Štúdie a príprava projektu Oravskej priehrady.

V archíve Oravského komposesorátu a na Štátnej stavebnej správe Oravskej priehrady v Ústí nad Oravou bolo v r. 1943 celkove šesť štúdií a rôznych návrhov na výstavbu priehrady v „Ústianskom hrdle", ktorých vznik siahal hlboko do 19. storočia. Štúdie a ideové návrhy, s ktorými sme sa zoznámili, boli vypracované v r. 1830, 1842, 1870, 1918, 1923 a 1933. V predmetných štúdiách sa uvažovalo s postavením rôznych typov priehrad : murovaných, betónových a zemných s výškou 16 až 54 m - s objemom nádrže 86 a 850 mil. m3 vody. V poslednom prípade (podľa návrhu z roku 1918) by sa bolo jednalo (v prípade realizácie štúdie Prof. Benedeka) o najväčšiu nádrž v Európe po I. svetovej vojne. Spoločným znakom týchto štúdií bolo, že sa zameriavali predovšetkým na výhodný nádržný priestor a málo pozornosti venovali priehradnému profilu, s ktorými boli autori na prvý pohľad spokojní. K ich spokojnosti prispieval lom pieskovcový nad obcou Lavkov. Tento ošiaľ oklamal aj projektantov Oravskej priehrady Prof. Belousova, dr. H. Grunera a W. Muncha v rokoch 1940-1942. Ich štúdie a projekty boli nereálne, lebo podceňovali zložité geologické pomery danej lokality.

Geografické podmienky budovania vzdúvacieho objektu.

Lákadlom, ktorému takmer počas jedného storočia vodohospodári, neskôr poľnohospodári a lesníci a napokon energetici nemohli pri Ústí nad Oravou odolať, boli mimoriadne priaznivé morfologické podmienky Ústianského hrdla v lavkovskom profile (pod sútokom Čiernej a Bielej Oravy). Tu sa údolie zužovalo zo šírky 3460 m nad obcou Ústie na šírku asi 125 m v profile Lavkov, kde relatívne strmé svahy (1:2,5 až 1:1) vytvárali (morfologicky) priaznivý priehradný profil, ktorý sa pri vtedajších kritériách (pomeru objemu vody (V) nahromadenej v nádrži ku kubatúre (K) betónu zabudovaného do telesa betónovej gravitačnej priehrady) označoval za jeden z najpriaznivejších nielen v Európe, ale aj na celom svete. Pri výškach priehrady od 28 do 54 m vychádzal pomer V:K = 1200 až 2800. Takýto priaznivý pomer nevykazuje žiadna z našich priehrad; všetky majú pomer V:K rovný alebo menší ako 1000 (keď prerátame kubatúry zemného alebo kamenného násypu či iného vzdúvacieho telesa na profil gravitačnej priehrady).

Štúdie a konštrukčné riešenie profilu priehrady.

Štúdie Oravskej priehrady z minulého storočia sa pohybovali len v úrovni ideových projektov a v záznamoch zemského archívu sa objavovali prevažne údaje informatívne. Vodohospodárske údaje o konštrukcii boli celkom hmlisté. Zvyčajne sa udávala len výška priehrady. V období po roku 1939/40 sa venovala väčšia pozornosť konštrukcii priehrady preto, lebo s budovaním betónových priehrad na Slovensku neboli takmer žiadne skúsenosti. Myšlienka vybudovať na Orave členenú priehradu obdobnej konštrukcie, ako majú priehrady Dolný Jelenec a Motyčky (vybudované v r. 1923—1927), bola niekoľkokrát doporučovaná zo strany Energetických závodov (ZSE a SSE) a zo strany Ministerstva dopravy a verejných prác ale zo strany priehradárov boli tieto návrhy v r. 1941 jednoznačne zamietnuté. Nestratila sa však zo zreteľa myšlienka vybudovať pilierovú betónovú (členenú) priehradu, ktorú navrhoval švajčiarsky expert dr. H. E. Gruner. Vedľa toho návrhu bol už v rokoch 1940-1941 prepracovaný projekt betónovej gravitačnej priehrady 30 m vysokej, ktorý bol tiež podkladom zadávacieho projektu „oferty" z roku 1940.
V archívoch Štátnej stavebnej správy v Ústí na Orave bolo archivovaných celkom 9 alternatív - štúdií na konštrukčné riešenie profilu betónovej, resp. kombinovanej priehrady - z rokov 1940 až 1949:

  1. dosková členená priehrada; H=28,5 m s 5 prepadovými poliami;
  2. gravitačná priehrada; H=29,8 m so 4 prepadovými poliami (obr. 1a);
  3. vyľahčená, členená pilierová priehrada; H=32,2 m s bočným odvádzaním veľkých vôd (obr. 1b);
  4. betónová grav. priehrada s lomeným pôdorysom; H=38,6 m s 3 prepadovými poliami (obr. 1c);
  5. betónová gravitačná priehrada s vystuženou základovou doskou; H=36,0 m (doska 5,5 hrubá);
  6. betónová gravitačná priehrada - čiastočne armovaná; H=38,0 m;
  7. betónová gravitačná priehrada s krátkymi predĺženými blokmi; H=45,0 m (obr. 1d);
  8. betónová gravitačná priehrada s čiastočným vyľahčením a predloženými blokmi; H=44,6 (max. 47,5) m (obr. 1e);
  9. kombinovaná betónová a zemná priehrada; H = 38,6 m (48 m).

Časť z uvádzaných alternatív riešenia je schematicky naznačená na obr. 1. Ide o päť rôznych riešení, ktoré sa zrodili už v dobe, keď sa začali na stavbe prvé zemné práce. Prvá alternatíva sa označovala za pred projektovú štúdiu, ktorá bola už v roku 1940-1941 jednoznačne zamietnutá z dôvodov malej bezpečnosti. Druhá alternatíva bola prekonaná tým, že investor kládol požiadavku zväčšenia objemu nádrže, a tým zvýšenia priehrady o 4-6 m. Tretiu alternatívu zamietol štátny stavebný správca aj stavebná organizácia, ktorá zdôrazňovala ťažkosti, ktoré nastanú pri utesňovaní dilatačných škár a budovaním tunelov na odvádzanie veľkých vôd. Vyzdvihla nedostatky riešenia z hľadiska utesňovania podložia, na nutnosť ktorého upozorňovali, najmä geológovia.

Alternatíva štvrtá a piata sa zrodila v roku 1943 v dobe, keď bola stavba v pokročilom štádiu. Stavebná jama bola vyhĺbená do hĺbky 10-12 m - oproti v projekte predpokladanej hĺbke 6,5 m. Zalomený pôdorys v podobe letiaceho vtáka vychádzal z požiadavky založiť vodnú elektráreň na celistvej skale (asi na kóte 566 m n. m.). Základová doska 5,5 m hrubá - navrhovaná v alternatíve 5 - mala zabezpečiť lepšie roznášanie napätí v základovej škáre na kontaktnej ploche, kde prevažovali veľmi stlačiteľné ílovité bridlice nad lavicami pieskovcov. Ďalšia alternatíva (6) sledovala obdobný cieľ. Vychádzala však z predpokladu, že najväčšie napätia sa budú sústreďovať pri vzdušnej päte, kde je potrebná bohatá armatúra, zatiaľ čo v návodnej časti profilu bude armatúra preberať iba ťahavé napätia spôsobované silami vztlaku.

Obrázok 1. Alternatívy riešenia betónovej priehrady

alternativy oravska priehrada

Posledné dve alternatívy boli výsledkom pomerne dôkladných statických výpočtov, ktoré brali do ohľadu jednak skutočné geologické pomery (malý uhol vnútorného trenia, ílovcov-bridlíc a veľké vztlaky). Obava z účinkov veľkých síl vztlaku bola najmä v údolnej časti, kde boli tri výrazné geologické zlomy a prevaha pieskovcov - rozhodujúcich pre vztlaky a priesaky. Pri prevádzke vodného diela sa uvedené predpoklady potvrdili.

