border border border border
border
Časopis Krkonoše - Jizerské hory
border
arrow Úvod arrow 2006 arrow Září 2006 arrow Proč se před 90 lety protrhla přehrada na Bílé Desné?
border

Časopis Krkonoše - Jizerské hory
Úvod
Rejstřík článků
Možnosti inzerce
2014
2013
2012
2011
2010
2009
2008
2007
2006
2005
2004
2003
Hledat
Správa KRNAP
logo_bar
Proč se před 90 lety protrhla přehrada na Bílé Desné? Tisk E-mail
Alexandr Rozsypal   

     V roce 1916, necelý rok po dohotovení a napuštění přehrady, došlo k největší nehodě přehradního stavitelství na našem území. Způsobila, že po dlouhá desetiletí se výstavba sypaných přehrad v Čechách ve srovnání s ostatní Evropou nerozvinula. Protržená hráz je dosud svědkem tohoto mimořádného okamžiku v naší historii inženýrských staveb a poutavá naučná stezka připomíná současníkům průběh události. Veřejnosti jsou však méně známy skutečné příčiny této havárie.
Parametry hráze a průběh havárie
     Připomeňme si, že přehrada byla postavena v letech 1912–1915 na Bílé Desné nad městy Desnou a Tanvaldem. Hráz měla výšku asi 14 metrů, v koruně byla dlouhá asi 200 m, nasypána byla z místního materiálu, žulového eluvia hutněného po 40 cm. Těsnění hráze bylo návodní z žulového obkladového kamene a pod návodní patu byla zapuštěna 2 m hluboká dřevěná těsnicí stěna. Její zbytky jsou ve dně průrvy patrné dodnes. Hráz se protrhla asi po deseti měsících provozu 18. září 1916. Obyvatelé obcí pod hrází byli sice informováni o tom, že přijde velká voda, nikdo však nečekal, že díky konfiguraci terénu nad Desnou a pile s velkým skladem kulatiny, která stála velké vodě v cestě, nabude vodní živel takové obrovské síly. Připravil o život 62 lidí, zcela zničil na 40 staveb a poškodil dalších 62 budov.
Šetření o příčinách katastrofy
     Na příčiny protržení přehrady byla v letech bezprostředně po havárii i později řada velmi protichůdných názorů. Především se zpochybňovala vhodnost materiálu použitého pro sypání hráze. Jiní autoři zdůrazňovali nedostatečnost hutnění sypaniny, protože výška hutněných vrstev se jim zdála s ohledem na hmotnost použitého hutnicího válce nepřiměřeně velká.
     Další soudní znalci tvrdili, že voda vnikala do tělesa hráze nedostatečně účinnným těsnicím pláštěm z nevhodného materiálu u návodního líce. Jiní experti zase konstatovali, že v oblasti hráze byly nalezeny dutiny a kanály vymleté spodními vodami, což dle jejich názoru plně dostačovalo ke způsobení katastrofy. Další posudek, již z roku 1920, konstatoval, že propustnost materiálu hráze byla příliš velká. Komplexní kritickou analýzu příčin havárie vypracoval už v roce 1917 A. Smrčka. Uvedl řadu nedostatků v projektu i v provedení prací. Nestanovil však příčiny rozhodující. K nejzávažnějším nedostatkům projektu a výstavby hráze podle něj patřilo:
- nedostatečně velká šířka hráze v základu, umožňující nepřijatelnou rychlost prosakující vody v podloží;
- materiál tělesa hráze, nevhodný z hlediska těsnicích vlastností;
- špatně umístěný výpustný objekt (věž), protínající těsnění hráze na návodní straně pod hladinou;
- chybné založení výpustné štoly na pilotový rošt, umožňující rozdílné sedání hráze a výpustné štoly a z toho důvodu vznik příčných trhlin v tělese hráze;
- štětová těsnicí stěna v návodní patě hráze nemohla být vodotěsná, protože byla beraněna do kamenitého materiálu v podloží hráze;
- při hloubení rýhy pro výpustnou štolu a beranění pilot pro její založení mohlo dojít ke zvětšení propustnosti okolní zeminy;
- nedostatečné zhutňování ukládané zeminy do hráze v důsledku sypání vrstev 40 cm mocných, na rozdíl od tehdy většinou doporučovaných 15 cm.
