Mosty a povodně – Vyvarujme se zbytečných chyb

V některých případech jsou oprávněné i otázky, jestli ke zvětšení rozsahu škod na zástavbě a okolním území nepřispěl právě mostní objekt přes vodní tok svým nevhodným prostorovým uspořádáním nebo umístěním. Ke všem těmto otázkám chci v tomto krátkém článku uvést několik poznámek a námětů, které by mohly napomoci budoucímu příznivějšímu výsledku konfrontace mostních konstrukcí s přírodním živlem při povodních.

DIMENZE MOSTNÍHO OTVORU
Prvním tématem, zasluhujícím zamyšlení, je hydrologická pravděpodobnost výskytu povodňového průtoku, který bude převzat jako průtok návrhový pro dimenzování mostního otvoru. Běžná praxe využívá ustanovení norem ČSN 73 6201 Navrhování mostů a ČSN 75 1400 Hydrologické údaje povrchových vod. Úskalí zřejmě nastává v aplikaci těchto norem. Potřebu lepšího rozlišení individuálních podmínek návrhu každého mostního objektu si plně uvědomovali tvůrci normy ČSN 73 6201 a návrhové průtoky, určené článkem 12.2.3 pro jednotlivé druhy mostních objektů, udávají jako nejmenší přípustné. Domnívám se, že příčinou některých poškození mostních objektů byla nedostatečná pozornost, věnovaná těmto dvěma přívlastkům, se kterými jsou návrhové průtoky uváděny v tabulce 3 normy ČSN 73 6201. Za povodňových situací posledních let byly sice v mnoha místech říční sítě hodnoty dosud stanovených průtoků Q100, nejčastěji využívané jako návrhové průtoky, překročeny, ale právě k zodpovědnému přihlédnutí k riziku výskytu takové situace vybízí zmíněné přívlastky.

Problém zřejmě vzniká při interpretaci hydrologických veličin do návrhových průtoků. Údaje o n-letých průtocích jsou veličinami pravděpodobnostními, jejichž neoddělitelným atributem je hodnota směrodatné chyby podle třídy přesnosti měření dat o průtocích v místě, pro které je hodnota stanovena. Vzhledem k tomu, že údaje o n-letých průtocích jsou vesměs v našich podmínkách odvozovány z relativně krátkých řad pozorování, které jen výjimečně dosahují délky 100 let, uvádí citovaná norma Hydrologické údaje povrchových vod také orientační hodnoty směrodatných chyb pro n-leté průtoky Q20 až Q100. Tyto důležité údaje pro správnou interpretaci a užívání údajů o n-letých průtocích, zejména v hydraulických výpočtech, jsou uvedeny v příloze 1 takto: I. třída – 15 %, II. třída – 30 %, III. třída – 40 % a IV. třída – 60 %. Číselný údaj o Q100 reprezentuje střední hodnotu tolerančního intervalu této pravděpodobnostní veličiny. Interpretace, kladoucí rovnítko mezi návrhový průtok a střední hodnotu Q100, běžně používaná v projekční praxi, však zcela přehlíží parametr nejistoty, který v sobě tato hydrologická veličina neoddělitelně obsahuje a nepřípustně ji zjednodušuje na přesné reálné číslo.

U hodnot n-letých průtoků, odvozených z kvalitních dat v dlouhodobě měřených profilech, nemusí vznikat tak velký problém. Hydrologických dat ve třídě přesnosti I. je však velmi málo. U běžných hydrologických dat s třídou přesnosti III., s hodnotou směrodatné chyby 40 %, však již rozdíl mezi stavem, na který je objekt dimenzován použitím střední hodnoty, a stavy, které se mohou v rámci pravděpodobnostního rozpětí vyskytnout, je významný. Za velmi důležité považuji upozornit na to, že větší význam má tato skutečnost u menších a malých vodních toků než u velkých. Důvody jsou jednak hydraulické – v korytě, dimenzovaném na průtok např. 50 m³.s^-1, vyvolá průtok o 40 % větší, tj. 65 m³.s^-1, podstatně dramatičtější změnu úrovně hladiny než 40% rozdíl mezi průtokem 400 a 520 m³.s^-1 v korytě, dimenzovaném na 400 m³.s^-1. Druhý důvod vyplývá z přesnosti dat o průtocích, která je u malých vodních toků velmi často nejnižší IV. třídy, tj. s hodnotou směrodatné chyby 60 %.

HORŠÍ ZNALOSTI MENŠÍCH TOKŮ
Zdánlivě paradoxně by tedy mostům přes menší vodní toky měla být při volbě návrhového průtoku pro dimenzování světlosti mostního otvoru věnována větší pozornost, protože o možných extrémních průtocích na takových tocích máme většinou horší znalosti. Prvním krokem ke zlepšení současné běžné praxe, kdy se průtočný profil pod mostem dimenzuje na střední hodnotu návrhového n-letého průtoku, by zřejmě bylo provést vždy i ověřovací výpočet s uvážením hodnoty průtoku, odpovídající horní hranici rozpětí směrodatné chyby. Teprve posouzení rizika nepříznivých účinků, jaké může způsobit i tento průtokový stav, by mělo být úplnou odpovědí na otázky, související s prozíravým návrhem dimenzí mostního průtočného profilu.

Jak už to bývá, nespočívá zmíněné posouzení rizika nepříznivých účinků jen v relativně triviálním hydraulickém výpočtu průtočného profilu pro další (vyšší) hodnotu návrhového průtoku. Zkušenosti z povodňových událostí v řadě případů ukázaly, že stejně významné a někdy i významnější než odolnost mostní konstrukce určitému povodňovému průtoku je její vliv na průběh odtokového procesu v širším okolí mostu. Z hlediska vodního toku a jeho chování při různých průtokových situacích je most v naprosté většině případů určitou překážkou, jejíž vliv na chování vodního toku se zvětšuje s množstvím protékající vody. Výjimku tvoří jen přemostění celých údolí konstrukcemi typu dálničního mostu u Velkého Meziříčí nebo nedávno otevřeného dálničního mostu ve Francii.

Dimenzování mostů, jejich prostorové uspořádání a posuzování jejich vlivu a vlivu komunikací obecně na odtok povrchových vod by se tedy mělo provádět důsledně nejen z hlediska zajištění bezpečnosti a odolnosti komunikací a mostů jako staveb, které musí vzdorovat potenciální destrukční činnosti vody, ale také z hlediska ovlivnění odtokového procesu těmito stavbami. Ovlivnění odtokového procesu může mít řadu podob a následků, které závisí na konkrétních podmínkách místa. Jsou to například zvětšené zpětné vzdutí a zvětšení rozlivů v okolí toku nad mostem, vytvoření nových odtokových cest po ucpání mostního profilu, spojené s devastací území a staveb v okolí, vytvoření druhotné průtokové vlny po destrukci objektu, který vytvořil průtokovou bariéru, a podobně. Opět zde platí, že kritické situace s následnými velkými škodami na majetku a v území vznikají především na menších tocích a tedy působením relativně méně významných mostních objektů, kterým se při návrzích zcela pochopitelně věnuje menší pozornost. Koryta malých vodních toků jsou podstatně náchylnější k vytváření nahodilých nápěchů (neseného dřeva, vyvrácených stromů, ledů a pod.) a kritickými místy takových koryt jsou především mostní objekty s přísně omezenou průtočnou kapacitou, případně s nevhodnými hydraulickými podmínkami situování objektu ve vztahu k proudění vody při povodňových průtocích.

Nezkrácený článek včetně všech fotografií si můžete přečíst v dubnovém čísle 2/2005.

Autor

• Ing. Polenka Evžen