomery V priehradnom profile sa nachádza paleogén vonkajších Karpát na okraji Oravskej neogénnej panvy. Podložie priehrady tvorí karpatský flyš flyšové pieskovce a bridlice, ktoré sa striedajú v laviciach s rozličnou hrúbkou, so sklonom tak proti vode, ako aj proti svahu. Pri otvorení stavebnej jamy sa zistilo, že bridličnaté podložie je tektonicky porušené, nehomogénne, s nepravidelnými rozlámanými lavicami pieskovcov. Horniny tohto flyšového útvaru majú priepustnosť a tiež stlačiteľnosť, v ktorých sa vyskytujú agresívne vody, majú niekoľko poruchových pásiem. 17
Na pravej strane profilu (v osi priehrady) nedosahuje hrúbka pieskovcových vrstiev ani 1 m, avšak na severnej strane vo vzdialenosti niekoľko desiatok metrov prevládajú lavice pieskovcov 2 m hrubé. V údolnej časti sa nachádzajú rozpukané lavice pieskovca s bridličnatými vrstvami. V strede a v ľavej (severnej) časti profilu sa nachádza široká porucha orientovaná SSZ JJV, zatiaľ čo vrstvy sú uložené v smere S J a geologická stavba podložia a úbočia sa podstatne mení. Objekty vodného diela Hlavné objekty vodného diela sú betónová gravitačná priehrada, nádrž, funkčný objekt a elektráreň s príslušenstvom. Konštrukčné riešenie priehrady Po preskúmaní mnohých alternatív riešenia priehrady, ktoré mali zabezpečiť jej stabilitu a nepriepustnosť jej podložia, zvolil sa zvláštny profil gravitačnej betónovej priehrady s miernym nábehom múru na návodnej strane (1: 0,4) a priemerným sklonom vzdušného líca (1:0,75) na vzdušnej strane, čím sa docielilo predĺženie kontaktu betónového bloku so základnou horninou na dĺžke L = 0,90 až 0,92 H - celkom 30 až 50 m. Okrem toho pred hlavnými blokmi v údolnej časti (kde výška priehrady dosahuje 36 až 47,5 m) vybudovali predĺžené bloky 20 m dlhé a 6 až 6,5 m vysoké, ktoré sú prekryté vrstvou hliny prekrývajúcou všetky pozdĺžne škáry a siahajúcou až do vzdialenosti 85 (420) m pred bloky. Vytvára takto tesniaci koberec chránený vrstvou štrku a kamenitého zásypu. Na pravej strane je koberec pokrytý ešte 20 až 30 cm hrubou vrstvou chudobného betónu. Tieto veľmi dôkladné opatrenia majú za účel obmedziť priesaky, predĺžiť priesakovú cestu a zmenšiť vodorovný tlak na hlavné bloky. Takto sa redukujú vztlakové sily na vlastnú priehradu. Rovnaký účel sleduje nezvyklé riešenie injekčnej clony vybudovanej z injekčnej štôlne, ktorá sa nachádza v spomenutom predloženom bloku, je dvojradová a siaha na niektorých miestach až do hĺbky rovnajúcej sa dvojnásobku výšky vzdutia (D = 2H). Hlavným cieľom tohto relatívne komplikovaného riešenia je zabezpečenie stability proti posunom ušmyknutia v smere toku vody. Obdobne, ako dôkladne sú riešené tesniace prvky, dôkladne je riešený aj drenážny systém, ktorý pozostáva z dvoch kamenných drénov (stredného a zadného) odvodňujúcich profil v smere pozdĺžnej osi priehrady. Okrem toho boli realizované dva rady drenážnych vrtov zo spodnej chodby hlavného bloku, ktorá má takto charakter chodby (štôlne) drenážnej a revíznej, zatiaľ čo v predložených blokoch je len injekčná chodba. V časti priehrady bez predblokov (na krídlach) sú tieto funkcie združené v jednej chodbe. Zvláštnosťou 6 blokov údolnej časti je vyľahčovacia dutina (6 m široká) medzi blokmi, ktorá sa (medzi blokmi 8 a 