     Pozdější autoři již nepřišli s ničím novým. Nebyly ani provedeny žádné nové studie, výpočty, zkoušky či měření nebo doplňkový průzkum. V publikaci zpracované mezinárodní organizací velkých přehrad ICOLD je jako zásadní příčina protržení hráze na Bílé Desné označeno nedostatečné zhutňování materiálu hráze a jako vedlejší příčina nevhodné projektové řešení.
Posouzení příčin z pohledu dnešních znalostí
     Společnost Stavební geologie – Geotechnika, a. s., se zabývala geotechnickou problematikou řady vodních děl v Jizerských horách. Byl to například geotechnický dozor při ražbě těsnicí štoly pod kamennou hrází Mšeno v Jablonci v letech 1998–2000 nebo průzkum pro výstavbu vodárny na Souši a rekonstrukci výpustných objektů pro hráz Souš na Černé Desné. Největší akcí byl podrobný geotechnický průzkum pro výstavbu hráze na Kamenici u Josefova Dolu.
     Proto se firma zapojila do akcí pořádaných u příležitosti 80. výročí protržení hráze na Bílé Desné v roce 1996. Rozhodli jsme se tehdy s kolegy, že jako nepřímý sponzorský příspěvek naší společnosti Jizerským horám a městu Desné, které bylo katastrofou nejvíc postiženo, pokusíme tehdejší názory na příčiny katastrofy podrobit pohledu moderní geotechniky. Nechtělo se nám věřit, že by příčinou havárie byla lajdácká práce našich předků. Využili jsme též skutečnosti, že jsme v té době koupili supermoderní zařízení pro stanovování charakteru podloží staveb, přístroj georadar. Abychom posoudili, do jaké míry jsou původní představy o protržení hráze opodstatněné, provedli jsme komplexní doplňkový geotechnický průzkum. Ten obsahoval polní zkoušky (georadarové měření, klasické geofyzikální měření a zkoušky dynamickou penetrací do tělesa hráze). Dále jsme odebrali z tělesa hráze vzorky zeminy a podrobili jsme je zkouškám propustnosti. Kromě toho jsme znovu prostudovali záznamy ze zkoušek propustnosti tělesa hráze, které byly provedeny bezprostředně po havárii, a vyhodnotili jsme je podle současných postupů. Nakonec jsme provedli orientační rozbor pole napětí a přetvoření pod tělesem hráze a v jejím podloží moderní výpočetní metodou konečných prvků. Podstatnou součástí výsledného hodnocení bylo porovnávání výsledků měření a rozborů v profilu hráze Bílá Desná s profilem přehrady Josefův Důl na Kamenici. Pro tuto hráz totiž naše společnost prováděla v 70. letech podrobný geotechnický průzkum, který byl podkladem pro projekt této mladší sestry hráze Bílá Desná. Komplexní hodnocení získaných poznatků vrhá nové světlo na dosavadní představy o příčinách havárie hráze na Bílé Desné a umožnilo stanovení rozhodující příčiny jejího protržení.
