Náhon (otevřená strouha)
Náhon, tedy přivaděč s otevřenou hladinou, je typický pro derivační vodní dílo. Vede vodu od vzdouvacího zařízení (jezu) zcela mimo přírodní tok. Má menší měrný spád než křivolaké řečiště a tak se postupně dostává nad základní úroveň a získává rozdíl hladin potřebný pro funkci vodního motoru. Náhon může být řešen jako nadzemní dřevěný vantrok nebo plechový žlab. Častěji bývá vytvořen v úbočí svahu ve formě zděného, kamenného nebo betonového koryta nebo jako prostá strouha kopaná v hlíně, jílu či písčitém podloží. Má-li být veden pod terénem, řeší se jako podzemní štola a kanál (který však nikdy není vodou zcela vyplněn - v opačném případě hovoříme o potrubí).
...je historické označení pro dřevěné koryto používané pro kratší náhony, v minulosti především k vodním kolům a někdy i turbínovým kašnám. (např. 136m dlouhý k Čeňkově pile na Šumavě).
Na jeho výrobu se používá především borové, omezeně také dubové řezivo. Desky jsou mezi sebou spojeny na pero. Těsnost v rozích je zabezpečena trojhrannou lištou. Koryto je po dvou metrech staženo svlaky a příčkami, které jsou staženy klíny nebo šrouby. Je potřeba zajistit stabilní podepření, aby se koryto neprohýbalo. Ke zjištění potřebné síly desek je možno využít tabulku pro výpočet stavidla (s tím rozdílem, že hodnota šířky stavidla B je zde nahrazena vzdáleností podpěr a roztečí mezi svlaky). Budou-li výztuhy hustěji, budou samozřejmě stačit tenší desky, ale ne méně než 30mm. Životnost dobře provedeného koryta je přibližně 20 let. Rozměry se volí tak, aby šířka B byla vůči výšce hladiny H dvojnásobná. Přivádí-li koryto vodu k vodnímu kolu, pak se řídí šířkou kola, ikdyž vychází širší. Jedná-li se o krátký náhon a jsou-li desky hoblované, je vhodné zvolit rychlost proudění až 1 m/sec .
Pro různé průtoky při různých rychlostech zjistíte potřebný průřez B × H z následující tabulky:
| průtok Q [ltr./sec.] | rychlost proudění [m/sec.] | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 0,3 | 0,4 | 0,5 | 0,6 | 0,8 | 1 | |
| 20 | 0,18×0,36 | 0,15×0,32 | 0,14×0,28 | 0,13×0,26 | ||
| 50 | 0,29×0,58 | 0,25×0,5 | 0,22×0,44 | 0,2×0,4 | 0,18×0,36 | 0,16×0,32 |
| 75 | 0,35×0,7 | 0,31×0,62 | 0,27×0,54 | 0,25×0,5 | 0,22×0,44 | 0,196×0,38 |
| 100 | 0,41×0,82 | 0,35×0,7 | 0,32×0,64 | 0,29×0,58 | 0,25×0,5 | 0,22×0,44 |
| 125 | 0,46×0,92 | 0,4×0,8 | 0,35×0,7 | 0,32×0,64 | 0,28×0,56 | 0,25×0,5 |
| 150 | 0,5×1 | 0,43×0,86 | 0,39×0,78 | 0,35×0,7 | 0,31×0,62 | 0,27×0,54 |
| 175 | 0,54×1,08 | 0,47×0,94 | 0,42×0,84 | 0,38×0,76 | 0,33×0,66 | 0,3×0,6 |
| 200 | 0,58×1,16 | 0,5×1 | 0,45×0,9 | 0,41×0,82 | 0,35×0,7 | 0,32×0,64 |
| 250 | 0,56×1,12 | 0,5×1 | 0,46×0,92 | 0,4×0,8 | 0,35×0,7 | |
| 300 | 0,61×1,22 | 0,55×1,1 | 0,5×1 | 0,43×0,86 | 0,39×0,78 | |
| 350 | 0,59×1,18 | 0,54×1,08 | 0,47×0,94 | 0,42×0,84 | ||
| 400 | 0,63×1,26 | 0,58×1,16 | 0,5×1 | 0,45×0,9 | ||
| 500 | 0,65×1,3 | 0,56×1,12 | 0,5×1 | |||
| 600 | 0,61×1,22 | 0,55×1,1 | ||||
| 700 | 0,66×1,32 | 0,59×1,18 | ||||
| 800 | 0,63×1,26 | |||||
| 1000 | 0,71×1,42 | |||||
| rozměr H × B [metry] | ||||||
V prvním sloupečku vyhledejte požadovaný průtok Q [ltr./sec.] , který chcete náhonem dopravovat. V horním řádku zvolte rychlost proudění v [m/sec.] . Obě hodnoty se protnou na hodnotě, která udává průřez vody H × B [m]
. Okraje koryta musí být samozřejmě vyšší nejméně o 10 až 40 centimetrů. K této hodnotě je potřeba dále připočítat kolísáním hladiny podle výšky na jezu nebo plnění či vyprazdňování rybníku. Nepříjemnou situací je vlna vzniklá rychlým uzavřením regulačního stavidla vodního kola. Není-li použit zastaralý sklopec, řešívá se tato problematika instalací malého pomocného přepadu, který dočasně odvede přebytek bezpečnou cestou, do té doby, než obsluha uzavře hlavní stavidlo na začátku celé soustavy.