9) funkčne využíva. Sú v nej umiestnené čerpadlá na prečerpávanie priesakových vôd. Betónové teleso priehrady (gravitačný múr) je rozdelený zvislými dilatačnými škárami na 26 blokov s maximálnou šírkou 14 m. Tesnenie škár medzi blokmi je realizované ako trojité, a to armovaným pentagónom, šachtičkami s priemerom 40 x 40 vyplnenými hlinou a špeciálnymi gumovými pásmi, ktoré škáry prekryli. Takto vzniklo tesnenie dilatačných škár blokov, ktoré umožňujú vzájomný pohyb jednotlivých blokov až niekoľko milimetrov. Takéto tesnenie bolo v tom čase konštrukčnou novinkou, dobre sa osvedčilo, preto našlo uplatnenie aj v ďalších priehradách. 18
Hlavné parametre priehrady Kóta koruny 604,44 m n. m. Výška nad základovou škárou 48,0 m Výška nad dnom údolia 31,0 m Dĺžka v korune 291,50 m Šírka v korune 8,60 m Maximálna šírka v päte 39,0 m Hlavné parametre nádrže Maximálna prevádzková hladina IX. V. / VI. VIII. 602,44/601,24 m n. m. až 602,94 m n. m. Maximálna zatopená plocha 34,32 km 2 Celkový objem 356,174 mil. m 3 z toho retenčný 19,96/39,474 mil.m 2 zásobný 303,794/264,192 mil.m 3 stály 27,3 mil.m 3 Výška zásobného a retenčného priestoru IX. - V. 15,4 + 0,6 = 16,0 m VI. VIII. 14,8 + 1,2 = 16,0 m Zníženie povodňovej vlny: vplyvom nádrže 500 až 600 m 3.s -1 Nadlepšenie prietoku o 20,0 m 3.s -1 Maximálna hĺbka vody IX. -V. 27,4 m Funkčné zariadenia Na prevedenie veľkých vôd slúžia dva korunové priepady široké 10,70 + 11,30 m, ktoré hradia klapky vysoké 4,3 m s kapacitou 430 m 3.s -1. Priepady sú v 10. a 11. bloku, kde sa nachádzajú aj ostatné funkčné zariadenia. Vo funkčných blokoch sa nachádzajú štyri dnové výpusty s priemerom 2 m a s maximálnou kapacitou 240 m 3.s -1. Dnové výpusty sa na návodnej strane uzatvárajú tabuľovými uzávermi a na výtokovej strane segmentovými uzávermi. Priepady a dnové výpusty majú kapacitu 670 m 3.s -1 a spolu s dvoma turbínami s hltnosťou 2 x 50 m 3.s -1 je celková kapacita funkčných zariadení 770 m 3.s -1. Provizórne hradenie dnových výpustov tak z návodnej, ako aj zo vzdušnej strany je riešené ručne. V bloku č. 9 v odľahčovacej komore je čerpacia stanica priesakových vôd pôvodne s kapacitou 2200 l.s -1, nahradená čerpadlami 1 x 80 KDFU a 2 x 100 JRMU 1200, s celkovým výkonom 46,6 l.s -1 a automatickým ovládaním. Vodná elektráreň sa nachádza pod priehradou, za blokmi 13 a 14. Podpriehradová elektráreň využíva spád od H = 9,34 m do H = 28,74 m. V elektrárni sú dve Kaplanove turbíny s hltnosťou 2 x 50 = 100 m 3.s -1.Voda k turbínam sa vedie dvoma potrubiami s priemerom 4,5 m, ktoré sú napojené na vtoky umiestnené v hlavných blokoch a prechádzajú cez medziblok, a to medzi elektrárňou a telesom priehrady. Vtoky sú hradené tabuľovým rýchluzávermi ovládanými hydraulicky. Savky výtok z elektrárne, sa zahradzujú oceľovými hradidlovými tabuľami. 19