Zhodnocení geotechnických prací prováděných v 70. letech
     Není pochyb o tom, že prvotní příčinou protržení přehrady nebylo nedbalé zpracování (nedostatečné zhutnění) nevhodného, příliš propustného materiálu tělesa hráze, ale vnitřní eroze pod hrází v jejím podloží, či na kontaktu podloží, vlastní hráze a výpustní štoly. Provedené zkoušky, analogické srovnání s přehradou Josefův Důl a parametrické výpočty jasně prokázaly, že materiál hráze Bílá Desná je obdobného typu, jaký byl s úspěchem použit pro hráz na Kamenici. Pro sypanou hráz zemního typu je žulové eluvium při vhodném zpracování dobře použitelné. Zhutnění sice nebylo dokonalé, avšak zkoušky penetrace ukázaly, že moduly přetvárnosti materiálů josefodolské hráze a na Bílé Desné se podstatně neliší. Výpočet přetváření tělesa hráze a jejího podloží moderními metodami ukázal, že sedání vlastní hráze bylo v rozsahu 40–80 mm. To není hodnota pro sypanou hráz takové výšky nepřijatelná. Co se týče propustnosti materiálu použitého pro nasypání tělesa hráze, opět se podstatně neliší od materiálu v Josefově Dole. Koeficient propustnosti byl řádově 10-6 m/sec. Za předpokladu dobré funkce návodního těsnění kombinovaného s injekční clonou by byla nepropustnost tělesa hráze zcela dostatečná.
     Provedený geofyzikální průzkum ale potvrdil námi předem formulovanou hypotézu o velké hloubce skalního podkladu (min. 25 m) pod základy hráze a o poměrně velké stlačitelnosti výplně dna údolí (aluviální náplavy, případně silně rozložené eluvium), které tvoří podloží vlastní hráze. Podélnou osou údolí navíc pravděpodobně probíhá významný tektonický zlom ve formě horniny s podstatně horšími vlastnostmi, než má okolní skalní masiv. V jeho důsledku by na obou stranách údolí mohl být povrch skalního podkladu v jiné hloubce. Nevylučuje to jednu z dalších možných příčin poruch hrází – diferenciální sednutí nad oběma stranami tohoto zlomu.
     Parametrické výpočty metodou konečných prvků, která se dnes běžně používá při projektování sypaných přehrad, prokázaly, že z celkové hodnoty vypočteného sednutí koruny hráze (okolo 300 mm) proběhlo téměř 80 % stlačením jejího podloží (20–25 cm).
     Toto sednutí bylo samozřejmě nulové na návodní i vzdušné patě přehrady a bylo největší pod korunou hráze, resp. pod obslužnou věží posazenou na výpustní štole. Štola proto zákonitě popraskala v centrální části. To by však na havárii hráze nemělo podstatný vliv, kdyby tělesem hráze podél štoly neprosakovala voda. Výpočty dále zcela jasně prokázaly, že s ohledem na mocnost stlačujícího se podloží hráze se pilotový rošt pod výpustnou štolou ukázal jako zcela neúčinný, protože vlivem přitížení od nasypané hráze sedal spolu s podložím i tělesem vlastní hráze. Proto nemohlo, jak se mělo za to, dojít k diferenciálnímu sedání a vzniku příčných trhlin v tělese hráze, které by následně vytvořily cestu pro prosakující vodu. Zásadním problémem ale bylo prosakování vody v propustném štěrkovém podloží hráze, která navíc byla velmi úzká a voda tak měla velmi krátkou průsakovou dráhu, aby se dostala z návodní strany hráze na její vzdušní líc.
     Do střední části štoly tak již při nízkých hladinách napouštění začala trhlinami v betonu jejích stěn vnikat voda. Tím se ještě víc zkrátila průsaková dráha vody pod hrází podél štoly přibližně na polovinu. Na dvojnásobek vzrostl i již zpočátku nepřijatelně velký hydraulický spád. Ten byl daný poměrem výšky nadržení vody v hrázi a délkou průsaku vodní částice od vstupu do hráze nebo pod ní až k jejímu výstupu z průsakové dráhy (trhlinou do štoly a posléze až na vzdušní líc hráze).