Aby voda dosáhla požadovanou rychlost proudění, musí mít dno náhonu sklon. Potřebnou velikost tohoto sklonu na délce 1 metr nazýváme měrným spádem (jeho velikost se odvíjí od průřezu koryta, drsnosti stěn a s tím spojených ztrát, které musí voda překonávat). Jeho hodnotu u hladkého dřevěného (nebo i plechového) vantroku získáte z následující tabulky:
| profil vody v dřevěném vantroku H × B [metry] | požadovaná rychlost proudění [m/sec.] | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 0,3 | 0,4 | 0,5 | 0,6 | 0,8 | 1 | |
| 0,15×0,3 | 0,236 | 0,419 | 0,655 | 0,942 | 1,676 | 2,618 |
| 0,2×0,4 | 0,168 | 0,299 | 0,468 | 0,673 | 1,197 | 1,87 |
| 0,3×0,6 | 0,106 | 0,188 | 0,294 | 0,423 | 0,752 | 1,175 |
| 0,4×0,8 | 0,076 | 0,136 | 0,212 | 0,306 | 0,544 | 0,85 |
| 0,5×1 | 0,06 | 0,106 | 0,166 | 0,239 | 0,424 | 0,663 |
| 0,6×1,2 | 0,049 | 0,087 | 0,136 | 0,195 | 0,347 | 0,542 |
| měrný spád vantroku [mm/m] | ||||||
V prvním sloupečku vyhledejte průřez vody H × B v metrech. V horním řádku najděte rychlost proudění v m/sec. Obě hodnoty se protnou na hodnotě, která udává měrný spád dna vantroku v milimetrech na každý metr délky vantroku, aby voda získala potřebnou rychlost. Z této hodnoty a celkové délky lze také vypočítat ztrátu spádu o který bude vodní motor ochuzen, protože hladina proudící vody bude také klesat.
... ve tvaru obdélníkového koryta se používá pro vedení vody na kratší vzdálenosti. Vyskytuje se většinou v prvním úseku po odběru vody na jezu nebo naopak před turbínovou kašnou. Delší úseky se používají při vedení vody v náspu nebo na úbočí strmého svahu. Často je používán tehdy, teče-li voda mezi domy ve městě.
Náhon se vyzdívá z kvádrů lomového kamene, tvrdopálených cihel nebo se odlévá z betonu do předem připraveného bednění. Optimální je (stejně jako u vantroku), aby jeho šířka B byla dvojnásobkem výšky hladiny H. I v tomto případě se podle místních poměrů zachovává určitá rezerva mezi hladinou a okrajem náhonu. Stěny ani dno betonového náhonu by nemělo být tenší než 15cm . Stěny mohou být kolmé nebo (pro snadné vyjmutí bednění) se rozevírají pod úhlem 5°
. Beton se používá co nejkvalitnější. Je ze směsi křemenného štěrku, několika druhů prosívek různé zrnitosti a pevnostního cementu. Nevhodně zvolené armování umístěné těsně pod povrchem může svou korozí betonové stěny po několika letech roztrhat. Nepřítelem náhonu není voda, ale mráz. Nejvíce trpí stěny u hladiny. Na frekventovaných místech musí být náhon opatřen zábradlím nebo zakrytý fošnami, betonovými deskami nebo cihelnou klenbou. Někdy se krytí používá i proto, aby do náhonu nepadalo listí. Profil náhonu se řídí podle požadovaného průtoku stejně jako v případě dřevěného vantroku ( viz. tabulka ). Měrný spád dna však musí být větší, podle toho jak drsný je materiál, ze kterého jsou stěny postaveny. Příslušnou hodnotu měrného spádu zjistíte na základě profilu a požadované rychlosti z následujících tabulek. U krátkých náhonů se volívá rychlost 0,8 až 1 m/sec.