Medzi priehradou a budovou elektrárne sú umiestnené transformátory a rozvodňa 110 kv. Elektráreň pracuje ako pološpičková, plne automatizovaná a vybavená diaľkovým meraním a ovládaním. Celkový inštalovaný výkon 21,75 MW Priemerná ročná výroba energie 31,0 GWh Zaručená denná špička 1,2 h.d -1 20 Skúsenosti z výstavby a prevádzky Obr. 4.7 Rez VD a VE Orava Injektovanie hornín a utesňovanie podložia, pokladali zahraniční experti už v roku 1943 za jeden z najobťažnejších a mimoriadne dôležitých problémov, najmä potom, keď sa zistila veľká priepustnosť pieskovcov a malá stabilita výplne flyšového súvrstvia v poruchových zónach. Spotreba tu dosahovala až 1 300 kg cementu na 1 bm vrtu - v priemere vyše 200 (300) kg na 1 bm. Skúšané boli suspenzie nielen cementové, ale ílocementové (v rokoch 1947-1949) a chemické. Ukázalo sa, že relatívne dobré výsledky možno dosiahnuť pri použití klasickej cementovej suspenzie, pri voľbe správnych tlakov. Pokusne sa používali tlaky 0,8 až 3,0 MPa. V predložených blokoch sa dodatočne zhusťovala dvojradová clona so základným rozstupom 2,5 m. Okrem toho bola navrhnutá a čiastočne realizovaná injektáž fortifikačná so základným rozstupom 5,0 m. V miestach poruchových zón bolo potrebné podložie dotesňovať. Dotesňovanie sa robilo viac ako 10 rokov po začatí prevádzky vodného diela. Priemerná spotreba cementu, ktorá bola pôvodne 300, neskôr 200 kg.m -1, sa pri ďalšom dotesňovaní v rokoch 1953-1955 znížila na 60 kg.m -1 a v rokoch 1956 až 1964 sa pohybovala od 13 do 25 kg.m -1, priemerne pod 20 kg.m -1. Do komplexnej revízie priehrady a nádrže, ktorá sa uskutočnila pri vyprázdnenej nádrži v roku 1990 sa na vodnom diele Orava vykonávali viac - menej len bežné opravy a údržba technologického zariadenia podľa toho, ako si to stav zariadení vyžadoval a aké priaznivé boli podmienky prevádzky. Len v roku 1970 po dôkladnej príprave, na základe povolenia vodoprávnika, došlo k zníženiu hladiny pod minimum, t.j. 587,00 m n. m., čo umožnilo
v priebehu 14 dní uskutočniť prvú časť opráv vtokov dnových výpustov. Prevádzka elektrárne bola po celý čas opráv dnových výpustov obmedzená na rozkyv hladín v rozmedzí od kóty 586,00 do 586,50 m n. m.. Pod ochranou opravených vtokových stavidiel pokračovali opravy výtokových segmentov a metalizácia rúr dnových výpustov, ktoré sa podarilo realizovať v priebehu I. polroka 1970. Po skúsenostiach z roku 1970 sa v marci 1971 po znížení prevádzkovej hladiny pod kótu 587,00 m n. m. opäť pokračovalo v opravách a v metalizácii zostávajúcich dvoch dnových výpustov. Revízie a opravy sa súčasne vykonávali aj na vtoku vodnej elektrárne. V jarných mesiacoch v roku 1972, po znížení hladiny hornej vody pod prah klapiek, t.j. pod kótu 598,60 bolo vymenené pôvodné tesnenie a bola vykonaná metalizácia klapiek Urobili sa aj opravné práce na elektroinštalácii v revíznej štôlni a ďalšie práce. Nepriaznivým faktorom na vodnom diele Orava je, že vzhľadom na dané geologické podmienky Oravskej nádrže v karpatskom flyši dochádza vplyvom nádrže k zmene podmienok stability, a tým aj k vzniku zosuvov a abráznej činnosti brehov nádrže. Miesta s exponovanou rekreáciou a vodnými športami sa postupne sanujú podľa povahy zosuvu a nárokov na využitie. Doteraz si tieto opravné práce vyžiadali už niekoľko miliónov korún na sanáciu. Správna funkcia priehrady sa kontroluje pozorovaním a meraním, pomocou zariadení a prístrojov, ktoré sú v telese priehrady a v okolí priehradného miesta zabudované. Na základe spracovania a zhodnocovania pozorovaní a meraní vykonávaných na vodnom diele Oravská priehrada od jeho výstavby, možno konštatovať, že na zabudovaných zariadeniach sa používanými metódami