Odvodnění zpevněných ploch vsakováním
V současné době se velká politika chytila témat, která souvisejí s globálním oteplováním a vlivem člověka na vývoj klimatických změn. Jsem přesvědčen, že ovlivnění životního prostředí člověkem je neoddiskutovatelné. Bez ohledu na postoj hlavy státu se kolem nás tyto změny projevují ve stále větším měřítku. Zvětšováním zpevněných ploch na úkor zeleně se zabraňuje vsakování dešťové vody a zvyšuje se teplota v okolí zastavěných částí sídel. Dochází ke změně pohlaví živočichů pod vyústěním kanalizací do toků v důsledku neschopnosti čistíren zachytit stopové látky z odpadních vod, zejména léků a hormonů. Dokonce se mění i zvyklosti "divoké" přírody v souvislosti s velkou intenzitou nočního osvětlení. Mění se myšlení lidí ve vztahu k přírodě. Bohužel někdy bizarním způsobem: Majitel stavební firmy si zakládá na svojí filozofii ochrany všeho živého a tak opatrně smete jednoho mravence, který se prochází po stole uvnitř jeho příjemné dřevostavby a vynese ho ven. Pak nechá vybagrovat 1000 m3 zeminy ve svahu za domem, aby mohl postavit garáže.
Drenážní systémy vysušují krajinu, špatně orané brázdy zrychlují odtok vody a mohl bych takto pokračovat. Zkusme se zamyslet nad tím, co může udělat stavebník pro snížení odtoku vody z území, aby přitom zabránil ohrožení vlastní stavby vodou.
Pro návrh systému odvádění dešťových vod je nutno určit hodnoty objemu dešťové srážky v závislosti na době trvání deště a jeho intenzity. V níže uvedených tabulkách jsou statisticky zjištěné údaje intenzity deště z doby asi před třiceti lety. Nejčastější dotazy se týkají rozdílu mezi hodnotami intenzity deště pro dimenzování vnitřní kanalizace a hodnotami intenzity deště pro dimenzování veřejné kanalizace.
Pro dimenzování potrubí vnitřní kanalizace se používá mezní hodnota intenzity deště 300 l/(s.ha). Tato hodnota zajišťuje bezpečnost střešní konstrukce proti přetížení dešťovou vodou, zatékání do střešního pláště nebo zaplavení objektu ([1], [2]). Při návrhu areálové kanalizace nebo v koncových větvích veřejných stok je třeba tuto intenzitu uvažovat i pro celý areál nebo koncovou větev stokové sítě, a to přesto, že se jinak průtoky ve stokách určují podle jiného předpisu ([3], [4]). Nižší hodnoty odtoku ve veřejné stokové síti se používají z ekonomických důvodů - na základě zkušeností předchozích generací. V současné době probíhá kritické hodnocení průtoků ve stokách, protože ve většině míst se nová zástavba posunuje proti proudu stávajících stok. Rozsáhlá nová výstavba je "naštěstí" pro horizonty podzemní vody limitována kapacitou stok. Správci stokových sítí proto podmiňují novou výstavbu zachycením srážkových vod na pozemku nemovitosti.
Průtoky ve stokách, které jsou vyvolány vysokou intenzitou deště, mají dobu trvání kolem 5 minut. Celkový objem dešťové vody za tak krátkou dobu není pro návrh zařízení na její zachycení rozhodující, jak ukážu na níže uvedeném příkladu. Podkladem pro návrh jsou jednak roční úhrny srážek, jejich rozdělení během roku a zejména intenzita dešťů.
Hodnoty srážkových úhrnů podle dlouhodobých měření v různých nadmořských výškách jsou uvedeny v tab. 1.
| Nadmořská výška (m n. m.) | 100 | 200 | 300 | 400 | 500 | 1000 | 1500 |
| Průměrný roční úhrn srážek (mm) | 600 | 660 | 710 | 760 | 820 | 1120 | 1420 |
Tab. 1. Roční úhrny srážek na území ČR
V některých oblastech může v důsledku geomorfologických podmínek dojít ke vzniku dešťových stínů. Např. na jihu Moravy jsou místa, ve kterých jsou roční úhrny dešťových srážek nižší než 400 mm. Tak nízké množství dešťové vody je na hranici srážkových úhrnů polopouští.