Je-li však přivaděč značně dlouhý (např. vedený v cihelném klenutém kanále pod zemí) volí se s ohledem na nižší ztrátu spádu rychlost jen okolo 0,4 až 0,6 m/sec .
Tabulka pro zjištění měrného spádu u betonového nebo cihelného náhonu:
| profil vody v cihelném nebo betonovém náhonu H × B [metry] | požadovaná rychlost proudění [m/sec.] | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 0,3 | 0,4 | 0,5 | 0,6 | 0,8 | 1 | |
| 0,15×0,3 | 0,398 | 0,707 | 1,105 | 1,592 | 2,83 | 4,421 |
| 0,2×0,4 | 0,27 | 0,479 | 0,749 | 1,079 | 1,918 | 2,996 |
| 0,3×0,6 | 0,158 | 0,281 | 0,44 | 0,633 | 1,126 | 1,759 |
| 0,4×0,8 | 0,11 | 0,195 | 0,304 | 0,438 | 0,779 | 1,218 |
| 0,5×1 | 0,083 | 0,147 | 0,23 | 0,331 | 0,589 | 0,921 |
| 0,6×1,2 | 0,066 | 0,118 | 0,184 | 0,265 | 0,471 | 0,735 |
| 0,8×1,6 | 0,047 | 0,083 | 0,13 | 0,187 | 0,332 | 0,519 |
| 1×2 | 0,036 | 0,064 | 0,099 | 0,143 | 0,254 | 0,397 |
| měrný spád náhonu [mm/m] | ||||||
Tabulka pro zjištění měrného spádu u náhonu vyzděného z kamenů:
| profil vody v náhonu vyzděném lomovým kamenem H × B [metry] | požadovaná rychlost proudění [m/sec.] | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 0,3 | 0,4 | 0,5 | 0,6 | 0,8 | 1 | |
| 0,15×0,3 | 1.138 | 2,024 | 3,162 | 4,554 | 8,096 | 12,549 |
| 0,2×0,4 | 0,716 | 1,274 | 1,99 | 2,886 | 5,095 | 7,96 |
| 0,3×0,6 | 0,379 | 0,674 | 1,054 | 1,518 | 2,698 | 4,216 |
| 0,4×0,8 | 0,245 | 0,435 | 0,68 | 0,979 | 1,74 | 2,718 |
| 0,5×1 | 0,175 | 0,312 | 0,487 | 0,701 | 1,247 | 1,948 |
| 0,6×1,2 | 0,134 | 0,239 | 0,373 | 0,537 | 0,954 | 1,491 |
| 0,8×1,6 | 0,089 | 0,158 | 0,246 | 0,355 | 0,631 | 0,985 |
| 1×2 | 0,065 | 0,115 | 0,18 | 0,259 | 0,461 | 0,72 |
| měrný spád náhonu [mm/m] | ||||||
V horním sloupečku vyhledejte průřez vody H × B v metrech. V horním řádku najděte rychlost proudění v m/sec. Oba údaje se protnou na hodnotě, která udává měrný spád dna náhonu v milimetrech na každý metr jeho délky, aby voda získala potřebnou rychlost. Z tohoto údaje lze vypočítat také ztrátu spádu. Z touto ztrátou je potřeba počítat při návrhu vodního motoru. Dále je potřeba zjistit, co se stane, když bude voda na konci náhonu uzavřena. Může-li její hladina nastoupat do stejné výše jakou má na vstupu nebo zda někde plánovaně či destruktivně přeteče.
Nekrytá strouha vykopaná v hlíně se používá všude tam, kde je pro vedení vody odpovídající výška terénu, případně tam kde je zřízen násep. Tvar profilu nově budovaného náhonu bývá lichoběžníkový. Poměr výšky hladiny v korytě a jeho střední šířky se má blížit opět optimálnímu poměru, kdy je střední šířka B dvojnásobkem výšky hladiny H.
Sklon břehů alfa
je dán soudržností horniny a u bahnité hlíny nebo jílu bývá 45 ° , v písku pouze 25 °. Aby se břehy a dno nevymílalo, musí být rychlost vody malá. V písčité hornině nanejvýš 0,6 [m/sec.] , v jílovité maximálně 0,25 [m/sec.] a v bahnité hlíně jen 0,1 [m/sec.] Nižší rychlost se nepoužívá, protože působí rychlé zanášení. Náhon celkově vychází široký, ale k proudění vody (při rychlostech 0,1 až 0,3 m/sec.) stačí zcela nepatrný měrný spád. I když je náhon dlouhý stovky metrů, ztrácí se vedením vody málo z celkového hrubého spádu.