nezistili také výsledky, ktoré by signalizovali porušenie bezpečnosti a stability vodného diela. V súčasnosti výsledky meraní potvrdzujú, že vodné dielo prešlo obdobím konsolidácie a merania vykazujú zmeny len v rámci dovolených odchýlok. Komplexná revízia vodného diela Orava pri úplnom vypustení nádrže, ktorej hlavným cieľom bolo predovšetkým skvalitniť parametre vodného diela pre bezpečnosť a zamedzenie škodlivých účinkov, sa uskutočnila v roku 1990, a to v plánovanom termíne od 1.4. do 30.9.1990. V rámci revízie vodného diela sa uskutočnili opravy, údržba a revízie, a to najmä tých častí, ktoré sú počas prevádzky zatopené, a ktoré z hľadiska bezpečnej funkcie už nevyhovovali a vyžadovali neodkladne realizovať príslušné opatrenia. Išlo o opravy v nádrži. Boli realizované napr. tieto akcie: rekonštrukčné práce na výpustnom zariadení, zvýšenie úrovne pilierov na minimálnu prevádzkovú hladinu a predĺženie drážok provizórneho hradenia pre základové výpusty a vtoky vodnej elektrárne, sanácia ľavého svahu zaviazania priehrady, realizácia provizórneho hradenia klapiek a oprava klapiek segmentov, oprava betónov vonkajších častí priehrady a oprava poškodených konzol chodníkov, ochrana a opravy konštrukcie prevádzkovej budovy a omočenej časti, realizácia tesniacich náterov vnútornej časti betónov privádzača, dotesňovacia injektáž podložia priehrady, obnova a modernizácia tesniaceho systému dilatačných škár priehradných blokov. 21
Okrem týchto prác sa uskutočnili v rámci revízie, resp. aj po nej, ďalšie opravy na korune priehrady, opravy elektrického osvetlenia, meracích bodov TBD, zábradlia a pod. 22 Práce v nádrži sa sústredili najmä na : odstránenie nánosov pred vtokmi VE a dnových výpustov, odstrel pozostatkov konštrukcie triediarne v lokalite Lištiak ťažba nánosov s výstavbou hrádzky v lokalite Námestovo, úprava brehov v lokalite Studničky, sanácia najväčších abrazných zrubov v lokalitách: Ústie, Osada, Suchá Hora, Námestovo, Pohoranka, Slanická Osada, Michalovka, ťažba štrkov a rašeliny pre následné akcie. Realizáciou sanačných prác v najväčších abrazných lokalitách sa vytvoril predpoklad, že ústup brehov sa v podstatnej miere stabilizuje. Predpokladá sa, že revíziou vodného diela Orava a vykonaním z nej vyplývajúcich opráv a údržby sa zabezpečila na ďalšie obdobie spoľahlivá bezporuchová prevádzka diela a predĺžila funkcia a životnosť objektov. Vplyv prevádzky na prietokový režim Viac ako 35-ročná vodohospodárska prevádzka nádrže Orava priniesla viaceré priame i nepriame vodohospodárske i celospoločenské efekty. Priame vodohospodárske a celospoločenské efekty spočívajú : vo vyrovnaní (kompenzačnom) a regulovaní prietokov Váhu prioritne pre potreby energetiky a menšej miere i priemyslu do profilu Žilina, v zabezpečení požadovaného diferencovaného (zimného a letného) nadlepšenia v intenciách projektu, aj keď s nízkou zabezpečenosťou, v znižovaní povodňových prietokov v čase typického chodu povodní na Orave v Ústí (júl - august). Reálna prevádzka počas povodní z rokov1958-1970 však ukázala na potrebu zdvojnásobiť objem retenčného priestoru, a to z 20,46.10 6 m 3, čo sa realizuje na úkor (tzv. výsekom) zásobného objemu počas typického dvojmesačného výskytu povodní (od 1.6. do 