Využití lehkého kameniva Liapor v konstrukcích zařízení hospodaření s dešťovými vodami

Úvod

I když byl rok 2021 srážkově průměrný a rok 2020 mnohem vydatnější než roky předchozí, v ČR je stále nutno zohledňovat reálnou hrozbu sucha, kterou již bylo možno registrovat minimálně od roku 2014. Reálně pozorovatelné projevy klimatických změn ve střední Evropě se prezentují i opačnými extrémy, mezi které patří bleskové povodně od přívalových srážek. Jejich četnost a intenzita neustále sílí. Snahou státních institucí, krajů i obcí v současné době je zahájit proces efektivního hospodaření s dešťovými vodami (HDV). HDV představuje soubor opatření doplňujících stávající systémy odvodnění urbanizovaných území, jež napodobují přirozený hydrologický režim povodí a zpomalují povrchový odtok srážkových vod zejména prostřednictvím decentrálních objektů, které srážkovou vodu zadržují, zasakují, vypařují nebo ji po její dezinfekci využívají v bezprostředním okolí jejího dopadu. Pro investory se však mnohdy jedná o finančně i prostorově náročné řešení, a tak je potřebná „motivace“ veřejných organizací formou dotačních programů nebo legislativních opatření a požadavků v územněplánovacích dokumentacích měst a obcí.

HDV je tak podporováno a motivováno veřejnými organizacemi různými dotačními programy. O problematiku HDV se stále více zajímají i právnické a fyzické osoby. Důvodů pro HDV v urbanizovaných územích je několik. Při dobře navržených opatřeních HDV obecně dochází k:

• snížení negativních vlivů klimatických změn – ochraně proti suchu a povodním;
• zlepšení mikroklimatu ve městech – podpoře vsakování, evapotranspirace v místě dopadu, ochlazování měst a budov;
• zamezení plýtvání pitnou vodou – zachycení srážkových vod a jejich následnému využití jako vody užitkové (závlahy, splachování WC, postřiky ulic atd.);
• snížení průtoků v kanalizaci díky nižšímu nebo regulovanému nátoku srážkových vod do kanalizace, což má za následek lepší fungování sytému, nižší potřebné dimenze potrubí, nižší potřebu objektů (OK, RN), méně přepadů z odlehčovacích komor (na jednotné kanalizaci) a snížení rizika lokálních záplav při přetížení kanalizace;
• snížení hydraulického a látkového zatížení ČOV, a tím pádem zlepšení ekonomiky provozu;
• snížení mechanických vlivů na organismy v malých vodních tocích a obecně zajištění lepšího stavu vodních toků;
• doplnění podzemních vod, které v České republice představují cca polovinu vodních zdrojů;
• zatraktivnění veřejného prostranství.

Zakomponování opatření prvků HDV do projektů může být také jednou z podmínek pro získání dotací u velkých investičních projektů. Dalšími důvody, které investory vedou, aby do svého projektu zahrnuli technické prvky podporující HDV, mohou být limity určené správci vodních toků nebo kanalizačních sítí vzhledem ke kapacitě toku/potrubí při srážkové události. Například Brněnské vodárny a kanalizace povolují maximální odtok dešťových vod do kanalizace pro nové a rekonstruované stavby podle územněplánovací dokumentace 10 l·s-1·ha-1 při návrhové srážce. Při překročení této hodnoty je tak nutné navrhnout technická opatření pro zpomalení odtoku do kanalizace – retenční nádrž (RN) nebo opatření pro HDV. Motivačním prvkem pro veřejné i soukromě subjekty jsou také již zmíněné dotační programy na podporu HDV.

V současnosti již musí mít všechny nové stavby vyřešeno nakládání s dešťovými vodami, což je v souladu s požadavky na správné hospodaření s dešťovými vodami podle normy TNV 75 9011 – Hospodaření se srážkovými vodami [3], dle které je nutno zajistit odvodnění nemovitostí podle pravidel nesměšujících dešťové a splaškové vody.

Postup při návrhu a dimenzování systému hospodaření s dešťovou vodou (HDV)

Při návrhu a hydraulickém dimenzování objektů HDV se obecně využívá technický předpis TNV 75 9011 Hospodaření se srážkovými vodami. V případě budování zařízení v oblastech hydrogeologicky vhodných pro aplikaci zasakování srážkových vod do vod podzemních je vhodné se opírat o technický předpis ČSN 75 9010 Návrh, výstavba a provoz vsakovacích zařízení srážkových vod [4]. Použitá metoda návrhu objektů HDV závisí na velikosti odvodňovaného území a na složitosti systému odvodnění.