Pro bahnité horniny lze z následující tabulky podle požadovaného průtoku vyčíst základní rozměry strouhy i potřebný měrný spád pro dosažení správné rychlosti proudění:
| podloží = bahnité ; alfa = 45 °; rychlost = 0,1 m/sec | ||||
|---|---|---|---|---|
| průtok Q [ltr./sec.] | profil [m] | měrný spád [mm/m] | ||
| H | B1 | B2 | ||
| 20 | 0,32 | 0,96 | 0,32 | 0,138 |
| 50 | 0,5 | 1,5 | 0,5 | 0,064 |
| 75 | 0,61 | 1,83 | 0,61 | 0,045 |
| 100 | 0,71 | 2,13 | 0,71 | 0,035 |
| 125 | 0,79 | 2,37 | 0,79 | 0,029 |
| 150 | 0,87 | 2,61 | 0,67 | 0,025 |
| 175 | 0,94 | 2,82 | 0,94 | 0,022 |
| 200 | 1 | 3 | 1 | 0,02 |
| 250 | 1,12 | 3,36 | 1,12 | 0,016 |
| 300 | 1,22 | 3,66 | 1,22 | 0,014 |
| 350 | 1,32 | 3,96 | 1,32 | 0,013 |
| 400 | 1,41 | 4,23 | 1,41 | 0,011 |
| 500 | 1,58 | 4,74 | 1,58 | 0,009 |
| 600 | 1,73 | 5,19 | 1,73 | 0,08 |
| 700 | 1,87 | 5,61 | 1,87 | 0,007 |
| 800 | 2 | 6 | 2 | 0,007 |
| 1000 | 2,24 | 6,72 | 2,24 | 0,005 |
Jílovité podloží se méně odplavuje, v takovém případě se může při zachování tvaru profilu zvýšit rychlost proudění na 0,25 m/sec. Potřebné rozměry profilu náhonu podle požadovaného průtoku jsou v tabulce:
| podloží = jílovité ; alfa = 45 °; rychlost = 0,25 m/sec | ||||
|---|---|---|---|---|
| průtok Q [ltr./sec.] | profil [m] | měrný spád [mm/m] | ||
| H | B1 | B2 | ||
| 20 | 0,2 | 0,6 | 0,2 | 1,993 |
| 50 | 0,32 | 0,96 | 0,32 | 0,863 |
| 75 | 0,39 | 1,17 | 0,39 | 0,61 |
| 100 | 0,45 | 1,35 | 0,45 | 0,476 |
| 125 | 0,5 | 1,5 | 0,5 | 0,397 |
| 150 | 0,55 | 1,65 | 0,55 | 0,337 |
| 175 | 0,59 | 1,77 | 0,59 | 0,299 |
| 200 | 0,63 | 1,89 | 0,63 | 0,268 |
| 250 | 0,71 | 2,13 | 0,71 | 0,219 |
| 300 | 0,77 | 2,31 | 0,77 | 0,191 |
| 350 | 0,84 | 2,52 | 0,84 | 0,165 |
| 400 | 0,89 | 2,67 | 0,89 | 0,15 |
| 500 | 1 | 3 | 1 | 0,124 |
| 600 | 1,1 | 3,3 | 1,1 | 0,106 |
| 700 | 1,18 | 3,54 | 1,18 | 0,094 |
| 800 | 1,26 | 3,78 | 1,26 | 0,085 |
| 1000 | 1,41 | 4,23 | 1,41 | 0,071 |
V písčité půdě se volí rychlost proudění ještě vyšší. Hmota břehu je však méně soudržná a stěny náhonu musí mít mírnější sklon . Břeh je skloněný pod úhlem 25 °, rychlost vody bývá 0,3 m/sec. Lichoběžníkový profil s pozvolně skloněnými břehy neodpovídá nejoptimálnějšímu poměru mezi výškou hladiny " H " a střední šířkou " B ", což se projevuje potřebou většího měrného spádu a vzniká tak při stejné vzdálenosti větší ztráta než v předchozím případě. Rozměry profilu v závislosti na požadovaném průtoku a měrný spád lze zjistit z následující tabulky:
| podloží = písčité ; alfa = 25 °; rychlost = 0,3 m/sec | ||||
|---|---|---|---|---|
| průtok Q [ltr./sec.] | profil [m] | měrnýspád [mm/m] | ||
| H | B1 | B2 | ||
| 20 | 0,15 | 0,77 | 0,13 | 4,59 |
| 50 | 0,24 | 1,23 | 0,21 | 1,97 |
| 75 | 0,29 | 1,49 | 0,25 | 1,41 |
| 100 | 0,33 | 1,7 | 0,28 | 1,12 |
| 125 | 0,37 | 1,9 | 0,32 | 0,918 |