Srážky se na našem území vyskytují v průběhu roku nerovnoměrně. Pro některé úvahy (např. pro využití dešťové vody) a výpočty je důležité jejich měsíční rozvržení, které je uvedeno v tab. 2.
| měsíc | procenta z celkových ročních srážek |
|---|---|
| leden | 4,3 |
| únor | 4,5 |
| březen | 5,1 |
| duben | 8 |
| květen | 11,4 |
| červen | 13,1 |
| červenec | 14,3 |
| srpen | 12,9 |
| září | 8,2 |
| říjen | 7,2 |
| listopad | 5,7 |
| prosinec | 5,3 |
Tab. 2. Rozdělení průměrných měsíčních srážek
Na základě statistických měření byly shromážděny údaje o velikosti intenzivních srážek v různých místech České republiky. Jejich hodnoty uvádí informativně tab. 3. Intenzita dešťové srážky závisí na době trvání deště (čím kratší doba, tím intenzivnější déšť) a na četnosti (periodicitě) srážkové činnosti. Periodicita v tabulce udává kolikrát do roka se déšť určité intenzity v daném místě vyskytuje. Periodicita 5 udává, že déšť příslušné intenzity se vyskytuje 5× do roka. Periodicita 0,2 označuje srážky, které se vyskytnou jednou za 5 let.
| Místo | doba trvání deště (min) | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 5 | 10 | 15 | 15 | 15 | 15 | 30 | 60 | 60 | |
| periodicita deště | |||||||||
| 1 | 1 | 5 | 1 | 0,5 | 0,2 | 1 | 1 | 0,5 | |
| intenzita deště (l/s.ha) | |||||||||
| Brno | 220 | 163 | 62 | 129 | 161 | 203 | 76 | 44 | 74 |
| České Budějovice | 200 | 144 | 56 | 113 | 144 | 190 | 69 | 40 | 72 |
| Hradec Králové | 250 | 155 | 55 | 113 | 143 | 182 | 66 | 37 | 62 |
| Jihlava | 220 | 157 | 54 | 121 | 158 | 210 | 72 | 42 | 75 |
| Karlovy Vary | 212 | 139 | 52 | 107 | 139 | 184 | 65 | 38 | 68 |
| Olomouc | 260 | 172 | 62 | 130 | 162 | 206 | 77 | 45 | 73 |
| Ostrava | 242 | 167 | 66 | 128 | 157 | 198 | 76 | 44 | 73 |
| Plzeň | 218 | 150 | 51 | 116 | 150 | 196 | 68 | 40 | 69 |
| Praha | 240 | 163 | 57 | 126 | 164 | 217 | 72 | 41 | 75 |
| Zlín | 243 | 174 | 69 | 138 | 170 | 213 | 82 | 48 | 78 |
| Znojmo | 260 | 180 | 57 | 136 | 175 | 229 | 82 | 47 | 82 |
Tab. 3. Intenzita dešťů v některých místech
Na základě statistických měření byly shromážděny údaje o velikosti intenzivních srážek v různých místech České republiky. Jejich hodnoty uvádí informativně tab. 3. Intenzita dešťové srážky závisí na době trvání deště (čím kratší doba, tím intenzivnější déšť) a na četnosti (periodicitě) srážkové činnosti. Periodicita v tabulce udává kolikrát do roka se déšť určité intenzity v daném místě vyskytuje. Periodicita 5 udává, že déšť příslušné intenzity se vyskytuje 5× do roka. Periodicita 0,2 označuje srážky, které se vyskytnou jednou za 5 let.
Obr. 1. Vsakovací jezírko v terénní depresi
Obr. 2. Cesty parku při dešti
Pro návrh akumulace a využití dešťových vod se používají údaje o dlouhodobých srážkových úhrnech. Jistě jsou v paměti čtenářů záplavy v Čechách, které vznikly po několik dnech vlastně mírných dešťů. Na horních tocích přítoků se jen mírně zvedly hladiny, zatímco Berounka, Vltava a Labe páchaly na dolním toku katastrofální škody na obrovském území. Protože srážky zasáhly celou českou kotlinu, projevil se odtok z povodí součtem odtoků vody všech přítoků. Celkový objem dešťové vody, která napršela za několik dní byl větší, než mohlo být v povodí zadrženo v přehradách a přirozených akumulačních prostorech - je zřejmé, že víc přehrad už nelze postavit. Proto je výhodné akumulaci rozdrobit - začínají se budovat retenční nádrže pod vozovkami, akumuluje se voda na pozemcích.