     Z rozboru teoretických průsakových čar tělesem hráze a zejména pod hrází a z orientačních výpočtů rychlostí průsaků a množství prosakující vody pod hrází vyplynula nepřijatelně velká rychlost a erozní síla vody, pronikající zespoda do tělesa hráze. Průsakové čáry se zpod báze hráze podle modelového výpočtu mírně zvedaly, vstupovaly do jejího tělesa a tak přispívaly k vnitřní erozi jejího materiálu. Vnitřní eroze byla nepochybně predisponovaná podél výpustné štoly několika dalšími skutečnostmi, a to především:
- vyplavením jemnozrnných částic zeminy do výkopu pro výpustnou štolu již během její výstavby (štola byla pod hladinou vody a tudíž ji bylo patrně nutno čerpat);
- pravděpodobným menším zhutněním v bezprostřední blízkosti stěn štoly a vytvořením klenbového efektu a pod ním menší napjatosti (důsledek je menší kontaktní síla mezi zrny zeminy a tudíž menší odolnost vůči vnitřní erozi).
     V původních materiálech uváděnou příčinu havárie hráze – diferenciální sedání a následný vznik příčných trhlin v tělese hráze podél štoly v zemním tělese – považujeme vzhledem k sedání štoly spolu s hrází a jejím podložím jako celku za nesprávnou. Hlavní příčinou bylo proudění vody v hrázi do predisponovaných míst. To způsobilo nevyhnutelně klasickou interní erozi, někdy také nazývanou sufozí (angl. piping). Po propojení jednotlivých predisponovaných míst sufózním kanálem a dosažení návodní strany hráze pak již došlo během několika desítek minut k celkovému kolapsu hráze.
     K tomuto schématu je třeba dodat, že výpočtem proudové sítě bylo prokázáno, že vyprojektované návodní těsnění bylo nedostatečné a že by dlouhodobě pravděpodobně také nevydrželo soustředěný tlak do něho prosakující vody. Dále je třeba odmítnout hypotézu, že k porušení hráze došlo především postupným prosakováním vody zemním tělesem po nedostatečném zhutnění v průběžných vrstvách. Pokud by tomu tak bylo, tak by docházelo k postupnému plošnému zamokřování vzdušního líce, a to nejdříve v horních částech hráze. To by způsobovalo v čase se zvětšující plošné sesouvání promáčené zeminy ze vzdušného svahu hráze. Naproti tomu lze souhlasit se znaleckým posudkem, o který se opíral osvobozující výrok okresního soudu v Tanvaldu v září 1932, a sice, že „příčinou havárie hráze bylo vniknutí spodní vody z podloží do tělesa hráze“, ovšem s tou výhradou, že se nejednalo o vodu spodní, ale o vodu z nádrže.
Proč se tedy hráz protrhla?
     Z dnešního pohledu byly tedy příčinou havárie hráze na Bílé Desné absence řádného geotechnického průzkumu a z toho vyplývající také elementární chyba projektu, který nevzal v úvahu velkou mocnost stlačujících se vrstev pod tělesem hráze a jejich nepřijatelnou propustnost a příliš velký hydraulický gradient vody. Projekt měl z hlediska dnešních požadavků řadu nedostatků. K porušení hráze s tak velkým gradientem a propustností podloží by však muselo dojít v každém případě, a to i kdyby bylo její zemní těleso perfektně zhutněné a ostatní vady projektu neexistovaly. Z porovnání způsobů projektování, realizace i kontroly provozních funkcí hrází Josefův Důl a Bílá Desná, které jsou stejného typu a ve stejných geologických podmínkách, je také zřejmý obrovský pokrok, jaký přehradní stavitelství a geotechnika udělaly za 90 let. Je jisté, že podobná katastrofa jako v roce 1916 na Bílé Desné by se již dnes, při zachování všech známých zásad geotechniky, nemohla opakovat.
foto autor
     Ke vzniku studie, která byla podkladem tohoto textu, přispěli specialisté Stavební geologie – Geotechnika, a. s., a Terratec, s. r. o. Obě společnosti provedly doplňkový průzkum a jeho vyhodnocení bez nároku na úhradu jako výraz úcty k památce obětí katastrofy a skromný příspěvek k plnému objasnění jejích příčin.

Aktualizováno ( Pátek, 25. květen 2007 )
 
< Předchozí   Další >

Nahoru Nahoru go to top
border borderborder border
     
border
webmaster@krnap.cz
border
border border
border border border border
border border border border