Vodní dílo Bleilochtalsperre na řece Sále

Kaskáda vodních děl na Sále

Sála (Saale) pramení u obce Zell im Fichtelgebirge, ve výšce 728 m n. m. (cca 28 km na západ od Aše) a po 434 km se vlévá do Labe u města Barby na úrovni 49,5 m n. m. Po Vltavě je to svým průměrným průtokem u ústí 117 m³/s druhý nejvýznamnější přítok Labe. Do začátku 20. století se horní tok využíval pro plavbu vorů a bylo na něm několik vodních mlýnů. Dolní tok byl splavněn pro lodní dopravu. Na horním toku řeky v délce 80 km byla v letech 1919 až 1946 vybudována kaskáda vodních děl, která sestává z pěti přehrad (Bleilochtalsperre, Burghammer, Saale, Hohenwarte I a Hohenwarte II), jedné vrcholové nádrže Amalienhöhe nad přečerpávací elektrárnou Hohenwarte II (rozdíl hladin 293 m) a boční přehrady na Wisentě, která je spojena štolou a tlakovým potrubím s elektrárnou u vodního díla Saale (rozdíl hladin 60 m), (obr. 2). Nejvýše položené vodní dílo celé kaskády je Bleilochtalsperre.

Historie

Na konci 19. století bylo údolí Sály postiženo povodní. Ztráty na životech byly značné a škody dosáhly mnoha milionů marek. V profilu budoucího vodního díla Bleilochtalsperre byl naměřen průtok 715 m³/s (střední roční průtok činí 12 m³/s). To vyvolalo úvahy o vybudování nádrží pro zachycení povodňových průtoků a ochranu níže umístěného povodí před jejich ničivými vlivy. Na začátku 20. století se přidala snaha o využití Sály pro výrobu elektrické energie. Podnětem byl záměr zajistit elektrickou energii pro rozrůstající se průmysl a okolní obce. To vedlo k myšlence připravit projekt soustavy vodních děl na Sále s retenční funkcí a současně s požadavkem na výrobu elektřiny. Ve dvacátých letech 20. století se ujala iniciativy firma Karl-Zeiss. Výrobce optických přístrojů Karl-Zeiss měl zájem na garantovaném zdroji elektřiny neznečišťujícím ovzduší. Pro účely vybudování vodních elektráren založil již v roce 1917 hydrotechnickou kancelář a mezi lety 1919 až 1923 vybudoval vodní dílo Conrod na Sále a Wisenta na jejím přítoku. V roce 1918 byl na základě výměru vrchního prezidenta pruské zemské vlády založen v Magdeburku úřad k zajištění výstavby vodních děl na horní Sále. V květnu 1919 byla kancelář přeložena do Saalfeldu. V srpnu 1922 byl předložen konečný návrh vodního díla Hohenwarte. Pro odpor firmy Karl-Zeis (obávala se ohrožení funkce vodního díla Conrod) a po řadě zdlouhavých jednání bylo rozhodnuto, že prvním realizovaným dílem na Sále nebude Hohenwarte, ale nejvýše položená Bleilochtalsperre.

Hráz a elektrárna vodního díla Bleilochtalsperre

Roku 1925 byla zahájena příprava stavby vodního díla Bleilochtalsperre. Jednalo se o projekt vodního díla s přečerpávací vodní elektrárnou o výkonu 40 MW s přečerpáváním zpět do nádrže. Hráz byla navržena jako tížná, výšky od základové spáry po korunu 65 m (v době dokončení se jednalo o nejvyšší přehradní hráz v Německu). Délka hráze v koruně je 208,5 m, osa je půdorysně zakřivena (poloměr zakřivení R = 300 m). Po koruně hráze je vedena komunikace s vozovkou šířky 5,20 m (obr. 4). Vodní elektrárna je umístěna v samostatném objektu pod hrází. Kromě výroby elektřiny zajišťuje přehrada ochranu území před povodněmi a je zdrojem pitné vody. Maximální hladina je na úrovni 410,00 m n. m., minimální hladina zásobního prostoru na úrovni 398,00. Maximální objem nádrže je 215 mil. m³. Vlastní hráz není opatřena přelivy. Havarijní přeliv šířky 2 × 17 m je umístěn na pravém břehu nádrže mimo přehradní těleso a je ovladatelný dvěma klapkami v rozsahu hladin od 406,00 po 410,00 m n. m. (obr. 3). Skluz přelivu je vylámán napříč skalním ostrohem (obr. 5). Běžný odtok z nádrže je zajištěn průtokem přes turbíny elektrárny a dvěma bočními štolami, které převáděly vodu během výstavby hráze mimo prostor staveniště. Ve čtvrtině délky štol byly vybudovány kaverny, ve kterých jsou umístěny základové výpusti. Jedna základová výpusť je opatřena regulovatelným rozstřikovacím uzávěrem, druhá klapkami, které pracují pouze v režimu zavřeno – otevřeno. Česle a hrazení přivaděče na elektrárnu jsou umístěny ve svislé šachtě na návodním líci hráze. Obsluhu vtokových česlí a hradicího zařízení zajišťuje portálový jeřáb pojíždějící nad šachtou.