31.8.). Pritom istou rezervou je možnosť zvýšenia maximálnej hladiny v nádrži o 0,5 m. Nádrž popri uvedených priamych efektoch prináša aj nepriame efekty a úžitky, medzi ktoré patrí tvorba významného krajinotvorného a estetického prvku, s možnosťou využitia pre rekreáciu, vodné športy, rybolov a ďalšie úžitky. Okrem týchto kladných efektov nádrže jej reálna prevádzka poukázala na niektoré negatíva, najmä zmenu hydrologického režimu Oravy pod priehradou. Tieto negatívne dôsledky boli zapríčinené prioritným využívaním nádrže na energetické účely často aj v rozpore s predpokladmi projektu, v závislosti od napätosti energetickej sústavy. Ide najmä o tieto dôsledky: významné zníženie dlhodobého priemerného ročného prietoku, najmä v profile Tvrdošín a menej výrazné v profile Dierová. Dôvody takéhoto výrazného zníženia vyplývajú z klesajúceho trendu vodnosti, zo strát výparom ako aj nižšej vodnosti porovnaného obdobia (1955-1978) reálnej prevádzky vo vzťahu k neovplyvnenému obdobiu (1931-1953)
zväčšenie rozkolísanosti priemerných ročných ako aj dlhodobých mesačných prietokov v profile Tvrdošín, a to najmä v období pred vybudovaním vyrovnávacej nádrže Tvrdošín, výrazné zníženie minimálnych prietokov v profile Tvrdošín. Uvedené nepriaznivé dôsledky na zmenu hydrologického režimu boli však typické pre obdobie prevádzky do vybudovania vyrovnávacej nádrže Tvrdošín a tiež nádrže Liptovská Mara, keď boli dôsledky úplne minimalizované, a to aj vzhľadom na zmenu postavenia nádrže Orava ako regulátora vážskej energetickej sústavy. Vodné dielo Tvrdošín Hlavnou úlohou vodného diela Tvrdošín je funkcia vyrovnávacej nádrže špičkovej vodnej elektrárne Orava a využitie vodnej energie ďalšieho úseku rieky Oravy. Popri rozličných sprievodných účinkoch (ochrana územia, umožnenie odberu vody, rekreačno športové využitie, vytvorenie podmienok na rozvoj územia, úspory na regulačných prácach a údržbe toku) sa výhľadovo ráta aj s využitím tejto nádrže na spätné prečerpávanie spracovaných prietokov, po doplnení vodnej elektrárne Orava inštalovaním reverznej turbíny. Výstavba vodného diela Tvrdošín sa začala v roku 1972. Od marca 1978 bola v nádrži minimálna hladina a všetky agregáty VE boli uvedené do prevádzky od októbra do decembra 1979. Hydrologické pomery Plocha povodia 1200,9 km 2 Minimálne prietoky v rokoch 1961-2000 Q 364 /Q 355 2,644/3,377 m 3.s -1 Priemerný prietok v rokoch 1961-2000 18,50 m 3.s -1 100-ročný prietok znížený nádržou Orava 1080 m 3.s -1 Vodohospodárske riešenie Minimálny prietok po výstavbe vyrovnávacej nádrže 3,5 m 3.s -1 Pomer denného a ročného prietoku pri vlnovej prevádzke 1:5,5 Rýchlosť zmeny prietokov 25% za 15 min Rýchlosť zmien hladiny 6-22 cm za 15 min. prípadne 1,1 m za 3 h Geologické pomery Geologickú stavbu územia vyrovnávacej nádrže tvorí paleogén a kvartér. Paleogén je z vrstiev pieskovcov a ílovcov, pričom ílovce prevládajú a majú charakter poloskalných hornín. V horných vrstvách je spravidla 1 až 2 m vrstva na íl zvetraná. V údolnej nive sú nad paleogénom aluviálne náplavy rieky Oravy vo forme zahlinených štrkopieskov v hrúbke 6-7 m a nad nimi vrstva 1,5 až 4,0 piesočnatých alebo ílovitých hlín. Na svahoch sú nad paleogénom hlinito-kamenité sutiny rôznej hrúbky od 2 do 12 m a nad nimi 1 až 2 m hrubá vrstva hlín. V zátopovom území dochádzalo na viacerých miestach k zosuvom. Pri vodnotlakových skúškach nad paleogén na povrchu pri tlaku 0,3 MPa, priepustnosť od 0,04 l.m -1 za minútu do 15 l.m -1 za minútu podľa stavu porušenia. Konštrukčné riešenie diela a opis objektov Hlavné objekty vodného diela sú: zemná priehrada a údolná nádrž, funkčný blok, vodná elektráreň a odpadové koryto. 23