Konečne posledná alternatíva (z roku 1947 - 1948 - obdobia pred prepracovaním alt. 7, 8) vychádzala z názoru, že v takých zložitých geologických podmienkach, aké sú v podloží Oravskej priehrady, je nesprávne navrhovať klasický profil betónovej priehrady, ktorá neznesie veľké deformácie. S veľkými posunmi bolo potrebné v danom prípade rátať, ako aj s tým, že týmto je ťažké čeliť akýmkoľvek zo známych konštrukčných riešení. Uvádzalo sa, že základy betónových gravitačných blokov by bolo možno dobre použiť ako bloky so štôlňou, ktorá bude slúžiť ako injekčná a kontrolná štôlňa zemnej priehrady s jadrovým tesnením. Zemná priehrada sa mala nasypať z miestnych materiálov (zo svahových sutí a štrkopieskov v Lištiaku).

Realizovaná alternatíva riešenia priehrady - s korunou na kóte 605,0 m n. m.

Po preskúmaní mnohých alternatív riešenia, ktoré mali zabezpečiť stabilitu priehrady a nepriepustnosť jej podložia, sa volil zvláštny profil gravitačnej betónovej priehrady s miernym nábehom múru na návodnej strane (1:0,4) a priemerným sklonom vzdušného líca (1:0,75) na strane vzdušnej, čím sa docielilo predĺženie kontaktu betónového bloku so základovou horninou na dĺžke L = 0,90 až 0,92 H - celkom 30 až 50 m. Okrem toho sa pred hlavnými blokmi v údolnej časti (kde výška priehrady dosahuje 36 až 47,5 m) navrhli predložené bloky 20 m dlhé a 6 až 6,5 m vysoké, prekryté vrstvou hliny, ktorá prekrýva všetky pozdĺžne škáry a siaha až do vzdialenosti 85 (120) m pred bloky. Vytvára takto ďalší tesniaci koberec, chránený vrstvou štrku a kamenitého zásypu. Na pravej strane je koberec pokrytý ešte 20 až 30 cm hrubou vrstvou chudobného betónu. Tieto veľmi dôkladné opatrenia majú za účel obmedziť priesaky, predĺžiť priesakovú cestu a zmenšiť vodorovný tlak na hlavné bloky. Takto sa redukujú vztlakové sily na vlastnú priehradu. Rovnaký účel sleduje nezvyklé riešenie injekčnej clony vybudovanej z injekčnej štôlne, ktorá sa nachádza v spomenutom predloženom bloku; je dvojradová a siaha na niektorých miestach až do hĺbky rovnajúcej so dvojnásobku výšky vzdutia (D=2H). Hlavným cieľom tohto relatívne komplikovaného riešenia bolo zaistenie stability proti posunom ušmyknutia v smere toku vody. Tak ako boli dôkladne navrhnuté (viacnásobne istené) tesniace prvky, dôkladne je navrhnutý aj drenážny systém, ktorý pozostáva z dvoch kamenných drénov (stredného a zadného) odvodňujúcich profil v smere pozdĺžnej osi priehrady. Okrem toho boli navrhnuté dva rady drenážnych vrtov realizovaných zo spodnej chodby (CH/3) hlavného bloku, ktorá dostala takto charakter chodby (štôlne) drenážnej a revíznej, zatiaľ čo v predložených blokoch je len chodba injekčná (CH/1). V časti priehrady bez predblokov (na krídlach), sú tieto funkcie združené v jednej chodbe.

Zvláštnosťou 6 blokov údolnej časti je vyľahčovacia dutina (6 m široká) medzi blokmi, ktorá sa (medzi blokmi 8-9) funkčne využíva (obr. 2.). Sú v nej umiestnené čerpadla (na kóte 579) na prečerpávanie priesakových vôd - pôvodne navrhnuté na Q = 150 a 300 l . s-1. Taktiež tesnenie škár medzi blokmi - realizované ako trojité (armovaný pentagón, šachtička vyplnená ílom a gumové tesnenie) - bolo v tej dobe konštrukčnou novinkou, ktorá sa dobre osvedčila, preto našla uplatnenie aj na ďalších priehradách.