V případě dimenzování objektů HDV, které jsou součástí malých a jednoduchých systémů odvodnění, je možno použít výpočet srážkového odtoku a jeho transformace s využitím jednoduchých statistických a empirických metod. Jedná se o případy, kdy jednotlivá vsakovací zařízení či zařízení s retenčním prostorem nejsou řazena sériově, pokud je odvodňovaná plocha připojena na dimenzované zařízení menší než 3,0 ha a doba dotoku v povodí či v potrubním systému je menší než 15 min. V případech překračujících výše uvedená omezení by měl být návrh objektů HDV řešen hydrologickými simulačními modely srážkoodtokového procesu pomocí dlouhodobé simulace. Jednoduché návrhové metody se odvozují z rovnovážné hydrologické bilance mezi přítokem a odtokem do/z retenčního prostoru, vsakovacího nebo retenčního objektu, který popisuje tab. 1.

		Přítok	=	Odtok
č.	Typ objektu	Objem přivedené srážkové vody	=	Vsakování	+	Retenční objem	+	Regulovaný odtok
1	Plošné vsakování bez retence	i·(Ared + Avsak)·t/1 000	=	3 600·Qvsak·t	+	0	+	0
2	Povrchová vsakovací zařízení s retencí	i·(Ared + Avsak)·t/1 000	=	3 600·Qvsak·t	+	V	+	0
3	Povrchová vsakovací zařízení s retencí a odtokem	i·(Ared + Avsak)·t/1 000	=	3 600·Qvsak·t	+	V	+	3 600·Qo·t
4	Podzemní vsakovací zařízení s retencí	i·Ared·t/1 000	=	3 600·Qvsak·t	+	V	+	0
5	Podzemní vsakovací zařízení s retencí a odtokem	i·Ared·t/1 000	=	3 600·Qvsak·t	+	V	+	3 600·Qo·t
6	Retenční objekty	i·(Ared + Aret)·t/1 000	=	0	+	V	+	3 600·Qo·t

kde:

i intenzita srážky v [mm/h];
t doba trvání srážky v [h];
A_red svislý průmět redukované odvodňované plochy povodí v [m²];
A_vsak vsakovací plocha vsakovacího zařízení v [m²], pokud se jedná o vsakovací objekt se sklonitými svahy, lze hodnotu Avsak uvažovat jako střední hodnotu zatopené plochy objektu;
A_ret plocha nadzemního retenčního objektu v [m²], pokud se jedná o retenční objekt se sklonitými svahy, lze hodnotu Aret uvažovat jako střední zatopenou plochu objektu, v případě podzemního retenčního objektu se plocha neuvažuje;
Q_vsak vsakovaný odtok podle ČSN 75 9010 v [m³/s];
Q_o regulovaný odtok z retenčního prostoru do povrchových vod nebo do jednotné kanalizace v [m³/s], platí Q^_o = A_red·q_spec, kde q_spec 3 – 10 l·s^-1·ha^-1;
V Retenční objem V = A_vsak·H, respektive V = A_ret·H, kde H je střední hloubka vody v [m].

Principy jednoduchého empirického výpočtu jsou v dostatečné míře komentovány praktickými příklady v obou uvedených normách. Pro návrh zařízení musí být kladen velký důraz na kvalitní a dostatečný geologický průzkum s vyčíslením minimálního počtu vrtů, sond a postupu vsakovací zkoušky.

Hydraulická spolehlivost systémů HDV je odvozována od návrhových okrajových podmínek, které jsou platné pro posuzovanou oblast a odpovídají návrhovým parametrům (návrhové hydraulické spolehlivosti). V podmínkách ČR se v současnosti vychází z návrhu zasakovacích odvodňovacích systémů na srážkovou ­periodicitu p = 0,2 rok-1 (tedy pětiletou návrhovou srážku). Následně by mělo být prověřeno, jak se navržený systém zachová při jeho zatížení desetiletou návrhovou událostí (p = 0,1 rok-1).
Takto navýšená hydraulická spolehlivost je pak vodohospodářským orgá­nem běžně požadována v případě, kdy se jedná o ostrovní systém a není zabezpečen bezpečnostní přepad do stávajících trvalých či dočasných vodotečí. V rámci ČR jsou úhrny náhradních blokových srážek dostupné pro lokality, znázorněné na obr. 1. Návrhové parametry v těchto lokalitách dokládají tab. 2 a tab. 3.

Lehké kamenivo Liapor

Lehké kamenivo Liapor je kamenivo na bázi expandovaných jílů (angl. expanded clay aggregate – ECA), vyráběné výpalem při teplotě cca 1 200 °C, v ČR dříve známé jako keramzit. Toto kamenivo se používá jako složka betonu u betonových dílců, v suché výstavbě, v geotechnice, akvaponii, při úpravě vody, hydroponii a hydrokulturách.