Vyrovnání průtoku z přečerpávací elektrárny zajišťuje vyrovnávací nádrž Burghammer (objem 6,4 mil. m³), jež je součástí vodního díla a je situována po toku, ve vzdálenosti 6,5 km. Vyrovnávací stupeň je vybaven průtočnou elektrárnou výkonu 2,16 MW při průtoku 22 m³/s a spádu 16,0 m (dvě Kaplanovy turbiny).

Technické řešení hráze
Přehradní hráz vodního díla Bleilochtalsperre byla jako první v Německu navržena a realizována jako čistě betonová, tížná, půdorysně zakřivená hráz. Vzdušný líc má sklon 1 : 0,69, návodní líc je ve sklonu 1 : 0,002, tedy prakticky svislý. Základová spára na dně údolí je široká 46,0 m, výška koruny nad základovou spárou je 65,0 m, objem betonu hráze je 182 000 m³. Hráz byla podélně rozdělena na bloky. Dilatační spáry mezi bloky jsou těsněny měděným plechem s asfaltovou zálivkou. Dno dvou samostatných nátoků na turbíny, umístěných ve čtvrtém a pátém dilatačním bloku, je 15 m nad základovou spárou. Čtvercový vtok 8 × 8 m přechází postupně do kruhového tlakového přivaděče o průměru 4,8 m. Uvnitř hráze jsou osazeny vodorovné i svislé kontrolní porézní trubky DN 100 mm zachycující a monitorující průsaky hrází, rovněž je zajištěno odvodnění základové spáry a tím snížení tlaku podzemní vody na úrovni základové spáry. Sleduje se tlak vody v podzákladí.

V pěti úrovních v blízkosti návodního líce jsou kontrolní chodby, do kterých jsou svedeny průsaky zachycené v kontrolních trubkách. Chodby propojuje svislá kontrolní šachta. Ve dvou úrovních, ve vzdálenosti cca 6 m od návodního líce, jsou hlavní vnitřní kontrolní chodby. Do hráze byly rovněž osazeny indikátory změny teploty a napětí uvnitř tělesa hráze. Telemetrická měření byla realizována v deseti místech na úrovni cca 10 m nad základovou spárou. Hráz tak sloužila i jako laboratoř pro získání poznatků pro výstavbu dalších hrází vodních děl.

Postup výstavby hráze
Přípravné práce byly zahájeny v roce 1925, a to výstavbou přeložek komunikací a zařízení staveniště. Následovala výstavba tří nových mostů přes budoucí jezero, nutných silničních přístupových cest a železniční vlečky. Další přípravnou prací byla výstavba předsunuté hráze vysoké 12 m a vyražení dvou obtokových štol průměru 4,0 m a délky 357 m a 447 m pro převedení řeky mimo staveniště hlavní hráze. Poté byl zahájen výlom pro základ hráze a další práce související s odvozem materiálu a přípravou betonáže. Pro dopravu materiálu na stavbu hráze byla v letech 1929 až 1930 postavena železnice ze Schleizu do Saalburgu s odbočkou na staveniště přehrady na pravém břehu Sály.