V tab. 4 je proveden výpočet množství dešťových vod, které odteče z plochy střechy 100 m2 při dešťových srážkách různé intenzity. Součinitel odtoku v tabulce je bezrozměrná veličina, která podle druhu krytiny a sklonu střechy charakterizuje množství vody odtékající ze střechy. Z tab. 4 je vidět, že při nejvyšší intenzitě deště je mnohem menší celkový objem vody, který z plochy odteče, než při denním srážkovém úhrnu. Z hodnot uvedených v tabulce je patrné, že objem vody, která napršela na danou plochu, je větší při dlouhotrvajícím dešti než při přívalovém dešti.
| plocha střechy [m2] | 100 |
| součinitel odtoku | 0,9 |
| redukovaná plocha střechy [m2] | 90 |
| intenzita 5 min deště [l/s.ha] | 300 |
| intenzita 15 min deště [l/s.ha] | 150 |
| intenzita 60 min deště [l/s.ha] | 80 |
| denní srážkový úhrn [mm/den] | 70 |
| roční srážkový úhrn [mm/rok] | 650 |
| objem 5 min. deště [m3] | 0,8 |
| průtok potrubím [l/s] | 2,7 |
| objem 15 min deště [m3] | 1,2 |
| průtok potrubím [l/s] | 1,4 |
| objem 60 min deště [m3] | 2,6 |
| průtok potrubím [l/s] | 0,7 |
| objem denní srážky [m3] | 6,3 |
| průtok potrubím [l/s] - rovnoměrný | 0,1 |
| objem roční srážky [m3] | 58,2 |
Tab. 4. Přehled množství dešťových vod v závislosti na intenzitě deště
Ohrožení objektu přívalovou srážkou dochází při nevhodném umístění objektu do cesty vodě z extravilánu. Povodňová vlna z přívalových srážek na horních tocích i velmi malých vodotečí vzniká v našich zeměpisných podmínkách obyčejně tehdy, když střed bouřky sleduje údolnici shora dolů. V mnoha vesnicích bylo zvykem nechávat mezi domy mezery asi 1 metr široké. Některé bývaly trvale volné, jiné byly uzavřeny dřevěným laťkovým plotem. Starousedlíci totiž měli v paměti, že voda z přívalových dešťů musí protéci kolem domu. Současné generace na tuto moudrost zapomínají a do mezer rozšiřují při rekonstrukcích svoje domy nebo do větších staví garáže. Pokud se takhle zazdí všechny mezery v zástavbě, přívalová voda se zachytí o zděné konstrukce. Vznikne přehrada a voda pak místo mezerami mezi domy protéká dveřmi nebo okny objektu.
Nejlevnější způsob zachycení dešťové vody na pozemku vsakováním je vhodné řešení terénních úprav a vytvoření terénní prohlubně s drenážní vrstvou na vlastním pozemku (obr. 1). Podle zkušeností nepřekročí doba vsaku a odparu v zimě týden po odměku, v létě den, dva. Bohužel stále přetrvává model budování chodníků mezi obrubníky pod úrovní okolního terénu. Z chodníků se v době dešťů stávají koryta vodoteče (obr. 2).
Velmi důležitým podkladem pro návrh vsakování je znalost hydrogeologických podmínek řešeného místa (tab. 5).
| Druh zeminy | Koeficient filtrace k [cm/s] |
|---|---|
| Jíl | 0,000001 a méně |
| Písčitá hlína | 0,0001 |
| Ulehlý hlinitý písek | 0,0001 až 0,0005 |
| Písky s jílovitými částicemi | 0,0001 až 0,0002 |
| Jemný písek a kyprý hlinitý písek | 0,001 až 0,005 |
| Hrubozrnný písek | 0,01 až 0,05 |
| Štěrkopísek | 0,02 až 0,1 i více |
Tab. 5. Koeficienty filtrace některých zemin k [5]
Na základě výše uvedených údajů se poměrně spolehlivě může navrhnout systém vsakování včetně návrhu příslušného akumulačního objemu. Je však třeba si uvědomit několik skutečností:
- rýhy pro inženýrské sítě umožňují přítok podzemní vody k objektu;
- dešťová voda obsahuje splaveniny, které soustavu kolmatují;
- velká propustnost podloží způsobí vyplavování zeminy.