Toto kamenivo je vhodné v oblasti úpravy vody, zejména její filtrace, a za tímto účelem se používá napříč evropským a americkým kontinentem (například expandované kamenivo na bázi expandovaného jílu s obchodním názvem Filtralite, LECA atd.). Díky své porézní struktuře umožňuje zlepšenou účinnost filtru a oddaluje časy zpětných proplachů, což znamená sníženou spotřebu energie a vody i vyšší produkci vody a to následně snižuje provozní náklady. Dále také poskytuje díky svému velkému měrnému povrchu možnost mikrobiálního růstu u biologické filtrace [5]. Tvarové a materiálové provedení kameniva umožňuje v projektech uvažovat s jeho akumulační schopností odpovídající až 25 % mezerovitosti. Díky svým vlastnostem je tedy vhodným materiálem pro retenci či akumulaci dešťových vod.

Retenčně zpožďovací objekty

Retenčně zpožďovací objekty se využívají v oblastech, které nejsou vhodné pro zasakování (špatné hydrogeologické podmínky, nedostatek místa, těsný kontakt s podsklepenými prostorami atd.). Typický příklad technického řešení podzemního retenčního objektu vyplněného lehkým kamenivem Liapor je uveden na obr. 2. a 3. Jedná se o podzemní retenční objekt s objemem 25 m3 se škrcením odtoku a filtrací srážkové vody přes zemní filtr [1].

Objekty akumulační

Akumulační objekty se využívají pro zachytávání vody pro jejich další využití, např. pro doplňkovou závlahu. Opět se jedná o vodotěsné objekty, tentokrát z důvodu zachycení srážkových vod a jejich využití. Nejčastější formou tohoto využití je v současnosti doplňková závlaha veřejné zeleně či použití v oblasti komunálních služeb, tedy ochlazování ovzduší ve městě, očista vozovek a cest atd. Jedná se o objekty uvedené na obr. 2. a 3, které je nutné doplnit o čerpací stanici s hygienizací vody [1].

Podzemní vsakovací objekty s retencí a odtokem

Podzemní vsakovací objekty s retencí a odtokem se využívají v oblastech hydrogeologicky vhodných pro podzemní vsakování. Opět se jedná o konstrukce s předřazenou hydroseparací srážkových vod. Typický příklad technického řešení podzemního vsakovacího objektu s retencí a odtokem vyplněného lehkým kamenivem Liapor je uveden na obr. 4 a 5 [1].

Závěr

V článku jsou uvedeny příklady konstrukcí tří nejpoužívanějších variant řešení HDV v České republice s využitím lehkého kameniva Liapor. Zemní akumulační nádrže z kameniva Liapor mohou nabídnout řadu výhod, ke kterým se řadí prakticky neomezená životnost stavby, hydraulická spolehlivost proti přetížení či spolupůsobení přirozených čistírenských procesů na srážkovou vodu, kterou nabízí filtrace a biologický rozklad látek v přirozeně zkrápěných, pomalých biofiltrech, jež jsou součástí navrženého systému. Konstrukce HDV s využitím lehkého kameniva Liapor jsou častým řešením v zahraničí.

Objekty HDV lze z materiálu Liapor postavit ve srovnatelných cenových relacích jako další konstrukční řešení na trhu, nebo v případě vhodných prostorových a výškových podmínek pro výstavbu dokonce levněji. Mezi nevýhody použití výplňového kameniva je nutno počítat požadavky na větší trvalý zábor a objemové požadavky v rámci retenčních objemů. Vyšší jsou i požadavky na vytěžení a transport přebytečné zeminy i vlastního materiálu výplně retenčních objemů. Je nutno podotknout, že žádné z nabízených řešení konstrukcí HDV nelze považovat za bezúdržbové. U kusových objektů se jedná o údržbu zařízení a výměnu sorbentu. V případě objektů s kamenivem Liapor je nutno pečovat o zeleň v zatravněném průlehu a v prostoru nad objektem. Tento příspěvek vznikl v rámci řešení programu MPO TRIO FV40343 Konstrukční systémy zpevněných ploch a komunikací na bázi silikátů pro ekologické hospodaření se srážkovou vodou.

Celý článek viz Pdf Časopisu

Zdroje:
[1] PRAX, P. Využití Liaporu v konstrukcích zařízení HDV. Technická zpráva AQUA PROCON 06/2021.
[2] PRAX, P.; J. ROŽNOVSKÝ; M. PALÁT. Extrémní srážkové scénáře pro posouzení ekonomicky únosného a ekologicky šetrného návrhu stokových sítí. Závěrečná zpráva grantového projektu GA ČR 103/07/0676; 07/2010.
[3] TNV 75 9011 Hospodaření se srážkovými vodami.
[4] ČSN 75 9010 Návrh, výstavba a provoz vsakovacích zařízení srážkových vod.
[5] BANKER J. U. Water Treatment and Filtration with EXPANDED CLAY AGGREGATES ECA [on-line], dostupné z: https://www.expandedclayaggregate.com 03/2022.
[6] www.liapor.cz