Betonáž hráze byla zahájena 22. září 1930. Jednotlivé složky betonu se dopravovaly na stavbu železnicí. Cement byl dopravován v pytlích. Přes malou mechanizaci prací bylo dosaženo vynikajícího průměrného denního výkonu 1000 m³ betonáže. Zpočátku se beton od betonárky do základů hráze dopravoval provizorním kabelovým jeřábem a přestavitelnými žlaby. Betonovalo se po vrstvách výšky 1,5 až 2,0 m. Beton byl zhutňován ručním propichováním. Koncem roku 1930 dosáhla úroveň betonu hráze takové výšky a současně zúžení prostoru betonáže, že bylo možno opustit betonáž pomocí žlabů a dále se pokračovalo betonáží prostřednictvím licích rour, které již obsáhly stále se zužující šířku hráze. Z toho důvodu byl během zimy 1930 až 1931 pro transport betonu, na úrovni její budoucí koruny, vybudován dvoupatrový dřevěný příhradový most podepřený osmi pilíři.

Pilíře byly v dolní části betonové, v horní části byly nastaveny dřevěnou konstrukcí. Betonová část pilířů se stala součástí přehradního tělesa a byla jím kompletně pohlcena. Suchá směs z přípravny byla dopravována úzkorozchodnou železnicí výklopnými vagony taženými parními lokomotivami na horní patro mostu. Odtud byla skluzem dopravena do čtyř míchaček pojíždějících po dolním patře mostu a smíchána s vodou. Z míchaček se beton dopravoval plechovými troubami na místo určení. Trouby byly opatřeny vnitřními šikmými rozražeči, které bránily separaci jednotlivých částí betonu během skluzu. Po dosažení úrovně betonáže 17 m pod korunou hráze byla doprava betonu troubami nahrazena dopravou koši o obsahu 1 m³, které na místo určení dopravovaly portálové jeřáby opatřené otočným ramenem. Jeřáby pojížděly po horním patře mostu.Vzhledem k požadavku na snížení hydratačního tepla bylo zvoleno netradiční složení betonové směsi za použití Thuramentu, což je přísada sestávající z rozemleté granulované vysokopecní strusky.

Složení betonové směsi se měnilo po výšce hráze
V dolní části:
■ portlandský cement – 132 kg/m³;
■ Thurament – 258 kg/m³;
■ kamenivo – 1902 kg/m³.
Předepsaná pevnost po 180 dnech: 23 N/mm².
Ve střední části:
■ portlandský cement – 117 kg/m³;
■ Thurament – 227 kg/m³;
■ kamenivo – 1972 kg/m³.
Předepsaná pevnost po 180 dnech: 17 N/mm².
V horní části:
■ portlandský cement – 87 kg/m³;
■ Thurament – 169 kg/m³;
■ kamenivo – 2070 kg/m³.
Předepsaná pevnost po 180 dnech: 11 N/mm².

Hráz byla dokončena 1. prosince 1931.

Elektrárna
V roce 1932 byl realizován objekt elektrárny. Hala elektrárny byla osazena dvěma soustrojími (obr. 6) o výkonu po 20 MW sestávajícími z generátoru, dvou Francisových turbín a čerpadla – vše na jedné ose. V roce 1970 byla soustrojí rekonstruována – v současnosti v elektrárně pracují dvě soustrojí s výkonem po 40 MW při spádu 49 m a průtoku 90 m³/s^-1, sestávající z generátoru, jedné Francisovy turbíny a jednostupňového čerpadla – vše na jednom hřídeli. Generátor pracuje rovněž jako motor při čerpání. Výkon čerpadla je 25 m³/s^-1.

Poděkování náleží Ing. Svatopluku Zídkovi za informaci o oceněném díle a poskytnutí uvedené publikace [1], Janě Zachové za práci s navázáním kontaktu s německou stranou, vyžádání grafických a fotografických podkladů a souhlasu k jejich uveřejnění, Inženýrské komoře Thüringen, jmenovitě Barbaře Wellendorf za pomoc při získávání grafických a fotografických podkladů od firmy Vattenfall Wasserkraft GmbH a Thomasu Schubertovi z této firmy za zaslání fotografií.

Zdroje:
[1] HELMUT, Martin. Die Bleilochtalsperre an der Saale. Bundes Ingenierkammer, 2016.