Obrázok 2. Priečny rez blokom : a - prepadovým, b - elektrárenským, c - s čerpadlami

ralizovana alternativa oravska priehrada

Funkčné zariadenia.

Vedľa bežných bezpečnostných zariadení dnových výpustov a korunových priepadov bola na priehrade (v bloku 12) navrhnutá rybia zdviž, ktorá mala dopravovať ryby z dolnej vody do nádrže. Ekonomicky bolo preukázané, že je výhodnejšie dopravovať ich do nádrže v kontajneroch nákladnými autami. Zdviž sa nerealizovala.
Klasické priepady (obr. 2.a) s pohyblivým uzávermi (dve polia o rozpätí 10,70 a 11,30 m hradené vzpieranými klapkami na výšku 4,30 m a štyri dnové výpusty (o priemere 2,0 m 2 X 2) - hradené na návodnej strane tabuľovými a na vzdušnej strane segmentmi (obr. 2.) sú umiestnené v blokoch 10 a 11. Tieto prevádzajú vody o množstve Q = 4 X 60 + 430 = 670 m3.s-1 do vývaru (opatreného rozrážačmi) celkovej dĺžky 95 m a javia sa dnes s prihliadnutím na povodňové prietoky značne poddimenzované. Zvláštnosťou prepadového bloku je, že sa na ňom realizoval lyžiarsky mostík - prvý raz v Československu.

Vodná elektráreň - konštrukčné riešenie.

Podpriehradová elektráreň, ktorá (obr. 2.b) využíva spád od H = 9,9 m do H = 28,0 m je vybavená dvoma Kaplanovými turbínami o hltnosti Q = 2 x 50 = 100 m3.s-1. Vybudovaná je za blokmi 13 a 14 a spojená dvoma potrubiami priemeru 4,5 m, ktorých vtoky sú hradené tabuľovými rýchlouzávermi hydraulicky ovládanými. Savky - výtok z elektrárne - sa zahradzujú oceľovými hradidlovými tabuľami
Konštrukčné riešenie blokov 13 a 14 v nadväznosti na budovu elektrárne bolo osobitným problémom preto, lebo energeticky aj ekonomicky výhodnejšie riešenie pripriehradovej elektrárne pribudovanej k blokom nebolo možno realizovať - vzhľadom na veľké očakávané deformácie a nerovnomerné sadanie blokov - očakával sa rozdiel v sadaní až 5-6 cm. Nadhodený problém je vyriešený tým, že medzi hlavným blokom priehrady a elektrárňou je vybudovaný medziblok. V ňom je prívodné potrubie prerušené „medzičlánkom" oddilatovaným ako zo strany hlavného bloku, tak aj zo strany budovy elektrárne, ktorý umožňuje nezávislý (prevažne) vertikálny pohyb týchto dvoch samostatných objektov. Pôvodný návrh zabezpečiť nezávislé posuny aj v horizontálnom smere - pomocou zvláštneho (mostného) ložiska presadzovaný projektantom strojne-hydraulickej časti sa javil komplikovaný a nákladný. Projektant stavebnej časti presadil jednoduchšie riešenie, ktoré sa ukázalo v prevádzke ako účelu primerané.

Realizácia stavby.