Zemná priehrada je homogénna so svahovým tesnením z PVC 1,1 mm hrubého, ktoré je uložené v sklone 1:2. Tesnenie je predĺžené do tesniaceho ozubu v podloží priehrady, kde je uložené na vrstvu podkladového betónu. Návodnú stranu tesnenia chráni prístup 1,5 m hrubá vrstva hlín. Plošné drény pod tesnením PVC sú odvodnené do merných šácht na vzdušnej päte. Fólia PVC bola chránená pred poškodením pri práci strojov ručne ukladanou 20 cm vrstvou piesku alebo hliny, na menšej časti hrádze geotextíliou. Priesaky sa odvádzajú drénmi pozostávajúcimi z perforovaných oceľových rúr obalených filtrami z geotextílie. Drény možno na vyústení v prípade potreby uzavrieť výtokovými ventilmi. Na statickú časť zemnej priehrady sa použil štrk z výkopu koryta Oravy, bez ďalšej úpravy. Koruna priehrady je prevýšená nad maximálnu havarijnú hladinu o 1,2 m. Údolná nádrž vznikla prehradením údolia Oravy v rkm 57,90. Vzdutie zasahuje až po priehradu Orava, situovanú v rkm 65,57. Funkčný blok je riešený ako hať so šírkou 19,8 m a umiestený na pravej strane. Kóta prahu je 567,3 m n. m., takže môže slúžiť aj ako dnový výpust a počas výstavby slúžil na prevádzanie prietokov cez stavenisko. Dve polia široké 5,8 m a vysoké 10,5 m sa hradia dvojsegmentami s vyhrievanou hornou časťou. Kapacita oboch polí funkčného bloku pri maximálnej letnej prevádzkovej hladine je 600 m 3.s -1. Vodná elektráreň je prelievaného typu, podpriepadová šírka v osi priehrady je 29,2 m. Korunový priepad s prahom na kóte 572 m n. m. má šírku 22,8 m, hradenú výšku 5,4 m a pri maximálnej letnej prevádzkovej hladine prevedie 300 m 3.s -1 vody. Hradí sa segmentom, na provizórne hradenie rozdeľujú priepadový otvor piliere na tri časti svetlej šírky 5,8 m. V elektrárni sú inštalované tri priamoprúdové turbíny, z ktorých menšia bude spracúvať zaručený odtok 3,5 až 5,0 m 3.s -1. Elektráreň sa ovláda diaľkovo z vodnej elektrárne Orava. Výkon sa vyvádza do distribučnej rozvodne vodnej elektrárne Orava, spojovacie vedenie a signalizačný kábel sú 5,75 km dlhé. 24 Hlavné parametre priehrady Šírka koruny priehrady Dĺžka koruny priehrady Dĺžka zemnej sypanej časti ľavé krídlo pravé krídlo Maximálna výška zemnej časti nad terénom nad základom Maximálna výška hate nad terénom nad základom Hlavné parametre nádrže 5,0 m 307,0 m 181,65 m 76,45 m 11,8 m 15,5 m 11,3 m 23,0 m Maximálna a havarijná letná hladina (kóta) 577,10 m n. m. Plocha nádrže 0,896 km 2 Maximálna prevádzková hladina: zimná/letná 577,1/576,6 m n. m. Výška zásobného + rezervného objemu : v zime 4,5 + 0,3 m v lete 4,0 + 0,8 m Nádrž: celkový objem 4,1 mil.m 3 maximálna hĺbka 10,6 m Rezervný havarijný objem: zima/leto 0,3/0,4 mil.m 3