Při návrhu vsakování je vhodné zkontrolovat vliv vzdutí vody v akumulaci na odvodňovanou nemovitost. Nejhorší situace většinou nastává při jarním tání sněhu, do kterého začne pršet. Voda se rýhami pro inženýrské sítě stáhne do rozpojené horniny zásypů kolem objektu. Důsledkem může být výron vody z podlahy nebo stěn sklepa. Mnohem horší situace může nastat při mělkém založení objektu v objemově nestálých zeminách - v letním období sucha zemina sníží svůj objem, ve vlhkém období se objem zeminy zase zvětší. Praskliny ve stěnách jsou pak výsledkem objemových změn podloží.
 Obr. 3. Stékání vody s jílovitými částicemi do uliční vpusti kolem skladovacího areálu |
 Obr. 4. Kolmatování drenážních vrstev štěrku jílem |
Kolmatace filtrační vrstvy je běžný jev a závisí na množství prachových jílovitých částic, které se do systému vsakování spláchnou. Nejmenší množství takových splavenin lze očekávat na střechách budov, největší bývá ve splachu z nezpevněných svahů (obr. 3), nejhorší situace je během stavby (obr. 4).
Doporučuji, aby odvodnění takových lokalit vsakováním se navrhlo povrchovým vsakováním. Splavené jílovité částice je pak možno po vyschnutí vody snadno odstraňovat. Naneštěstí takové řešení vyžaduje větší plochu, kterou nelze využít jinak než jako ozeleněnou plochu. Investor však obvykle vyžaduje co největší využití plochy areálu. Vsakovací plochy zruší ještě při realizaci nebo je zastaví později.
Velmi nebezpečné bývá vyjádření geologa, že místo vsakování je téměř díra do země a tedy vsakovací kapacita lokality je obrovská. Investor se takové informace "chytí" a vidina okamžité úspory ho přesvědčí, že existuje nebezpečí budoucích potíží. Při výstavbě skladového areálu v bývalém zemníku se průzkumem zjistilo, že na okraji areálu je staré úložiště odpadu s velkou mezerovitostí. Přes toto místo byla navržena objezdná komunikace a zároveň bylo geologem doporučeno využít toto místo ke vsakování vody. Je pravda, že kapacita vsakovacího objektu je velká. Bohužel však rychlým průtokem vody dochází k prosedávání úložiště, které se projevuje propadáním vozovky. Za 5 let provozu se vozovka propadla o 20 cm.
Závěr
Problematika odvodňování nemovitostí vsakováním vyžaduje důkladné prověření celé lokality. Projektant by měl vzít v úvahu také jevy, které mohou nastat během životnosti stavby. Vsakování dešťové vody, resp. její zachycování na pozemku nemovitosti je cesta, jak snížit dramatické změny mikroklima staveb. Bylo by vhodné, aby se tento způsob řešení rozšířil i při budování komunikací. Dokonce by se mohlo využívat i teplo zachycené na povrchu černých vozovek (odvedené do podzemních nádrží) v kombinaci s tepelnými čerpadly pro odstraňování námrazy na mostech. I když se může zdát toto řešení nákladné, je otázka, zda havárie v těchto místech nejsou nákladnější.
Literatura
[1] ČSN EN 12056 - 1 (75 6760) Vnitřní kanalizace - Gravitační systémy - Část 1-5.
[2] ČSN 75 6760 Vnitřní kanalizace.
[3] ČSN 75 6101 Stokové sítě a kanalizační přípojky.
[4] ČSN EN 752 (75 6110) Venkovní systémy stokových sítí a kanalizačních přípojek - Část 1-7.
[5] Kolář, V. a kol.: Hydraulika. Praha, SNTL 1966.