Výstavba priehrady prebiehala od roku 1941, kedy začalo oko projekčne nepripravená (11. októbra 1941) takmer súčasne s prieskumnými prácami (vrtné práce začali 10. júla 1941) a trvala do mája roku 1953. Bola čiastočne prerušená v priebehu vojnových udalostí a prepracovávaním projektu - zmenou koncepcie konštrukčného riešenia (prechodu od skôr spomínaných alternatív 2 až 7) k alternatíve 8 v roku 1943 a ďalej 1947-1949. Efektívna doba realizácie stavebných prác bola približne 5,5 roka.
V    uvedenej lehote výstavby bola vybudovaná nielen vlastná priehrada, ale aj príslušné sociálne a prevádzkové zariadenia v Ústí a na Lištiaku, ale oj pomerne rozsiahle sprievodné investície - prevažne komunikácie, ktorých celková dĺžka (vrátane príjazdových a lesných ciest) presahuje 26 km; 3 veľké mosty (pri Štefanove, Novom Ústí a Námestove) a viac ako 100 priepustkov a rôznych malých objektov. Viacročnou úlohou bolo aj premiestňovanie asi 3260 obyvateľov. Okrem sociálneho zariadenia (zdravotné stredisko, kultúrny dom, obchodný dom a ubytovne pre 450 až 620 pracovníkov) budovalo sa relatívne rozsiahle prevádzkové zariadenie na stavenisku priehrady (obr.3.): betonárka, zámočnícke dielne, ohybárňa železa, kompresorovňa (s pomocnými zariadeniami), sklady (dreva, cementu, železa) a garáže. Ďalej to bola triediaca a pracia stanica na Lištiaku; 2,5 km dlhá lanovková dráha (od pracej - triediacej stanice) k betonárke; 2 káblové žeriavy na rozpätie 270 m o nosnosti 5 t; menšie zariadenia staveniska, preložky cesty a mosty pri Námestove. Vzhľadom na vojnové udalosti a zmenu koncepcie sa budovali niektoré zariadenia dvakrát - v roku 1942 - 1946 v skromnom prevedení až v roku 1949—1951 veľkoryso podľa vtedajšej modernej koncepcie nového riaditeľa stavby Ing. A. Krausa, ktorý navrhoval zariadenia a zorganizoval stavbu tak, že začiatkom 50-tych rokov bola stavba Oravskej priehrady najmodernejšou inžinierskou stavbou nielen v Československu, ale aj v celej strednej Európe.

Obrázok 3. Situačný náčrtok stavebnej jamy II

 stavebna jama oravska priehrada

Zakladanie priehrady a hrubé betonárske práce.

Priehrada sa zakladala pod ochranou oceľových štetovnicových stien typu Larsen. Oceľové štetovnice zarážané z povrchu terénu a z lešenia boli v prvej etape zakladania 9 m (12) dlhé a v druhej 12 až 14 m. Prvá štetovnicová stena vybudovaná v roku 1941/42 (spolu so zemnou ohrádzkou na ľavej strane) prebiehala približne v polovici koryta rieky Oravy. Rozdeľovala údolie na dve časti. Na ľavej bola ochraňovaná časť staveniska I. stavebná jama, v ktorej sa zakladali hlavne funkčné bloky (10 až 14) (elektrárenské) a tri údolné bloky. Druhá polovica údolia slúžila na prevádzanie vody - do povodňového prietoku Q = 840 m3.s-1 (s pravdepodobnosťou výskytu (2-3%). Tento prietok bol v priebehu výstavby dvakrát prekročený - v roku 1943 (9.7.1943) pri zakladaní v prvej jame. Ohrádzka bola preliata a prelomená, stavebná jama, z ktorej bolo do tej doby vyťazené asi 50 000 m3, bola zaplavená. Práce v stavebnej jame boli prerušené do októbra 1943. V roku 1948 bola zaplavená stavebná jama znova.
Koncom toho istého roku došlo k prerušeniu prác súvisiacich so zakladaním - vzhľadom na výskyt agresívnych minerálnych vôd. Odolnosť betónu voči agresívnym vodám sa zvýšila pridávaním troskového cementu. Uvedené udalosti viedli k spomaleniu tempa stavebných prác natoľko, že v roku 1943 sa uložilo iba 850 m3 betónu (miesto predpokladaných 5 300 m3).
Práce prebiehajúce v prvej etape: zakladanie a betonáž funkčných objektov (prepadové bloky, VE, vývar), sa pretiahli až na 8,5 roka, v priebehu ktorých sa uložilo do blokov, predblokov a vývaru asi 163,5 tis. m3 betónu.
V pravostrannej ohrádzke, v ktorej sa zakladalo a betónovalo už podľa prepracovanej koncepcie, pokračovali práce podstatne rýchlejšie; v priebehu 14 mesiacov sa uložilo takmer 88 000 m3 betónu. Tým sa hrubá stavba ukončila.

Zemné a skalné práce a ťažba rašeliny.