Zásobný objem prevádzkový: zima/leto 2,9/2,5 mil.m 3 Zásobný (výnimočný) objem (výška 0,5 m) 0,4 mil. m 3 Hlavné parametre elektrárne Priamoprúdové turbíny s hltnosťou 2 x 30 + 5 = 65 m 3.s -1 Rozmedzie brutto spádov: minimálny/maximálny 8,6/11,1 m Návrhový spád turbín: 5 m 3.s -1 / 30 m 3.s -1 11,10/10,81 m Výkon: inštalovaný 2 x 2,88 + 0,44 = 6,20 MW Zaručený 2 x 2,17 + 0,36 = 4,70 MW Priemerná ročná výroba 18,02 GWh Odpadové koryto so šírkou dna 48,0 m a kapacitou 800m 3.s -1 bolo prehĺbené na dĺžke 2,4 km, s cieľom zvýšenia ochrany obce Tvrdošín, pričom sa zvýšili aj energetické parametre diela. Skúsenosti z prevádzky Za obdobie od uvedenia vodného diela do prevádzky sa ukázalo tesnenie pomocou fólie, ale najmä mierny návodný svah sklon hrádze, prevádzkovo výhodné, lebo nevykazujú nijaké deformácie napriek silnému kolísaniu hladiny. Zosuvy v nádrži sa sanovali pri výstavbe a počas prevádzky nevykázali nijakú podstatnú zmenu brehov nádrže. Vyrovnávacia nádrž ako celok sa v plnej miere osvedčila a odstraňuje nepriaznivé vodohospodárske účinky ovplyvňované energetickou prevádzkou VE Orava. 25
26 4.4 SÚSTAVA VODNÝCH DIEL LIPTOVSKÁ MARA BEŠEŇOVÁ Prietoky Váhu ovládajú dve kľúčové nádrže Orava a Liptovská Mara. Spoločným účelom a cieľom týchto nádrží je: nadlepšovať prietoky Váhu na umožnenie odberu úžitkovej vody pre priemysel a závlahy, riediť odpadové vody, a tým zlepšiť čistotu toku, znížiť povodňové prietoky a povodňové škody, využiť vodnú energiu toku v príslušnom úseku, zvýšiť objem a zabezpečenosť výroby elektrickej energie vážskych vodných elektrární, využiť podmienky na rekreačno športové využitie. Sústava vodných diel pozostáva z komplexu stavieb uzla Liptovská Mara, z uzla Bešeňová a z ďalších vyvolaných stavieb a prác. Sústava je situovaná na Váhu v priestore Liptovskej kotliny, v úseku Váhu medzi mestom Liptovský Mikuláš a obcou Liptovská Teplá. Údolná niva v hlavnom priehradnom profile pod obcou Liptovská Mara je cca 1 km široká a v smere proti toku sa rozširuje. Z južnej strany pritekajú do Váhu potoky Nízkych Tatier, zo severnej strany potoky Liptovských hôľ. Hydrologické pomery Profil Liptovská Mara Bešeňová Plocha povodia 1266,5 km 2 1493,2 km 2 Priemerný ročný úhrn zrážok 1014 mm 1014 mm Charakteristické prietoky: Q 364 5,06 m 3.s -1 5,96 m 3.s -1 Q 355 6,07 m 3.s -1 7,17 m 3.s -1 Q a 23,8 m 3.s -1 27,3 m 3.s -1 Q 100 610 m 3.s -1 690 m 3.s -1 Hlavné objekty sústavy vodných diel sú: zemná priehrada Liptovská Mara, združený funkčný objekt s privádzačmi a bezpečnostný priepad, vodná elektráreň a nádrž Liptovská Mara, odpadové koryto, zemná priehrada Bešeňová, združený objekt Bešeňová, vyrovnávacia nádrž a odpadové koryto Bešeňová. Geologické pomery Pomerne široké údolie vodného diela je na severnej strane ohraničené Liptovskými Tatrami s paleogénom vo flyšovom vývoji a na južnej strane Nízkymi Tatrami z druhohorných vápencov. Podložie Liptovskej kotliny tvoria bridličnaté a pieskovcové flyšové vrstvy paleogénu. Hrúbka lavíc sa pohybuje od 1,0 do 5,0 m, ich vzájomný pomer je väčšinou 1:1, len v pravobrežnom zaviazaní prevládajú pieskovce až 2,0 m hrubé s tenkými vložkami bridlíc. Vrstvy majú priaznivý úklon, a to šikmo proti vode, v smere SV - JZ, so sklonom 24-30 k SV. Paleogénne podložie sa porušilo nielen vetraním, ale aj tektonickými procesmi, ktoré viac zasiahli pieskovcové vrstvy. Pukliny so sklonom 65 až 85o majú rozličnú šírku a obsahujú hlinitú alebo ílovitú výplň. Bridlice sú tektonicky porušené menej, sú nepriepustné, ale na povrchu sa rozpadávajú a v styku s vodou sa rozbahňujú. Zóna intenzívneho zvetrania pod