| 150 | 0,41 | 2,11 | 0,35 | 0,768 |
| 175 | 0,44 | 2,26 | 0,38 | 0,68 |
| 200 | 0,47 | 2,42 | 0,4 | 0,607 |
| 250 | 0,53 | 2,73 | 0,45 | 0,494 |
| 300 | 0,58 | 2,98 | 0,5 | 0,423 |
| 350 | 0,62 | 3,19 | 0,53 | 0,378 |
| 400 | 0,67 | 3,45 | 0,57 | 0,332 |
| 500 | 0,75 | 3,86 | 0,64 | 0,274 |
| 600 | 0,82 | 4,22 | 0,7 | 0,237 |
| 700 | 0,88 | 4,53 | 0,75 | 0,21 |
| 800 | 0,94 | 4,84 | 0,8 | 0,189 |
| 1000 | 1,05 | 5,4 | 0,9 | 0,157 |
U větších průtoků vychází tento typ náhonu moc široký, což může působit projekční potíže. Je-li podloží písčité nebo písčito-jílovité a nevadí-li větší měrný spád přinášející ztráty, lze zvýšit rychlost proudění na 0,6 m/sec. Profil náhonu se tím zmenší a řídí se následující tabulkou:
| podloží = písčité ; alfa = 25 °; rychlost = 0,6 m/sec | ||||
|---|---|---|---|---|
| průtok Q [ltr./sec.] | profil [m] | měrnýspád [mm/m] | ||
| H | B1 | B2 | ||
| 20 | 0,11 | 0,56 | 0,09 | 32,4 |
| 50 | 0,17 | 0,87 | 0,15 | 14,6 |
| 75 | 0,2 | 1,03 | 0,17 | 10,9 |
| 100 | 0,24 | 1,23 | 0,21 | 7,88 |
| 125 | 0,26 | 1,34 | 0,22 | 6,84 |
| 150 | 0,29 | 1,49 | 0,25 | 5,63 |
| 175 | 0,31 | 1,59 | 0,27 | 5,01 |
| 200 | 0,33 | 1,7 | 0,28 | 4,49 |
| 250 | 0,37 | 1,9 | 0,32 | 3,67 |
| 300 | 0,41 | 2,11 | 0,35 | 3,07 |
| 350 | 0,44 | 2,26 | 0,38 | 2,72 |
| 400 | 0,47 | 2,42 | 0,4 | 2,43 |
| 500 | 0,53 | 2,73 | 0,45 | 1,98 |
| 600 | 0,58 | 2,98 | 0,5 | 1,69 |
| 700 | 0,62 | 3,19 | 0,53 | 1,51 |
| 800 | 0,67 | 3,45 | 0,57 | 1,33 |
| 1000 | 0,75 | 3,86 | 0,64 | 1,09 |
V případě, kdy by docházelo k nežádoucímu prosaku do podloží se často kope náhon hlubší, širší a před dokončením finálního profilu se vyplňuje nepropustnou jílovou vrstvou. V takovém případě volba profilu a rychlosti musí odpovídat vlastnostem té horniny, která je v přímém styku s vodou.
Závěrem lze shrnout, že při vedení vody na vzdálenosti stovek metrů až kilometrů se používá široká strouha kopané v hlíně s malou rychlostí proudění. Vyžaduje však častou údržbu. Stavebně je nejlevnější, ale náročná na pozemky a v husté zástavbě mohou být problémy s prosakem. Betonový náhon je při stejném průtoku menší, těsný, ale drahý. Proto se používá tam, kde jeho délka nepřekročí desítky metrů. Staví se v bezprostřední blízkosti vodního díla nebo ve strmém svahu, kde nelze zřídit hliněnou strouhu. Vantroky a plechová koryta se používají pouze pro přivedení vody k vodnímu motoru (kolu) nebo na překonání terénních nerovností (v minulosti často jako akvadukty nad cestami, dvory a dokonce i přes jiné toky). Nevhodně navržený náhon se vymílá nebo zanáší. Rychlost pod 0,1 m/sec. způsobuje intenzivní zanášení. Tento jev se často vyskytuje u přivaděčů Kaplanových turbín, které mají velký náhon, ale v létě často a dlouho pracují při minimálním průtoku, kdy se voda téměř nepohybuje. Otevřený náhon, má také ztráty vždy menší než potrubí.