Zemné práce boli realizované jednak v súvislosti s výkopom oboch základových jám, ale hlavne zemné práce predstavovali presuny zemín a ich zabudovávanie do komunikačných násypov, najmä na štátnej ceste I. triedy z Tvrdošína do Námestova. V priebehu 14 rokov došlo k presunom viac ako 1 000 000 m3 (asi 1 047.106 m3) zemín a skalných hornín zabudovaných na cestách a pri reguláciách Oravy a jej prítokov. Lomový kameň sa ťažil prevažne pod Hálečkovou, pod Skalkou (pri Medvedzí) a v Holdočíne. Zvláštnym problémom bola ťažba rašeliny. Tej sa malo ťažiť 2,3—2,5 mil. m3. Vyťažilo sa len 85 tis. m3.

Celkové hodnotenie.

Na stavbu Oravskej priehrady sa robilo asi desať štúdií (od roku 1830) a napriek tomu sa pristúpilo k jej realizácii v roku 1941 ako k projekčne nepripravenej - do tej miery, že sa spochybňovala a menila výška priehrady a jej konštrukcia. Vzhľadom na zdroje miestnych materiálov bola by v ústianskom profile výhodnejšia priehrada zemná. Riešenie z roku 1949 však ukázalo, že aj pri betónovej gravitačnej priehrade budovanej v nevhodných geologických podmienkach možno ako problém veľkých deformácií, tak aj problém priesakov celkom bezpečne zvládnuť.

orava-zatopene-obce

Príprava a výstavba vyrovnávacej nádrže Tvrdošín.

Vodná elektráreň Orava ako špičková VE bola uvedená do prevádzky dočasne bez vyrovnávacej nádrže. Predpokladalo sa, že táto sa bude stavať hneď po dokončení VD Orava. VE Orava bola nasadzovaná až do r. 1979, v čase energetických špičiek, plnou kapacitou. Pri hltnosti turbín VE spolu 100 m3.s-1 a predpísaného minimálneho potrebného prietoku iba 0,55 m3.s-1 dochádzalo často k nábehu prakticky z nulového prietoku na umelú „povodeň" s prietokom 100 m3.s-1 v priebehu niekoľkých sekúnd. Tým dochádzalo k tvoreniu prietokovej vlny a náhlemu zvyšovaniu hladiny v rieke o 1,0 až 1,5 m. V roku 1969 boli priemerné denné prietoky celkom 170 dní maximum 0,55 m3.s-1, a teda VE nepracovalo, v ostatných dňoch bola nasadená v špičke o dĺžke priemerne 4,56 hodiny. Prevádzkou vodného diela Orava bez vyrovnania prietokov sa situácia v koryte Oravy pod priehradou vyostrila pre nepravidelnosť a prudkosť špičkových vĺn, došlo k narušeniu prirodzeného hydrologického režimu, zmenšili sa minimálne prietoky v rieke, čo škodlivo pôsobilo aj na brehy rieky. Prekvapivé a rýchlo postupujúce vlny boli príčinou aj tragických prípadov v rieke. V zimnom období sa tvorili srieňové zátarasy a komplikácie na objektoch, hlavne pri mostoch a na sútoku Oravy a Váhu pri Kraľovanoch a na hornom konci nádrže Krpeľany. V dôsledku toho na zmiernenie tvorby srieňov musela VE Orava v zimnom období pri mrazoch pod -7 °C prevádzkovať priebežne s prietokom 20 až 30 m3.s-1, čo znamenalo značný úbytok použiteľného špičkového výkonu VE (až 14 MW) práve v období najnaliehavejšej potreby. Zároveň bolo nutné redukovať dennú výrobu a miesto toho zaradiť výrobu nočnej energie. Tieto okolnosti si napriek odsunu predsa len vynútili výstavbu vyrovnávacej nádrže Tvrdošín.

Vodná nádrž Tvrdošín odstraňuje predovšetkým nepriaznivé vodohospodárske, ale aj energetické účinky elektrárne Orava a umožňuje ročnú výrobu 18 GWh elektrickej energie pri inštalovanom výkone 6,2MW v malej vodnej elektrárni.