aluviálnymi náplavami je 0,6 m hrubá, v ľavobrežnom zaviazaní až 5,0 m. V druhej zóne možno zvetrávanie pozorovať až do hĺbky 15 m. Pokryvné kvartérne útvary majú prevažne fluviálny pôvod. Alúvium rieky tvoria štrkopieskové lavice 2,5 až 9,0 m hrubé, s obliakmi veľkými 15 až 60 cm. Náplavy sú značne zahlinené, štrkopiesky, alebo piesočnaté. V zátope sa nachádzali zosuvy povrchových materiálov. Štrkopiesočnatý materiál v množstve 5,2 mil. m 3, vhodný na stavebné účely, sa vyťažil z priestorov nádrže a uložil na depóniu na postupné využitie. Vyvolané investície a sprievodné účinky zahŕňajú: Preložku dvojkoľajovej elektrifikovanej železničnej trate (17,1 km), preložku štátnej cesty č. 18 na ľavej strane nádrže (13,6 km), preložku štátnej cesty na pravej strane nádrže (17,4 km), preložky elektrických vedení a vedení telekomunikácií, náhrady za rušené objekty poľnohospodárstva a príspevok rybnému hospodárstvu, presídlenie obyvateľstva zo zátopy v rozsahu 732 rodinných domov s hospodárskymi usadlosťami (t.j. 826 rodín, teda asi 4000 obyvateľov), ďalej 49 štátnych domov a 104 verejných budov. Vyvolané investície predstavovali 52,4 % ceny priamych základných prostriedkov. V rámci prác bolo treba uskutočniť aj úpravy v nádržiach, ktoré zahŕňajú asanáciu obcí v zaplavenom území, úpravy na konci vzdutia pri Liptovskom Mikuláši, vrátane regulácie Váhu v meste, úpravy potokov, ochranu obce Trnovec, lesnícko-technické meliorácie, ochranu (preloženie) kultúrnych pamiatok atď. Postup výstavby a rozsah prác Výstavba vodného diela sa začala v roku 1965, a to preložkami komunikácií a výkupom domov v zátope. V novembri 1965 sa schválila zmena jednej Kaplanovej turbíny na rezervnú. Na základe štúdie spracovanej koncom roku 1968 rozhodla vláda v roku 1969 o zvýšení inštalácie na pôvodne navrhovaný dvojnásobný výkon. Až po tomto rozhodnutí sa v plnom rozsahu rozvinula výstavba vodného diela. Váh sa previedol do dnových výpustov v apríli 1973 a napúšťanie nádrže Liptovská Mara sa začalo v apríli 1975, kóta minimálnej hladiny sa dosiahla v priebehu jedného mesiaca. Prvý agregát sa uviedol do prevádzky v septembri 1975, druhý v decembri 1975. Čerpadlová prevádzka sa začala vo februári 1976 a posledný agregát sa uviedol do prevádzky v auguste 1976. V Bešeňovej sa prietoky previedli cez združený objekt koncom augusta 1971 a napúšťanie nádrže sa začalo v júni 1975. Agregáty priebežnej elektrárne Bešeňová sa uviedli do prevádzky v decembri 1976. Rozsah hlavných stavebných prác na vodnom diele: Betóny : prosté / železobetóny 54/265 = 319 tis. m 3 Zemné práce: výkopy / násypy 3789 / 9302 = 13 091 tis. m 3 Oceľové konštrukcie 12,1 MN Vodné dielo Liptovská Mara Zemná priehrada Liptovská Mara je na pravom brehu Váhu medzi obcami Vašky a Liptovská Mara zaviazaná do svahu medzi dvomi zosuvnými oblasťami. Na ľavom brehu je situovaná nad obcou Vlachy. Priehrada, ktorá tu prehradzuje údolie Váhu, je sypaná heterogénna priehrada so šikmým zalomeným tesnením na návodnej strane. Tesnenie je proti vypla- 27